s7300plc流量累计论文.docx

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s7300plc流量累计论文

s7-300plc流量累计论文

基于S7-300PLC的流量累积

XXX

（XXXX化工有限责任公司XX分厂）

摘要：

在工业控制中，常常利用S7-300PLC对物料进行计量操作，实现常规积算仪基本功能。

累积流量就是利用S7-300PLC采集现场流量仪的瞬时流量值，通过PLC累积运算后得出累积流量值，并通过上位机显示。

关键词：

S7-300PLC累积流量

前言

在XXXXXX化工脱气二期项目中，要求对对蒸汽总管流量进行计量，通过对蒸汽的计量完成成本的计划、控制、核算和分析，以最少的投入发挥最大的作用，获得更多的盈利。

科学合理地进行企业的计量活动，既能保证生产管理、质量管理、安全管理、能源管理、设备管理、环境管理和调查研究活动提供科学的定量分析，同时也是节能减排的有效手段，为提高企业的产品质量和经济效益提供计量保证，从而提高社会效益。

PLC简介：

可编程序控制器，英文称ProgrammableLogicController，简称PLC。

它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。

STEP7简介

STEP7编程软件用于西门子系列工控软件SIMATICS7、M7、C7的编程、监控和参数设置，是SIMATIC工业软件的重要组成部分。

STEP7编程软件能实现对PLC硬件的组态，程序的编写，故障的查询，现场设备运行状态的监控；通过STEP7集成的程序块能有效的实现PID控制，流量累积算法，也能利用自带的软元件点代替常规的继电器控制，使控制环节简单化，有效降低了故障率。

PLC流量累计原理

流量计是将现场流量信号转换为标准的4～20mA的电流信号，然后将该信号传送给PLC处理。

如上图所示，PLC处理模拟量实质是将模拟量信号数字化，量化成时间轴相同的若干份，然后求得单位时间T内的流量值，累积流量就是将每个时间段内的累积流量累加起来，如上图中各个小长方形面积之和，在计算瞬时流量时，必须按照严格的时间间隔才能保证累积流量的准确性，因此，计算累积流量时必须用定时中断进行，S7-300PLC可用的定时中断组织模块是OB35，在S7-300站点的硬件组态中，打开CPU属性设置可以看到其它的中断组织块为灰色。

OB35默认的调用时间间隔为100ms我们可以根据需要更改，定时范围是1-60000毫秒（ms）。

主要功能块和组织块的讨论

1：

OB35:

OB35组织块能以固定的时间间隔来中断用户程序，转而执行定时中断组织块中的程序，即OB35组织块定时中断时间到，PLC中断OB1组织块的当前程序，并将中断的OB1组织块的状态用堆栈保存，然后转去执行OB35中的流量累计，PID等程序，当程序执行完以后，PLC返回执行OB1中的程序，读取堆栈数据，返回到被中断时的程序。

该组织块能严格的产生一个固定的时间间隔，被广泛用于流量，PID程序定时采集现场信号，并进行数据处理的有效手段，但值得注意的是，OB35组织块的时间间隔必须大于OB35中程序所执行的时间，其时间设置如下

2：

FC105:

该功能块能接受一个整型值（INT），并将其转换为以工程单位表示的介于下限和上限（LO_LIM和HI_LIM）之间的实型值，并将结果写入OUT。

其表达式为：

OUT = [ （（FLOAT （IN） -K1）/（K2-K1）） * （HI_LIM-O_LIM）] + LO_LIM

常数K1和K2根据输入值是BIPOLAR等于1还是0，BIPOLAR=1时，输入整型值介于-27648与+27648之间,因此K1=-27648.0，K2=+27648.0;BIPOLAR=0时，假定输入整型值介于0和27648之间。

K1=0，K2=+27648.0。

功能块引脚介绍：

EN输入BOOL使能输入端，信号状态为1时激活该功能。

ENO输出BOOL功能的执行无错误，输出端信号状态为1。

IN输入INT欲转换为以工程单位表示的实型值的输入值。

HI_LIM输入REAL以工程单位表示的上限值。

LO_LIM输入REAL以工程单位表示的下限值。

BIPOLAR输入BOOL信号状态为1表示输入值为双极性。

信号状态0表示输入值为单极性。

OUT输出REAL转换的结果。

RET_VAL输出WORD该指令的执行没有错误，将返回值W#16#0000。

PLC采集现场流量计4～20mA的标准信号，经PLC模拟量卡件采集存入PLC的输入映像区（PIW340）对应上图中#Temp_input变量，这个值被转化成介于工程量值的下限和上限（0～1200M3/H）之间的数值。

