上位機、PLC與電磁流量計組合監控流量的原理及流程分析
發布時間：2022-12-05 10:25:06來源：www.7mdn.com來源：..
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????????以計算機，PLC及電磁流量計組成的監控流量系統實際就組成了一個微型的監視控制和數據采集系統，這類系統包含3個部分，即計算機一上位監視層、PLC—控制設備層和電磁流量計一執行設備層。它的功能第一是監視整個生產過程，第二是可以控制和干預整個生產過程，第三是可以對從現場得到上位監視層的數據信息形成記錄、分析報表。本文以流量監測為例，分析自控系統中是如何實現對現場工流量數據進行采集、監控的。
????????一、計算機--上位監視層
????????在整個系統中計算機作為上位監視層，控制設備層主要負責對現場設備的監控，如對流量實時數據的監測、分析、記錄等，是操作人員直接操作面對的對象，在自控系統中稱為上位機。計算機要實現上位機的功能，主要由工控軟件實現，例如西門子公司的WINCC，GE Fanuc公司的FX軟件，都能實現豐富的上位機功能。如直觀的監控現場工況。在生產和過程自動化中解決可視化和控制任務，還提供了適用于工業的圖形顯示、消息、歸檔以及報表等功能模板，高性能的過程耦合、快速的畫面更新、以及可靠的數據使其具有高度的實用性。上位機相當于整個監控系統的大腦與眼睛，操作指令由他發出。
????????二、PLC--控制設備層
????????PLC在整個自控系統中起接收處理現場信號、驅動現場設備，并與上位機通過網絡進行通信，向其提供現場工況數據及執行上位機下達的命令等作用。在檢測流量的過程中，PLC中的模擬量輸入模板接收由流量計傳來的模擬量電信號，然后將電信號經模擬量輸入模板轉換為PLC可以識別的數字信號即完成A/D轉換。然后通過程序將獲得的數字信號存放于PLC的特定儲存區域，供程序或上位機的使用。PLC是自控系統中的軀干。以西門子S7-300系列PLC為例，電磁流量計與PLC模擬輸入模板的接線如下：
????????三、電磁流量計--執行設備層
????????執行設備層相當于四肢，負責現場介質數據的測量，將物理量轉換成電信號，傳送給PLC進行處理。關于流量計的結構及工作原理如下：
????????I、概述
????????電磁流量計是一種電磁感應流量儀表，智能電磁流量計是集信號檢測及微電子智能化技術于一體的機電產品。可根據安裝方式分為管道式和插入式兩大類，也可以根據顯示方式分為現場顯示型（一體型）和遠傳顯示型（分體型）兩種結構，它能測量導電液體介質，包括酸、堿、鹽等強腐蝕性液體和紙漿、泥漿、廢污水及固液兩相懸浮液的體積流量。產品廣泛應用于石油、化工、治金、紡織、食品、制藥、造紙等行業及環抱、市政管理、水利建成、河流灌溉等領域。
????????Ⅱ，測量原理
????????電磁流量計傳感器由一對產生磁場的線圈、測量管、電極、磁路基本件組成。測量原理是基于法拉第電磁感應定律：導電液體在磁場中作切割磁力線運動時，導體中產生感應電勢，其感應電勢E為：
????????E=KBVD式中：K—儀表系數
????????B—磁感應強度
????????V—測量管截面內的平均流速
????????D一測量管截面的內徑
????????當磁感應強度為常數時，感應電勢正比于平均流速。在電磁流量傳感器中，感應電勢由二個與介質接觸的電極檢出，并傳送至轉換器轉換成標準的輸出信號，實現流體瞬時流量、累積流量的顯示及流量數據與微機系統之間的通信和控制。
????????四、工程量的轉換
????????整個檢測流程就是電磁流量計測量現場物理量的數據，并轉換為電信號輸入到PLC中，通過PLC進行A/D轉換，把電信號轉換為數字信號，最后經過PLC程序及上位機的應用，還原為操作人員監控的流量數據。也就是說要得到操作人員監控的流量數據，是經過一連串的工程量轉換的。
????????以下將說明工程量的轉換方式：
????????1.標準信號
????????在電動傳感器時代，中央控制成為可能，這就需要檢測信號的遠距離傳送。但是紛繁復雜的物理量信號直接傳送會大大降低儀表的適用性。而且大多傳感器屬于弱信號型，遠距離傳送很容易出現衰減、干擾的問題。因此才出現了二次變送器和標準的電傳送信號。二次變送器的作用就是將傳感器的信號放大成為符合工業傳輸標準的電信號，如0-5V、0-10V或4-20mA（其中用得最多的是4-20mA）。而變送器通過對放大器電路的零點遷移以及增益調整，可以將標準信號準確的對應于物理量的被檢測范圍，如4-20mA對應0-100hl/H或-10-100℃等等.這是用硬件電路對物理量進行數學變換。
????????2、數字化儀表
????????到了數字化時代，指針式顯示表變成了更直觀、更精確的數字顯示方式。在數字化儀表中，這種顯示方式實際上是用純數學的方式對標準信號進行逆變換，成為大家習慣的物理量表達方式。這種變換就是依靠軟件做數學運算。這些運算可能是線性方程，也可能是非線性方程，現在的電腦對這些運算是易如反掌。
????????3，信號變換中的數學問題
????????信號的變換需要經過以下過程：物理量一傳感器信號一標準電信號一A/D轉換一數值顯示。
????????假定物理量為A，范圍即為A0~A，實時物理量為X；標準電信號是B0一Bm，實時電信號為Y:A/D轉換數值為C0~Cm，實時數值為Z。如此，B0對應于A0，Bm對應于Am，Y對應于X，即Y=fX）。由于是線性關系，得出方程式為Y=（Bm-B0）*（X-A0）/（Am-A0）+B0.又由于是線性關系，經A/D轉換后的數學方程Z=f（X）可以表示為Z-（Cm-C0）*（X A0）/（Am-A0）+C0.那么就很容易得出逆變換的數學方程為X=（Am-AO）*（億-C0）/（Cm-C0）+A0。方程中計算出來的X就可以在顯示器上直接表達為被檢測的物理量。
????????4，PLC中逆變換的計算方法
????????以S7-200和4~20mA為例，經A/D轉換后，我們得到的數值是6400~32000（不同的類型PLC輸入模塊，對應的數字不相同，應根據其產品手冊確定），即C0=6400，Cm=32000。于是，X=（Am-A0）*（Z-6400）/（32000-6400）+A0。
????????例如流量計檢測的范圍是0-1000h1/H，用上述的方程表達為X=1000*（Z-6400）/25600+0.經過PLC的數學運算指令計算后，上位機可以從結果寄存器中讀取，放人上位機的數據庫中并直接顯示為工程量。
用同樣的原理，我們可以在上位機上輸入工程量，然后由軟件轉換成控制系統使用的標準化數值，通過D/A轉換成4-20A來驅動調節閥、變頻器。
以上講述的就是PLC中工程量轉換的基本方法，程序的編寫則因人、因事而異。但是萬變不離其中。以上描述的這個過程就是計算機、PLC、電磁流量計檢測流量的原理與流程。在自動化系統中其他的現場工況如質量、溫度、速度、壓力、電壓、電流的監測方式和此文中流量的監控方式基本是一樣的，區別僅僅在檢測設備上的不同。因此以計算機、PLC及現場監測設備組成的監控系統在工廠自動化中得到了廣泛的應用。
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