基于PLC、組態王設計氣體計量檢定系統

介紹了在標準裝置的基礎上增設傳動裝置，雙向編碼器，微機構成的裝置，形成了可自動計量，檢定的鐘罩式氣體計量檢定裝置。微機對雙向編碼器和PLC采集的數據進行處理，對現場進行實時監控，計量出充入，排出鐘罩的氣體體積，自動計算對比分析檢測結果。并自動打印出檢定結果。
關鍵詞：PLC 組態王軟件 鐘罩 計量 檢定

1 引言

鐘罩式氣體計量器是標定氣體流量儀表的標準裝置，是以鐘罩內有效容積作為標準體積，當鐘罩下降時，排出鐘罩內的氣體經測試管道通往被檢表，比較鐘罩內排出的氣體與被檢表指示的氣體體積，求取儀表的精度。鐘罩式氣體計量檢定系統主要有三種工作形式：（1）手動檢測、直讀式;（2）半自動檢測（配有流量積算儀）;（3）全自動檢測（計算機控制）完成對整個檢測過程的自動控制。詳細介紹全自動過程的實現方法。它采用計算機和PLC技術進行檢測，脈沖數據采集選用高精度、高可靠性的光電雙向編碼器，來實現用氣體計量器進行氣體流量儀表的自動測量、記錄、檢定。

2 系統組成及工作原理

2.1系統組成

鐘罩式氣體計量裝置自動控制系統有：標準裝置、計算機、PLC可編程控制器、靜音空氣壓縮機、光電雙向編碼器、電磁閥等組成。

2.2系統工作原理

該系統是利用鐘罩式氣體計量器，提供一個壓力穩定的標準體積氣源，采用光電雙向編碼器為鐘罩量筒的位置傳感元件、電磁閥為控制元件，通過程序設定來實現定量排氣，并完成檢測過程的自動控制，使之成為校驗氣體儀表的自動標準裝置。

2.3 實現方法

（1）根據下表1輸入理論儀表系數

（2）根據鐘罩式氣體計量器檢定證書的實際高度所對應的標準容積值，測出提升脈沖數。

（3）實際測量儀表系數K

儀表系數K=（（H12-H11）＊Q1）/（（H2-H1）＊|F1-F2|（單位：升/個脈沖））

（H1、H2、H11、H12、F1、F2—第一、二次上升、下降高度及所對應的頻率。Q1—鐘罩標稱容積。）

重復上述過程計算出10個儀表系數后取平均值，就是實際儀表系數K。

最后根據公式：Q=K＊f （Q—標準容積;K—實際儀表系數;f——標準容積所對應的脈沖數）得出所需要的標準容積。

系統原理框圖如圖1。

圖1 系統原理框圖

基于PLC、組態王設計氣體計量檢定系統
2008-10-24 9:19:00周 兵 繳瑞山 佟海軍 馬英慶供稿 收藏
摘 要: 介紹了在標準裝置的基礎上增設傳動裝置，雙向編碼器，微機構成的裝置，形成了可自動計量，檢定的鐘罩式氣體計量檢定裝置。微機對雙向編碼器和PLC采集的數據進行處理，對現場進行實時監控，計量出充入，排出鐘罩的氣體體積，自動計算對比分析檢測結果。并自動打印出檢定結果。

關鍵詞: PLC 組態王軟件 鐘罩 計量 檢定

Abstract: Introduce on the standard device of foundation increase to establish to spread to move the device， double toward the device that the coder,computer constitute。Becoming can calculate automatically， that examine、 the clock covers the type air to calculate the examination device。The computer carries on the processing toward the data that the double coder and PLC collects，The solid hour supervise and control owards the spot， Calculate input and output the air physical volume of the clock cover，The automatic calculation contrast the analysis examination result。The auto print out the examination as a result。

Keywords: PLC Kingview Software Clock cover Calculate Examine

1 引言

鐘罩式氣體計量器是標定氣體流量儀表的標準裝置，是以鐘罩內有效容積作為標準體積，當鐘罩下降時，排出鐘罩內的氣體經測試管道通往被檢表，比較鐘罩內排出的氣體與被檢表指示的氣體體積，求取儀表的精度。鐘罩式氣體計量檢定系統主要有三種工作形式：（1）手動檢測、直讀式;（2）半自動檢測（配有流量積算儀）;（3）全自動檢測（計算機控制）完成對整個檢測過程的自動控制。詳細介紹全自動過程的實現方法。它采用計算機和PLC技術進行檢測，脈沖數據采集選用高精度、高可靠性的光電雙向編碼器，來實現用氣體計量器進行氣體流量儀表的自動測量、記錄、檢定。

2 系統組成及工作原理

2.1系統組成

鐘罩式氣體計量裝置自動控制系統有：標準裝置、計算機、PLC可編程控制器、靜音空氣壓縮機、光電雙向編碼器、電磁閥等組成。

2.2系統工作原理

該系統是利用鐘罩式氣體計量器，提供一個壓力穩定的標準體積氣源，采用光電雙向編碼器為鐘罩量筒的位置傳感元件、電磁閥為控制元件，通過程序設定來實現定量排氣，并完成檢測過程的自動控制，使之成為校驗氣體儀表的自動標準裝置。

