基于流量计算的PLC一体化流量测量方法的改进.pdf

自动化与仪器仪表} 2 0 1 4 年 1 0 期 总第 1 8 0 期 基于流量计算的P L C一体化流量测量方法的改进 史先焘 徐 州生物工程职业技术学院 徐 州，2 2 1 0 0 6 摘要流量计算模块的使用最主要的目的就是能够有效和P L C之间的无缝通信。很多的P L C都能够有效支持以太网 T C P ／ I P通信和很多串行协议。一旦在处理器上生成了流量信息， 利用网络就能有效对这些信息进行访问， 另外数据采集、 远 程S C A DA、 H MI 以及历史和维护应用系统也可以对这些信息进行访问， 最终就能够有效形成一个灵活经济的通信机制。本 文主要就对基于流量计算的P L c 一体化流量测量方法的改进进行了分析。 关键词流量计算； 流量测量方法； P L C一体化； 改进 D OI 编码 1 0 ． 1 4 0 1 6 ／ j ． c n k i ． 1 0 0 1 - 9 2 2 7 ． 2 0 1 4 ． 1 0 ． 1 l 1 A五鲥 I a c t T h e u s e o f fl o w c a l c u l a t i o n mo d u l e o f t h e ma i n p u r p o s e i s t o b e a b l e t o s e a ml e s s c o mmu n i c a t i o n b e t we e n t h e e f f e c - t i v e a n d P LC． A l o t o f P LC c a n e f f e c t i v e l y s u p p o t h e E t h e m e t T CP ／ I P c o mmun i c a t i o n an d s e r i a l p r o t o c o 1 ． On c e i n t h e p r o c e s s o r g e n e r a t e s a fl o w o f i n f o r ma t i o n ， t h e n e tw o r k C an e ff e c t i v e l y o n t h e s e i n f o r ma t i o n a c c e s s ， a n d d a t a a c q u i s i t i o n ， r e mo t e S CA- DA． HM I a s we l l a s t h e h i s t o r y a n d ma i n t e n a n c e o f a p p l i c a t i o n s y s t e m c a n a l s o a c c e s s t o s u c h i n f o rm a t i o n ， a n d u l t i ma t e l y wi l l b e a b 1 e t o e ffe c t i v e l y f o r m a fl e x i b l e a n d e c o n o mi c c o mmu n i c a t i o n me c h ani s m． T h i s P a p e r ma i n l y a n a l y z e s t h e i mp r o v e me n t o f P L Ci n - t e g r a t e d flo w me a s ur e me n t me t h od ba s e d on flo w c a l c ul a t i o n． K盯 m-“ F l o w c a l c u l a t i o n ； F l o w me a s u r e me n t ； P LC i n t e g r a t i o n ； I mp r o v e me n t 中图分类号 T P 2 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 9 2 2 7 2 0 1 4 1 O 一 0 1 1 1 0 2 0 引 言 流量计算机在采集、存储、显示数据以及高精度的补偿运 算时能够对几个流量测量点同时进行 ，然后用网络来实现通信 功能的记录仪表，可以在多个行业的贸易计量和工厂计量的网 络管理中广泛应用。在硬件方面流量计算机一般配置有性能比 较高的处理器 、快速安全容量 比较大的存储介质、显示设备 、 键盘等输入设备 、通信接 口、串行接E l 、L A N接口等；在软件 方面则包括了可以升级的操作系统 、网络服务软件包 、WE B 服务器、Mo d b u s 以及 C 程序等。