plc做流量累积计算的程序

如图：
 

二、plc计算流量累积

流量计是4-20ma信号输出，瞬时流量可以用S7200来做，但是累积流量的话，怎么编程才能使误差最小，累积流量超范围溢出问题，怎么解决？

对这个流量进行固定频率的采集，假如采集频率为10hz，也就是每秒钟采集10次，将每次采集的数据进行累加，再将累计的数除以10就是每秒流量，假如流量计工作在最大流量上，我们假定20ma对应的数值时65535（一般plc模拟量都没这么高的精度，至于是多少要根据模块来），那么用双字运算就能满足要求了，先将模拟量输入数值转换成双字，再累加，到10次以后将累加值除以10再传送给另一个寄存器（这个寄存器中才是真正的累计量）。

累计范围超出也好办，只要将累计量单位换算一下就永远也不可能超范围了，比如开始累计的是升,每次达到1000升时，将一个立方为单位的累计值上加1，以升为单位的寄存器清零，单立方值到了1000后，将仟立方寄存器加1，再将立方累计值清零。这样处理，再多的流量也可以累计。

要减小累计误差就是要减短采集时间，对于流量计采样时间0.1秒应该是够了。还有就是采集程序要用定时中断，比较准确一点。

三、plc在流量显示和累积计量上的应用

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；

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，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。

如果是流量计本身也有累计量的话，二次输出的瞬时量，在PLC中再做中断，也会有一定的误差的。最好用通讯或脉冲。

PLC做累加总归会有误差，最好的方法是用通信，可以确保累积流量的准确。通用的HART-Profibus通信网关比较复杂，还需要定义解析HART消息。

在对准确度有较高要求的场合建议用累积流量专用网关，专用带来简洁，经济、简单、可靠，不需要定义HART消息，不需要PLC是Profibus主站，即插即用免配置。

四、西门子plc中如何解决流量累积问题
 
现在上位机系统中很多要求具备流量计的流量累计功能，由此引出的几个问题，期望与大家分享。

问题1：自行编写流量累计程序
自行编写流量累计程序的原理，其实就是积分的最原始算法概念，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，再把这些小流量累加起来，就的到了累计流量。
在流量累计编程中经常会遇到实数加法问题，实数加法运算的注意事项也应当引起编程人员的重视，请看下例程序（假设其在OB35中被调用，目的为每隔一定时间间隔就累计一次流量）
L MD0 //累计流量存储值
L MD4 //流量瞬时值
+R
T MD 0
以上的程序是否存在问题？

很多人会认为没有问题，但实际情况是此程序在运行一段时间后就将出现错误。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。但是当一段时间后，累计流量的数值逐渐增大，当它与瞬时流量的数值相差很远的时候，两者执行加法操作后，瞬时流量的数值将被忽略掉（如9999990.0与0.2做加法操作）。其实具备计算机常识的人都应当清楚这一点，这是由于浮点数的存储机制造成的，是所有计算机方面编程都需要考虑的问题。这个问题可以通过使用二次累加或多次累加的方法来解决。所以在编程时应避免数量级相差太多的浮点数之间进行运算。很多人反映“加法指令不好用了”，很有可能就是数量级相差很多的实数进行了加法运算。

问题2：累计流量误差问题
对于积分算法，取小的矩形对流量进行累计，肯定是矩形划分越细，误差越小，不存在误差是不可能的。

问题3：流量计与PLC构成的系统的误差
流量计有多种多样，下面举些例子:

1、流量计本身没有累计流量功能，但可以把瞬时流量以模拟量的方式（例如4-20mA）输出。
此时累计流量的最大误差可以估算为：
流量计本身误差 * 流量计D/A误差 * 模拟量模块A/D误差 * PLC流量累计算法误差

假设上面所有误差都是1%，则最后的误差约为：4.06%
1.01*1.01*1.01*1.01=1.0406
对于某些流量计，本身的瞬时流量误差可能就是3%，所以这样的系统累计流量的误差可能还要大些。

2、流量计本身没有累计流量功能，但可以把瞬时流量以数字量的方式输出。
有些流量计提供数字量接口，可以连接PLC的数字量输入模板，流量计每流过一定流量后（例如0.1吨），此输入点就导通一次，PLC就把累计流量累加0.1吨即可。
此类系统避免了A/D，D/A转化的误差，以及PLC累计算法误差。但是会出现一定时间内累计流量不变化的情况，实时性不好（每0.1吨累积的时间）。

3、流量计本身有累计流量功能，同时可以把瞬时流量以模拟量的方式（例如4-20mA）输出，但无法将累计流量数值送出。
流量计本身累积流量的数值，最后很有可能与PLC的累计流量数值相差很大，原因可能是多方面造成的，除去系统累计流量误差的因素，如果PLC系统检修时，流量计还计量，则PLC无法累积这部分流量。

4、流量计本身有累计流量功能，同时可以通过通信的方式，把瞬时流量及累计流量数值送给PLC。这种情况最理想，但系统的成本也最高。

五、关于流量累积的程序

需要关于流累累积的程序，只要流量计测到瞬时计量，需要求出某一时段的累积流量，需要成功的例子程序，LAD/STL都可以。

在ob35中做，做一个小信号切除，太小的就不要了。
 

 上面的程序启动瞬间累计数据清零，然后开始累计，start=0停止累计。如果要求的精度高的话，需要减小ob35的周期，同时7200.0也需要相应的变化。如果周期是100ms了，那么7200.0需要变成36000.0。

 分析：
 以前用plc做过流量计算。首先的看你用什么计流量，如果是脉冲信号，因为PLC本身有运行周期，如果控制要求较高的场合，通过脉冲来计算出瞬时流量，计算出来实际上是不准的，而且控制上滞后比较严重。TI430单片机之类具有硬件脉冲捕捉功能的单片机，在通过脉冲计算流量上，有得天独厚的优势。这个可以参考一些基本的测速概念。脉冲用来计算累积量很准。
 
 如果流量计本身反馈的是4~20ma的速度模拟信号，这个就直接采集，然后在OB35里边用积分模块进行流量累计。这个速度信号比较及时准确，但中断模块调用积分，也会有误差，不如脉冲计量准。
 
 现在做皮带秤时，一般都混合采用，直接采模拟速度，然后用脉冲累计流量。