PLC在流量显示和累积计量上的应用
作者：深圳建恒测控股份有限公司 夏冰
目前，PLC（可编程逻辑控制器）已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点，在流量计量方面也有着广泛的用途，在用于流量累积时又有其编程的独特之处，下面进行详细的分析和论述，包括在西门子S7-200CPU上编程的例子。
流量计输出的信号一般是脉冲信号或4-20mA电流信号，这两种信号输出的都是瞬时流量（也有用继电器输出累积量信号，原理一样，不再赘述），我们的目的是在PLC中计算和显示瞬时流量值和计算累积量值，当输入信号是脉冲信号是，在计算瞬时流量的时候，必须按照一个严格的时间间隔计算才能保证瞬时流量的准确性，因此，计算瞬时流量的时候必须用定时中断来进行，而且，在PLC系统中只能运行这一个中断程序，不允许再产生其它中断（即使是低优先级的中断也不允许运行），以防止干扰定时中断的时间间隔的准确性，计算瞬时流量就是将这个时间段的累计脉冲个数换算成累计流量，再除以时间就是瞬时流量，对于4-20mA输入只需按照其对应的量程进行换算就可以直接得到瞬时流量，而累积流量就是将每个时间段内的累积流量累加起来就是累积流量，在实际使用PLC编程的过程中必须注意以下几个问题：
1. 输入脉冲频率范围是否超出PLC接收的范围；
2. PLC高速计数器在达到最大计数值时如何保证计算正确；
3. 如何保证定时中断不受干扰；
4. 如何避免计算累积量的误差；
5. 累积量的最大累积位数；
6. 如何复位累积量；
下面就最关键的2，4，6问题进行详细的叙述，以西门子S7-200 CPU224为例，S7-200的CPU224具有6个单相最大30kHz的高速计数器，但PLC内部没有提供相应的算法来计算频率，因此，需要自己编程计算，这就需要在PLC高速计数器在达到最大计数值时要保证计算的正确性，实际编程时，对高速计数器初始化以后就使之连续计数，不再对其进行任何干预，其高速计数器的初始化程序如下：
注意：此段程序应该放到PLC第一个扫描周期执行的程序中执行。
对于高速计数器是否达到最大计数值时需要判断，S7-200CPU的高速计数器是可以周而复始的进行累计的，最高位为符号位，最小值为7FFFFFFF，由于计数器是一直累加的，不可能出现本次读取的的计数值小于上次的计数值，因此判断计数器当前值是否小于前一次的计数值，就可以判断计数是否达到最大值的拐点（7FFFFFFF），如果达到，则执行特殊的计算以便消除计算错误，如下列程序所示，当当前计数值大于等于上次计数值时，两个计数值做差，就得到程序两次扫描时间间隔内的计数差值，同时将当前计数值赋值到上次计数值上；当当前计数值小于上次计数值时，计算上次计数值与7FFFFFFF之间的差值（用减法），以及当前计数值和7FFFFFFF之间的差值（用加法），然后将两个结果相加就是程序两次扫描时间间隔内的计数差值，从而实现对对累计计数值达到拐点时的正确计算。
注：此程序应放在定时中断子程序中执行。
实际上，在现场应用中定时中断子程序是采用250ms中断一次执行的，使用SMB34进行控制的，需要注意的是，系统中必须只保证这个中断是唯一存在的，不会受到其他中断的影响，否则可能会由于其他中断的影响使周期性中断不准时，从而影响精度。
通过以上计算就得到了250ms内流量计发过来的脉冲个数，这个数值乘以脉冲当量就是250ms内的流量值，再除以时间就是瞬时流量，另外，在250ms内再执行累加程序就可以计算累积流量了，在计算累积流量过程中需要避免累积过程的的计算误差，我们知道，流量累积量是一直累积的一个数值，一般会累积到8位数，而PLC内部的浮点数的有效位数是6位，当累积量数值很大的时候就会造成一个大数和一个小数相加，势必导致小数的有效位数丢失，造成很大的累积误差，因此，要避免大数和小数相加的情况出现，解决方法是采用多个流量累积器，只允许同数量级的数值相加，从而避免数值有效位数损失，实际编程中采用了5个累积器，根据常用流量情况下，在周期中断时间间隔（250ms）内流过的流量乘以15作为第一个累积器的上限，当达到这个累积器的上限值后，将这个累积器的值累加到第2个累积器中，并把第一个累积器清零，对于第三个累积器也同样处理，第4个累积器用于保存累积量小数部分数值，第5个累积器用于保存累积量整数部分数值，这样在显示总累积量时只需显示整数部分和小树部分就可以了，整个过程充分避免了累积过程中大数与小数相加的情况出现，在实际工程中，需根据流量的大小、周期中断的时间间隔来确定所用累积器的个数，而累积器的整数部分用双整数来表示，双整数的范围是-2,147,483,648到+2,147,483,647，因此，可以使累积器的整数位数达到9位，这样，在显示累积量时就可以最多显示9位整数的累积量和6位的小数累积量。总计15位，从而省略累积器倍乘系数，使读数更简便。
对累积器需要在一定条件下复位，累积到最大数值或手动复位，在中断程序中判断累积量是否达到超过最大位数，当超过最大数值时，将各个累积器清零，另外清零的触发信号也可以是手动触发。