plc做流量累積計(jì)算的程序

如圖：
 

二、plc計(jì)算流量累積

流量計(jì)是4-20ma信號(hào)輸出，瞬時(shí)流量可以用S7200來做，但是累積流量的話，怎么編程才能使誤差最小，累積流量超范圍溢出問題，怎么解決？

對(duì)這個(gè)流量進(jìn)行固定頻率的采集，假如采集頻率為10hz，也就是每秒鐘采集10次，將每次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，再將累計(jì)的數(shù)除以10就是每秒流量，假如流量計(jì)工作在最大流量上，我們假定20ma對(duì)應(yīng)的數(shù)值時(shí)65535（一般plc模擬量都沒這么高的精度，至于是多少要根據(jù)模塊來），那么用雙字運(yùn)算就能滿足要求了，先將模擬量輸入數(shù)值轉(zhuǎn)換成雙字，再累加，到10次以后將累加值除以10再傳送給另一個(gè)寄存器（這個(gè)寄存器中才是真正的累計(jì)量）。

累計(jì)范圍超出也好辦，只要將累計(jì)量單位換算一下就永遠(yuǎn)也不可能超范圍了，比如開始累計(jì)的是升,每次達(dá)到1000升時(shí)，將一個(gè)立方為單位的累計(jì)值上加1，以升為單位的寄存器清零，單立方值到了1000后，將仟立方寄存器加1，再將立方累計(jì)值清零。這樣處理，再多的流量也可以累計(jì)。

要減小累計(jì)誤差就是要減短采集時(shí)間，對(duì)于流量計(jì)采樣時(shí)間0.1秒應(yīng)該是夠了。還有就是采集程序要用定時(shí)中斷，比較準(zhǔn)確一點(diǎn)。

三、plc在流量顯示和累積計(jì)量上的應(yīng)用

流量計(jì)輸出的信號(hào)一般是脈沖信號(hào)或4-20mA電流信號(hào)，這兩種信號(hào)輸出的都是瞬時(shí)流量（也有用繼電器輸出累積量信號(hào)，原理一樣，不再贅述），我們的目的是在PLC中計(jì)算和顯示瞬時(shí)流量值和計(jì)算累積量值，當(dāng)輸入信號(hào)是脈沖信號(hào)是，在計(jì)算瞬時(shí)流量的時(shí)候，必須按照一個(gè)嚴(yán)格的時(shí)間間隔計(jì)算才能保證瞬時(shí)流量的準(zhǔn)確性。

因此，計(jì)算瞬時(shí)流量的時(shí)候必須用定時(shí)中斷來進(jìn)行，而且，在PLC系統(tǒng)中只能運(yùn)行這一個(gè)中斷程序，不允許再產(chǎn)生其它中斷（即使是低優(yōu)先級(jí)的中斷也不允許運(yùn)行），以防止干擾定時(shí)中斷的時(shí)間間隔的準(zhǔn)確性，計(jì)算瞬時(shí)流量就是將這個(gè)時(shí)間段的累計(jì)脈沖個(gè)數(shù)換算成累計(jì)流量，再除以時(shí)間就是瞬時(shí)流量，對(duì)于4-20mA輸入只需按照其對(duì)應(yīng)的量程進(jìn)行換算就可以直接得到瞬時(shí)流量，而累積流量就是將每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的累積流量累加起來就是累積流量，在實(shí)際使用PLC編程的過程中必須注意以下幾個(gè)問題：

1. 輸入脈沖頻率范圍是否超出PLC接收的范圍；
2. PLC高速計(jì)數(shù)器在達(dá)到最大計(jì)數(shù)值時(shí)如何保證計(jì)算正確；
3. 如何保證定時(shí)中斷不受干擾；
4. 如何避免計(jì)算累積量的誤差；
5. 累積量的最大累積位數(shù)；
6. 如何復(fù)位累積量；

對(duì)于高速計(jì)數(shù)器是否達(dá)到最大計(jì)數(shù)值時(shí)需要判斷，S7-200CPU的高速計(jì)數(shù)器是可以周而復(fù)始的進(jìn)行累計(jì)的，最高位為符號(hào)位，最小值為7FFFFFFF，由于計(jì)數(shù)器是一直累加的，不可能出現(xiàn)本次讀取的的計(jì)數(shù)值小于上次的計(jì)數(shù)值。

