6ES7211-0BA23-0XB0质量保障
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。
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 bbbbbbs nt和bbbbbbs 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，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，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。
图2短的采样间隔时间
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，短的时间间隔只有0.01s。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。
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。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，每次计时器超时和开始计时的时候，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。
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，我们尽量不用n文件。
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。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，舍去后几位数，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。
通过现场多年的使用情况来看:其一，系统的可靠性好，解决了以前立 焊的困难;其二，系统的焊接精度高，有效地保证产品的焊接质量;其三，大大进步工作效率，减轻工人的劳动强度，维护了工人的身心健康;其四，节能效果明 显;其五，环境污染程度低。该系统自投产以来不但保证了产品的质量和产量，又克服了环境污染题目，为企业创造良好的经济效益。
1、引言
焊接技术的发展水平是衡量一个国家机械制造和科学技术发展水平的标志之 一。世界现代焊接技术以高效、节能、优质及其工艺过程数字化、自动化、智能化控制为特征，在国内，无论是从目前焊接设备和材料产量构成比的发展趋势，还是从焊接设备和材料的制造技术和发展方向上看，我国现化焊接技术都已有很大发展,部分产品技术已达到或接近国外先进水平，特别是成套焊接设备以及规模生产技术。
近几年来，随着产业过程自动化程度的进步，人们对环保节能意识的增强，特别是随着中国加进WTO以后，焊接行业的竞争更加日趋激烈，并对产品的质量提出更高的要求。促使我国成套、专用焊接设备整体制造能力与水平得以较大进步，为了全面进步产品的焊接质量，确保产品的质量， 引进某公司生产的成套焊接设备，不但进步了产品的焊接质量，进步了工作效率，还节约大量的能源，保护工人的身体健康。该设备可广泛应于锅炉，压力容器，石油化工，机械等制造行业中。该中心结构先进，功能齐全，控制灵活，操纵方便。既可实现全自动焊接，又可实现全自动保护。对进步焊接质量有可靠的保 证，是进步焊接质量和实现焊接自动化的理想设备。
2、系统的结构组成和主要技术参数
2.1 系统的结构组成
ZGBM型自动焊接中心是由YM-350KR2型自动MAG焊机，立柱式操纵机，焊接滚轮架和电气控制装置组合而成的，如图1所示。
图1 系统结构简图
2.2 系统的主要参数
2.2.1 YM-350KR2型MAG焊机
YM-350型MAG自动焊机由电源YD350KR2、送丝装置YW-35KB和焊枪构件YT-35组成，具有优良的工作性能。它的焊接电源具 有收弧电压电流参数的设定，能够适应不同的焊接规范、焊接位置和焊丝种类的需求;焊机机头由送丝机构、导电部分、焊机头、焊丝盘等组成。该机构具有维护简 单、工作可靠、无躁声、效率高、寿命长等特点。并配合焊架、滚轮架，选取佳焊接规范，获得佳焊接质量。控制装置由电控箱和远控盒两部分组成。电控箱内有两个控制板，一个是接触器控制板，该板由熔断器、控制变压器、接触器、PLC系统及接线端子等组成。该部分主要控制各电机通断，实现各部分动作;另一块 板，主要由变频器及其控制元件组成。主要是对大臂电机、滚轮电机进行控制和保护。以上各部分既相互联系，可实现自动焊接，又可相互独立进行单独操纵。其主要参数有:
额定焊接电流 350A
电源电压 ～380V，50Hz
空载电压 52V
焊接电流调节范围 60～350A
焊丝直径 Φ1.0，1.2 mm ;额定负载持续率 50%
额定功率 18.1kVA
2.2.2 立柱式焊接操纵机
立柱式焊接操纵机由升降机构，横臂伸缩机构，回转机构，行走机构及十字微调机构等部分组成。为了确保安全和焊接质量，当横臂伸缩时，就是在进行行走焊缝焊接时，升降，回转，行走均被锁定。升降，行走与回转之间也是互相锁定的。大臂升降机构用交流电机驱动，交流电机由变频器供电，能在较宽的 范围内实行无级调速，以满足焊机获得佳焊接范围的需要。