由于从PLC输入映像区读入的PIW340为整型数据，上位机需要读取工程值。

只有通过FC105功能块处理后的OUT值才能够用于上位机读取，但该值不能经模拟量输出卡AO控制现场单元，必须经过FC106转换实现。

3：

FB和FC的区别

FB--功能块，带背景数据块，FC--功能，相当于函数。

FB使用的是背景数据块，FC使用的是共享数据块。

FB,FC相当于子程序，可以被其他程序调用，也可以调用其他子程序。

FB与DB配合使用，DB中保存着FB使用的数据，即使FB退出后也会一直保留。

FC就没有一个永久的数据块来存放数据，只在运行期间会被分配一个临时的数据区。

在实际编程中，是使用FB还是FC，要看实际的需要决定。

在重庆长寿捷圆化工脱气二期项目中，有很多个累积流量需要被用于观察和监控，唯一的区别是流量的范围等部分参数不一样，但累积流量的算法是一直的。

那么只需要使用FB编程外加几个背景数据块就可以了实现了。

FC功能不带背景块，在FC中可以调用FB块，可实现程序的优化。

FB功能块的DB背景块如下：

编写FB101功能块程序

孔板流量计将现场的流量信号转换成4～20mA的标准信号，通过信号线远传至S7-300PLC的模拟量处理模块AI卡件上，在PLC内部输入映像区地址为PIW340.然后利用PLC内部模拟量处理模块FC105进行转化，并将其转换为以工程单位表示的介于下限和上限（LO_LIM和HI_LIM）之间的实型值，将结果写入OUT。

编程如下：

利用FC105将整型值#Temp_input转换为0.0～1200.0M3/H的工程量数值并将结果存入临时变量#Flow。

计算公式为：

#Flow = [ （（#Temp_input -0）/（27648）） * （1200-0）] + 0

临时变量#Flow为工程单位M3/h，而PLC运算属于毫秒级ms,所以我们需要计算出每毫秒的瞬时流量M3/ms。

计算公式为：

M3/ms=（M3/h）/（3.6*106）即#Flow_ms=#Flow/（3.6*106）

用毫秒级的瞬时流量乘以定时中断的时间（OB35定时中断设置时间为100ms），得到定时中断时间内的累积流量。

其公式为：

#Flow_cyc=#Flow_ms*#Cyc_time

我们将参数#Flow的内容以浮点数读取，并将其转换为长整型（32位）。

结果#Flow_cyc_DI为最接近的整数（"取整到最接近值"）。

由于对瞬时流量取整后为双整数，需将其转换为实数后才能与其他实数进行数学计算。

将取整前的实数与取整后的实数进行相减运算，得到小数部分的值。

计算公式为：

#Flow_piont=#Flow_cyc-#Flow_cyc_R

把小数部分的值#Flow_piont进行累加求和，得到小数部分累积量#Flow_piont_total.

计算公式为：

#Flow_piont_total=#Flow_piont+#Flow_piont_total

小数点累积量#Flow_piont_total与实数1差值比较，当差值大于等于1时，输出一个开关量#piont，开关量#piont作为后两部程序执行的条件。

小数点累积量#Flow_piont_total与实数1.0差值比较，当差值大于等于1时，输开关量#piont为真，执行小数点累积量#Flow_piont_total与实数1.0相减计算，并将结果赋值给小数点累积量#Flow_piont_total。

小数点累积量#Flow_piont_total与实数1差值比较，当差值大于等于1时，输开关量#piont为真，执行整数部分#Flow_total_DI与实数1.0相加运算，并将结果赋值给#Flow_total_DI。

将整数部分瞬时值#Flow_cyc_DI与整数部分的累积值#Flow_total_DI进行相加，得到本时间的累计值。

当#Reset值为真是，将上一次累加值#Addlast赋值给累积量#Flow_total_DI;Add初始值为0.

创建功能FC3，指定背景数据块为DB101，并在该功能中调用FB101功能块

创建OB35组织块，在该组织块中调用功能FC3

结束语:

XXXXXX化工通过利用PLC对现场流量实现累积，有效掌握了原材料的消耗，产品出厂的计量工作，并能通过对流量PID控制，实现化工生产中化学反应精确定量操作。

通过对流量的计量，企业能有效的掌握生产经营核算，节能降耗，成本核算等生产数据。

提高了产品质量，保障了安全生产，降低了生产损失。

为科学制定生产计划，及时调整生产负荷，规避生产风险、分析生产过程都起到了重要作用。

基于S7-300PLC的流量累积

XXXXX

XXXXXX化工有限责任公司

2014年8月31日