西门子模块6ES7355-1VH10-0AE0参数方式

西门子模块6ES7355-1VH10-0AE0参数方式

主要介绍了基于 PLC 的悬浮式电子皮带秤在四川某公司制丝生产线中的应用， 介绍了悬浮式皮带秤的构成与工作原理，并从硬件、软件角度阐述了 PLC 如何实现对皮带秤的控制。 　　基于 PLC 的悬浮式电子皮带秤应用于四川某公司，皮带秤为直接受力式，而且结构简单、稳定，其皮带输送道和物料全部悬置于四个称重传感器上，无中间传力件，钢性好、位移小、对称性好，在称量断续烟片时，对流量的控制较容易实现。而且 PLC 应用于皮带秤的控制系统中，不仅能实现对皮带秤复杂的闭环控制，而且还能完成各

  1 悬浮式皮带秤的构成与工作原理

悬浮式皮带秤构成,如图 1 所示。

在行业中，皮带秤皮带上的物料多为烟叶、烟片、，其物理特性不同，而且一般是不均匀的，因此多采用积分法计算物料瞬时流量和累积流量。

1)速度采样。 装于驱动电机轴上的光电脉冲位移传感器与PLC 中的高速计数模块连接，当电子皮带秤运行后，光电脉冲位移传感器发出脉冲， 其每一个脉冲代表皮带走过一个固定的间隔，该脉冲进入 PLC 高速计数模块后便可作为速度采样。

2)重量采样。 当输送机皮带上有物料流过时，4 个电阻应变片称重传感器输出正比于物料重量的电压信号，该信号经称重终端转化为秤台负荷信号送入 PLC 进行运算， 完成一次重量采样工作。 随着输送秤的不断运转，每隔一定长度都将产生一个脉冲，进行一次重量采样，将各次采样值经过累计即可得到累计重量。

3)流量控制工作原理。 流量的计算由 PLC 装置完成，PLC将采集到的速度信号与重量信号进行乘积运算就可以得到瞬时流量。 其工作原理示意图如图 2。

2 PLC 系统设计

2.1 PLC 系统硬件的配置

由于控制系统以开关量为主，含有少量的模拟量，并且中控系统控制采用的是基于 RSLogix 5000 系列的编程系统， 为保证与中控系统通讯的便捷与稳定， 经比较选用罗克韦尔公司的SLC-5 可编程序控制器 、RSLogix 500 编程软件 、RSNetWork控制网组态软件以及 RSView 软件组成的自控系统。 其稳定性好，功能强，并提供了多种不同点数的 CPU 模块和数字量、模 拟 量 I/O 扩 展 模 块 供 用 户 选 用 。 系 统 的 人 机 界 面 采 用RSVIEW 公 司 的 人 机 界 面 ， 称 重 终 端 采 用 美 国 METTLERTOLEDO 公司的 JAGXTREME 并配有总线通讯板与 PLC 进行通讯。 具体配置为：SLC-5 可编程序控制器配置模块为：1747-L551C 5 / 05 CPU 模块; 处理器模块提供的 1746-OB16I / O 模块; 并配置了 1746-HSCE 高速计数器模块; 以及 2 个1747—SDN DeviceNet Scanner 模块。 开关量接线简图如图 3所示。

2.2 系统软件设计

该系统软件设计部分包括 PLC 控制程序设计、参数配置以及人机界面参数程序设计。 PLC 程序设计在 RSLogix 500 软件环境下完成，采用梯形图编程。

1)PLC 系统控制软件。 软件设计主要分为三块： 开关量控图 5 计量秤、控制秤、配比秤应用示意图制、模拟量采集、模拟量的控制。 开关量控制主要指按钮、指示灯、连锁信号等的控制;模拟量处理主要指模拟量的采集、显示、存 储 ; 控 制 主 要 是 指 瞬 时 流 量 控 制 和 累 计 量 计 算 。 利 用RSLogix 500 设计的控制程序主体部分如图 4 所示。