因此判斷計(jì)數(shù)器當(dāng)前值是否小于前一次的計(jì)數(shù)值，就可以判斷計(jì)數(shù)是否達(dá)到最大值的拐點(diǎn)（7FFFFFFF），如果達(dá)到，則執(zhí)行特殊的計(jì)算以便消除計(jì)算錯(cuò)誤，如下列程序所示，當(dāng)當(dāng)前計(jì)數(shù)值大于等于上次計(jì)數(shù)值時(shí)，兩個(gè)計(jì)數(shù)值做差，就得到程序兩次掃描時(shí)間間隔內(nèi)的計(jì)數(shù)差值，同時(shí)將當(dāng)前計(jì)數(shù)值賦值到上次計(jì)數(shù)值上；當(dāng)當(dāng)前計(jì)數(shù)值小于上次計(jì)數(shù)值時(shí)，計(jì)算上次計(jì)數(shù)值與7FFFFFFF之間的差值（用減法），以及當(dāng)前計(jì)數(shù)值和7FFFFFFF之間的差值（用加法），然后將兩個(gè)結(jié)果相加就是程序兩次掃描時(shí)間間隔內(nèi)的計(jì)數(shù)差值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)累計(jì)計(jì)數(shù)值達(dá)到拐點(diǎn)時(shí)的正確計(jì)算。

注：此程序應(yīng)放在定時(shí)中斷子程序中執(zhí)行。

實(shí)際上，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中定時(shí)中斷子程序是采用250ms中斷一次執(zhí)行的，使用SMB34進(jìn)行控制的，需要注意的是，系統(tǒng)中必須只保證這個(gè)中斷是唯一存在的，不會(huì)受到其他中斷的影響，否則可能會(huì)由于其他中斷的影響使周期性中斷不準(zhǔn)時(shí)，從而影響精度。

通過以上計(jì)算就得到了250ms內(nèi)流量計(jì)發(fā)過來的脈沖個(gè)數(shù)，這個(gè)數(shù)值乘以脈沖當(dāng)量就是250ms內(nèi)的流量值，再除以時(shí)間就是瞬時(shí)流量，另外，在250ms內(nèi)再執(zhí)行累加程序就可以計(jì)算累積流量了，在計(jì)算累積流量過程中需要避免累積過程的的計(jì)算誤差，流量累積量是一直累積的一個(gè)數(shù)值，一般會(huì)累積到8位數(shù)，而PLC內(nèi)部的浮點(diǎn)數(shù)的有效位數(shù)是6位，當(dāng)累積量數(shù)值很大的時(shí)候就會(huì)造成一個(gè)大數(shù)和一個(gè)小數(shù)相加，勢(shì)必導(dǎo)致小數(shù)的有效位數(shù)丟失，造成很大的累積誤差。

因此，要避免大數(shù)和小數(shù)相加的情況出現(xiàn)，解決方法是采用多個(gè)流量累積器，只允許同數(shù)量級(jí)的數(shù)值相加，從而避免數(shù)值有效位數(shù)損失，實(shí)際編程中采用了5個(gè)累積器，根據(jù)常用流量情況下，在周期中斷時(shí)間間隔（250ms）內(nèi)流過的流量乘以15作為第一個(gè)累積器的上限，當(dāng)達(dá)到這個(gè)累積器的上限值后，將這個(gè)累積器的值累加到第2個(gè)累積器中，并把第一個(gè)累積器清零，對(duì)于第三個(gè)累積器也同樣處理，第4個(gè)累積器用于保存累積量小數(shù)部分?jǐn)?shù)值，第5個(gè)累積器用于保存累積量整數(shù)部分?jǐn)?shù)值，這樣在顯示總累積量時(shí)只需顯示整數(shù)部分和小樹部分就可以了，整個(gè)過程充分避免了累積過程中大數(shù)與小數(shù)相加的情況出現(xiàn)。

在實(shí)際工程中，需根據(jù)流量的大小、周期中斷的時(shí)間間隔來確定所用累積器的個(gè)數(shù)，而累積器的整數(shù)部分用雙整數(shù)來表示，雙整數(shù)的范圍是-2,147,483,648到+2,147,483,647，因此，可以使累積器的整數(shù)位數(shù)達(dá)到9位，這樣，在顯示累積量時(shí)就可以最多顯示9位整數(shù)的累積量和6位的小數(shù)累積量�？傆�(jì)15位，從而省略累積器倍乘系數(shù)，使讀數(shù)更簡(jiǎn)便。

