气体流量计实现流量累积功能.docx
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气体流量计实现流量累积功能
对于流量累计而言，看起来好像是个很简单的程序，但实质上还是有很多需要注意的地方。
写累加程序不难，但要做到误差最小，就不是那么容易的事情了。
简述如下。
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|2010-08-1919:
15:
1912楼
老菜鸟
deshengwu
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03-06-15
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1.首先是采样时间采用的计时方式的问题。
可能有些人会采用定时器（包括1ms/10ms/100ms/1s定时器及秒脉冲等）来作为采样周期－－－－－－－－这样会增大误差。
可以用计时器指令来来作为采样间隔时间，每次计时器到了设定值就采样一次。
计时器的精度不可能高于它的时基，因此每次计时器超时和再次开始计时的时候，都要产生一个时基的正或负的误差。
例如，10ms为一个时基的计时器预定计10次，其时间计算将是100ms正或负10ms。
假设你采用100ms定时器来作为采样周期，那么在程序运行过程中，实际上的有效采样周期不是100ms，在这个基础上还包括了PLC的扫描周期的一部分（扫描周期过程包含如下内容。
读取输入－－－－－－－－S7-200将实际输入的状态复制到过程映像输入寄存器；执行程序中的控制逻辑－－－－－－－－S7-200执行程序指令，并在不同的存储区存储数值；处理通讯请求－－－－－－－－S7-200执行通讯所需的所有任务；执行CPU自检诊断－－－－－－－－S7-200可确保固件、程序存储器和所有扩展模块正确工作；写入输出－－－－－－－－将存储在过程映像输出寄存器中的数值写入到实际输出。
）。
该方式的采样间隔时间是固定的，但实际采样时间不是定时器的时间，而是比定时器的时间大一些，因此累计值比实际值就会小一些。
越累计越多，误差就越大。
诸如贝加莱、Sigmatek这样的使用C语言进行编程的PLC，它们的PLC中并无定时器T这个寄存器区，而是通过读取系统时钟来完成定时的。
不过结果相同，一样的要产生误差。
当然，也可以采用一种技巧来减少因计时器精度带来的误差。
我们采用长的时间计时来作。
例如，10ms为一个时基的计时器预定计30000次，其时间计算将是300s正或负10ms。
在这其中，我们可以预定一个采样间隔时间为10个时基（100ms）以上。
每次程序扫描，处理器判断如果自从上次累积运算起，时间间隔超过预定时间（例如:
100ms），就将这段时间乘以当前的瞬时流量值作为累加量。
该方法的计算精度虽然高一些，但采样间隔时间却不是固定的了，而累计值比实际值仍然会小一些。
越累计越多，误差就越大。
因此，该程序笔者采用了定时中断的计时方式来进行流量的累计。
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|2010-08-1919:
17:
4213楼
老菜鸟
2.其次，是采样间隔时间的数值问题。
采样间隔时间越短，计算误差就越小，越逼近于实际值－－－－－－－－但永远都达不到实际值，只能说是越接近而已。
可是，采样间隔时间越短就会增加PLC的运算次数。
当这个采样时间太小（例如1ms），就会出现问题。
对于采用定时器来累计的情况，从上面第1条的叙述中可以看出，由于扫描周期的影响，累计值那就不是一点点的误差了，而是错误了！
对于采用定时中断来累计的情况，PLC占用了过多的资源去运行中断程序，可能导致主程序或其它子程序控制出现滞缓或者非预期问题的情况，还可能造成看门狗定时器溢出而造成问题。
这个问题比较复杂些，这里就不讨论了。
对于这个问题，没有更好的解决方案，只求达到一个合理值就可以了，不用去追求非常非常高的精度！
在实际工程应用中，典型的采样周期为100ms。
该程序采用的采样周期就是100ms。
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|2010-08-1919:
20:
4914楼
老菜鸟
3.第三，是累计计算时的误差问题。
这里，先要说一下浮点数运算的问题。
S7-200系列PLC仅支持单精度浮点数而不支持双精度浮点数，因此仅支持10进制的7位有效数字（如果要问为什么，说起来就比较麻烦一些，我在这里就不赘述了。
如果需要，我可以单独发帖来说明这个问题）。
