摘要：本文叙述了ＰＬＣ在流体计量控制系统中的应用过程。通过PLC系统实现了现场总线控制多项流体仪表传输的计量数据信号。并对应用中出现的问题进行了分析探讨和改进，改进后加快了传输速度，降低了故障出现率。 提高了流体计量控制系统稳定性能，保障了计量系统的正常高效运行。

关键词： 流体；  计量；  数据 

Application of PLC in the Fluid Metering Control System

LIU Ding

Computer Control and Communication Plant, Tianjin Tiantie Group Co., Ltd.  

Abstract: This paper describes the application process of PLC in the fluid metering control system. Through the PLC control system, achieving the field bus control system controlled the measurement data signal transmitted by multiple fluid meter. And the problems arising from the application are analyzed and discussed and improved, speed up the transmission speed after improved, reduced the rate of failure occurs. Improved the stability performance of fluid metering control system, ensured the normal and efficient operation of the metering system.

Keywords: fluid, metering, data

1前言

天铁集团目前有300余套流体仪表，分布在各个工序中，原运用通讯模块采集传输数据，已经不能满足现在生产的需要。为了更好的为相关部门提供精准的数据信息，2012年应用了PLC 控制系统采集传输流体数据信息，通过PLC系统实现了现场总线控制多项流体仪表传输的计量数据信号。

本文针对天铁PLC 在流体计量系统运行过程中经常出现的数据累计误差大和系统运行不稳定的问题，经过对PLC流体计量控制系统分析探讨后，提出了相应的改进措施。改进后，达到了数据累计准确、系统稳定运行的目的。提高了设备的可靠性和运行寿命，实现了流体计量的自动化，消除了计量数据的人工核算程序，收到了较好的经济效益。

2 PLC

2.1 PLC语言

PLC的关键技术在于其内部固化了一个能解释梯形图语言的程序及通讯程序，梯形图语言的解释程序效率决定了PLC的性能，通讯程序决定了PLC与外界交换信息的难易。PLC的主要工作就是开发解释梯形图语言程序。梯形图语言简单易懂，很容易通过编程实现管理需要。

PLC程序是按一定规则和顺序组织起来的PLC指令序列。PLC运行程序就是按一定顺序，执行这序列中一条条指令。指令，也叫操作，是用以告知PLC做什么，以及怎样去做的文字代码或图形符号。而根据使用的语言不同，这些代码或符号也不相同。但从本质上讲，指令只是一些二进制代码，即机器码。如同普通计算机一样，PLC的编程器或PLC的编程软件也有编译系统。它可把一些文字代码或图形符号编译成机器代码。用户所看到的PLC指令一般不是机器代码，而是文字代码或图形符号。

2.2结构

PLC在流体计量中起着举足轻重的作用，要求系统稳定快速接收与上传的功能，为满足该要求，我们采用德国西门子S7系列PLC。模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无论哪种结构类型的PLC，属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。PLC的基本结构框图如图1。

2.3软件

流体计量控制系统应用WINC组态软件提供友好而又功能强大的人机界面。 使得流体计量自动化控制应用得以完善。

以装有组态王V6.53的个人PC机为上位机。充分利用企业现有的局域网将采集到的实时数据传输到系统上位机，在上位机上对数据进行处理和显示，并生成SQL数据库以便查询统计及软件的二次开发，同时亦可将企业内部局域网内的任一PC作为监视机，与系统上位机一起对现场工况数据进行同步监视。采用STEP7-Micro/Win32为PLC的编程软件，采用组态王V6.53为监控软件，组态王提供全面冗余功能，有效减少数据丢失的可能，增加系统的可靠性，方便系统维护。

2.4工作流程

集团公司有煤气、氮气，氧气、蒸汽等各种流体需要准确的计量，大量数据同时采集保存传输是一项繁重的任务，PLC的强大功能和稳定的运行性能十分符合这项任务的要求。虽然PLC与微机都是依靠执行存储器中的程序来工作的，但是由于PLC应用于工作控制领域，需要准确地捕捉输入以及快速地响应，所以PLC采用了循环扫描的工作方式。