2)人机界面系统。 利用上位机软件 RSView 构造系统操作介面，操作触摸屏上设有主要设备运行状态指示，以彩色图形的方式，形象地显示变频器、缓冲机、输送秤的开停状态和秤台负荷、设定流量、瞬时流量、累加流量、趋势画面、系统故障报警画面、 各种参数设置画面等。 另外为了提高整个系统的性，提供了登陆机制，赋予不同操作管理人员不同的访问权限。

3 悬浮式电子皮带秤在制丝生产线上的应用

在行业制丝生产线中， 电子皮带秤可根据现场生产的工艺要求，分别用于物料的计量、控制、配比等等。

1)计量秤。计量称输送物料时，PLC 装置将采样到的重量信号与速度信号进行运算分别得到瞬时流量与累计流量， 同时提供瞬时流量和累计流量的输出信号，不对流量进行控制，而且流量的计量精度作为计量秤的主要指标尤为重要。

2)控制秤。控制称同时具有计量与控制的功能。根据设定流量对实际流量进行控制，以便与其前级设备喂料机等配合使用。通过 PLC 装置得到的流量信号与设定流量或者中控远程流量信号相比较，通过变频调速器，对电机转速进行控制，起到调节皮带速度的目的，进而控制流量的大小，使流量值始终保持在预先设定的流量值附近。

3)配比秤。 在制丝生产工艺中，叶丝、梗丝、膨胀丝、薄片丝等需要按比例进行掺配， 因而要用到用于计量配比的配比皮带秤。 配比称用于与前级主秤配合使用， 根据主秤提供的流量信号，按照一定的配比比例随主秤流量的变化而变化。计量秤、控制秤、配比秤在四川某生产线的应用示意如图 5 所示。

4 安装使用过程中的主要问题与改进

为使皮带秤在今后的使用过程中保持计量精度、 控制精度等等关键参数，在安装与使用过程中应注意几点问题：

1)皮带跑偏。 在生产过程中，如果皮带尺寸不标准，或者皮带前后滚筒不平行，从而产生夹角;或者物料偏离秤称重;皮带滚筒在机加工过程中产生了轴偏离等等都会引起皮带秤在运行过程中产生皮带跑偏现象，在保好皮带秤制造工艺的前提下，安装过程中应调整好称重秤架的四角高度，以保证秤体的水平;并且应该调整皮带前后滚筒，以保证前后滚筒的平行。

2)安装位置。 由于在某些生产线中皮带秤与振动输送机连接较近，现场振动比较大，不仅会严重影响皮带秤的计量精度，而且很容易造成皮带秤元器件损坏给计量与控制带来很大影响。 因此在安装过程中，一定要注意与前后级设备之间连接时，设计好合理的安装位置，皮带秤安装处的支撑要有足够的强度，强度不足时要进行适当的加固，以保证设备正常稳定地工作。

3)计量管堵料。计量管多用于皮带秤与喂料机的衔接处。计量管上安装有光电开关，以检测计量管内的物料情况。 若计量管物料流通空间较小，就会限制物料流量的大小，当所需流量过大时，很造成计量管堵料。 根据实际情况，把计量管设计成宽窄可调、薄厚可调的模式，可以根据实际流量的大小及时地调整计量管的空间，可以保证物料的顺利输送。

5 结束语

1 智能干油润滑系统结构

1. 1 系统硬件设计

设计的智能干油润滑系统主要包括上位机、PLC、中继箱、识别器以及执行元件等，其硬件组成如图 1 所示。

系统采用 SIEMENS S7-200 系列可编程控制器作为主要控制元件，整个系统控制过程共有 10个数字量输入点，3 个模拟量输入点和 23 个数字量 输 出 点。 中 央 处 理 单 元 ( CPU ) 选 用CPU226CN，另 外 需 要 一 个 模 拟 量 扩 展 模 块EM231CN 和一个输出的扩展模块 EM222。在自动运行状态下主控系统按照设定的程序运行，启动电动高压润滑泵，并控制电磁给油器的启闭，润滑脂过滤后被输送到各润滑点的电磁给油器，流量传感器实时检测每点是否供油，监测系统远程显示该点的润滑状态，如有故障及时报警。

