基于SIMATIC WinCC的流量計(jì)在線標(biāo)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)

固體流量計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，通常用在配料計(jì)量、原料計(jì)量、產(chǎn)量計(jì)量和其他自動(dòng)化控制過(guò)程，其計(jì)量的準(zhǔn)確性往往影響著產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量及其他工況指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。固體流量計(jì)的標(biāo)定采用“比對(duì)法”，即使用相等量的物料分別經(jīng)過(guò)流量計(jì)及精度更高的另一計(jì)量設(shè)備計(jì)量，將計(jì)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，然后對(duì)流量計(jì)標(biāo)定系數(shù)進(jìn)行修正。標(biāo)定過(guò)程中越接近正常生產(chǎn)過(guò)程，標(biāo)定效果越好。進(jìn)行標(biāo)定時(shí)需要產(chǎn)線停機(jī)，且需要大量物料的轉(zhuǎn)運(yùn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力[1]。本文以水泥配料流量計(jì)為例，利用稱重倉(cāng)及SIMATICWinCC（以下簡(jiǎn)稱WinCC），設(shè)計(jì)無(wú)須停機(jī)及物料轉(zhuǎn)運(yùn)的固體流量計(jì)在線標(biāo)定系統(tǒng)。

1、混料工藝簡(jiǎn)介項(xiàng)目所涉混料產(chǎn)線有三個(gè)原料儲(chǔ)存?zhèn)}，分別儲(chǔ)存三種固體粉狀料。倉(cāng)壁安裝有開關(guān)閥、流量閥及空氣斜槽，斜槽另一端連接著安有固體流量計(jì)的垂直管段，物料經(jīng)過(guò)垂直管段后進(jìn)入混料機(jī)。生產(chǎn)時(shí)三種物料同時(shí)持續(xù)下料，流量大小由流量閥調(diào)節(jié)，并通過(guò)流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。如圖1所示，為實(shí)現(xiàn)流量計(jì)的在線標(biāo)定，需要將儲(chǔ)存?zhèn)}改為稱重倉(cāng)[2]。在儲(chǔ)存?zhèn)}底部安裝稱重傳感器，將儲(chǔ)存?zhèn)}上下游所有硬連接改為軟連接，使儲(chǔ)存?zhèn)}重量完全落在稱重傳感器上。如果為圓形倉(cāng)，由于三點(diǎn)確定一個(gè)平面，選用3臺(tái)稱重傳感器間隔120°在圓倉(cāng)均勻排布；如果是方形倉(cāng)，考慮到倉(cāng)的穩(wěn)固性，在方形倉(cāng)的四角各安裝一臺(tái)稱重傳感器，4臺(tái)稱重傳感器要安裝在同一水平高度，以使4個(gè)稱重傳感器均勻受力。稱重傳感器選用柱形電阻應(yīng)變片式傳感器，精度為C3，誤差0.02%。稱重傳感器信號(hào)連接至稱重儀表，經(jīng)儀表處理后顯示施加在傳感器上的總重量，即儲(chǔ)存?zhèn)}重量。這樣就將存儲(chǔ)倉(cāng)改成了稱重倉(cāng)，稱重倉(cāng)屬于靜態(tài)計(jì)量，誤差一般為±0.1%，在工況無(wú)大變化的情況下，可每年對(duì)稱重倉(cāng)校準(zhǔn)一次。圖1水泥混料工藝流程

2、流量計(jì)標(biāo)定方法工業(yè)流量計(jì)為動(dòng)態(tài)計(jì)量設(shè)備，一般工業(yè)級(jí)流量計(jì)計(jì)量精度有1.0、1.5、2.5、4.0四個(gè)等級(jí)，即誤差在±1%~±4%；可用精度更高的稱重倉(cāng)進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定方法為：流量計(jì)標(biāo)定前，記錄稱重倉(cāng)的倉(cāng)重G及流量計(jì)累計(jì)量T；然后打開開關(guān)閥及流量閥下料，下料過(guò)程控制流量為正?；炝仙a(chǎn)所用流量，下料一段時(shí)間后停止下料，記錄此時(shí)的倉(cāng)重G′及流量計(jì)累計(jì)量T′。如果流量計(jì)原修正系數(shù)為X0，則：將新系數(shù)輸入到流量計(jì)儀表，再次標(biāo)定，至誤差滿足工藝要求即可[3-4]。