對(duì)累積器需要在一定條件下復(fù)位，累積到最大數(shù)值或手動(dòng)復(fù)位，在中斷程序中判斷累積量是否達(dá)到超過最大位數(shù)，當(dāng)超過最大數(shù)值時(shí)，將各個(gè)累積器清零，另外清零的觸發(fā)信號(hào)也可以是手動(dòng)觸發(fā)。

如果是流量計(jì)本身也有累計(jì)量的話，二次輸出的瞬時(shí)量，在PLC中再做中斷，也會(huì)有一定的誤差的。最好用通訊或脈沖。

PLC做累加總歸會(huì)有誤差，最好的方法是用通信，可以確保累積流量的準(zhǔn)確。通用的HART-Profibus通信網(wǎng)關(guān)比較復(fù)雜，還需要定義解析HART消息。

在對(duì)準(zhǔn)確度有較高要求的場(chǎng)合建議用累積流量專用網(wǎng)關(guān)，專用帶來簡(jiǎn)潔，經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、可靠，不需要定義HART消息，不需要PLC是Profibus主站，即插即用免配置。

四、西門子plc中如何解決流量累積問題
 
現(xiàn)在上位機(jī)系統(tǒng)中很多要求具備流量計(jì)的流量累計(jì)功能，由此引出的幾個(gè)問題，期望與大家分享。

問題1：自行編寫流量累計(jì)程序
自行編寫流量累計(jì)程序的原理，其實(shí)就是積分的最原始算法概念，把單位小間隔時(shí)間內(nèi)的瞬時(shí)流量乘以單位間隔時(shí)間，得到單位小間隔時(shí)間內(nèi)的流量，再把這些小流量累加起來，就的到了累計(jì)流量。
在流量累計(jì)編程中經(jīng)常會(huì)遇到實(shí)數(shù)加法問題，實(shí)數(shù)加法運(yùn)算的注意事項(xiàng)也應(yīng)當(dāng)引起編程人員的重視，請(qǐng)看下例程序（假設(shè)其在OB35中被調(diào)用，目的為每隔一定時(shí)間間隔就累計(jì)一次流量）
L MD0 //累計(jì)流量存儲(chǔ)值
L MD4 //流量瞬時(shí)值
+R
T MD 0
以上的程序是否存在問題？

很多人會(huì)認(rèn)為沒有問題，但實(shí)際情況是此程序在運(yùn)行一段時(shí)間后就將出現(xiàn)錯(cuò)誤。此程序在運(yùn)行之初是正常的，因?yàn)槔塾?jì)流量初始值及流量瞬時(shí)值都為一個(gè)很小的浮點(diǎn)數(shù)，兩數(shù)相加后，結(jié)果正確。但是當(dāng)一段時(shí)間后，累計(jì)流量的數(shù)值逐漸增大，當(dāng)它與瞬時(shí)流量的數(shù)值相差很遠(yuǎn)的時(shí)候，兩者執(zhí)行加法操作后，瞬時(shí)流量的數(shù)值將被忽略掉（如9999990.0與0.2做加法操作）。其實(shí)具備計(jì)算機(jī)常識(shí)的人都應(yīng)當(dāng)清楚這一點(diǎn)，這是由于浮點(diǎn)數(shù)的存儲(chǔ)機(jī)制造成的，是所有計(jì)算機(jī)方面編程都需要考慮的問題。這個(gè)問題可以通過使用二次累加或多次累加的方法來解決。所以在編程時(shí)應(yīng)避免數(shù)量級(jí)相差太多的浮點(diǎn)數(shù)之間進(jìn)行運(yùn)算。很多人反映“加法指令不好用了”，很有可能就是數(shù)量級(jí)相差很多的實(shí)數(shù)進(jìn)行了加法運(yùn)算。

問題2：累計(jì)流量誤差問題
對(duì)于積分算法，取小的矩形對(duì)流量進(jìn)行累計(jì)，肯定是矩形劃分越細(xì)，誤差越小，不存在誤差是不可能的。