控制系统可进行自动、手动操作: 手动运行时，在触摸屏的受控控制画面上输入润滑点号，然后点击手动控制即可对应现场的相应润滑点。开启电动高压润滑泵后，润滑脂被压注到主管道中，待管道压力升至 10MPa 时( 根据管道远近此压力可在 5 ～30MPa 之间) ，输入数字来选择现场润滑点号，对应点电磁给油器得到信号，开通油路，将润滑脂压注到相应的润滑部位; 系统在自动运行时，按照设定好的量( 可调整) 自动地对每个润滑点逐点供油，逐点检测，直至所有润滑点给油完成，进入循环等待时间( 可调整) ，循环等待时间结束，自动进行下一次给油过程。

1. 2 编码解码控制方式

系统工作是通过主控编码模块对西门子 S7-200 控制模块的输出信号进行编码，通过串行输出到现场给油器箱，现场给油器箱里的解码模块将串口接收到的信号与设定的地址进行比较，然后确定是否为该给油器箱提供数据，如果比较相同，该给油器箱中的 4 个点按事先设定好的参数给润滑点供油。

给油器中的解码模块上有一个 8 位拨码开关，当拨码开关置上时其所在的位置为 0，反之为1。拨码开关与给油器箱的对应关系见表 1。

当某给油器箱的地址需设为 1 时，也就是给油器箱为 1 号时，只要把 1 号拨码开关置 1( 下)即可。当某给油器箱的地址需设为 115 时，也就是给油器箱为 115 号时，115 = 64 + 32 + 16 + 2 +1，需把 7 号、6 号、5 号、2 号和 1 号拨码开关置 1( 下) 。

当某个润滑点工作时，此润滑点的给油器箱内的 4 个传感器电源同时带电，该点运行过程中，如有油通过时，基于霍尔原理反馈 24VDC 的直流信号，驱动控制柜中的接收流量反馈信号的继电器，这样 PLC 模块接收到信号，由 PLC 判断该点运行状态，从而实现了故障点的记录功能，方便设备的点检，可以快速判断故障点所在

 阐述了MODBUS协议RTU模式的通讯机制，并详细介绍了CRC16校验码的生成步骤。利用三菱Q系列PLC丰富的编程功能和串行通信智能模块，通过RS485总线与MT-51流量显示仪进行通讯，实现对多路质量流量计控制。

    1 Modbus协议简介  

    Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准，有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。

    在Modbus网络上，当控制器设为以RTU（远程终端单元）模式通信，在消息中的每8位的字节包含两个4位的十六进制字符。这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比ASCII方式传送多的数据。

    在RTU模式下每个字节的格式：

    ·8位二进制，以十六进制数0...9，A...F来表示。

    每个字节的位

    ·1个起始位

    ·8个数据位，的有效位先发送     

    ·1个奇偶校验位，无校验则无

    ·1个停止位（有校验时），2个Bit（无校验时）

    ·CRC（循环冗长校验）

    使用RTU模式，消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始。传输的个域是设备地址。网络设备不断侦测网络总线，包括停顿间隔时间内。当个域（地址域）接收到，每个设备都进行解码以判断是否发往自己的。在后一个传输字符之后，一个至少3.5个字符时间的停顿标定了消息的结束。一个新的消息可在此停顿后开始。    

    一典型的消息帧如下所示：

    2 质量流量计

    本项目应用中，采用的是汇博隆公司MT-51流量显示仪，通过RS485接口与PLC通讯。实现对5台AE公司的质量流量计的监控。通讯设定如表1所示。

    RS-485是面向网络的一种接口标准，一对传输线上可以接多至32个。在此网络上，PLC作为主控制器，发送查询命令，而MT-51流量显示仪作为从控制器，当从控制器接收到主控制器的查询消息，它将建立一从控制器回应格式并返回给发送的主控制器，以回应PLC的查询。例如：

