在PLC中實(shí)現(xiàn)高精度流量累積運(yùn)算的方法

1、在 PLC 中實(shí)現(xiàn)高精度流量累積運(yùn)算的方法時(shí)間： 2009-6-12 15:38:501 引言中國石化股份有限公司廣州分公司 6 號罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)于 2001 年由常規(guī)儀表改造為 PLC 系 統(tǒng)。其中工藝要求在監(jiān)控系統(tǒng)中對瞬時(shí)流量 FI101 進(jìn)行累積顯示。 經(jīng)過對該流量累積的運(yùn)算 方法的多次測試， 找到了在運(yùn)算中最大限度減少誤差的方法， 并在邏輯梯形圖成功實(shí)現(xiàn)累積 運(yùn)算。2 監(jiān)控系統(tǒng)簡介廣州石化 6#罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)采用 ROCKWELL 公司的可編程控制器和人機(jī)界面軟件，用于實(shí) 現(xiàn)對該液態(tài)烴罐區(qū)的 24 個(gè)球罐的各種工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警、聯(lián)鎖等功能。該系統(tǒng)從 2000年 10月開始設(shè)計(jì)， 2

2、001年 4月系統(tǒng)安裝、組態(tài)、調(diào)試工作全面完工。該系統(tǒng)人機(jī)界面采用Rockwell software公司開發(fā)的 RSView32軟件。RSView32基于MicrosoftWindows NT 和 Windows 95/98 平臺設(shè)計(jì)，是一種易用的、可集成的，基于組件的人機(jī)對話 系統(tǒng)，在編制人機(jī)交互界面方面具有極大的靈活性和極強(qiáng)的功能?？刂破鞑捎?ControlNet PLC-5/40C 處理器熱備系統(tǒng)。 ControlNet PLC-5/40C 處理器是 PLC5 系列中的新技術(shù)產(chǎn)品，處理器及 I/O 系統(tǒng)可以通過 Redundant ControlNet 總線交換數(shù)據(jù)。 6# 罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)

3、將1號PLC和2號PLC配置為冗余控制器。在正常狀態(tài)下，只有主處理器的 輸出數(shù)據(jù)對 I/O 系統(tǒng)進(jìn)行控制， 主從處理器通過 ControlNet 交換數(shù)據(jù)及狀態(tài)保持同步， 如果 主處理器出錯，從處理器將接替主處理器對網(wǎng)絡(luò)及對 I/O 系統(tǒng)進(jìn)行控制。該P(yáng)LC系統(tǒng)DI點(diǎn)采用1771-IBD開關(guān)量輸入模塊，DO點(diǎn)采用1771-OW16開關(guān)量輸出模塊，AI 點(diǎn)采用 1771-IFE 模擬量輸入模塊， 16點(diǎn)單邊輸入。采用 1785-CHBM 作為處理器熱備模 塊， 1771-ACNR15 為帶冗余網(wǎng)口的 ControlNet 適配器模塊。本系統(tǒng)有 3 臺上位機(jī)，其中 2臺為操作站， 1 臺為工程師站。

4、 每一臺上位機(jī)都能通過 ControlNet 單獨(dú)對 PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制。上位機(jī)還通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)文件和其他數(shù)據(jù)的共享。ControlNet 的組態(tài)使用軟件 RSNetWorx， PLC 系統(tǒng)組態(tài)及控制邏輯組態(tài)使用軟件 RSLogix5 。 在 ControlNet 網(wǎng)絡(luò)中，可以組態(tài)預(yù)定的數(shù)據(jù)傳送操作。這樣要實(shí)現(xiàn)在處理器和外部設(shè)備之 間的數(shù)據(jù)交換，如在 1771-IFE 卡和處理器之間，主備處理器之間的數(shù)據(jù)交換，并不需要在 邏輯梯形圖中使用塊傳送指令。圖1 6#罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖概貌3 FIQ101 的累積實(shí)3.1 流量 FIQ101 概述廣州石化 6#罐區(qū)需要對進(jìn)出罐的液化氣流量FI1

