1 引言
中国石化股份有限公司广州分公司6号罐区监控系统于2001年由常规仪表改造为PLC系统。其中工艺要求在监控系统中对瞬时流量FI101进行累积显示。经过对该流量累积的运算方法的多次测试，找到了在运算中最大限度减少误差的方法，并在逻辑梯形图成功实现累积运算。
2 监控系统简介
广州石化6#罐区监控系统采用ROCKWELL公司的可编程控制器和人机界面软件，用于实现对该液态烃罐区的24个球罐的各种工艺参数的实时监控、报警、联锁等功能。该系统从2000年10月开始设计，2001年4月系统安装、组态、调试工作全面完工。
该系统人机界面采用Rockwell software公司开发的RSView32软件。RSView32基于Microsoft WINOOWs NT和WINOOWs 95/98平台设计，是一种易用的、可集成的，基于组件的人机对话系统，在编制人机交互界面方面具有极大的灵活性和极强的功能。
控制器采用ControlNet PLC-5/40C处理器热备系统。ControlNet PLC-5/40C处理器是PLC5系列中的新技术产品，处理器及I/O系统可以通过Redundant ControlNet总线交换数据。6#罐区监控系统将1号PLC和2号PLC配置为冗余控制器。在正常状态下，只有主处理器的输出数据对I/O系统进行控制，主从处理器通过ControlNet交换数据及状态保持同步，如果主处理器出错，从处理器将接替主处理器对网络及对I/O系统进行控制。
该PLC系统DI点采用1771-IBD开关量输入模块，DO点采用1771-OW16开关量输出模块，AI点采用1771-IFE模拟量输入模块，16点单边输入。采用1785-CHBM作为处理器热备模块，1771-ACNR15为带冗余网口的ControlNet适配器模块。
本系统有3台上位机，其中2台为操作站，1台为工程师站。每一台上位机都能通过ControlNet单独对PLC进行数据采集和控制。上位机还通过以太网实现文件和其他数据的共享。
ControlNet的组态使用软件RSNetWorx，PLC系统组态及控制逻辑组态使用软件RSLogix5。在ControlNet 网络中，可以组态预定的数据传送操作。这样要实现在处理器和外部设备之间的数据交换，如在1771-IFE卡和处理器之间，主备处理器之间的数据交换，并不需要在逻辑梯形图中使用块传送指令。
图1 6#罐区监控系统结构图概貌
3 FIQ101的累积实
3.1 流量FIQ101概述
广州石化6#罐区需要对进出罐的液化气流量FI101进行计量。就地仪表采用Micro Motion质量流量计。该流量计准确度±0.12%，除了可以就地显示外，同时可以将瞬时流量值输出为4-20mA信号。该信号接入PLC系统的1771-IFE模拟量输入模块，经过12bit 的模数转换后转换为0-4095的值。在1771-IFE中，还可以将0-4095的值定标为-9999到+9999的工程单位值。工艺要求在操作室除了可以监视瞬时流量值外，还要求有准确的流量累积值显示。我们在PLC中用梯形逻辑来实现流量累积的运算。
3.2 流量累积的原理
如何把瞬时流量(又称流率)经过累加运算为总流量，一般有如下一个公式:
瞬时流量×时间＝总流量
我们知道，假设一个流量值为5m3/s在1min内不变化，则在这1min内的的总流量为:
(5m3/s) * 60s = 300m3
现在假设流量变化如下:
4m3/s有 30 s
5m3/s有 10 s
6m3/s有 20 s
则在这1min内的的总流量为:
(4m3/s)*30s＋(5m3/s)*10 s＋(6m3/s)*20s=290m3
假设流量随时都可能变化，那么就不能用上面的公式来计算总流量了。我们可以按一定的时间间隔采样流量值，然后计算这些值的总和。流量的采样时间越短，计算的结果就越准确。请看图2和图3。
在上面2个例子中，曲线下面的区域就是总流量。采样间隔时间越短，计算误差就越小。
在实际应用中，由于PLC计时器的限制，最短的时间间隔只有0.01s。然而采样间隔时间越短，计算次数就越多，这样就增加了PLC的程序扫描时间。
图3 短的采样间隔时间
3.3 在PLC 5/40C中流量累积运算的方法
我们用梯形逻辑来实现流量累积的运算时可以采用“可选定时中断子程序”来处理，这样采样间隔时间就是固定的了。但是在PLC 5/40C中只有一个可选定时中断子程序，其定时中断时间一般较难同时满足几种逻辑功能的需要。
我们也可以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。
我们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(PLC 5/40C的计时器的预置值范围为0-32767)，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。在这种算法中，采样间隔时间就不是固定的了。
另外要考虑的是运算所用到的数据格式。PLC 5/40C数据表按不同的格式和范围来存储不同类型的数据。有两种文件格式可以选择，一是N文件(整数型文件)，值的范围为-32768到+32767，占1个16位字;因为在累积运算过程中，数的乘积和多次累加值一般都会超出+32767，所以我们尽量不用N文件。
另外是F文件(浮点数文件)，值的范围为±1.175494e-38到 3.402823e+38，占1个32位字。浮点数在寄存器中32位的空间表示为:
S xxxxxxxx mmmmm
上面: s=符号 x=指数 m=尾数
可见用浮点数表示的值的十进制有效位数只有7位。因此，必须考虑有效位数问题。举例如下:
假设A代表计算的总流量，F代表计算上一次累加的流量，把F加到A上就会计算出一个新的总流量。在控制器的存储器中，A和F使用浮点数文件格式，有效数字是7位。一旦A比F大很多时，那么A和F的加数将会产生误差。
请看计算过程:
A＝3.632523E+9
F=4.978E+3
3,632,523,000
+ 4,978
3,632,527,978
因为这个结果只能保留7个有效位，所以舍去最后几位数，写成3.632527E+9或3,632,527,000，数值978被丢失。为了避免出现这个问题，我们可以想办法使A和F在整个运算过程中不出现小数，数值不超过7个有效位。4 结束语
流量累积的运算，要尽量避免计算过程中的误差，一是要选择正确的文件存储格式，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PLC5/40C的梯形逻辑中，我们按照以上几个原则，经过细致的考虑和计算，使用长预置值的参考定时器，并使所有被用到的浮点数文件的值的有效位数不超出范围，不出现小数，避免了丢失小的数值，从而实现高精度的累积运算，满足了工艺要求。