但是对于传统的流量计算机来 讲，在经济快速发展的过程中，已经不能有效满足工业应用的 实际发展需求 ，这种情况下就需要根据实际情况对流量计算模 块进行改进 。 1 流量测量和流量计算机的概述 液体和气体的总称就是流体，在人们的日常生活和工作中 经常都可以遇到流体，大气和流水是我们生活中比较常见和熟 悉的流体，通过加强对流体流量的测量能够让其更好的为人们 的生活和工作服务。单位时间内流过明渠横截面或者管道横断 面的流体量就是流体的流量。如果以质量来表示流体量的就叫 做质量流量，用体积来表示流体的话就叫做体积流量。 在很久之前就有人提出了工业控制网络化，但是由于技术 发展方面的因素影响 ，使得工业控制网络化的发展不是很理 想，在社会科学技术不断发展和进步的过程中，电子技术、通 信技术以及计算机技术都得到了很好的发展，也正是因为这些 收稿 日期 2 0 1 4 0 9 0 2 作 者简介 史先 焘 1 9 6 6 一 ，男，汉，江苏丰县人 ，副教授 ，高 级 工程 师，主要研 究方向为控制 工程 。 技术的快速发展才让网络化对人们的日常生活和工作都产生了 一 定的影响，在人们开始慢慢接受网络化带来改变的同时，对 网络化的需求也在不断增加。对于工业控制和流量计量领域来 说也是如此。在设置流量计量点时基本上都是选择有管道的地 方，大部分时候这些油管道的地方环境都不怎么好。 在社会不断发展的过程中，流量计量的需求也在不停的改 变 ，在早些 时候 流量计量的需求重点在相对长时 间间隔内的流 量总量方面，后来流量计量的需求重点开始转变成较短时间间 隔内的流量总量，到最后流量计量的需求转变成为关注瞬时流 量。用户在对流量计上显示的数据进行查看时需要更高的频 率 ，在最开始的阶段主要是依靠人工读取显示数据来实现的。 随着科学技术的发展，在二次仪表开发并成功应用之后 ，相关 数据就存储在二次仪表中，再根据实际需要进行定期的数据读 取，这种做法实时性不好。所以就产生了流量计量的网络化 需求 。 在最早的时候主要是通过研发流量计二次仪表的功能来实 现量计 量 的网络 化 。后 期 的电子 二次仪 表还 开发 出了无线 功 能，这样就能有效实现无线组建网络的功能，在这些相关功能 最终实现后 ，流量计量网络的构建和最终实现就成为了可能。 现阶段大部分工业应用 中的网络化 方案就是利用这种方法来最 终实现的。但是如果流量计量网络比较大的话，这些通信方式 的缺点就会开始暴露。随着嵌入式设备的发展，用于构建流量 计量网络的关键设备流量计算机 F l o w C o m p u t e r 出现了。 流量计算机在采集 、存储 、显示数据以及高精度的补偿运算时 能够对几个流量测量点同时进行，然后用网络来实现通信功能 的记录仪表 ，可以在不同行业的工厂计量和贸易计量的网络管 理 中广泛应用 。 1 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基于流量计算的P L C一体化流量测量方法的改进史先焘 2 流量 测量 的不确定度理论分析 如果在对天然气流量测量时根据我国石油行业的相关标准 来计算 ，天然气流量测量计算 的使用公式就可以表示为 Q A c 脒D F 。 脒F F √ 万， 公式中 Q n 表示标准状态 下的天然气流量，单位为m3 ／ s ；A s 表示为秒流量系数 ，通过 计量单位来确定其大小；E表示渐进速度系数；d 表示孔板开 孔直径 ；F g 表示相对密度系数 ；E表示可膨胀性系数 ；F z 表示 超压缩因子 ；F t 表示流动温度系数 ；P 则表示孑 L 板上游侧压空 气流绝对静压；H表示气流流孔经孔板时产生的气压 ；C 则表 示流出系数。为了能够让分析更加方便 ，计算公式中的A s 、 C、E、F g 、F z 、E、d 引起的不确定度可以把它们合并成一项 K o ，这样上文公式就可以转化成 Q K 、 丽， 公式中 T 2 7 3 ． 1 5 t ／ 2 9 3 ． 1 5。现在将各个测量仪表的实际工作状况时 的压力、差压和温度设为定值，各个状态参数的测量误差也就 能够表示出来，跟偏微分理论各个状态参数误差引起的流量误 差则能分别表示出来。各个测量仪表的最大允许误差是有仪表 的准确度等级以及仪表的最大量程来确定的，是仪表的特性所 决定的不能进行更高，也就是当仪表确定之后，各个状态参数 的测量误差就不能改变。当状态参数值最大但是不超过测量仪 表最大量程时，测量值的相对误差才会降低。 