在累计流量比较大的情况下，小数点后面的尾数就少了－－－－－－－－两个要相加的数差别太大，就会造成误差！
（这个问题解释起来也稍微有点麻烦。
如果需要，我可以单独发帖来说明这个问题）累计的精度就越来越低了，误差也就越来越大了。
为了避免出现这个问题，我们可以想办法使整个运算过程中小数和整数分开计算，且保证小数的有效数字最大可以达到7位。
该程序就采用了这种计算方法。
在2个数相加的时候，如果两者相差特别大，那么会出现误差。
例如10的8次方加1仍然等于10的8次方。
实际上，当有效数字达到7位以上时，多余的就会被丢弃－－－－－－－－例如3,632,523,000加4987，那么结果应当是3,632,527,987，但由于只能保留7位有效数字，因此结果就是3,632,527,000，数值978被丢失。
为了避免出现这个问题，在整数部分计算时，如果数值超过9999999就把该值减去9999999，然后把另外一个计算9999999的计数单位加1。
在本程序中，如果累计值超过1000000，就把累计值减去1000000，然后把百万计数器加1。
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|2010-08-1919:
24:
4215楼
老菜鸟
下面我就贴程序了。
首先贴主程序。
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|2010-08-1919:
25:
5316楼
老菜鸟
下面是主程序。
。
。
。
。
。
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|2010-08-1919:
27:
1917楼
老菜鸟
下面继续贴中断程序INT_0。
。
。
。
。
。
注意：
这里的9.234569是在采样时间（SMB35的毫秒值）内的瞬时流量，这里的单位就是立方米/百毫秒（相应的，累计流量的单位就是立方米）。
因为每种工程量的转换函数不一样，这里就没有按照帖子主题那样的要求来计算工程量了，还请见谅！
！
！
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|2010-08-1919:
29:
3218楼
老菜鸟
程序中VD500就是得到的累计结果！
实测2个小时，在超过100万之后，数据仍然不存在误差！
！
！
测试成功！
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|2010-08-1919:
31:
3719楼
老菜鸟
编写并调试了程序，也打了那么多的字，花了几个小时，目的是为了和大家分享一下。
程序中如有欠妥之处，欢迎指正！
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|2010-08-1919:
33:
2220楼
老菜鸟
下面是测试程序监控的画面：
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|2010-08-1919:
46:
0921楼
老菜鸟
deshengwu
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03-06-15
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因为我看到网上很多人都对这个流量累计有很多疑问。
包括定时器精度、浮点数精度、数据过大的问题，产生了误差。
所以，就写了这个程序。
八个彩灯Y0~Y7,启动后，灯每秒亮一个，即第一秒亮Y1，第二秒亮Y1,Y2，至全亮。
并且可以循环进行，并有暂停和停止功能。
（西门子200）
MOV,ROL
我只清楚一部分的程序，不知其所
总记录数16总页数1当前页1
1
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|2010-06-0612:
04:
531楼
HuaiJZ
你什么意思？
你什么意思？
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|2010-06-0619:
29:
512楼
miy_gongkong
用一个定时器 加指令ADD, 或位移指令或传统继电器方式; 你说的不够清楚, 怎么循环, 循环分很多种,往复循环,单循环,链循环（单双向）;
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|2010-06-0721:
55:
533楼
菜鸟0912
噢，原程序要求是：
八个彩灯彩灯Y0,Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,按下启动按钮后灯每隔一秒从Y1开始多亮一个灯，即第一个亮Y0，第二秒亮Y0,Y1,至全亮。
然后又从Y0熄灭，至Y7，如此循环进行。
按下暂停按钮，各灯的状态保持不变，再按启动后各灯继续工作，按下停止按钮后，各灯立即熄灭，再按启动按钮后，重新开始工作。
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|2010-06-0817:
04:
304楼
yzh564712
QQ:
448204769欢迎讨论
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|2010-06-0817:
50:
575楼
yjig
以前没事的时候，做了一个，与楼主的要求有一点差异，时间是3秒，共参考：
Network1//网络标题
//I0.0启动，I0.1停止，M0.0运行，T37为3秒脉冲
LDI0.0
OM0.0
ANI0.1
=M0.0
ANT37
TONT37,30
Network2//网络标题
//ROL循环左移位，ROR循环右移位，M0.1方向控制，SM1.1循环溢出标志
LDM0.0
ANT37
EU
LPS
ANM0.1
RLBQB0,1
ANSM1.1
SQ0.0,1
LPP
AM0.1
RRBQB0,1
ANSM1.1
SQ0.7,1
Network3
//I0.2单按钮方向控制
LDI0.2
EU
LDI0.2
EU
AM0.1
NOT
LPS
AM0.1
=M0.1
LPP
ALD
OM0.1
=M0.1
Network4
//停止、循环溢出清零
LDNM0.0
OSM1.1
RQ0.0,8
END_ORGANIZATION_BLOCK
故障现象是：
用户的压瓦机使用的我们KDN的PLC进行控制，前一段时间基本上连续运行几个小时之后，PLC就会有误动作；现在只要一启动，PLC就会误动作，生产根本无法运行。
处理过程如下：
1、首先检查了用户的电控柜，发现走线非常混乱。
可以确认的一点是：
信号线肯定没有接错，因为PLC曾经正常运行过。
2、黑灯瞎火的，所以暂时先将线的问题放在一边。
用户启动设备，复现了故障，果然是连一个基本的压瓦过程都无法走完，频繁误动作。
实际上心里已经有数了：
这是典型的干扰。
就看干扰到哪儿了。
3、接上笔记本，监测程序的运行。
这台压瓦机的一个动作中有7个接近开关信号反馈，控制动作的进行。
在程序中对每一个接近开关的信号增加了一个计数器进行计数，结果发现：
在尚未完成的一个动作里，所有的计数器都有计数，最多的甚至计到了近10个。
4、现在可以肯定的是，接近开关信号遇到了干扰，导致PLC“误”动作。
于是调整了一个接近开关的安装位置与走线，再次启动设备，发现这个信号仍然受到干扰。
5、于是返回来再仔细看柜内的接线并咨询现场的电工。
发现电机的AC380V电源线穿越了整个柜子，无屏蔽、接地，并且与信号线在同一个线槽之内。
6、于是将AC380V的电源线更换为屏蔽线，屏蔽层单段接地，并且远离信号线进行固定。
再次启动设备，连续试运行20多分钟正常。
为了保险起见，修改用户程序，在程序中对7个接近开关信号都增加了几个ms的滤波时间。
7、第二天上午6点一直到下午4点多，用户连续生产无故障。
于是认为故障解决，离开现场。
（一直到现在，用户再没有打过电话。
）总结一下这次的现场故障，原因其实很简单。
实际上目前PLC的电磁兼容性还是非常好的，但假如信号受到了干扰，那么PLC就无能为力了。
变电所的自动化
更新或更换旧的监控和数据采集这套系统就是由Opto22提供的。
（SCADA）设备是很有挑战性的。
当威斯康星公共服务公（WPS）决定要更换位于GreenBay附近的工作站的远程遥测系统（RTU）时，许多老牌和新兴的RTU生产商都参与竞标。
有些厂家提供的方案投资过高，而另一些厂家的产品性能有局限性。
在考虑了各种情况后，WPS选择了一套PC远程自动系统，该系统满足用户所有的要求，并具有进一步扩容的能力，而投资只是传统RTU系统的三分之一。
这套系统就是由Opto22提供的。
计划更换的部件包括在公司变电所和电厂中
的能量管理系统（EMS）中的SCADA部分，更换地点共有12处。
在其中一个系统中，所处的位置是关键因素，该系统的发电能力为1800兆瓦，共有537000个用户遍布在威斯康星州的东北部和密歇根州北部半岛。
WPSEMS是PC机和现场设备网络，用于监视和控制WPS系统的发电、电力输送和分配。