Siemens S30807-U6707-X1-1

HP J2309A

Ushio SP3-250UA

Federal Signal 300VSC-1

Parker SX3-Drive

Parker Compumotor ZETA6108

OMRON S3200-NSB03-V2 S3200NSB03V2

Mitsubishi MR-H200A-S101

Seek SPD-612TL

HP E3008-61062 E300861062

Omron R88D-UA12H R88DUA12H

Omron R88D-UA02H R88DUA02H

Advantech PPC-120T

Allen Bradley 1336F-BRF15-AN-EN-L5

Ono Sokki CF-4210A SN:05002067 
 M24X210
Ono Sokki CF-4210A SN:04500161

Ono Sokki CF-4210A SN:04900378

Ono Sokki CF-4210A SN:92300039

Ono Sokki CF-4210A SN:72800030

Yokogawa SR1001-A-0/D2

Omron R88D-UA04H R88DUA04H

Omron R88D-UA03H R88DUA03H

Toshiba Velconic VLPSV-012P2-TD

Eltek SMPS 700 SI

Parker S106-178

Pro-face GP2301-SC41-24V

Omron R88D-UP08HA R88M-U20030HA

HP 81530A

Honeywell Eztrend V5 M24X210

Omron R88D-UA20H R88DUA20H

Tabai Espec EL100-06T4 EL-40009

Mecmesin AFG 25N AFG25N

Symbol DS DS3408-HD20011 DS3408HD20011

OPTEK 316 Dual Channel Absorption Panel Meter

Panasonic MSD153A1WE

KEB Antriebstechnik 09.F0.R01-1228

Cisco 2950 WS-C2950G-24-EI S/N:F0C0751W4WMR

Merrick MKN39188-18 
 M24X210
Crown Electronic Guidance 105824-004

RC RC-S6-M-50-G1-SU-CR-SP Slider w/ RCA-S-S6

Astec VS3-C8-C8-02 (-448)

Omron 3G2T4-OC221 3G2T4OC221

Power-one HPF4A4A2S316 2000W

Sinano Electric SE04-10WA

Astec VS3-C8-A8-A8-02 (-451-CE)