3 基于流量计算的P I G一体化流量测量方法改进分析 在工业应用中，P L C因为 自身的处理器能力、灵活的网络 通信选件以及实时的I ／ O速度，使得 P L C成为了最为理想的平 台。P L C平台具有非常强的能力 ，但是如果在P L C 平台上加载 一 些比较复杂的计算，比如流量计算等要想实现的话还是比较 困难 。在 P L C 模块 当中嵌入流量计算机则是有效解决多个仪 表 仪器运行的有效措施 ，通过这种方式能够提供一个一体化的 P L C 流量测量方法 。 流量计算机模块中有计算流量的高速处理器和数据存档的 存储器，在P L C处理器中并没有加入流量计算任务 ，所以再多 的仪表运行计算都不会对P L C 处理产生影响。其次流量计算机 模块在对相关仪表的输入数据进行读取时主要是根据P L C高速 背板来实现的，P L C程序在管理其他过程服务的I ／ O时，也可 以管理流量计算模块的相关信息。P L C在对流量测量数据进行 读取时主要是通过I ／ O寄存器方式来直接实现的。在 P L C 梯形 图程序的影响下，可以把相关的信息当成是警告过程环路和控 制过程 环路 ，在 这种情况 下 S C A D A网络 就能够有效 实现 Mo d b u s 协议访问流量计算机模块存储器中的数据存档。最终的系 统是结合了所有的标准功能，有效实现了基于流量计算的P L C 一 体化流量测量改进方法。不管是在通信方面还是在成本方 面，一体化流量测量都具有非常明显的优点，而流泪测量发展 1 1 2 的主要法相和趋势就是一体化流量测量。 P L C是控制系统中最重要的组成部分 ，和传统单体流量计 算机相比，嵌入到P L C 模块的流量计算机更加经济，在利用背 板通信后，能够让流量计算模块和传感器I ／ O集成更加有效 ， 简化了传感器的布线和接口，流量测量现场的传感器数量也会 减少 ，最终让成本得到有效控制 。 对传统流量计算机来讲能够提高的测量仪最多为四个 ，而 P L C 流泪计算机模块提供的测量仪则能到达八个到十六个。因 为是在P L C 插槽里面安装流量计算模块，传统流量计算机在安 装流量计算模块时需要单独的机柜 ，所以P L C 流量计算模块可 以节省一定 的空 间。 流量计算模块的使用最主要的目的就是能够有效和P L C之 间的无缝通信。很多的P L C 都能够有效支持以太网T C P ／ I P 通信 和很多串行协议。一旦在处理器上生成了流量信息 ，利用网络 就能有效对这些信息进行访 问，另外数据采集 、远程 S C A D A、H MI 以及历 史和维 护应用 系统也可 以对 这些信 息进行 访 问，最终就能够有效形成一个灵活经济的通信机制。部分流量 计算模块则 1 4 提供Mo d b u s 接 口，这样就能直接和Mo d b u s 流量 计以及已有的S C A D A系统的通信通道相连。 目前我国的石油集团公司很多输气管线就是采用的这种一 体化流量测量方法，在分输站的现场可以直接看到流量数据 ， 同时在各级的调度中心也能看到相关的流量数据。 4 结束 语 与传统流量计算机相比，改进后的基于流量计算的P L C一 体化流量测量方法具有经济和灵活的特点，另外也能更好的对 流量数据进行检测和管理。正是因为这些优势将会使得基于流 量计算的P L C一体化流量测量改进方案在工业中得到更加广泛 的推广和应用。 参考文献 [ 1 ] 白 江， 王字晗， 金 永乔． 数控 系统软 P L C模块 的研究与开 发[ J ] l 机械 设计与制造，2 0 1 1 , 0 2 1 3 8 1 4 0 ． [ 2 ] 王 博 ． 流 量计算机在西 气东输工程 中的应用 f J ] ． 中国计量 ，2 0 1 2 ， 0 2 6 8 6 9 ． [ 3 ] 仪 维． 软件化 P L C平台的研究 与开发 [ D] ． 山东大学， 2 0 0 5 ． [ 4 ] 李强伟． 油气两相流流量及相关 参数测量研究 [ D] ． 浙江大学， 2 0 0 7 ． [ 5 ] 张 震 ． 基于流量 测量 的高速 I P业 务感知技术 研究 [ D] ． 解放军 信息 工程大学，2 0 1 2 ． 【 6 】蒋红艳． 基于流量监控的网络性能优化关键技术研究【 D ] ． 湖南大学， 2 0 1 0 ． [ 7 ] 赵伟 国． 热式气体质量流量测量方法及系统研究 [ D ] ． 浙江大学， 2 0 0 9 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m