基于SIMATIC WinCC的流量計在線標定系統(tǒng)設(shè)計

固體流量計在工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，通常用在配料計量、原料計量、產(chǎn)量計量和其他自動化控制過程，其計量的準確性往往影響著產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量及其他工況指標、經(jīng)濟指標。固體流量計的標定采用“比對法”，即使用相等量的物料分別經(jīng)過流量計及精度更高的另一計量設(shè)備計量，將計量結(jié)果進行對比，然后對流量計標定系數(shù)進行修正。標定過程中越接近正常生產(chǎn)過程，標定效果越好。進行標定時需要產(chǎn)線停機，且需要大量物料的轉(zhuǎn)運，費時費力[1]。本文以水泥配料流量計為例，利用稱重倉及SIMATICWinCC（以下簡稱WinCC），設(shè)計無須停機及物料轉(zhuǎn)運的固體流量計在線標定系統(tǒng)。

1、混料工藝簡介項目所涉混料產(chǎn)線有三個原料儲存?zhèn)}，分別儲存三種固體粉狀料。倉壁安裝有開關(guān)閥、流量閥及空氣斜槽，斜槽另一端連接著安有固體流量計的垂直管段，物料經(jīng)過垂直管段后進入混料機。生產(chǎn)時三種物料同時持續(xù)下料，流量大小由流量閥調(diào)節(jié)，并通過流量計進行計量。如圖1所示，為實現(xiàn)流量計的在線標定，需要將儲存?zhèn)}改為稱重倉[2]。在儲存?zhèn)}底部安裝稱重傳感器，將儲存?zhèn)}上下游所有硬連接改為軟連接，使儲存?zhèn)}重量完全落在稱重傳感器上。如果為圓形倉，由于三點確定一個平面，選用3臺稱重傳感器間隔120°在圓倉均勻排布；如果是方形倉，考慮到倉的穩(wěn)固性，在方形倉的四角各安裝一臺稱重傳感器，4臺稱重傳感器要安裝在同一水平高度，以使4個稱重傳感器均勻受力。稱重傳感器選用柱形電阻應(yīng)變片式傳感器，精度為C3，誤差0.02%。稱重傳感器信號連接至稱重儀表，經(jīng)儀表處理后顯示施加在傳感器上的總重量，即儲存?zhèn)}重量。這樣就將存儲倉改成了稱重倉，稱重倉屬于靜態(tài)計量，誤差一般為±0.1%，在工況無大變化的情況下，可每年對稱重倉校準一次。圖1水泥混料工藝流程

2、流量計標定方法工業(yè)流量計為動態(tài)計量設(shè)備，一般工業(yè)級流量計計量精度有1.0、1.5、2.5、4.0四個等級，即誤差在±1%~±4%；可用精度更高的稱重倉進行標定。標定方法為：流量計標定前，記錄稱重倉的倉重G及流量計累計量T；然后打開開關(guān)閥及流量閥下料，下料過程控制流量為正常混料生產(chǎn)所用流量，下料一段時間后停止下料，記錄此時的倉重G′及流量計累計量T′。如果流量計原修正系數(shù)為X0，則：將新系數(shù)輸入到流量計儀表，再次標定，至誤差滿足工藝要求即可[3-4]。

3、流量計在線標定系統(tǒng)硬件設(shè)計如圖2所示，將稱重倉倉重信號、開關(guān)閥、流量閥控制信號通過信號電纜接入PLC，流量計儀表通過Modbus通訊方式連接至PLC。系統(tǒng)核心為PLC，PLC讀取信號并進行邏輯運算及控制，通過交換機將信號傳至工程師站及操作員站進行顯示，同時接受工程師站、操作員站的指令，對開關(guān)閥、流量閥進行控制。PLC與流量計之間使用Modbus通訊協(xié)議連接，通過編程可對儀表內(nèi)所有參數(shù)讀取及修改。圖2流量計在線標定硬件系統(tǒng)圖

