西门子PLC编程中关于流量累计结果的限制及改善方法

　　摘要：针对西门子PLC的编程调试及运行过程中，对于流量参数的在线监控往往出现累计结果值大到一定程度不继续累加的问题，在现场观察记录并发现被累计量与累计结果之间的一个初步关系后，建立一个使用固定值为被累计量的试验系统，编程验证被累计值与累计结果之间的关系，找出两者之间的规律，从而找出对流量累计程序改进的编程方法，解决被累计量过大与累计结果不累加之间的矛盾，实现流量精确累计和计量，在实际生产应用中效果良好。 　　关键词：流量； 被累计量；累计结果；数量级 　　引言：在山东新华制药股份有限公司（以下简称新华制药）各车间的能源计量中，包含了对各种流量的累计，制药生产过程中用蒸汽、氮气、压风、盐水、自来水、冷却水流量等都需要成本核算进行流量累计。新华制药能源系统是一个能源管理和生产成本考核数据平台。新华制药能源管理系统大量采用西门子S7-300PLC系统进行数据采集，通过组态软件进行流量累计的应用，在TMP、CPC车间使用Wincc对各种流量计量时，通过在PLC系统中对瞬时流量进行豪秒级的累加来实现。但是在实际应用中发现，对于西门子S7-300PLC系统，会出现累计结果到一定的数值时不继续累加的情况，在对累计程序进行多种调试和修改后，结果并没有改善。通过长期对流量累计情况观察总结后发现，如果在正常情况下被累计量趋于一个稳定值，在这个稳定值累计结果达到一定的值后，若被累计量远小于正常被累计量时，则累计结果就不再继续累加，只有当被累计量大于正常被累计量时，累计结果才将继续累加。为查明问题出现的原因，搭建一个实验系统平台。 　　一、试验系统设计 　　1、试验系统硬件组成 　　试验系统使用西门子工业自动化PLC的S7-300系统。 　　试验系统硬件型号：底板为6ES7 390-1AJ30-0AA0；电源为6ES7 307-1EA00-0AA0；中央处理器CPU为6ES7 315-2AH14-0AB0 V5.3；存储卡6ES7 953-8LG11-0AA0；模拟量输入模块为6ES7331-7KF02-OAB0。 　　2、试验系统软件组成 　　计算机操作系统：WindowsXP Professional sp2；PLC软件：STEP7 V5.5SP5，监控软件：Simatic WinCC V6.2SP2。 　　二、验证程序设计 　　1、验证程序简单编程 　　使用西门子PLC系统自带模拟量处理功能块FC105采集外部模拟量输人，并做相应量程转换。在现场应用中，通常在西门子S7-300PLC中使用系统定时中断组织块OB35来做流量累计。OB35中断时间设为100ms，即每100ms中断执行一次，故流量累计时需将流量瞬时值（单位m3/h）除以36000，以得到被累计量分量值，将该分量值进行每100ms的累计，即得到总累计值。 　　2、流量累计验证结果 　　使用验证程序分别对被累计量进行累计，所得累计值验证结果如表1所示（只显示一种方法，没有单位，为减少实验时间，参与测试的累计结果通过预估初值）。 　　从表1中可以看出，当被累计量为0.001，累计结果达到32768.0时，若被累计量不大于0.001，则累计结果将不再累计，只有被累计量大于0.001时，累计结果才将继续累计。当被累计量为0.01，累计结果达到262144.0时，若被累计量不大于0.01，则累计结果将不再累计，只有被累计量大于0.01时，累计结果才将继续累计。其他依次类推。 　　继而从表中可以发现，被累计量为0.001时，累计结果最大值为32768.0，当被累计量每增加10倍时，相应累计结果最大值增加8倍，而整个规律则成为我们解决累计结果最大值与被累计量之间矛盾的最好方法。 　　三、流量累计修正方法 　　在生产实际应用中，流量瞬时值的数量级一般在0～5之间，其在进行流量累计时的被累计值数量级在-5～1之间，最小值与验证程序结果中的最小值相差两个数量级。 　　1、累计结果自动清零的累计方法 　　这种解决被累计量不再累计的方法是：当被累计量累计到最大累计结果之前，将累计结果清零，重新开始累计，并将清零这一动作标记以便操作记录人员识别。从累计值验证结果表中可以看出，若被累计值在数量级-3，其累计结果在数量级4，若被累计值在数量级1，其累计结果在数量级8。故累计结果与被累计值之间相差7个数量级，所以在进行累计结果清零设计时，以要被累计量的需求最小值为基准，它的不大于十的七次方的数值为清零设定值进行编程。若被累计量小于0.001时，则将流量瞬时值或被累计量乘以一个适当的数量级，使被累计量不小于0.001，再开始累计，记录累计结果时再除以该数量级，这样，累计过程不变，累计结果不受影响。 　　2、算术进位的累计方法 　　这种方法是指在流量累计时，按一定的数量级对累计结果进行进位，每累积到设定数量级时就进位加1，进位结果到一定设定值时再次进位，在对累计结果进行记录或者上位显示时，不再进行清零操作，只要系统不出现故障，该结果将一直累计下去，直到人为清零或系统故障。进位方法流量累计如图1所本。在上位Wincc上显示累计结果时，需要定义多个连接变量，以实现累计结果的显示。 　　四、应用效果 　　在清楚流量被累计量与累计结果之间的关系后，现场流量累计编程根据实际情况进行分别设计，以适应各自现场实际。在采用上述两种方法对流量累计程序进行修改后，方法一在操作人员抄量时需要注意并查看本段时间内是否有流量清零操作，若有清零则需计算清零前的累计量。方法二的流量累计结果在Wincc上分段显示，在读数时要注意。这两种编程方法的使用，使流量累计变的精确，小流量也可以始终被累计，不存在累计误差，TMP、CPC车间对流量计量使用的方法二，通过实际应用来看效果很好。 　　五、结语 　　企业的生存和发展离不开能源消耗，不管是企业内部生产的还是企业外购的各种水、气、液等生产资源，都是企业生产的重要能源量。耗能量和生产量直接体现着企业对越来越缺乏的原材料等成本投人的控制能力，直接影响着企业的生产效益。对企业能源量的计量直接关系到企业成本核算和资金结算，其管理的有效性将直接影响到企业的总核算和总效益。同时，能源是国民经济与社会发展的基础资源和战略资源，节约能源和环境保护是我国一项长期的战略方针，能源计量工作是企业加强能源管理、提高能源管理水平的重要基础，是企业贯彻执行国家节能法规、政策、标准，合理用能，优化能源结构，提高能源利用效率，提高经济效益和市场竞争力的重要保证，是国家依法实施节能监督管理，评价企业能源利用状况的重要依据。企业能源计量也是企业和政府进行节能管理的重要手段。企业对内部能源计量也对实现企业可持续发展具有十分重要的意义。 　　参考文献 　　[1]牛林. 基于西门子PLC的高层供暖系统的设计[D].长安大学，2014. 　　[2]顾婧弘. 西门子PLC组网技术的研究与实现[D].内蒙古科技大学，2014. 　　[3]殷晓磊. 西门子PLC与监控计算机通信问题的研究[J]. 电子技术与软件工程，2014，23：251-252. 　　[4]梁成鹏. 基于西门子PLC控制网络的配置与应用[J]. 可编程控制器与工厂自动化，2014，04：56-59.