基于SIMATIC WinCC的流量计在线标定系统设计

固体流量计在工业生产等领域中应用广泛，通常用在配料计量、原料计量、产量计量和其他自动化控制过程，其计量的准确性往往影响着产品质量、产量及其他工况指标、经济指标。固体流量计的标定采用“比对法”，即使用相等量的物料分别经过流量计及精度更高的另一计量设备计量，将计量结果进行对比，然后对流量计标定系数进行修正。标定过程中越接近正常生产过程，标定效果越好。进行标定时需要产线停机，且需要大量物料的转运，费时费力[1]。本文以水泥配料流量计为例，利用称重仓及SIMATICWinCC（以下简称WinCC），设计无须停机及物料转运的固体流量计在线标定系统。

1、混料工艺简介项目所涉混料产线有三个原料储存仓，分别储存三种固体粉状料。仓壁安装有开关阀、流量阀及空气斜槽，斜槽另一端连接着安有固体流量计的垂直管段，物料经过垂直管段后进入混料机。生产时三种物料同时持续下料，流量大小由流量阀调节，并通过流量计进行计量。如图1所示，为实现流量计的在线标定，需要将储存仓改为称重仓[2]。在储存仓底部安装称重传感器，将储存仓上下游所有硬连接改为软连接，使储存仓重量完全落在称重传感器上。如果为圆形仓，由于三点确定一个平面，选用3台称重传感器间隔120°在圆仓均匀排布；如果是方形仓，考虑到仓的稳固性，在方形仓的四角各安装一台称重传感器，4台称重传感器要安装在同一水平高度，以使4个称重传感器均匀受力。称重传感器选用柱形电阻应变片式传感器，精度为C3，误差0.02%。称重传感器信号连接至称重仪表，经仪表处理后显示施加在传感器上的总重量，即储存仓重量。这样就将存储仓改成了称重仓，称重仓属于静态计量，误差一般为±0.1%，在工况无大变化的情况下，可每年对称重仓校准一次。图1水泥混料工艺流程

2、流量计标定方法工业流量计为动态计量设备，一般工业级流量计计量精度有1.0、1.5、2.5、4.0四个等级，即误差在±1%~±4%；可用精度更高的称重仓进行标定。标定方法为：流量计标定前，记录称重仓的仓重G及流量计累计量T；然后打开开关阀及流量阀下料，下料过程控制流量为正常混料生产所用流量，下料一段时间后停止下料，记录此时的仓重G′及流量计累计量T′。如果流量计原修正系数为X0，则：将新系数输入到流量计仪表，再次标定，至误差满足工艺要求即可[3-4]。

3、流量计在线标定系统硬件设计如图2所示，将称重仓仓重信号、开关阀、流量阀控制信号通过信号电缆接入PLC，流量计仪表通过Modbus通讯方式连接至PLC。系统核心为PLC，PLC读取信号并进行逻辑运算及控制，通过交换机将信号传至工程师站及操作员站进行显示，同时接受工程师站、操作员站的指令，对开关阀、流量阀进行控制。PLC与流量计之间使用Modbus通讯协议连接，通过编程可对仪表内所有参数读取及修改。图2流量计在线标定硬件系统图

4、流量计在线标定系统软件设计流量计在线标定系统软件设计思路为，在WinCC中建立三个称重仓仓重、流量计瞬时量及累计量变量，并组态在同一个趋势图中；利用WinCC自带的C语言脚本编程，读取趋势图中标尺处的数据；在生产过程曲线中选定一个起点和一个终点拉动标尺，起点至终点间作为标定区间；所编脚本读取起点及终点数据，自动计算流量计误差及修订系数，并将计算结果写入PLC；利用Modbus通讯协议编程，将修正系数写入流量计仪表，则标定过程完成。4.1建立WinCC变量趋势图PLC与WinCC画面连接后，在WinCC中建立三个称重仓仓重、流量计瞬时量及累计量共计9个变量，并将9个变量添加到变量记录中，新建画面，在画面中添加趋势图控件“OnlineTrendContol”，将9个变量按照1#仓重/累计量/瞬时量，2#仓重/累计量/瞬时量，3#仓重/累计量/瞬时量的顺序组态进趋势图。4.2读取趋势图标尺数值在趋势图中通过拖动标尺可查看不同时刻各趋势曲线的值。利用C语言脚本的TlgGetRulerValueTrend函数可读取标尺数值。如下：floatv1；//定义浮点数型变量v1v1=TlgGetRulerValueTrend（“trend1”，0）；//读趋势图trend1的第一条曲线与标尺交点数值并赋给v1SetTagDouble（“tag1”，v1）；//将v1的值存储在WinCC/PLC中建立的变量tag1中。程序段2中“trend1”为趋势图名称，参数0代表第一条曲线、1代表第二条曲线……4.3流量计在线标定逻辑控制流量计在线标定控制逻辑利用C语言编程实现。如图3所示，程序开始后，利用TlgGetRulerValueTrend函数读取趋势图中仓重曲线及累积量曲线标尺处数值；当Start变量为1时，程序往下执行，利用while函数，循环读取仓重曲线及累积量曲线标尺处数值，并利用误差及系数计算公式计算出每种物料的流量计误差及系数，存储在PLC变量中；因为程序循环执行，此时拉动标尺，便可实时读取标尺处数值计算相应的误差及新系数；当Stop变量为1时，停止while函数，程序结束，PLC中最终存储的是以程序开始时标尺所在位置为起点，以Stop变量变为1时标尺最后所在位置为终点的曲线段的误差及系数值。`图3逻辑控制4.4流量计在线标定操作界面在WinCC建立的趋势图的同一个画面中添加如图4所示画面。上方为数据显示区，实际值即仓重变化值，累计值即累积量变化值；右侧按钮分别连接PLC中的变量，通过Modbus通讯编程实现流量计的零点标定及系数修改[5]。点击下方“初始值”按钮后开始执行图3程序流程；“开始标定”按钮连接Start变量，“停止”按钮连接Stop变量，两个按钮均为自复位按钮。图4WinCC操作界面经过以上步骤就完成了流量计自动标定系统的开发。

5、流量计在线标定系统的使用方法利用流量计在线标定系统可在生产过程中进行流量计标定。打开开关阀及流量阀，调整三种物料流量开始生产，观察趋势图中瞬时量曲线，待瞬时流量稳定后，点击“初始值”按钮，系统自动记录此时各物料的仓重及累积量，作为标定的起始点；然后点击“开始标定”按钮，通过拖动标尺，系统开始实时计算误差及系数值；观察数据显示区的实际值、累计值及误差，待下料一定量后点击“停止”按钮。如果标定误差值满足工艺需求，则标定结束；如果标定误差值不能满足工艺要求，点击“修改系数”按钮，系统将新系数下发到流量计仪表，同时将新系数赋值给原系数。操作时需注意：①零点标定时，需要先关闭开关阀、流量阀，无物料通过流量计时，才可进行零点标定；②标定过程中不可有物料进入称重仓，待标定结束后再恢复往称重仓内打料；③标定过程和下料过程可以分离，可以先下料，标定时在趋势图上找到停止往称重仓打料的区间段作为标定区间即可；④在趋势图上选定标定区间时，可选择瞬时量接近正常生产值且流量稳定的区间；⑤数据显示区的原系数可以在修改系数时自动记录，也可手动输入；⑥选定标定起始值后，通过拉动曲线，可看到下料全过程的误差值，可以判断流量计计量的稳定性。

6、结束语通过WinCC组态及C语言编程开发，实现了流量