西门子S7-200PLC在流量计量方面的应用，如何计量累积量！

1. 引言

目前，PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活、易学易用、体积小、重量轻、价格便宜的特点，在流量计量方面也有着广泛的用途，在用于流量累积时又有其编程的独特之处。下面进行详细的分析和论述，包括在西门子S7-200 CPU上编程的例子。

2. 使用PLC显示流量和计算累积量

流量计输出的信号一般是脉冲信号或4~20mA电流信号，这两种信号输出的都是瞬时流量，我们的目的是在PLC中计算和显示瞬时流量值和计算累积量值，当输入信号是脉冲信号时，在计算瞬时流量的时候，必须按照严格的时间间隔计算才能保证瞬时流量的准确性。因此，计算瞬时流量的时候必须用定时中断来进行。而且，在PLC系统中只能运行这一个中断程序，不允许再产生其它中断（即使是低优先级的中断也不允许运行），以防止干扰定时中断的时间间隔的准确性，计算瞬时流量就是将这个时间段的累计脉冲个数换算成累计流量，再除以时间就是瞬时流量。对于4~20mA输入只需按照其对应的量程进行换算就可以直接得到瞬时流量，而累积流量就是将每个时间段内的累积流量累加起来，在实际使用PLC编程的过程中必须注意以下几个问题：

(1) 输入脉冲频率范围是否超出PLC的接收范围；

(2) PLC高速计数器在达到最大计数值时如何保证计算正确；

(3) 如何保证定时中断不受干扰；

(4) 如何避免计算累积量的误差；

(5) 累积量的最大累积位数；

(6) 如何复位累积量。

下面就最关键的2、4、6问题进行详细的叙述，以西门子S7-200 CPU224为例，S7-200的CPU224具有6个单相最大30kHz的高速计数器，但PLC内部没有提供相应的算法来计算频率，需要使用者自行编程计算，这就需要在PLC高速计数器在达到最大计数值时要保证计算的正确性。实际编程时，对高速计数器初始化以后就使之连续计数，不再对其进行任何干预，其高速计数器的初始化程序如图1所示（此段程序应放到PLC第一个扫描周期执行的程序中执行）。

图一：高速计数器的初始化程序

对于高速计数器是否达到最大计数值时需要判断，S7-200CPU的高速计数器是可以周而复始地进行累计的，最高位为符号位，最小值为7FFFFFFF。由于计数器是一直累加的，不可能出现本次读取的计数值小于上次计数值的情况，因此判断计数器当前值是否小于前一次的计数值，就可以判断计数是否达到最大值的拐点（7FFFFFFF），如果达到，则执行特殊的计算以便消除计算错误，程序如图2所示（此程序应放在定时中断子程序中执行）。

当当前计数值大于等于上次计数值时，两个计数值做差，就得到程序两次扫描时间间隔内的计数差值，同时将当前计数值赋值到上次计数值上;当当前计数值小于上次计数值时，计算上次计数值与7FFFFFFF之间的差值（用减法），以及当前计数值和7FFFFFFF之间的差值（用加法，此时寄存器溢出，数位前移），然后将两个结果相加就是程序两次扫描时间间隔内的计数差值，从而实现对累计计数值达到拐点时的正确计算。

图二：消除计算错误程序

实际上，在现场应用中定时中断子程序是采用250ms中断一次执行的，使用SMB34进行控制的。需要注意的是，系统中必须只保证这个中断是唯一存在的，不会受到其他中断的影响，否则可能会因其它中断的影响使周期性中断不准时，从而影响精度。

通过以上计算就得到了250ms内流量计发过来的脉冲个数，这个数值乘以脉冲当量就是250ms内的流量值，再除以时间就是瞬时流量。另外，在250ms内再执行累加程序就可以计算累积流量了。在计算累积流量过程中需要避免累积过程的计算误差，我们知道，流量累积量是一直累积的一个数值，一般会累积到8位数，而plc内部浮点数的有效位数是6位，当累积量数值很大的时候就会造成一个大数和一个小数相加，势必导致小数的有效位数丢失，造成很大的累积误差，因此，要避免大数和小数相加的情况出现。解决方法是采用多个流量累积器，只允许同数量级的数值相加，从而避免数值有效位数损失，实际编程中采用了5个累积器，根据常用流量情况下，在周期中断时间间隔（250ms）内流过的流量乘以15作为第一个累积器的上限，当达到这个累积器的上限值后，将这个累积器的值累加到第2个累积器中，并把第一个累积器清零，对于第三个累积器也同样处理，第4个累积器用于保存累积量小数部分数值，第5个累积器用于保存累积量整数部分数值，这样在显示总累积量时只需显示整数部分和小数部分就可以了，整个过程充分避免了累积过程中大数与小数相加的情况出现。在实际工程中，需根据流量的大小、周期中断的时间间隔来确定所用累积器的个数，而累积器的整数部分用双整数来表示，双整数的范围是-2,147,483,648到+2,147,483,647，可以使累积器的整数位数达到9位。这样，在显示累积量时就可以最多显示9位整数的累积量和6位小数的累积量，总计15位，从而省略累积器倍乘系数，使读数更简便。