5、01 進(jìn)行計(jì)量。就地儀表采用 Micro Motion質(zhì)量流量計(jì)。該流量計(jì)準(zhǔn)確度± 0.12%，除了可以就地顯示外，同時(shí)可以將瞬時(shí)流量值輸出 為 4-20mA 信號。該信號接入 PLC 系統(tǒng)的 1771-IFE 模擬量輸入模塊，經(jīng)過 12bit 的模數(shù)轉(zhuǎn) 換后轉(zhuǎn)換為 0-4095 的值。在 1771-IFE 中，還可以將 0-4095的值定標(biāo)為 -9999到+9999 的工 程單位值。工藝要求在操作室除了可以監(jiān)視瞬時(shí)流量值外， 還要求有準(zhǔn)確的流量累積值顯示。我們在 PLC 中用梯形邏輯來實(shí)現(xiàn)流量累積的運(yùn)算。3.2 流量累積的原理如何把瞬時(shí)流量 （ 又稱流率 ）經(jīng)過累加運(yùn)算為總流量，一

6、般有如下一個(gè)公式:瞬時(shí)流量X時(shí)間=總流量我們知道，假設(shè)一個(gè)流量值為 5m3/s 在 1min 內(nèi)不變化，則在這 1min 內(nèi)的的總流量為 : （5m3/s） * 60s = 300m3現(xiàn)在假設(shè)流量變化如下 :4m3/s 有 30 s5m3/s 有 10 s6m3/s 有 20 s則在這 1min 內(nèi)的的總流量為 :（4m3/s）*30s （5m3/s）*10 s （6m3/s）*20s=290m3 假設(shè)流量隨時(shí)都可能變化， 那么就不能用上面的公式來計(jì)算總流量了。 我們可以按一定的時(shí) 間間隔采樣流量值，然后計(jì)算這些值的總和。流量的采樣時(shí)間越短，計(jì)算的結(jié)果就越準(zhǔn)確。 請看圖 2 和圖 3。在上面

7、2 個(gè)例子中，曲線下面的區(qū)域就是總流量。采樣間隔時(shí)間越短，計(jì)算誤差就越小。在實(shí)際應(yīng)用中，由于 PLC計(jì)時(shí)器的限制，最短的時(shí)間間隔只有 0.01s。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。圖3 短的采樣間隔時(shí)間3.3 在 PLC 5/40C 中流量累積運(yùn)算的方法我們用梯形邏輯來實(shí)現(xiàn)流量累積的運(yùn)算時(shí)可以采用 “可選定時(shí)中斷子程序” 來處理， 這樣采 樣間隔時(shí)間就是固定的了。 但是在 PLC 5/40C 中只有一個(gè)可選定時(shí)中斷子程序， 其定時(shí)中斷 時(shí)間一般較難同時(shí)滿足幾種邏輯功能的需要。我們也可以計(jì)時(shí)器指令來來作為采樣間隔時(shí)間， 每次計(jì)時(shí)器到了設(shè)定值就采樣一次。

8、 計(jì)時(shí)器 的精度不可能高于它的時(shí)基， 因此每次計(jì)時(shí)器超時(shí)和再次開始計(jì)時(shí)的時(shí)候， 都要產(chǎn)生一個(gè)時(shí) 基的正或負(fù)的誤差。例如，10ms為一個(gè)時(shí)基的計(jì)時(shí)器預(yù)定計(jì)10次，其時(shí)間計(jì)算將是 100ms正或負(fù) 10ms。我們也可以采用一種技巧來減少因計(jì)時(shí)器精度帶來的誤差。我們采用長的時(shí)間計(jì)時(shí)來作。 例如，10ms為一個(gè)時(shí)基的計(jì)時(shí)器預(yù)定計(jì)30000次（PLC 5/40C的計(jì)時(shí)器的預(yù)置值范圍為0-32767），其時(shí)間計(jì)算將是 300s正或負(fù)10ms。在這其中，我們可以預(yù)定一個(gè)采樣間隔時(shí)間 為10個(gè)時(shí)基（100ms）以上。每次程序掃描，處理器判斷如果自從上次累積運(yùn)算起，時(shí)間間隔 超過預(yù)定時(shí)間（例如:100ms），就