2.3 實現方法

（1）根據下表1輸入理論儀表系數

表 1




（2）根據鐘罩式氣體計量器檢定證書的實際高度所對應的標準容積值，測出提升脈沖數。

（3）實際測量儀表系數K

儀表系數K=（（H12-H11）＊Q1）/（（H2-H1）＊|F1-F2|（單位：升/個脈沖））

（H1、H2、H11、H12、F1、F2—第一、二次上升、下降高度及所對應的頻率。Q1—鐘罩標稱容積。）

重復上述過程計算出10個儀表系數后取平均值，就是實際儀表系數K。

最后根據公式：Q=K＊f （Q—標準容積;K—實際儀表系數;f——標準容積所對應的脈沖數）得出所需要的標準容積。

系統原理框圖如圖1。



圖1 系統原理框圖

3 硬件配置

3.1 光電雙向編碼器

光電雙向編碼器，是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成電脈沖信號的傳感器。其原理框圖如圖2。為判斷旋轉方向，碼盤還可提供相位相差90o的兩路脈沖信號和零位信號。三個通道輸出信號A、B、Z。順時針旋轉時，通道A輸出波形超前通道B波形90°;逆時針旋轉時，通道A輸出波形遲通道B波形90°;光電雙向編碼器每旋轉一圈，輸出一個基準脈沖，基準脈沖的波形中心對準通道A輸出的波形。

圖2 光電雙向編碼器原理圖

3.2 PLC可編程控制器

下位機PLC可編控制器選用日本歐姆龍CJ1M-CPU22系列機，該系列機為單元連接器連接，由電源模塊、CPU模塊、存儲單元等組成。CJIM-CPU22最大I/O點數為320點，最多可連接單元數為10個，程序容量10K步，數據存儲器容量為32K字，LD指令處理速度為100ns，內置I/O：10個輸入，6個輸出，輸入：4個中斷輸入（脈沖撲捉）;2個高速計數器輸入（差相：50KHz;單相100 KHz）。

3.2.1 內置CPU單元輸入、輸出分配

字CIO2960的位03、06、08接高速計數器0的Z、A、B。字CIO2961的位00、01接鐘罩的上升和下降啟動開關。

4 PLC與上位機通信

上位機使用的是工控機和組態王軟件，也就是PLC與組態王軟件的通訊問題。

4.1 帶有RS232接口的PLC連接，通信設置值如下

波特率：9600;數據位長度：7;停止位長度：2;奇偶校驗位：偶校驗。OMRON公司提供了網絡通信類型是SYSMAC WAY（bcd data），數據傳輸格式是基于bcd碼，HOSTLINK協議就是基于這種網絡類型。 在進行PLC網絡設置時，其中的主鏈接單元號要與組態王中定義設備時的設備地址相一致，PLC在組態王中的設置地址范圍為0-31。

5 軟件設計

軟件設計包括兩部分：上位機用組態王軟件編寫，它的主要功能是：監控下位機來得數據，管理實時和歷史數據，實時畫面，檢定證書打印;下位機用PLC可編程控制器編程。它主要實現，數據采集，運算和自動控制。

5.1 PLC可編程控制器編程

CJ1M-CPU22可編程控制器采集由光電雙向編碼器來得脈沖信號，進行累積流量，瞬時流量計算，自動控制各個檢定點。基本運算公式如下：

（1） Q=K＊f 其中：Q——累積流量,單位：升;K——儀表系數,單位：升/個脈沖;f——脈沖數,單位：Hz。

（2）Q1 =Q/t 其中：Q1——-瞬時流量,單位：m3/h; Q——-累積流量,單位：升; t——-時間,單位：小時。

5.1.1存儲單元分配

存儲單元分配如表

5.1.2 PLC可編程控制器程序框圖

程序框圖如圖5

圖5 程序框圖

6.1 程序清單（略）

6.2 上位機組態王軟件編程

它的主要功能是：監控實時生產過程和下位機來得數據，管理實時和歷史數據，實時畫面，檢定證書打印。

6.2.1 在組態王數據字典里定義I/O變量

使PLC可編程控制器里的內存單元與組態王的I/O變量相對應，從而使兩者建立起通信聯系。

所有變量的變量類型都是：I/O整型;

連接設備是：CJ1M;連接設備是：CJ1M;讀寫屬性都是：讀寫;采集頻率：1ms。

6.2.2 模擬工作過程，實現數據記錄，檢定證書打印

根據上述工作原理在組態王里作出工作畫面、進行動畫連接和數據管理。這里所有的“按鈕”和“指示燈”用Bit函數、BitSet函數和彈起時、填充屬性連接來實現。

所有“數字”都用模擬值輸入和輸出連接實現要求功能。

6.2.2.1 實現數據記錄與查詢

這里主要是數據的記錄和查詢，即對鐘罩式氣體計量器所檢定的數據進行記錄,根據需要對數據進行查詢。

1．在SQL Server建立數據庫報表格式如表

2.利用組態王里的數據庫建立、斷開、查詢函數實現表5功能

（1）連接組態王和數據庫函數：SQLConnect（DeviceID,”dsn=;uid=;pwd=”）
（2）從使用的數據庫中斷開連接函數：SQLDisconnect（DeviceID）
（3）利用綜合條件查詢方法查詢所需要的數據 程序如下：

String where=”日期=‘“+日期查詢+”’and a=”+StrFromInt（b,10）;//定義查詢條件

SQLSelect（DeviceID,“數據”，“查詢數據”，where，“”）//得到一個特定的選擇集

記錄個數=SQLNumRows（DeviceID）;//指定選擇集中包括多少行

6.2.2.2實現檢定證書打印

先根據被檢表的要求畫出檢定證書的格式，再利用下面的函數進行打印。

（1）功能：PrintWindow（）————打印指定窗口
（2）格式：PrintWindow（“Window”,xScale,yScale,option,xStart,yStare）

7、結束語

本文作者的創新點是：①利用PLC可編程序控制器實現了流量、儀表系數、頻率三者的運算關系，②用組態王軟件實現實時監控數據管理。通過在實際工業檢定中使用，有效地提高了檢定精度和準確性，為企業的信息集成打下了堅實基礎。