    PLC读取设备号为1的质量流量计瞬时流量值，PLC发送查询命令01030010000185CF（16进制数据流）。01－设备号；03－功能代码（读命令）；0010－寄存器起始地址；0001－字长；85CF－CRC16校验码。

    MT-51流量显示仪将回应查询，返回0103020064B9AF（16进制数据流）。01－设备号；03－功能代码（读命令）；02－字节数；0064－是用0000~0FFF（十六进制）表示的瞬时值，0000表示关闭，0FFF表示满度流量；B9AF－CRC16校验码。

    3 CRC16校验[1]     

    使用Modbus协议RTU模式，消息包括了一基于CRC16算法的错误检测域。CRC16域检测了整个消息的内容。CRC16域是两个字节，包含一16位的二进制值。它由发送控制器计算后加入到消息中。接收控制器重新计算收到消息的CRC16校验码，并与接收到的CRC16域中的值比较，如果两值不同，则有误。

    计算CRC16校验码的步骤为：

    1）预置16位的寄存器为16进制的FFFF（即全为1），称此寄存器为CRC16寄存器；

    2）将个8位数据与16位CRC16寄存器的低位相异或，把结果存放在CRC16寄存器；

    3）并把寄存器的内容右移一位（朝低位），用0位，检查移出的位的值；

    4）如果值为1，将CRC16寄存器的内容与16进制常量A0001相异或，并把结果存放在CRC16寄存器；

    5）重复步骤3和4，直至右移8次，整个8位数据全部处理完；

    6）重复步骤2到步骤5，进行下一个8位数据的处理；

    7）当所有数据处理完成后，终得到的CRC16寄存器的值就是CRC16校验码。

    4 PLC参数设置与软件实现

    在本项目应用中，利用三菱Q系列PLC[2][3]的QJ71C24-R4串行通信智能模块通过RS485总线与MT-51流量显示仪进行通讯，实现对AE公司质量流量计数据的采集和控制量输出。

    4.1 开关设置[4][5]

    如图1开关设置所示：开关1和开关2是QJ71C24-R4串行通信智能模块的通道1的参数设定；开关3和开关4是通道2的参数设置。两个通道参数设置相同，任意一个都可以进行通讯，可在监控PC上通过改端口号来切换。

图1 开关设置

    开关1/开关3的高8位（05）表示通讯波特率为9600；低8位（C2）表示传输设置－8个数据位，无奇偶校验，1个停止位；开关2/开关4（0006）表示采用无顺序协议通讯。     

图2 程序流程图

    4.2 软件实现

    在GXDeveloper[6]编程中，编写SEND子程序来完成16进制查询命令的生成和数据的发送；RECV子程序完成接收到的数据的处理；CRC子程序完成发送数据和接收数据的校验码生成。整个顺控程序流程图如图2所示。

    SEND子程序调用指令格式为-[ECALLP“SEND”P700W30W35W3A]。ECALLP是子程序调用指令；“SEND”是子程序名称；P700是公用指针号；链接寄存器W30、W35和W3A是子程序的传递参数，分别表示设备号、功能代码和数据。例如：链接寄存器W30、W35和W3A的值分别为1、5和64（16进制），则表示设定设备号为1的质量流量计的流量输出值为100sccm，QJ71C24-R4将发送16进制查询命令010600110064D824。

    由于MT-51流量显示仪返回的数据长度根据接收到的查询指令不同而不同，所以在SEND子程序里发送查询指令时，要根据查询命令的内容改QJ71C24-R4接受数据的长度。为防止QJ71C24-R4的OS缓存区溢出错误，在每次调用SEND子程序之前，使用ZP.CSET指令来OS缓存区。