Nemic-Lambda LNS-P-15-40066-4

Quest QC-10 M24X210

Leader LT1610

Daisan Shimpo ND-405DXR ND405DXR

YAMAHA TRCH-3S TRCH3S

IMS 100-0396-001

HP 75000 Series C E1450A

Mitsubishi Melsec QD75MH4

LG Master K-500 K7S-220H

LG Master K-500 K5X-301H

IAI DS-SA5M-100

Autocue UT-CCASE M24X210

Music Semiconductors FIRST BD-2 BD2

HP 82000 E1212A E1212-66501 E121266501

Nemic-Lambda FS-600A-12

Nemic-Lambda FS-600-2

SGS LEADER LJM-1851 LJM1851

Mirae TEM 609/70-400128 / MR-VME PCB

Mirae MCP003/70-400129 PCB

Mirae I032PC/70-400126 PCB

Daisankogyo Murakami ND-205DX

Daisankogyo Murakami ND-205DXTU

Bay PSU 9109-008-002-NA M24X210

Panasonic MSDA103A1A

Panasonic MSD153A1VV

Panasonic MDD403A1VE

Panasonic MSD153A1W A

Comtrol Interchange VS1000

Zetron 427 901-9600

ADTECHNO UPSCAN USC-005 USC005

Power-one SPM5ADC1C1K

Forgo Persona C16 85662

HP E1212-66501

HP E1222-69504 M24X210

Samsung SKP-308H

Lenze ESMD152L4TXA0001E20

Cisco 1721 S/N:FHK07252 M24X210

Cisco 1721 S/N:FHK072511UP

Cisco 1721 S/N:FHK072511TU

Cisco 1721 S/N:FHK072521HA

Cisco 1721 S/N: FHK072521HF

Cisco 1721 S/N: FHK072511SU

Cisco 1721 S/N:FHK072521H2

Cisco 1721 S/N:FHK072521H6

Cisco 1721 S/N:FHK072511UK

Cisco 1721 S/N:FHK072511TV

Cisco 1721 S/N:FHK072511HD

Cisco 1721 S/N:FHK072521H

Cisco 1721 S/N:FHK072511SP

Cisco 1721 S/N:FHK072511TJ

Cisco 1721 1700 Series

Cisco 1721 S/N:FHK072521

Cisco 1721 S/N:FHK072511TW

Cisco 1721 S/N:FHK072

Cisco 1721 S/N:FHK072511UJ

Cisco 1721 S/N:FHK072511TZ

Cisco 1721 S/N:FHK072511SX

Cisco 1721 S/N:FHK072511UC

Cisco 1721 S/N:FHK072511TF

Cisco 1721 S/N:FHK072511OS

Cisco 1721 S/N:FHK072511UV

Cisco 1721 S/N:FHK072521JK

Cisco 1721 S/N:FHK072521JH

Cisco 1721 S/N:FHK072511UT

Cisco 1721  S/N: FHK081521TC

MEGAPAC MP2-410543-28-EL

RVSI Cimatrix MX360 I.D. Matrix MX361T

HP E3003-610055 E3003610055

Parker S83-135

Erhardt+Leimer  M24X210 FR 5001

Proface PRO-FACE GP577R-SC11 GP577RSC11

Omron CS1G-CPU43H CS1GCPU43H

Brandenburg 139D

Internix Profort810 PF810-AR

HP E3008-61009

HP E3008-61015

Proface GP570-SC31-24V GP570SC3124V

Trade Air 8016

Tektronix P7260

M24X210
HP 4141B S/N:2903J00103

Hewlett Packard 4141B S/N:2519J00573

Mitsubishi QD75D4

Warner Electric M24X210  ERS-42 24VDC

Cisco Catalyst 2926 24-P 10/100BASETX

PROFACE GP377-SC11-24V GP377SC1124V

Konica Minolta PS-342 
HIRATA HNC-D580-41 HNCD58041

Condor MAX-754-1212AP MAX7541212AP

Yamaha RCX40 RGU-3

Powertec-Superswitcher 9N2-200-372-FG-3

Astec VS3-C2-C2-02 (-450-CE)

LH Research SM71-1/230

Powerb-Superswitcher 9N5-150-372-FG-34-S1741 P/S

Astec M24X210  VS1-D8-02(-436-CE)

Astec VS1-D4-B4-22(-447-CE)

Standard Power CPS-500-5 M1498D

Tellabs 760052507 XCG 525 V2.3 760052101

Kikusui 83903/UL1270

T&C TAC502P SN:990182

Advantest OTDR TQ8450

T&C TAC-502P SN:990181

T&C TAC-502P SN:990178