PLC运行时，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只采用分时操作（串行工作）方式，每次执行一个操作，按顺序逐个执行。但是，由于CPU的运算速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。PLC用循环扫描工作方式执行用户程序时，首先是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始。PLC的一个循环扫描周期经过内部处理、通信服务、输入采样、程序执行和输出刷新五个阶段。

3 PLC 应用

流体计量控制系统由现场采集装置、PLC装置和计算机组成。PLC把接收的数据及时的传输给计算机，通过IE浏览器实现生产过程监控与调度管理的有机结合，实现管控一体化，便于管理部门及时了解全厂的生产情况、实时工况，进行工艺参数的调整、运行决策及生产调度等。

3.1 问题及原因分析

在1号高炉PLC流体计量控制系统运行过程中，流体计量数据出现了累计误差较大和系统运行不稳定的现象。 经过对PLC的工作流程各个环节分析，总结出现问题的原因：

3.1.1 累计误差大主要是流量累计程序造成的。累计程序就是微积分最原始算法概念，把单位小间隔时间内的瞬时流量乘以单位间隔时间，得到单位小间隔时间内的流量，这些小流量累加起来就得到了累计流量。

编程如下：

L MD0 //累计流量存储值

L MD4 //流量瞬时值

+R

T MD 0

此程序在运行之初是正常的，因为累计流量初始值及流量瞬时值都为一个很小的浮点数，两数相加后，结果正确。但是流量累积量是一直累积的一个数值，累积到8位数，而plc内部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，导致小数的有效位数丢失，造成累积误差。这是由于浮点数的存储机制造成的。

3.1. 2号高炉流体计量控制现场存在电动机的启动停止、大电流接触器的切换、可控硅的调相干扰、电弧电脉冲、电磁波等复杂的干扰群，这种强大的干扰最终综合反映在计数脉冲上，产生了寄生毛刺信号或寄生干扰脉冲，寄生毛刺脉冲又没有得到有效的遏止整形。所以必然会导致PLC高速计数器的计数精度不稳定、不可靠、产生累计误差等一系列问题。

3.1.3 屏蔽层、接地线和大地构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。

3.1.4系统接地与其它接地处理混乱，产生的地环流在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱或程序跑飞。模拟地电位的分布导致测量精度下降，引起信号测控的严重失真。

3.2 改进措施

累计误差大的问题主要是数量级悬殊的大数和小数相加造成的，采用多个流量累积器，只允许同数量级的数值相加，避免了数值有效位数的损失。在编程中采用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，显示总累积量时只显示整数部分和小数部分，整个过程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-2147483648到+2147483647，可以使累积器的整数位数达到9位。在显示累积量时就最多显示9位整数的累积量和6位小数的累积量，总计15位，省略了累积器倍乘系数，使读数更简便。

累积器复位：在中断程序中判断累积量是否达到或超过最大位数，当超过最大数值时，将各个累积器清零，清零的触发信号可以手动触发。采用光栅隔离器对干扰信号进行隔离解决。首先将PLC接收的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感器件进行隔离转换，最后再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。隔离器可以分隔系统和有效保护较为敏感的电路，并且具有脉冲整形功能，有效地提高了系统之间的抗干扰性能。为工业自动化控制系统中的高低电压之间提供一个完全物理隔离的安全接口。

4 结论

通过PLC在流体计量控制系统中的应用，对出现的累计误差和运行不稳定的问题，分析后，增加了累积器和光栅隔离器加以解决。PLC流体计量控制系统将数据采集、处理和分析等功能进行有机一体化设计，并逐步进行应用功能的开发和完善，最终使流体计量控制系统平稳、高效的运行，并且节约了大量的人力、物力、财力。该系统的应用实现了管理者及时了解生产消耗情况，降低能耗等，为进一步提高生产率提供了便利条件。

下载全文——天津市金属学会-刘丁.doc