    查询命令发送完成后，PLC将延时等待QJ71C24-R4的回应信号。如果等待延时时间到，回应信号一直为OFF，则表明无回应，对应该设备号的通讯错误计数器将累加，PLC将返回执行下一条查询命令；如果在等待时间内，回应信号变为ON，则表示接收到MT-51流量显示仪的回应。PLC将通过G.bbbbb指令将接收到的数据从QJ71C24-R4的OS缓存区读取到PLC内存，并调用RECV（调用指令格式为-[ECALLP“RECV”P800]）子程序进行接收数据的校验。如果校验正确，将新PLC相应的数据存储区，并复位对应该设备号的通讯错误计数器；如果校验错误，对应该设备号的出错计数器将累加，计数器累积到阀值后，系统将报警输出该设备号的质量流量计通讯错误。

   针对以色列Unitronics的M90/91系列OPLC运算功能的不足，提出分段拟合和线性转换模式，将复杂运算和浮点数运算转换成分段的线性运算。开发计算机辅助设计软件，优化分段，并自动生成的运算参数，在M90/91系列OPLC上实现了复杂运算和浮点数的运算。该运算处理方法成功地应用于环保监控系统的污水流量监控中，流量计算精度与直接计算结果几乎吻合。大大地简化了OPLC控制程序，降低了控制系统的硬件费用，拓展了M90/91系列OPLC的应用范围。

      1 M90系列OPLC的特点

      以色列 UNItronics 的M90/91系列OPLC是一种集可编程控制器、操作面板、I/O功能于一体，通讯功能强大的微型PLC。Unitronics 的OPLC分为两大系列：M90/91系列和Vi-sion系列，其中M90/91系列的价格，功能强大，性能稳定。M90/91系列OPLC的特点如下：

      1.1 友好的人机界面

      M90/91系列OPLC的人机操作面板包括液晶显示屏和全数字按键，用户可以查看操作提示、动态数据、历史数据。也可以输入控制参数和通过按键进行控制操作。

      1.2 支持多种通讯方式

      M90/91系列OPLC支持PSTN、GSM/SMS、GPRS、CAN-Bus、MODBUS等通讯方式，用户可以选择有线电话方式、手机短信、GPRS方式或各种网络通讯方式，为远程或网络内的自动监控、数据采集、系统诊断，为现场无人值守情况下的远程监控提供了便捷的途径。

      1.3 多功能一体化

      M90/91系列OPLC自带数字量/模拟量/温度测量的I/O点，轴编码器和高速I/O点，CANbus/RS232/RS485通讯，实时时钟控制。

      1.4 I/O扩展性

      每个M90/91控制器可以带8个I/O扩展模块，可以满足各种自动控制的需要。

      2 M90/91系列OPLC在环保在线监控系统中的应用

      M90/91系列OPLC在工业和民用方面都具有大的优势，在昆明市环保在线监控系统的现场监控中被广泛采用，至今已经无故障地成功运行了4a，实现了昆明地区污水排放的区域在线监控，在黑龙江、成都、北京、福建等地的环保监控中也得到了成功的应用。

      2.1 污水流量的监控

      环保在线监控系统由现场监测传感器、OPLC监控装置、软件等构成，M90/91系列OPLC是现场监测的。OPLC监控装置可以接入来自于各种传感器的信号，如COD、DOC、SO2、流量、治理设备状态等几十种国家规定的监控参数的传感器，采用GSM/SMS/GPRS方式定时上报环保监控数据，自动上报现场标报警数据、设备故障、系统断电等信息，并及时应答监控的各种查询。

      污水排放的瞬时流量和累积流量采用声波明渠流量计方法进行测量，它们是环保在线监控的主要因子。声波传感器测量流过巴歇尔槽的流体液位的高度，并向OPLC输入4~20mA的关于流体高度的模拟信号。