問題3：流量計(jì)與PLC構(gòu)成的系統(tǒng)的誤差
流量計(jì)有多種多樣，下面舉些例子:

1、流量計(jì)本身沒有累計(jì)流量功能，但可以把瞬時(shí)流量以模擬量的方式（例如4-20mA）輸出。
此時(shí)累計(jì)流量的最大誤差可以估算為：
流量計(jì)本身誤差 * 流量計(jì)D/A誤差 * 模擬量模塊A/D誤差 * PLC流量累計(jì)算法誤差

假設(shè)上面所有誤差都是1%，則最后的誤差約為：4.06%
1.01*1.01*1.01*1.01=1.0406
對(duì)于某些流量計(jì)，本身的瞬時(shí)流量誤差可能就是3%，所以這樣的系統(tǒng)累計(jì)流量的誤差可能還要大些。

2、流量計(jì)本身沒有累計(jì)流量功能，但可以把瞬時(shí)流量以數(shù)字量的方式輸出。
有些流量計(jì)提供數(shù)字量接口，可以連接PLC的數(shù)字量輸入模板，流量計(jì)每流過一定流量后（例如0.1噸），此輸入點(diǎn)就導(dǎo)通一次，PLC就把累計(jì)流量累加0.1噸即可。
此類系統(tǒng)避免了A/D，D/A轉(zhuǎn)化的誤差，以及PLC累計(jì)算法誤差。但是會(huì)出現(xiàn)一定時(shí)間內(nèi)累計(jì)流量不變化的情況，實(shí)時(shí)性不好（每0.1噸累積的時(shí)間）。

3、流量計(jì)本身有累計(jì)流量功能，同時(shí)可以把瞬時(shí)流量以模擬量的方式（例如4-20mA）輸出，但無法將累計(jì)流量數(shù)值送出。
流量計(jì)本身累積流量的數(shù)值，最后很有可能與PLC的累計(jì)流量數(shù)值相差很大，原因可能是多方面造成的，除去系統(tǒng)累計(jì)流量誤差的因素，如果PLC系統(tǒng)檢修時(shí)，流量計(jì)還計(jì)量，則PLC無法累積這部分流量。

4、流量計(jì)本身有累計(jì)流量功能，同時(shí)可以通過通信的方式，把瞬時(shí)流量及累計(jì)流量數(shù)值送給PLC。這種情況最理想，但系統(tǒng)的成本也最高。

五、關(guān)于流量累積的程序

需要關(guān)于流累累積的程序，只要流量計(jì)測(cè)到瞬時(shí)計(jì)量，需要求出某一時(shí)段的累積流量，需要成功的例子程序，LAD/STL都可以。

在ob35中做，做一個(gè)小信號(hào)切除，太小的就不要了。
 

 上面的程序啟動(dòng)瞬間累計(jì)數(shù)據(jù)清零，然后開始累計(jì)，start=0停止累計(jì)。如果要求的精度高的話，需要減小ob35的周期，同時(shí)7200.0也需要相應(yīng)的變化。如果周期是100ms了，那么7200.0需要變成36000.0。

 分析：
 以前用plc做過流量計(jì)算。首先的看你用什么計(jì)流量，如果是脈沖信號(hào)，因?yàn)镻LC本身有運(yùn)行周期，如果控制要求較高的場(chǎng)合，通過脈沖來計(jì)算出瞬時(shí)流量，計(jì)算出來實(shí)際上是不準(zhǔn)的，而且控制上滯后比較嚴(yán)重。TI430單片機(jī)之類具有硬件脈沖捕捉功能的單片機(jī)，在通過脈沖計(jì)算流量上，有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。這個(gè)可以參考一些基本的測(cè)速概念。脈沖用來計(jì)算累積量很準(zhǔn)。
 
 如果流量計(jì)本身反饋的是4~20ma的速度模擬信號(hào)，這個(gè)就直接采集，然后在OB35里邊用積分模塊進(jìn)行流量累計(jì)。這個(gè)速度信號(hào)比較及時(shí)準(zhǔn)確，但中斷模塊調(diào)用積分，也會(huì)有誤差，不如脈沖計(jì)量準(zhǔn)。
 
 現(xiàn)在做皮帶秤時(shí)，一般都混合采用，直接采模擬速度，然后用脈沖累計(jì)流量。