4、流量計在線標定系統(tǒng)軟件設(shè)計流量計在線標定系統(tǒng)軟件設(shè)計思路為，在WinCC中建立三個稱重倉倉重、流量計瞬時量及累計量變量，并組態(tài)在同一個趨勢圖中；利用WinCC自帶的C語言腳本編程，讀取趨勢圖中標尺處的數(shù)據(jù)；在生產(chǎn)過程曲線中選定一個起點和一個終點拉動標尺，起點至終點間作為標定區(qū)間；所編腳本讀取起點及終點數(shù)據(jù)，自動計算流量計誤差及修訂系數(shù)，并將計算結(jié)果寫入PLC；利用Modbus通訊協(xié)議編程，將修正系數(shù)寫入流量計儀表，則標定過程完成。4.1建立WinCC變量趨勢圖PLC與WinCC畫面連接后，在WinCC中建立三個稱重倉倉重、流量計瞬時量及累計量共計9個變量，并將9個變量添加到變量記錄中，新建畫面，在畫面中添加趨勢圖控件“OnlineTrendContol”，將9個變量按照1#倉重/累計量/瞬時量，2#倉重/累計量/瞬時量，3#倉重/累計量/瞬時量的順序組態(tài)進趨勢圖。4.2讀取趨勢圖標尺數(shù)值在趨勢圖中通過拖動標尺可查看不同時刻各趨勢曲線的值。利用C語言腳本的TlgGetRulerValueTrend函數(shù)可讀取標尺數(shù)值。如下：floatv1；//定義浮點數(shù)型變量v1v1=TlgGetRulerValueTrend（“trend1”，0）；//讀趨勢圖trend1的第一條曲線與標尺交點數(shù)值并賦給v1SetTagDouble（“tag1”，v1）；//將v1的值存儲在WinCC/PLC中建立的變量tag1中。程序段2中“trend1”為趨勢圖名稱，參數(shù)0代表第一條曲線、1代表第二條曲線……4.3流量計在線標定邏輯控制流量計在線標定控制邏輯利用C語言編程實現(xiàn)。如圖3所示，程序開始后，利用TlgGetRulerValueTrend函數(shù)讀取趨勢圖中倉重曲線及累積量曲線標尺處數(shù)值；當Start變量為1時，程序往下執(zhí)行，利用while函數(shù)，循環(huán)讀取倉重曲線及累積量曲線標尺處數(shù)值，并利用誤差及系數(shù)計算公式計算出每種物料的流量計誤差及系數(shù)，存儲在PLC變量中；因為程序循環(huán)執(zhí)行，此時拉動標尺，便可實時讀取標尺處數(shù)值計算相應(yīng)的誤差及新系數(shù)；當Stop變量為1時，停止while函數(shù)，程序結(jié)束，PLC中最終存儲的是以程序開始時標尺所在位置為起點，以Stop變量變?yōu)?時標尺最后所在位置為終點的曲線段的誤差及系數(shù)值。`圖3邏輯控制4.4流量計在線標定操作界面在WinCC建立的趨勢圖的同一個畫面中添加如圖4所示畫面。上方為數(shù)據(jù)顯示區(qū)，實際值即倉重變化值，累計值即累積量變化值；右側(cè)按鈕分別連接PLC中的變量，通過Modbus通訊編程實現(xiàn)流量計的零點標定及系數(shù)修改[5]。點擊下方“初始值”按鈕后開始執(zhí)行圖3程序流程；“開始標定”按鈕連接Start變量，“停止”按鈕連接Stop變量，兩個按鈕均為自復位按鈕。圖4WinCC操作界面經(jīng)過以上步驟就完成了流量計自動標定系統(tǒng)的開發(fā)。

5、流量計在線標定系統(tǒng)的使用方法利用流量計在線標定系統(tǒng)可在生產(chǎn)過程中進行流量計標定。打開開關(guān)閥及流量閥，調(diào)整三種物料流量開始生產(chǎn)，觀察趨勢圖中瞬時量曲線，待瞬時流量穩(wěn)定后，點擊“初始值”按鈕，系統(tǒng)自動記錄此時各物料的倉重及累積量，作為標定的起始點；然后點擊“開始標定”按鈕，通過拖動標尺，系統(tǒng)開始實時計算誤差及系數(shù)值；觀察數(shù)據(jù)顯示區(qū)的實際值、累計值及誤差，待下料一定量后點擊“停止”按鈕。如果標定誤差值滿足工藝需求，則標定結(jié)束；如果標定誤差值不能滿足工藝要求，點擊“修改系數(shù)”按鈕，系統(tǒng)將新系數(shù)下發(fā)到流量計儀表，同時將新系數(shù)賦值給原系數(shù)。操作時需注意：①零點標定時，需要先關(guān)閉開關(guān)閥、流量閥，無物料通過流量計時，才可進行零點標定；②標定過程中不可有物料進入稱重倉，待標定結(jié)束后再恢復往稱重倉內(nèi)打料；③標定過程和下料過程可以分離，可以先下料，標定時在趨勢圖上找到停止往稱重倉打料的區(qū)間段作為標定區(qū)間即可；④在趨勢圖上選定標定區(qū)間時，可選擇瞬時量接近正常生產(chǎn)值且流量穩(wěn)定的區(qū)間；⑤數(shù)據(jù)顯示區(qū)的原系數(shù)可以在修改系數(shù)時自動記錄，也可手動輸入；⑥選定標定起始值后，通過拉動曲線，可看到下料全過程的誤差值，可以判斷流量計計量的穩(wěn)定性。

6、結(jié)束語通過WinCC組態(tài)及C語言編程開發(fā)，實現(xiàn)了流量