      2.2 声波明渠流量计的流量计算

      声波明渠流量计需要通过公式（1）运算，将流体的高度转换成流体的瞬时流量，并进行累积。根据标准JJG711-1990，巴歇尔槽的流量特性计算公式为：

      Q=Chan      （1）

      其中：Q为瞬时流量（m3/sec），ha为水头高度（m），C和n是与明渠类型和喉口尺寸相关的常数。小型巴歇尔槽有5个标准的喉口规格，5个立的计算公式；标准型巴歇尔槽有12个标准的喉口规格，可以用一个立的计算公式；大型巴歇尔槽有8个标准的喉口规格，8个立的计算公式。

      2.3 M90/91系列OPLC声波明渠流量计流量监控的关键问题

      M90/91系列OPLC可以实现整数的加减乘除运算，比较运算和逻辑运算，具有PLC的常规控制功能，具有远程无线通讯功能，，功能全，非常适合于小型的环保监控站的选用。但是，不足的是M90/91系列OPLC的运算功能有限，无法直接进行声波明渠流量计的流量计算。因此，地进行浮点数复杂运算的替代是M90/91系列OPLC成功应用的技术关键。

      3 声波明渠流量计流量的替代计算

      3.1 声波明渠流量计的流量计算处理模式

      根据M90/91系列OPLC的性能和环保污水监控应用的特点，提出声波明渠流量计流量计算数据处理的分段拟合和线性化处理的替代模式。即：设定替代计算的精度，采用小二乘法，根据流量计算值误差小和满足M90/91系列OPLC整型数计算的原则，将指数计算公式优化解析成若干段线段的组合，OPLC对输入的模拟量进行区域判断和线性计算，获得瞬时流量。

      3.2 明渠流量计流量计算公式的转换

      根据明渠流量计的标定高度，声波明渠流量计将流体的高度ha以4-20Ma信号输入到OPLC，在OPLC中存于内存变量MIin。根据流量的计算公式，与该MIin对应于瞬时流量存于MIq。

      流体高度与内存变量的关系为线性关系：

      ha=A+b×MIin      （2）

      根据公式（1）、（2）公式得到：

      MIq=E+d×Q        （3）

      将（2）、（3）公式整合成：

      MIq=E+d×Chan=E+d×C（A+b×MIin）n      （4）

      MIq=f（MIin）      （5）

      式中：ha为液位高度，A、b、E、d为常数，MIin为流量信号对应的内存变量，Q为瞬时流量，MIq为瞬时流量计算值对应的内存变量。

      3.3 明渠流量计流量计算分析和处理原则

      对于每一个标准喉口的流量计算公式，在整个量程范围内将其分成若干段，在每一段上拟合一条直线，采用小二乘法进行分析，优化出满足精度要求分段数量和各线性段方程系数，保证在整个有效的计算范围内直线与理论曲线的误差小。

      S（x）=a0Φ0（x）+a1Φ1（x）+a3Φ3（x）+…… +anΦn（x）      （6）

      δ||22=min∑ω（xi）[S（xi）- f（xi）]2          （7）

      ζ（x）∈φ i=0

      m

      （ Φi，Φx ）=∑ω（xi） Φ（xi）Φx（xi）      （8）

      i=0

      G=（Φi，Φx）（Φi，Φx）……（Φi，Φx）      （9）

      （Φi，Φx）（Φi，Φx）……（Φi，Φx）

      ……

      （Φi，Φx）（Φi，Φx）……（Φi，Φx）

      ax=a×x                                                        （10）

      由于Φ0，Φ1，……，Φn线性无关，故|G|0，方程存在解。

      对于小型和大型明渠，如果对应喉口没有确定的计算公式，数据处理模式为：（1）根据喉口尺寸，判断明渠的类型。（2）根据该类型已知计算公式，拟合一条某高度下的流量～喉口尺寸的曲线。（3）根据此拟合曲线，计算该喉口的明渠流量计在该高度下的瞬时流量。

