基于PLC的流量累积精确问题研究

杨秋贤+李佳莹+吴大强

摘 要流量累积作为工业数据一个重要参数数据，对统计工业一些原料用量具有重要意义。所以如何保证流量累积数据的精确性是一个重要的工作。本文主要探讨如何编写精确的流量累积算法。

【关键词】流量累积 精确度 PLC

流量的检测环节是流量累积的基础，其精确度取决于检测的方法。而累积流量的精确度除了需要准确的瞬时流量值支撑，也在很大程度上受后续的计算方式影响。在由PLC控制的流量累积系统中，编写的程序便会影响最终累积流量的精确度。

1 流量累积常用方法简介

在PLC中，定义一个单精度32位REAL类型的浮点数变量FQ作为流量累积变量，并在指定周期时间累积。积分过程中可以近似认为在周期时间内瞬时流量是线性的，故周期时间越短精度越高。根据经验，周期为100MS即可获得较为精确的累积值。

定义F1为周期首处瞬时流量，F2为周期尾处瞬时流量，F1和F2均为浮点数变量。每次周期更新时的瞬时流量分别f1，f2，f3……

则初始周期内的累积流量FQ=（F1+F2）/2=（f1+f2）/2；在下个周期将f2赋值给F1，新获取的瞬时流量f3赋值给F2，累积流量FQ在原有基础上增加（F1+F2）/2即（f2+f3）/2，使FQ=（f1+f2）/2+（f2+f3）/2；如此循环来计算流量的累积值。

2 常用方法例程

以西门子S7-300 CPU为例，配置一个S7-300站，添加一个模拟量输入模块，采用OB35循环中断，设置周期为100MS，确保累积值的精确度。累积器在累积到最大数值或手动条件下复位。

现场流量经变送器转换为4～20mA信号，传入PLC的模拟量输入模块。经PLC的FC105计算，将瞬时流量换算成m3/s后进行每秒累加，并将瞬时流量与累积流量传由计算机显示。

3 实际流量累积出现的问题

按照上述方法，将流量累积值放入单精度浮点数存储来进行流量累积，理论是正确的。但实际上，平均流量为3000m3/h的某介质管道，流量累积值从105m3开始，单周期流量值会只有第一位小数有效；累积值达到106m3（不到15d），周期流量值的小数部分被舍弃，误差增大；累积值达到107m3（不到半年）后，其值就基本不再增加。显然，单精度浮点数的定义和运算舍入原则会造成该方法的误差甚至错误。

在生产过程中，操作员为观察生产和设备状况，通常需要较长时间的累积值（如半年或更久），而按照上述方法得到的累积值仅能保证在前某段时间的准确性。

4 更精确和正确的流量累积计算方法

比较简便可行的方法是使用DINT型即双字整型数据来存储流量累积值：分别定义3个DINT型数据，用以存储千位以内（L）、千位至百万位（T）、百万位以上（M）的数值。将各数值乘以相应的数量级并求和，即可得到较为精确和正确的流量累积值。

下面以西门子Step7-300梯形图语言为例实现流量累积程序（程序至于OB35中，循环中断周期为100MS）。如图1所示。

5 結论

流量累积的运算，要尽量避免计算过程中的误差，一是要选择正确的运算方式，二是要避免运算值超出数值范围和有效位数范围，三是尽可能减少采样时间的定时器带来的误差。在上面程序逻辑中，使用长预置值的参考循环中断，并使所有被用到的浮点数的有效位数不超出范围，不出现大数加小数，避免了丢失小的数值，从而实现高精度的累积运算。此流量累积方式相当于采用串级方式依次对累积存储地址进行赋值，然后清零累加，最后得到精确的累积结果。

参考文献

[1]廖长初，陈晓东.PLC应用技术[M].2版.北京：机械工业出版社，2005.

[2]IEEE.Standards Board.IEEEStd 754-1985：IEEEStandard forBinary-Point Arithmetic[Z].1985，3：3-6.

[3]林春方.可编程控制器原理及其应用[M].上海：上海交通大学出版社，2004：23-43.

作者单位

1.吉林化工学院信息与控制工程学院 吉林省吉林市 132022

2.中国石油吉林石化公司丙烯腈厂仪表车间 吉林省吉林市 132022