【摘要】本文討論了以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)的企業(yè)累積計(jì)量采集模型，首先介紹關(guān)于PLC計(jì)量存在數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的相關(guān)問(wèn)題，明確指出了PLC計(jì)量累積量不準(zhǔn)的問(wèn)題所在。其次，進(jìn)一步說(shuō)明流量累積值PLC計(jì)量不準(zhǔn)在程序編寫、累積計(jì)算公式，計(jì)量介質(zhì)、溫度和壓力補(bǔ)償方面的表現(xiàn)。第三、提出了有關(guān)PLC累積量計(jì)量模型實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)的提取和比較。第四，進(jìn)一步闡述了PLC計(jì)量累積量模型的相關(guān)重要模型公式的應(yīng)用，使用PLC進(jìn)行大面積流體計(jì)量需解決的問(wèn)題。最后，PLC在計(jì)量數(shù)據(jù)采集上的累積值（或瞬時(shí)量）精度，取決于累積量模型、編程選用的計(jì)算公式、編程方法及編程語(yǔ)言是否合理。本人在項(xiàng)目中承擔(dān)了系統(tǒng)分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與PLC計(jì)量累積模型設(shè)計(jì)工作。

【關(guān)鍵詞】PLC計(jì)量；PLC累積模型；流量累積公式

1、概述

根據(jù)對(duì)利用PLC進(jìn)行計(jì)量累積量處理情況的實(shí)際調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)計(jì)量累積數(shù)據(jù)普遍存在數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問(wèn)題，認(rèn)為面對(duì)大量計(jì)量?jī)x表數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單的采用PLC算法進(jìn)行累積計(jì)算在精度上差異較大，如果采用復(fù)雜算法則對(duì)PLC系統(tǒng)編程要求大大提高。目前的情況是：利用PLC采用簡(jiǎn)單算法進(jìn)行累積計(jì)算，計(jì)算精度明顯不夠，對(duì)于外進(jìn)、外供、轉(zhuǎn)供等（貿(mào)易結(jié)算）計(jì)量結(jié)算要求較高的場(chǎng)所可能不滿足要求；如果采用復(fù)雜算法進(jìn)行累積計(jì)算，能夠提高計(jì)算精度，誤差存在不確定性，不同計(jì)量點(diǎn)精度也會(huì)存在差異，并且對(duì)PLC設(shè)備要求高、編程與調(diào)試復(fù)雜，還會(huì)降低系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度。

2、PLC進(jìn)行流量累積相關(guān)問(wèn)題

⑴在PLC中流量累計(jì)程序的編寫，在PLC中應(yīng)該采用多次累積方法避免數(shù)量級(jí)相差太多的浮點(diǎn)數(shù)之間進(jìn)行運(yùn)算。其方法是對(duì)一個(gè)瞬時(shí)量數(shù)據(jù)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，提高累積精度，但會(huì)增加程序長(zhǎng)度。

⑵累計(jì)流量誤差問(wèn)題，在以下三個(gè)方面：①對(duì)于積分算法，應(yīng)該取盡量小的矩形對(duì)流量進(jìn)行累計(jì)，肯定是矩形劃分越細(xì)，誤差越小，對(duì)于累加周期100ms和1s，最后長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)生的偏差是很大的，100ms更加接近現(xiàn)場(chǎng)儀表累加值。然而采樣間隔時(shí)間越短，計(jì)算次數(shù)就越多，這樣就增加了PLC的程序掃描時(shí)間。雖然可以用定時(shí)中斷來(lái)定義較短的采樣時(shí)間間隔，但由于采用多次累積方法，再加上溫度壓力補(bǔ)正后，用戶程序會(huì)很大，PLC運(yùn)行周期也會(huì)加長(zhǎng)，也可能會(huì)影響累積周期延遲或變化，累積周期的變化也會(huì)帶來(lái)累積誤差。②運(yùn)算誤差，如需要將數(shù)字量變換成了實(shí)數(shù)的工程量，在數(shù)字量轉(zhuǎn)換成工程量時(shí)保持整數(shù)的情況下，則軟件上的累加誤差可以減少為0。但是數(shù)字量轉(zhuǎn)成工程量肯定有除的運(yùn)算，如果不能整除，其結(jié)果有商和余數(shù)。需要在程序中對(duì)商和余數(shù)分別進(jìn)行累加，余數(shù)每大于除數(shù)就再整除一次，將商累加到累加量中，余數(shù)繼續(xù)累加，大于除數(shù)就整除一次，周而復(fù)始的進(jìn)行。涉及到的運(yùn)算還可能包括開方、補(bǔ)正等，都有可能存在運(yùn)算誤差。③如考慮再加上溫度壓力補(bǔ)正，由于介質(zhì)不同，運(yùn)行參數(shù)不同，補(bǔ)正程序需要對(duì)各計(jì)量點(diǎn)分別編制，并且一旦工作條件改變，修改補(bǔ)正公式難度較大，不如儀表方便。