      3.4 声波明渠流量计计算机分析和优化程序的功能

      根据以上数据处理模式，设计了声波明渠流量计计算机分析和优化程序。该程序可以选择各种明渠喉口尺寸、拟和点的数量和流量的单位等基本信息，自动生成拟合线段的参数，显示理论计算与拟和公式计算的喉口尺寸~瞬时流量的对照曲线，并可以将数据直接导出为EXCEL文件。为M90/91系列选择或输入明渠的喉口直径，在界面上显示有效的测量水头高度的范围；输入明渠标定的上下点对用的MI值；根据OPLC编程空间的余量，选择适应的拟合线段数量；选择流量的单位或精度；点击查询按钮，则系统将自动查询并生成多个拟合线段的计算参数和全范围内的计算数据表；选择曲线，则显示理论曲线和拟合曲线。如果瞬时流量的计算值过整型数的范围，则系统会给出提示，要求调整流量单位，重新进行计算，并进行误差分析。

      3.5 测试结果

      根据该算法进行OPLC明渠流量测量程序设计，同时采用具有浮点数运算功能的ViMIon系列OPLC按照理论计算公式，进行OPLC的明渠流量测量程序设计。二者接入同一台明渠流量计的监测信号，控制面板得到相同的瞬时流量显示。经过3d的考核，累计流量显示值误差为0.01%。实验证明了该数据处理模式的正确性。

      4 结论

      M90/91系列OPLC模拟量监控系统的浮点数运算处理方法的研究，提出分段拟合，线性处理的数据处理原则，配合计算机程序进行拟合优化，使M90/91系列OPLC可以对模拟量进行的浮点数公式运算，大大地扩展了M90/91系列OPLC的应用范围，节约了用户程序空间，降低了监控系统的硬件配置成本，也提高了M90/91用户程序设计的效率，缩短了设计周期。这项研究在昆明环境监测与控制系统中的近200家监控点的流量监测中得到成功的应用，这种算法的正确性得到了充分的验证。

为提高标定的度和标定效率扩大标定系统适用范围，减少人为因素带来的误差设计了这套流量计标定系统。本系统以标准表法和容积法为主秤重法为辅。采用变频调节技术由PLC、变频器和计算机进行精密控制和调节实现流量计标定过程的全自动化。

    为提高标定的度和标定效率扩大标定系统适用范围，减少人为因素带来的误差设计了这套流量计标定系统。本系统以标准表法和容积法为主秤重法为辅。采用变频调节技术由PLC、变频器和计算机进行精密控制和调节实现流量计标定过程的全自动化。

    一 总体构思

    整个系统分标定装置部分与由PLC和计算机构成的控制部分。

    1. 标定装置部分

    考虑到标准表法、准确、鉴定范围易拓宽的优点而容积法又有高度适合标定大流量装置的特点，因此采用这两种方法为系统的主要标定方法。为使本套系统适合标定微流量计，还结合了秤重法。

    标定装置设两级标定基准容积法中的标准容器为一级基准，标准表法的标准表为二级基准，容积法可用来标定标准表，确保二级基准的度。

    装置根据流量计口径大小分3个台位，每个台位有4个管路，主要用于标准表法标定。

    装置中有两组标准容器，用于容积法标定。1号和2号台位合用其中的一组大标准容器组，其结构图如图1所示。

    2. 系统控制部分

    控制部分的硬件使用的是三菱公司（Mitsubishi）的变频器FR-A540，以及FX2N系列的PLC、2AD模块和2DA模块。

    通过变频器使电动机软起动（电动机可从0~5OHz缓慢起动），减少泵因高速起动引起电流对电网的冲击泵的喘振现象使平稳调节增强系统的稳定性和性。以PLC作为现场控制器。通过DA模块调节变频器的频率在0~5OHz范围内变化，实现电动机的无级调速：通过AD模块采集压力传感器和被校表（即待标定的流量计）的4~2OmA模拟信号，同时系统中实时数据（包括实时标定数据和控制标志信号）通过PLC的I/O节点传送到计算机。