所有EMS的SCADA软件都属于该网络系统。
PC网络也可用作前端服务器与现场设备联在一起。
WPS原来安装的传统RTU把变电所和电厂与EMS联在一起。
这些RTU功能有限，只能进行单项的预编程任务，即数据采集和控制。
WPS则把PLC用作TRU，就可以完成多项任务。
这15个PLC可以进行局部控制，但不能用于编程后与WPS的EMS所使用的WestinghouseRedac70H协议进行通讯。
PLC的设备费用和它们的用户界面也限制PLC在小地方的使用。
为了开发变电所和装置级的SCADA，WPS开发采用新的方法。
Opto22的方案使用了公司的Misitc工业自动系统，这个方案把软件与硬件结合起来用于工业控制中。
Opto同时还建议使用MisticM4RTU，这是一个开放的可扩展控制处理器，具有随机的智能单点I/O和通讯能力，是专为远程应用而设计的。
WPS对每个产品都进行用户可编程性、投资效益、易于使用的操作界面和使用几种协议通讯的能力等几方面进行评价，当评估完成后，WPS认为Opto22比其它厂家的方案都好。
使用Mistic的Cyrano控制软件和MisticMMI操作界面软件可以满足第一项要求，即用户可编程性的要求。
这两个软件都是包括公用数据库的目标编程技术软件包，同时，MisticMMI还满足了投资效益和方便使用的操作界面两方面的要求。
Mistic系统的先进通讯能力支持WPS使用的所有协议，其中包括Redac。
M4RTU的基本组态有两个内置式串行接口。
可是这个接口组态是可扩容的，WPS在上面增加了一个双串行端口卡，用于与其它设备的通讯。
在这项应用中，第一个端口是RS-232，用于与PC机或其它的与标准电话线、租用线路和无线电接收设备连接的处理设备进行通讯，这个端口可以让WPS工程师把M4TRU与装置的DCS连接起来。
结果，它可以用来控制发电机、主EMS和DCS，通过在每个板上使用屏蔽绞合线，减少了分配I/O端口的配线。
第二个端口是一个RS-485，它是用于与附加I/O或第三方提供的设备之间的通讯，第三方
提供的设备包括现场智能母线设备和分析仪等。
在WPS，这种能力被用来连接SCADA与智能电子设备（IED），例如继电器和电表等。
第三个端口是专门用于与MisticMMI中使用的PC机进行通讯，第四个端口通过WPS无线电系统技术与EMS的通讯。
自动控制功能
WPS为每个变电所安装一个Mistic系统，该系统与远程I/O连接，位于变电所控制室内的各种设备表盘上。
变电所的大小和I/O数均不同，小的变电所只有一个数字和一个模拟点，而大的变电所则有48个模拟点（高密度）和150个数字点，Mistic系统的RS-485端口就是用于通过智能MisticI/O块来连接I/O点。
Mistic系统的一个主要优点是它能够提供自动控制功能的能力，即其能用Cyrano控制软件编程和它的智能I/O能力。
该设备已经经过事先编程，除了可以进行一般的操作外，还可以提供自动断路器闭合和自动母线分配功能。
Mistic智能I/O具有许多独立功能，其中包括PID控制回路、脉冲测量、高速闭锁和峰-谷测量等。
全部的光学仪器和电绝缘保护系统不受严重的电干扰的影响。
MisticI/O块提供了远程工作的可能，并按系统操作站的要求闭合电路断路器。
事实上，Mistic系统由于易于编程，使得它优于WPS现有协议，并在不需要更换EMS主机的情况下加强了变电所的控制系统。
Cyrano在许多方面都优于现有协议，与主机的通讯是通过RS-232端口和外部解调器来实现的，解调器通过租用的电话线与系统操作间连接。
系统的界面还可以用于928/952MHz多地址无线电系统中。
WPS还开发了另一项先进的通讯功能，即利用M4RTU中的先进双处理功能。
当第二个处理器进行I/O操作和控制变电所过来的信号时，M4RTU的高速32位处理器可以进行EMS与装置DCS之间的通讯，实现EMS和DCS与控制发电机之间的联系。
Mistic系统在向用户供货时配备有与AllenBradley数据高速公路、Modbus的硬件通讯驱动器，在这种情况下，DCS的通讯是Modbus，EMS的通讯是WestinghouseRedac70H。
Opto22系统的灵活性也使WPS可以在将来改变EMS通过协议。
人机界面
WPS使用MisticMMI软件为Pulliam发电站开发了操作界面。
这个工厂是GreenBay地区最重要的变电所之一，它包括两条115KV电线、两个138KV电容器组、六条138KV电线和两个母线断路器。
操作人员现在可以打开多个屏幕控制和监视变电所内所有的重要活动。
屏幕包括一个显示断路器状态的变电所单线图和线路流通量、详细的计量表显示、一个母线电压趋势图、报警器、软件控制开关状态和断路器控制开关屏等。