对累积器需要在一定条件下复位，累积到最大数值或手动复位，在中断程序中判断累积量是否达到或超过最大位数，当超过最大数值时，将各个累积器清零，清零的触发信号也可以是手动触发。

3. 结束语

本文列出了在PLC中计算和显示瞬时流量和计算累积量时可能遇到的问题，并以西门子S7-200 CPU224系列探讨了解决办法，值得进行该工作的工程人员借鉴。

维修电工浅谈：PLC故障排除

欧姆龙PLC

在PLC绝大数故障中，多是由于输入信号的状态丢失或者异常引起的。在一些设备上经常用到接近开关，光电开关，开关量传感器等，作为PLC的输入信号。例如：某设备上的一接近开关金属头，由于靠的检测金属太近，造成金属头磨损。导致该接近开关信号一直处于ON状态。在设备工作信号本该OFF时，此接近开关仍然处于ON的状态。该异常的信号就有可能造成程序的错误判断，从而引起输出执行动作的异常。我们称这类故障为“假故障”。遇到这类故障，我们首先查看PLC控制的这个元件的输出点信号指示灯。此信号工作指示灯不亮，那就要首先考虑是不是由于PLC输入信号的异常引起的。具体说比如：有一自动往返电机，自动/手动向左，都可以移动。就是向右不移动。手动控制查看，控制电机继电器的plc无输出信号。那先考虑输入信号有无异常。考虑下有哪些输入引号可以限制电机向右移动呢？是不是行程开关信号呀?用手碰下行程开关，让你的小伙伴，查看下此行程开关的输入信号是否正常。此类故障的排除，一般要求对PLC程序有个大体了解的基础。

再就是输入信号硬件故障，这样的故障率比较低，但还是会有。因为PLC输入信号内部多是采用光耦传送。有的因接入强电，而击穿光耦。或者因PLC内部潮湿，引起光耦信号异常的。像这类故障，如果是偶然性频繁发生，我们可以采取输入换点的方式，进行排除验证。

光电开关

接近开关

2.输出故障

PLC输出故障多数是由于输入信号的异常引起的。还有种情况我们称为“烧点”。尤其是针对继电器型的PLC。虽然现在PLC电气柜输出，都采用了继电器隔离。但“烧点”的故障，还是是有发生。比如说：控制某一电机运动的继电器不工作。查看此继电器的线圈，来此PLC的某一输出点。发现此输出点信号灯工作正常，可为啥继电器不工作呢。通过用万用表测量发现此点不通，就说明此点已烧。再就是与之相反的故障“沾点”。明明PLC其输出信号指示灯不工作，但其控制的下的继电器线圈却正常得电不释放。这类硬件故障，通过修改PLC输出换点就可解决。

台达PLC

3.PLC运行故障

此类故障，多表现为PLC电源指示灯亮。而运行指示灯不亮。这类故障，我们分为软故障与硬故障。

软故障就是说由于程序本身引起的。比如程序内存异常，程序设置在了编程模式等等。

硬件故障，比如PLC电源电压低了，主要针对采用直流24v电压的。当此类PLC电源电压十几v时，PLC的电源指示灯也许会正常亮。但其内部CPU电压由于低电压引起的异常，不工作。造成PLC不运行工作。

4.PLC 通信故障

PLC与变频器422通讯

一般常见多为通讯中断，或者直接不通讯。比如PLC现场与变频器通讯，通讯干扰。这个要求PLC 电源尽量采用滤波器单独供电。通讯线一定要采用屏蔽线，一头可靠接地。通讯线布线，最好单独走一线槽。附近的大型变频器输出，加装磁环。

你还碰到哪些PLC故障，欢迎大家一起交流学习。有不对的地方，请多多指点！

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