用PLC实现流量累积的计算

　　PLC即可编程序控制器，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计。目前，PLC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，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，本文进行详细的分析和论述，包括在西门子S7-200CPU上编程的案例。

　　PLC实现流量累积的工作原理

　　流量计输出的信号一般是脉冲信号或4～20 mA电流信号，这两种信号输出的都是瞬时流量，我们的目的是在PLC中计算和显示瞬时流量值和计算累积流量值，当输入信号是脉冲信号时，在计算瞬时流量时，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，不允许再产生其他中断，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4～20 mA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。

　　以西门子S7-200 CPU224为例，S7-200的CPU224具有6个单相最大30 kHz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高速计数器达到最大计数值时保证计算的正确性，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。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地进行累计的，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拐点(7FFFFFFF)，如果达到，则执行特殊的计算以便消除计算错误。

　　实际上，在现场应用中定时中断子程序是采用250 ms中断一次执行的，使用SMB34进行控制。需要注意的是，系统中必须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，从而影响系统精度。

　　通过以上计算就得到了250 ms内流量计发过来的脉冲个数，这个数值乘以脉冲当量就是250 ms内的流量值，再除以时间就是平均流量。另外，在250 ms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计算误差，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(250 ms)内流过的流量乘以15作为第1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1个累积器清零，对于第3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数部分就可以了，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。