3、流量計(jì)在線標(biāo)定系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如圖2所示，將稱重倉(cāng)倉(cāng)重信號(hào)、開關(guān)閥、流量閥控制信號(hào)通過(guò)信號(hào)電纜接入PLC，流量計(jì)儀表通過(guò)Modbus通訊方式連接至PLC。系統(tǒng)核心為PLC，PLC讀取信號(hào)并進(jìn)行邏輯運(yùn)算及控制，通過(guò)交換機(jī)將信號(hào)傳至工程師站及操作員站進(jìn)行顯示，同時(shí)接受工程師站、操作員站的指令，對(duì)開關(guān)閥、流量閥進(jìn)行控制。PLC與流量計(jì)之間使用Modbus通訊協(xié)議連接，通過(guò)編程可對(duì)儀表內(nèi)所有參數(shù)讀取及修改。圖2流量計(jì)在線標(biāo)定硬件系統(tǒng)圖

4、流量計(jì)在線標(biāo)定系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流量計(jì)在線標(biāo)定系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思路為，在WinCC中建立三個(gè)稱重倉(cāng)倉(cāng)重、流量計(jì)瞬時(shí)量及累計(jì)量變量，并組態(tài)在同一個(gè)趨勢(shì)圖中；利用WinCC自帶的C語(yǔ)言腳本編程，讀取趨勢(shì)圖中標(biāo)尺處的數(shù)據(jù)；在生產(chǎn)過(guò)程曲線中選定一個(gè)起點(diǎn)和一個(gè)終點(diǎn)拉動(dòng)標(biāo)尺，起點(diǎn)至終點(diǎn)間作為標(biāo)定區(qū)間；所編腳本讀取起點(diǎn)及終點(diǎn)數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算流量計(jì)誤差及修訂系數(shù)，并將計(jì)算結(jié)果寫入PLC；利用Modbus通訊協(xié)議編程，將修正系數(shù)寫入流量計(jì)儀表，則標(biāo)定過(guò)程完成。4.1建立WinCC變量趨勢(shì)圖PLC與WinCC畫面連接后，在WinCC中建立三個(gè)稱重倉(cāng)倉(cāng)重、流量計(jì)瞬時(shí)量及累計(jì)量共計(jì)9個(gè)變量，并將9個(gè)變量添加到變量記錄中，新建畫面，在畫面中添加趨勢(shì)圖控件“OnlineTrendContol”，將9個(gè)變量按照1#倉(cāng)重/累計(jì)量/瞬時(shí)量，2#倉(cāng)重/累計(jì)量/瞬時(shí)量，3#倉(cāng)重/累計(jì)量/瞬時(shí)量的順序組態(tài)進(jìn)趨勢(shì)圖。4.2讀取趨勢(shì)圖標(biāo)尺數(shù)值在趨勢(shì)圖中通過(guò)拖動(dòng)標(biāo)尺可查看不同時(shí)刻各趨勢(shì)曲線的值。利用C語(yǔ)言腳本的TlgGetRulerValueTrend函數(shù)可讀取標(biāo)尺數(shù)值。如下：floatv1；//定義浮點(diǎn)數(shù)型變量v1v1=TlgGetRulerValueTrend（“trend1”，0）；//讀趨勢(shì)圖trend1的第一條曲線與標(biāo)尺交點(diǎn)數(shù)值并賦給v1SetTagDouble（“tag1”，v1）；//將v1的值存儲(chǔ)在WinCC/PLC中建立的變量tag1中。程序段2中“trend1”為趨勢(shì)圖名稱，參數(shù)0代表第一條曲線、1代表第二條曲線……4.3流量計(jì)在線標(biāo)定邏輯控制流量計(jì)在線標(biāo)定控制邏輯利用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。如圖3所示，程序開始后，利用TlgGetRulerValueTrend函數(shù)讀取趨勢(shì)圖中倉(cāng)重曲線及累積量曲線標(biāo)尺處數(shù)值；當(dāng)Start變量為1時(shí)，程序往下執(zhí)行，利用while函數(shù)，循環(huán)讀取倉(cāng)重曲線及累積量曲線標(biāo)尺處數(shù)值，并利用誤差及系數(shù)計(jì)算公式計(jì)算出每種物料的流量計(jì)誤差及系數(shù)，存儲(chǔ)在PLC變量中；因?yàn)槌绦蜓h(huán)執(zhí)行，此時(shí)拉動(dòng)標(biāo)尺，便可實(shí)時(shí)讀取標(biāo)尺處數(shù)值計(jì)算相應(yīng)的誤差及新系數(shù)；當(dāng)Stop變量為1時(shí)，停止while函數(shù)，程序結(jié)束，PLC中最終存儲(chǔ)的是以程序開始時(shí)標(biāo)尺所在位置為起點(diǎn)，以Stop變量變?yōu)?時(shí)標(biāo)尺最后所在位置為終點(diǎn)的曲線段的誤差及系數(shù)值。`圖3邏輯控制4.4流量計(jì)在線標(biāo)定操作界面在WinCC建立的趨勢(shì)圖的同一個(gè)畫面中添加如圖4所示畫面。上方為數(shù)據(jù)顯示區(qū)，實(shí)際值即倉(cāng)重變化值，累計(jì)值即累積量變化值；右側(cè)按鈕分別連接PLC中的變量，通過(guò)Modbus通訊編程實(shí)現(xiàn)流量計(jì)的零點(diǎn)標(biāo)定及系數(shù)修改[5]。點(diǎn)擊下方“初始值”按鈕后開始執(zhí)行圖3程序流程；“開始標(biāo)定”按鈕連接Start變量，“停止”按鈕連接Stop變量，兩個(gè)按鈕均為自復(fù)位按鈕。圖4WinCC操作界面經(jīng)過(guò)以上步驟就完成了流量計(jì)自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)的開發(fā)。