    软件使用的是监控组态软件—力控（ForceControl）和Visual Basic6.0编程软件。计算机通过监控系统应用程序进行标定过程的实时监控，标定数据的采集、处理、保存查询和打印实现人机的交互功能。

    控制部分框架如图2所示。

    二 工作原理

    1. 标准表法

    通过在一段标定时间内（应设为标定时间足够大以保证标定度），同时采集由被校表和标准表输出的脉冲数，计算出累积流量，从而确定被校表的误差。流量计基本误差为：

           （1）

    式中，Qm— 被校流量计表示的流量值

          Qs— 标准流量计测出的流量值

          Qmax— 被校流量计满量程的流量值

    测试中可选择每个流量点标定3次。每一点的重复性误差E2为：

           （2）

    式中，S— 标准偏差

          Q1— 同量点i次被校表的流量值

          — 同量点上被校表流量的平均值

    “标准表法”作为装置的二级基准，可标定度等级比标准表低的流量计。

    2. 静态容积法

    静态容积法就是一种以标准容器为基准的标定方法。由标准容器、换向器、计时器组成。在换向器上装有一对光电管，计算机接收通过光电管的信号以启动和关闭定时器。标定时换向器换向，系统在此同时自动开启计时器，并采集被校表的脉冲数，当达到标准容器的标称容积后，系统将自动切换换向器至旁路，同时停止计时和停止被校表脉冲数，同样可以通过式（1）、（2）计算被校表的基本误差和重复性误差。

    静态容积法作为本套标定装置的一级基准。

    3. 动态秤重法

    动态秤重法是以标准秤为基准的标定方法，一般用于小流量的标定。本装置中3号台位中的两条管路用秤重法。

    打开电磁阀，将水收集在秤重容器内，当达到预定的初值时，启动计时器计时并采集被校表的脉冲数；当收集的水量达到预定的终止值时，停止计时器计时并停止采集被校表脉冲数（换算到累积流量）。由所得水量的重量和时间可计算出标准流量，再根据式（1）、（2）确定被校表的基本误差和重复性误差。其中标准流量按下式计算（不考虑容器的温度变化的影响）：

    式中，M— 称得的水的质量，Kg

         ρ— 水在t0（20℃时）的密度

         β— 水的膨胀系数，1/℃

         T— 计时器计时时间，S

    三 系统组态与软件编程

    整个标定系统的软件编程中，通过PLC程序控制计自动标定过程：使用力控组态软件对系统进行组态，实现友好的人机交互界面。

    1. PLC程序

    按3种标定方法分为3部分。其中标准表法和容积法又分别可选择自动和手动标定方式。标准表法中自动标定方式的程序流程如图3。

    2. 计算机监控程序

    通过力控的I/O驱动由PLC传给计算机在标定过程中的标志信号和实时数据以及下传设定参数和命令信号。

    用户通过计算机界面控制标定过程如控制标定步骤、调节变频器频率、调节阀开度等。

    标定数据由计算机自动采集，或人工输入，并由计算机进行数据处理和保存。使用Access数据库和SOL语言保存标定结果，而使用txt文档保存每次标定设定的参数以供下次标定时调用。通过在EXCEL应用程序和力控应用程序之间按DDE方式建立起Client/Server关系，人工输入报表数据即可完成标准报表的打印功能。

    使用力控提供的DBCOM控件，用VB6.0制作的小程序即可使用户通过局域网，访问标定现场的主机来查看到标定流程和实时数据，并且在计算机上安装力控监控程序。

    监控程序中设置二级密码，只有“管理员身份”登入时，才可修改数据库数据及已设置的参数，确保系统数据库的性。

    四 结束语

    本装置可标定电磁流量计、涡轮流量计、声流量计以及转子流量计等，标定流量计口径ф2.5~ф200， 流量范围6L/h~300m3/h，装置总不确定度≤±0.2%。装置自2004年11月投入使用以来，性能，运行稳定