MisticMMI为WPS提供了先进的绘图环境，
并包括有3-D图的符号库和标准ISA符号库。
使用MMI软件，图形可以连接到I/O端口、控制变量、监视报警状态、去磁盘的逻辑数据和趋势实时信息上。
同时,Cyrano控制软件和MMI使用共享的数据库，这样可以消除不必要的互相引用，并提高精度。
MMI的可靠性是一个必备条件。
在PC机上一周7天、一天24小时运行MMI。
通常变电所内没有操作人员，只在操作人员进行设备检查和维修时才有人。
使用PC机上的触屏，操作人员可以使用MMI来查看所需的数据。
从主菜单上，操作人员一般查看变电所的单线图。
这是一个显示线路流通量、母线电压和变电所内启动的断路器的图。
计算机上的设备图模拟所要监视的设备，在设备的状态发生变化时，计算机上的设备会改变颜色或闪烁。
图形旁边的动画数字使操作人员易于理解其含义。
操作人员可以进入多个画面来监视和控制变电所的状态。
计量屏幕上用数字详细的表示出以MW为单位的流通量、MVAR、Mva母线电压和频率。
另外，图形仿照了所要模拟的设备。
这就使操作人员易于理解，并避免产生误解。
例如，当操作人员要闭合一个断路器时，操作人员只要在屏幕上寻找开路断路器即可，一旦找到了所要寻找的目标，操作人员只需触动屏幕上的目标，屏幕上的图像就会变成闭合的断路器。
同时，MMI会把这个请求传给M4RTU，M4RTU就会关闭现场的断路器。
操作人员会一直看到一个报警窗口，正常情况下，报警窗口是位于屏幕底部的方框，框内有滚动的文字显示，如果出现严重报警，报警框内就会变成红色的背景并且开始闪烁，这就
提醒操作人员要进一步查找报警原因。
MMI总是存储历史数据，因此它可以向EMS提供这些信息。
操作人员可以在EMS上使用趋势功能
，查看用线图或柱状图表示的历史信息，其中包括了最大和最小值。
其它应用
M4RTU和MMI是WPS改变控制策略的一部分，由于这个项目的成功投用，使得WPS很快地把这项新技术应用到其它领域。
这其中使用Mistic软件是一个关键因素。
在用Mistic原有的安装上建立逻辑块，WPS可以很容易地把软件用于其它的变电所，大大减少了工程时间。
在有些时候，工程技术人员只需更改设备名称和一些I/O点。
Mistic在WPS的单个变电所内的应用和使用该系统的变电所总数都在增加。
例如，在变电所中，Mistic用于控制并行负荷抽头变压器，它包括监视电压的变化和每个变电器抽头位置，这样可以维持正常电压并减少LTC的动作。
另外，Mistic系统还用于测量供电线的张力。
另一个有趣的用途是在威斯康星州Marinette附近的PotatoRapids大坝上一个水电坝中，在这里，Mistic用于监视水压头，以保证WPS能够满足政府规定的水位要求。
水压头是通过控制发电机的操作来实现的。
WPS能够把Mistic产品与大坝上使用的非常老的设备（circa1920）结合起来，用于生成历史数据，并利用在计算和记录大坝的排出量中。
WPS还发挥了Mistic的与IED通讯的能力，WPS开发了Mistic新的用途，减少了WPS的投资。
Mistic系统将用于读写变电所继电保护器
和电表数据。
（继电保护器中的故障数据对EMS很有用）。
系统可以自动读取故障数据并把这些数据发送到系统操作室。
这就可以向WPS提供故障类型，并在系统操作室就可以得到数据，因此可以把线路维修人员直接派到出现故障的地点。
目前维修人员是通过巡检出现故障的线路来查找故障。
这项新应用投用后，可以减少现场巡检时间，并可快速发现问题，使WPS较快地恢复向用户的供电。
投资回报
使用Mistic而不是传统的变电所控制设计减少了WPS总设备投资，可以用安装在GreenBay的Pulliam变电所的Mistic系统来说明在投资方面的回报。
WPS调查了建设一套新的传统式控制系统的投资，该系统包括控制盘、控制开关、盘上指示灯、报警灯、盘计量表、带状记录仪和重闭继电器。
在与Opto22提供的PC系统的投资对比后，WPS认为Mistic减少的投资很有吸引力。
在Pulliam变电所，传统设计的设备投资约为Mistic（128个数字输入、32个数字输出和48个模拟输入）的三倍。
另外，WPS还发现，与传统的设计相比，Mistic系统的设计还大大减少了人工费。
另一项重要的费用是MisticMMI提供的一次合同费，传统的合同协议要求WPS为每个变电所和设施支付费用，另外还需支付从总部到各节点的费用。
可是，使用MisticMMI，WPS只需支付一次费用，并可根据需要用到许多地方而不需理增加投资。
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