5、流量計(jì)在線標(biāo)定系統(tǒng)的使用方法利用流量計(jì)在線標(biāo)定系統(tǒng)可在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行流量計(jì)標(biāo)定。打開開關(guān)閥及流量閥，調(diào)整三種物料流量開始生產(chǎn)，觀察趨勢(shì)圖中瞬時(shí)量曲線，待瞬時(shí)流量穩(wěn)定后，點(diǎn)擊“初始值”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)記錄此時(shí)各物料的倉(cāng)重及累積量，作為標(biāo)定的起始點(diǎn)；然后點(diǎn)擊“開始標(biāo)定”按鈕，通過(guò)拖動(dòng)標(biāo)尺，系統(tǒng)開始實(shí)時(shí)計(jì)算誤差及系數(shù)值；觀察數(shù)據(jù)顯示區(qū)的實(shí)際值、累計(jì)值及誤差，待下料一定量后點(diǎn)擊“停止”按鈕。如果標(biāo)定誤差值滿足工藝需求，則標(biāo)定結(jié)束；如果標(biāo)定誤差值不能滿足工藝要求，點(diǎn)擊“修改系數(shù)”按鈕，系統(tǒng)將新系數(shù)下發(fā)到流量計(jì)儀表，同時(shí)將新系數(shù)賦值給原系數(shù)。操作時(shí)需注意：①零點(diǎn)標(biāo)定時(shí)，需要先關(guān)閉開關(guān)閥、流量閥，無(wú)物料通過(guò)流量計(jì)時(shí)，才可進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定；②標(biāo)定過(guò)程中不可有物料進(jìn)入稱重倉(cāng)，待標(biāo)定結(jié)束后再恢復(fù)往稱重倉(cāng)內(nèi)打料；③標(biāo)定過(guò)程和下料過(guò)程可以分離，可以先下料，標(biāo)定時(shí)在趨勢(shì)圖上找到停止往稱重倉(cāng)打料的區(qū)間段作為標(biāo)定區(qū)間即可；④在趨勢(shì)圖上選定標(biāo)定區(qū)間時(shí)，可選擇瞬時(shí)量接近正常生產(chǎn)值且流量穩(wěn)定的區(qū)間；⑤數(shù)據(jù)顯示區(qū)的原系數(shù)可以在修改系數(shù)時(shí)自動(dòng)記錄，也可手動(dòng)輸入；⑥選定標(biāo)定起始值后，通過(guò)拉動(dòng)曲線，可看到下料全過(guò)程的誤差值，可以判斷流量計(jì)計(jì)量的穩(wěn)定性。

6、結(jié)束語(yǔ)通過(guò)WinCC組態(tài)及C語(yǔ)言編程開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了流量