⑶根據(jù)PLC工作原理，現(xiàn)場(chǎng)采集的瞬時(shí)量進(jìn)入寄存器后，還需要進(jìn)行工程量處理，其數(shù)據(jù)輸出可以通過(guò)通信讀出，但是累積量數(shù)據(jù)在下一個(gè)循環(huán)周期才能讀出，如果模擬量點(diǎn)數(shù)較多，程序執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)，同樣也會(huì)存在數(shù)據(jù)較長(zhǎng)延時(shí)。

3、PLC進(jìn)行流量累積實(shí)驗(yàn)

針對(duì)上述分析進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)，一是在現(xiàn)場(chǎng)選取了兩個(gè)目前正在運(yùn)行的PLC系統(tǒng)分別接入經(jīng)過(guò)校驗(yàn)的無(wú)紙記錄儀與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行比對(duì)；二是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬信號(hào)的比對(duì)。

⑴現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)比對(duì)的情況：

① 三熱軋水站加熱爐供水流量和軋鋼中壓供水流量的比對(duì)實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行累積計(jì)算，每天定時(shí)同時(shí)抄取計(jì)算機(jī)和儀表量，結(jié)果如下：

以上計(jì)算以法定計(jì)量?jī)x表為標(biāo)準(zhǔn)量，從數(shù)據(jù)中可以看出P102加熱爐供水流量FY5120點(diǎn)PLC中的日累積量普遍小于儀表量而且差值較大，而P302軋鋼中壓供水流量FY5320點(diǎn)PLC中的日累積量普遍大于儀表量而且差值較小，由于水計(jì)量不需要進(jìn)行補(bǔ)正，說(shuō)明計(jì)算機(jī)累積程序有問(wèn)題，最大的可能是累積時(shí)間間隔不一致，計(jì)算方法也可能存在誤差。在現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)中，編程人員往往只關(guān)注瞬時(shí)量的計(jì)算，普遍不關(guān)注流量累積精度問(wèn)題。②在三熱軋加熱爐控制室進(jìn)行煤氣流量的比對(duì)，發(fā)現(xiàn)瞬時(shí)量的測(cè)量值就存在很大差別，而且在小信號(hào)時(shí)和大信號(hào)時(shí)差別方向相反，由于PLC系統(tǒng)進(jìn)行了補(bǔ)正，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)也對(duì)補(bǔ)正公式進(jìn)行了簡(jiǎn)單檢查，感覺(jué)到PLC系統(tǒng)程序可能存在重復(fù)開方運(yùn)算的問(wèn)題。

⑵實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行PLC和流量積算儀的模擬信號(hào)累積比對(duì)實(shí)驗(yàn)。分線性累積、開方累積和溫壓補(bǔ)正累積三部分進(jìn)行。通過(guò)對(duì)程序的優(yōu)化調(diào)整，PLC和儀表線性累積和開方累積的數(shù)據(jù)基本一致，差別不超過(guò)0.5%。

4、使用PLC進(jìn)行大面積流體計(jì)量需解決的問(wèn)題

⑴現(xiàn)場(chǎng)流量測(cè)量?jī)x表種類比較多，大體上可分為采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件兩種，還有采用頻率輸出的儀表，采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件的測(cè)量系統(tǒng)可以用標(biāo)準(zhǔn)公式編程，可以滿足一般的計(jì)量要求，采用非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件的儀表普遍自己配有專用二次儀表，需要解決用何方法把專用儀表信號(hào)采集到PLC中和在PLC中進(jìn)行線性化處理問(wèn)題。

⑵被測(cè)量介質(zhì)品種較多，大體上可分為水、標(biāo)準(zhǔn)氣體、一般氣體和飽和蒸汽、過(guò)熱蒸汽等。在PLC中可以針對(duì)各點(diǎn)各種介質(zhì)甚至各種一次元件進(jìn)行編程，如需修改參數(shù)必須專業(yè)人員進(jìn)行。

⑶流量計(jì)的運(yùn)算公式的選擇，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，各個(gè)廠家的儀表采用的流量計(jì)算公式有所不同，使用效果也不同，因此，用PLC作流量累積對(duì)模型的選擇十分重要。

⑷計(jì)量的準(zhǔn)確性主要是對(duì)各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的瞬時(shí)量采集和補(bǔ)正運(yùn)算，其次是采樣運(yùn)算速度。

⑸重要的線性累積PLC代碼，用STEP7為例，使用SCL編寫，應(yīng)用OB35使用，關(guān)鍵代碼如下：

5、綜上所述

關(guān)于PLC流量累積精度問(wèn)題經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)和研究，我們得出的結(jié)論是：PLC在計(jì)量數(shù)據(jù)采集上的累積（或瞬時(shí)量）精度，取決于累積模型、編程選用的計(jì)算公式、編程方法及編程語(yǔ)言是否合理。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，已經(jīng)研究出來(lái)用于PLC的瞬時(shí)量采集和PLC的累積的模型和編程方法，應(yīng)用此方法，PLC在計(jì)量數(shù)據(jù)采集上，完全可以達(dá)到計(jì)量?jī)x表的精度。

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