十字微调机构用来在焊接过程中，随时调节焊机头与焊缝间的相对位置。其 ZGBM自动焊接中心的主要参数如表1所示。
表1 ZGBM自动焊接中心的主要参数
2.2.3 焊接滚轮架
焊接滚轮架分为可调式和自调式两种，每套焊接滚轮架，主动、被动机座各一只。主动轮运转的两个蜗轮减速器为同步运转。减速器由通过调速电机和减速装置实现电机无调速。每只滚轮外包橡胶层，摩擦系数大，以确保工件不打滑，运转平稳。其主要参数如表2所示。
表2 焊接滚轮架主要参数
3、控制系统的设计
电控箱面板上有大臂速 度指示、滚轮速度指示、电源指示、电源开关按钮、台车进退按钮、立柱回转按钮、横臂升降按钮及控制大臂的报警和报警消除等。远控盒面板上有电源指示灯、横臂升降开关、滚轮正反转开关、横臂伸缩开关、十字调节机构微调、焊启、焊停按钮等。
通过电控箱和远控盒，可以对该中心的各个 机构进行调试和操纵。既可以近控，又可以远控，操纵灵活，使用方便。该焊接中心在保证自动焊接的还设计了自动保护系统。正在焊接时，若焊机部分出现故障，整个系统停止工作。若焊架，滚轮架或控制电源出现故障，焊机立即自动停止焊接。能有效地实现自动保护。停止后，保护部分又自动复位，为下一次焊接作 好预备，这样可有效的避免起焊和收焊时产生的弧坑，确保焊缝在连接处的平滑过渡。
3.1 PLC系统
该系统主要完成横臂伸缩和滚轮正、反向动作的控制，配合交流变频器完成“段速/调速”的相关控制功能;若在“调速 ”状态下，横臂或滚轮可以实现无级调速，并且在焊接启动后，自动启动横臂或滚轮的动作，在焊接过程中可根据焊接规范调节焊接速度;若需要段速焊接时，只要 将开关切换到“段速”状态，再在电气控制柜面板上设定各种段速组合，在打开电源后，设定单元上显示:该画面为焊接时的正式画面，“当前组合”可通过 “+”，“-”键选择，对每一种组合，对应两个值:当前焊点的长度、焊点的间隔，二者均以时间为单位，以满足不同的焊接速度;右上角的“设定”键，用于切换如下画面:通过该画面设定焊接所需要的焊缝种类，大可设100种组合，设定完毕，可进行“长度设定”进进焊点参数设定画面:在此画面上设定各种数据，留意单位为0.1s，后按动“显示”画面回到正常焊接显示画面。PLC系统简图见图2所示。
图2 PLC系统简图
3.2 大臂变频器参数设定
大臂变频器参数设定如表3所示:
表3 大臂变频器参数设定
注:设定值带#号的参数为数据保护参数，需在其它参数设定完毕后设置。设定值带*的参数要个设定。第17，18号参数现场设定，除上表所列参数外，其它参数与N2系列使用手册所列出厂设定值一致。
3.3 数显表显示值[大臂]
数 显表显示值[大臂]如表4所示。
表4 数显表显示值[大臂]
3.3.1 大臂数显值的调节方法
调试时，旋动电控箱面板上的RP1多圈电位器旋钮使变频器输出为50Hz，再调节电器箱内RP2多圈电位器，使面板旋动电控箱面板上的数显值与上表所列数 显值一致。
3.3.2 滚轮数显值的调节方法
调试时，旋动电控箱面板上的RP3至大，调节电器箱内的RP4多圈电位器，使面板滚轮数显表的显示值为1000。滚轮的数显范围 100-1000[mm]。
4、当前应用效果
该套自动成套焊接中心自02年投进运行以来，使用效果较好， 和传统焊接相比，上风较明显，具体表现在以下几方面:
(1)生产效率大大进步
直接通过电控箱或远控箱进行操纵，减少现场人为干预，通过统计，生产效率比以前进步近5倍，大大减少了现场的操纵职员的数目。
(2)系统可靠性大大进步
由于系统PLC、变频器等均采用进口器件，并经过严格筛选，系统工 作几年来一直运行稳定，大大减少设备维护的用度。
(3)绿色设计和人性化设计得到充分体现
进进二十一世纪后，随着生活水平的进步，人们的环保意识明显增强，绿色设计技术作为一门新兴课题正在各行各业快速应用。正是由于该系统充分利用绿色设计这一先进思想，使得系统投进运行后取得很多事前人们意想不到的效果。
(4)产品质量和合格率明显进步
应生产工艺需要，通过系统设定好参数后，生产过程严格采用自动控制，避免了人为因素的干扰，从而大大地进步了产品的质量和合格率。
(5)工艺控制平稳、稳定
系统中采用变频控制，并对系统参数实行优计算，焊接误差控制在±1%范围内，并能平稳地工作。
(6)节能效果明显
节能效果明显，经核算，系统中电机功率为5.5kW，实际工作中，采用变频调速功率只达到55～60%之间，均匀每台可节省功率2.0 kW，按300×24=7200h/年台算，这样该系统每年可节省7200×2.0×1=1.44万元/年(按电费1元/ kW. H计算)，还减少电机启动对电网造成的冲击。
5、结束语
通过现场多年的使用情况来看:其一，系统的可靠性好，解决了以前立 焊的困难;其二，系统的焊接精度高，有效地保证产品的焊接质量;其三，大大进步工作效率，减轻工人的劳动强度，维护了工人的身心健康;其四，节能效果明 显;其五，环境污染程度低。该系统自投产以来不但保证了产品的质量和产量，又克服了环境污染题目，为企业创造良好的经济效益