9、將這段時(shí)間乘以當(dāng)前的瞬時(shí)流量值作為累加量。在這種算法 中，采樣間隔時(shí)間就不是固定的了。另外要考慮的是運(yùn)算所用到的數(shù)據(jù)格式。 PLC 5/40C 數(shù)據(jù)表按不同的格式和范圍來存儲不同 類型的數(shù)據(jù)。有兩種文件格式可以選擇，一是 N 文件（整數(shù)型文件 ），值的范圍為 -32768 到 +32767，占 1 個(gè) 16 位字;因?yàn)樵诶鄯e運(yùn)算過程中，數(shù)的乘積和多次累加值一般都會超出 +32767，所以我們盡量不用 N 文件。另外是F文件（浮點(diǎn)數(shù)文件），值的范圍為土 1.175494e-38至U 3.402823e+38，占1個(gè)32位字。 浮點(diǎn)數(shù)在寄存器中 32 位的空間表示為 :S xxxxxxxx mmm

10、mm上面：s=符號 x=指數(shù) m=尾數(shù)可見用浮點(diǎn)數(shù)表示的值的十進(jìn)制有效位數(shù)只有 7 位。因此，必須考慮有效位數(shù)問題。 舉例如 下：假設(shè) A 代表計(jì)算的總流量， F 代表計(jì)算上一次累加的流量，把 F 加到 A 上就會計(jì)算出一個(gè) 新的總流量。 在控制器的存儲器中， A 和 F 使用浮點(diǎn)數(shù)文件格式， 有效數(shù)字是 7 位。 一旦 A 比 F 大很多時(shí)，那么 A 和 F 的加數(shù)將會產(chǎn)生誤差。請看計(jì)算過程 ：A = 3.632523E+9F=4.978E+33,632,523,000+ 4,9783,632,527,978因?yàn)檫@個(gè)結(jié)果只能保留 7 個(gè)有效位，所以舍去最后幾 位數(shù)，寫成 3.632527E+

11、9 或3,632,527,000,數(shù)值978被丟失。為了避免出現(xiàn)這個(gè)問題，我們可以想辦法使 A和F在整個(gè)運(yùn)算過程中不出現(xiàn)小數(shù)，數(shù)值不超過 7 個(gè)有效位。 4 結(jié)束語流量累積的運(yùn)算, 要盡量避免計(jì)算過程中的誤差, 一是要選擇正確的文件存儲格式, 二是要 避免運(yùn)算值超出數(shù)值范圍和有效位數(shù)范圍,三是盡可能減少采樣時(shí)間的定時(shí)器帶來的誤差。在上面 PLC5/40C 的梯形邏輯中,我們按照以上幾個(gè)原則,經(jīng)過細(xì)致的考慮和計(jì)算,使用長 預(yù)置值的參考定時(shí)器, 并使所有被用到的浮點(diǎn)數(shù)文件的值的有效位數(shù)不超出范圍,不出現(xiàn)小數(shù),避免了丟失小的數(shù)值,從而實(shí)現(xiàn)高精度的累積運(yùn)算,滿足了工藝要求。上篇文章：VB環(huán)境下利用并口實(shí)現(xiàn) PLC控制（組圖）下篇文章：基于PLC與組態(tài)軟件的高壓電機(jī)智能試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（組圖）閱讀：99人次 【我也要發(fā)表機(jī)電論文 】 【 打印 】相關(guān)文章 EPS電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究 2010-7-30 9:33:24淺論配電自動化的發(fā)展動向2010-7-30 9:31:30淺談電力系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償技術(shù)的幾點(diǎn)思考 2010-7-30 9:29:51淺談如何做好變電站二次繼保改造工程 2010-7-30 9:25:33 淺談發(fā)展自動化變