西门子安康PLC模块代理商

　流量累积的运算，要尽量避免计算过程中的误差，一是要选择正确的文件存储格式，二是要避免运算值超出数值范围和有效位数范围，三是尽可能减少采样时间的定时器带来的误差。在上面plc5/40c的梯形逻辑中，我们按照以上几个原则，经过细致的考虑和计算，使用长预置值的参考定时器，并使所有被用到的浮点数文件的值的有效位数不超出范围，不出现小数，避免了丢失小的数值，从而实现高精度的累积运算，满足了工艺要求。 

　　1 引言

　　中国石化股份有限公司广州分公司6号罐区监控系统于2001年由常规仪表改造为PLC系统。其中工艺要求在监控系统中对瞬时流量fi101进行累积显示。 经过对该流量累积的运算方法的多次测试，找到了在运算中大限度减少误差的方法，并在逻辑梯形图成功实现累积运算。

　　2 监控系统简介

　　广州石化6#罐区监控系统采用rockwell公司的可编程控制器和人机界面软件，用于实现对该液态烃罐区的24个球罐的各种工艺参数的实时监控、报警、联锁等功能。该系统从2000年10月开始设计，2001年4月系统安装、组态、调试工作全面完工。

　　该系统人机界面采用rockwell software公司开发的rsview32软件。rsview32基于microsoft bbbbbbs nt和bbbbbbs 95/98平台设计，是一种易用的、可集成的，基于组件的人机对话系统，在编制人机交互界面方面具有极大的灵活性和极强的功能。

　　控制器采用controlnet plc-5/40c处理器热备系统。controlnet plc-5/40c处理器是plc5系列中的新技术产品，处理器及i/o系统可以通过redundant controlnet总线交换数据。6#罐区监控系统将1号plc和2号plc配置为冗余控制器。在正常状态下，只有主处理器的输出数据对i/o系统进行控制，主从处理器通过controlnet交换数据及状态保持同步，如果主处理器出错，从处理器将接替主处理器对网络及对i/o系统进行控制。

　　该plc系统di点采用1771-ibd开关量输入模块，do点采用1771-ow16开关量输出模块，ai点采用1771-ife模拟量输入模块，16 点单边输入。采用1785-chbm作为处理器热备模块，1771-acnr15为带冗余网口的controlnet适配器模块。

　　本系统有3台上位机，其中2台为操作站，1台为工程师站。每一台上位机都能通过controlnet单独对plc进行数据采集和控制。上位机还通过以太网 实现文件和其他数据的共享。

　　controlnet的组态使用软件rsnetworx，plc系统组态及控制逻辑组态使用软件rslogix5。在controlnet 网络中，可以组态预定的数据传送操作。这样要实现在处理器和外部设备之间的数据交换，如在1771-ife卡和处理器之间，主备处理器之间的数据交换，并 不需要在逻辑梯形图中使用块传送指令。

　　图1 6#罐区监控系统结构图概貌

　　3 fiq101的累积实

　　3.1 流量fiq101概述

　　广州石化6#罐区需要对进出罐的液化气流量fi101进行计量。就地仪表采用micro motion质量流量计。该流量计准确度±0.12%，除了可以就地显示外，同时可以将瞬时流量值输出为4-20ma信号。该信号接入plc系统的 1771-ife模拟量输入模块，经过12bit 的模数转换后转换为0-4095的值。在1771-ife中，还可以将0-4095的值定标为-9999到+9999的工程单位值。工艺要求在操作室除了 可以监视瞬时流量值外，还要求有准确的流量累积值显示。我们在plc中用梯形逻辑来实现流量累积的运算。

　　3.2 流量累积的原理

　　如何把瞬时流量(又称流率)经过累加运算为总流量，一般有如下一个公式:

　　瞬时流量×时间=总流量

　　我们知道，假设一个流量值为5m3/s在1min内不变化，则在这1min内的的总流量为:

　　(5m3/s) * 60s = 300m3

　　现在假设流量变化如下:

　　4m3/s有 30 s

　　5m3/s有 10 s

　　6m3/s有 20 s

　　则在这1min 内的的总流量为:

　　(4m3/s)*30s+(5m3/s)*10 s+(6m3/s)*20s=290m3

　　假设流量随时都可能变化，那么就不能用上面的公式来计算总流量了。我们可以按一定的时间间隔采样流量值，然后计算这些值的总和。流量的采样时间越短，计算的结果就越准确。请看图2。

　　图2短的采样间隔时间

　　在上面2个例子中，曲线下面的区域就是总流量。采样间隔时间越短，计算误差就越小。

　　在实际应用中，由于plc计时器的限制，短的时间间隔只有0.01s。然而采样间隔时间越短，计算次数就越多，这样就增加了plc的程序扫描时间。

　　3.3 在plc 5/40c中流量累积运算的方法

　　我们用梯形逻辑来实现流量累积的运算时可以采用“可选定时中断子程序”来处理，这样采样间隔时间就是固定的了。但是在plc 5/40c中只有一个可选定时中断子程序，其定时中断时间一般较难同时满足几种逻辑功能的需要。

　　我们也可以计时器指令来来作为采样间隔时间，每次计时器到了设定值就采样一次。计时器的精度不可能高于它的时基，因此每次计时器超时和再次开始计时的时候，都要产生一个时基的正或负的误差。例如，10ms为一个时基的计时器预定计10次，其时间计算将是100ms正或负10ms。

　　我们也可以采用一种技巧来减少因计时器精度带来的误差。我们采用长的时间计时来作。例如，10ms为一个时基的计时器预定计30000次(plc 5/40c的计时器的预置值范围为0-32767)，其时间计算将是300s正或负10ms。在这其中，我们可以预定一个采样间隔时间为10个时基 (100ms)以上。每次程序扫描，处理器判断如果自从上次累积运算起，时间间隔超过预定时间(例如:100ms)，就将这段时间乘以当前的瞬时流量值作 为累加量。在这种算法中，采样间隔时间就不是固定的了。

　　另外要考虑的是运算所用到的数据格式。plc 5/40c数据表按不同的格式和范围来存储不同类型的数据。有两种文件格式可以选择，一是n文件(整数型文件)，值的范围为-32768到+32767， 占1个16位字;因为在累积运算过程中，数的乘积和多次累加值一般都会超出+32767，所以我们尽量不用n文件。

　　另外是f文件(浮点数文件)，值的范围为±1.175494e-38到 3.402823e+38，占1个32位字。浮点数在寄存器中32位的空间表示为:

　　s xxxxxxxx mmmmm

　　上面: s=符号 x=指数 m=尾数

　　可见用浮点数表示的值的十进制有效位数只有7位。因此，必须考虑有效位数问题。举例如下:

　　假设a代表计算的总流量，f代表计算上一次累加的流量，把f加到a上就会计算出一个新的总流量。在控制器的存储器中，a和f使用浮点数文件格式，有效数字 是7位。一旦a比f大很多时，那么a和f的加数将会产生误差。

　　请看计算过程:

　　a=3.632523e+9

　　f=4.978e+3

　　3,632,523,000

　　+ 4,978

　　3,632,527,978

　　因为这个结果只能保留7个有效位，所以舍去后几位数，写成3.632527e+9或3,632,527,000，数值978被丢失。为了避免出现这个问 题，我们可以想办法使a和f在整个运算过程中不出现小数，数值不超过7个有效位。

　　4 结束语

　　流量累积的运算，要尽量避免计算过程中的误差，一是要选择正确的文件存储格式，二是要避免运算值超出数值范围和有效位数范围，三是尽可能减少采样时间的定时器带来的误差。在上面plc5/40c的梯形逻辑中，我们按照以上几个原则，经过细致的考虑和计算，使用长预置值的参考定时器，并使所有被用到的浮点数文件的值的有效位数不超出范围，不出现小数，避免了丢失小的数值，从而实现高精度的累积运算，满足了工艺要求。