西门子可编程控制器热量计量应用

摘要：该文阐述使用西门子PLC（可编程控制器）运行热量计算程序。这一功能强大、系统深奥的数字电子装置，它具有控制能力强、操作方便灵活、可靠性能高等特点。现在随着科技的发展，市面上生产出多种类型的PLC产品，它们各具特色，西门子厂家生产的有S5-100U型、S5-115U型等S5单机型和S7-200型、S7-300型、S7-400型等S7单机型以及S5-155H型服务器等。现以S5-100U型PLC为例，讲述其读取供热管网中的一次表的信息并通过程序进行计算的运行原理与过程。

关键词: STL语句；蒸汽密度；热焓值；体积流量；质量流量；指针功能

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)11-2649-04

Siemens Programmable Controller Heat Metering Applications

WANG Qiang

(Qingdao Thermoelectric Group Co., Ltd., Qingdao 266034,China)

Abstract: This paper describes the use Siemens PLC (programmable logic controller) to run the heat calculation program. This powerful system, the number of esoteric electronic devices, it has the ability to control, flexible operation, and reliability characteristics. With the de? velopment of science and technology on the market to produce various types of PLC products, their own characteristics, manufacturers of Siemens S5-100U, S5-115U type S5 stand-alone and S7-200, S7-300 type S7-400 type S7 stand-alone type and S5-155H server. Now the S5-100U PLC, for example, that his or her information to read a table in the heating pipe network calculation of the operating principle and process and procedures.

Key words：STL statement; vapor density; enthalpy; volume flow; mass flow; pointer function

1热量计量的基本思路

1）PLC识别蒸汽管网一次表温度阻值、压力信号值分别转换成相应的温度值、压力值，通过当前温度压力下所对应的密度值建立密度值汇总表，得到实时温度、压力和对应的蒸汽密度。

2）PLC将现场得到的体积流量4-20mA信号即时电流信号转换成相应当前体积流量，然后通过编写PLC程序实现公式质量流量=体积流量*蒸汽密度，得到当前蒸汽的质量流量。

3）国家物价局指定蒸汽按热量计算。即PLC得出质量流量后，再通过当前温度、压力下热焓值建立PLC热焓值汇总表，然后编写程序实现公式当前热量值=当前质量流量*当前热焓值，可以得出即时质量流量的热量值。

4）PLC还将当前蒸汽流量和蒸汽热量累加得到最终的蒸汽用量。

2详细分解PLC程序实现热量计算的实际过程

S5-100U的程序编写介绍（与S7-300的程序语句不同）：

S5-100U的程序块包括OB1、OB13、FB10、FB11、FB44、FB46、FB60、FB32、FB33、FB34、FB80、FB81、PB255、DB10、DB20（如计算双路供热管道参数还需包括FB45、FB47、FB61、DB21程序块）。

如图1程序采集当前温度阻值信号和图二程序采集蒸汽表压和蒸汽流量电流信号通过PLC中FB功能块处理成我们识别的当前温度值（单位：℃）、当前蒸汽压力值（单位：Mpa）、当前蒸汽体积流量值（单位：m3/h）,这里所运用的是STL语句：

程序块FB10、FB11执行之后，得出的计算结果会在DB10中的相应位置如图三显示，以此类推，序号12、13分别为第一路累计热量的低四位和高四位，序号28、29分别为第二路累计热量的低四位和高四位，序号62和63对应当前第一路和第二路体积流量，序号74和75对应当前第一路和第二路密度值，序号104和204对应当前第一路和第二路热焓值，序号105和106对应第一路和第二路瞬时热量值。

根据当前温度值和当前压力值在PLC程序中正确建立密度表和焓值表，编写程序实现指针功能找到当前温度压力值下的密度值和热焓值，计算得到当前温度压力下相应的流量和热量。

图4所示程序描述将当前压力值装载到程序块DB10的DW70地址当中，当前温度值装载到程序块DB10的DW71地址当中当前表压小于或等于0.1Mpa时执行子程序M001的过程，FB60程序就是由不断的每隔0.1Mpa执行M001子程序过程直到表压达到1.60Mpa，通常情况下蒸汽表压常出现在0.6Mpa到1.450Mpa之间，这段程序则要每隔0.05Mpa执行M001子程序，而子程序M001的语句是T DW 72，即将0、16、32（每兆帕所对应的密度表中的地址）以此类推的16的等差数列值装载到DW72直到表压1.60Mpa所对应的密度表地址。

图1

图2

图3

图4

图5

图5程序在取得当前温度小于170℃时，执行子程序M002的过程，这段程序是描述在FB60中当取得当前温度小于170℃时执行子程序M002的过程，FB60程序也是由不断的每隔10℃执行的这样一个过程直到温度达到300℃，以数值1为单位叠加反复执行子程序M002（语句是T DW 73）.将170℃、180℃等温度对应的地址值放入地址DW73当中。DW 72和DW 73即我们相应温度对应的地址和相应压力对应的地址将参与计算,实现程序的指针功能，将指针映射到对应的密度表和热焓值表，找到对应密度和热焓值：

由图6程序可知所建的密度表在DB20中，而热焓值在DB21中，与密度调用方法相同，将程序指针所指向的DB21中的热焓值存放在程序块DB10中的DW104中，接下来分析质量流量和热量的计算过程，图七、图八即为在程序块FB44中将当前体积流量的最高位数值放在地址DW81中，执行图八所示程序，与当前密度相乘。

调用密度值DW74执行FB44程序块得到当前质量流量。将当前密度（放在地址DW74中）作为被乘数，这个过程在程序块FB44中执行，将当前体积流量中个位、十位、百位、千位数据分别与当前密度相乘，然后再将乘积结果的个位、十位、百位、千位的顺序相加就得到了当前质量流量，同样方法得到当前热量，在上述温度和压力之间的热焓范围应该是2.840-2.828之间，与质量流量的乘积最大值也不能超过32767，另外因为计算出来的质量流量在PLC的整个计算中是一个中间值，我们将计算出来的质量流量先缩小十倍再与热焓值执行程序块FB46，计算原理与质量流量的计算相同，同理调用DB21热焓值放入DB10的DW104中参与热量计算程序块FB46（编写思路同FB44），同理得到了当前热量。PLC内部计算不显示小数点且应小于32767，我们将密度和热焓值作为被乘数便于计算，体积流量量程小于6000。

当体积流量量程大于6000的，我们在程序块FB11中，体积流量量程缩小十倍，也通过对面板程序和对累加程序块FB32的更改实现PLC对数据的正确计算。

得到的热量数值一定缩小了十倍，为热量最大数值不超过32767，我们就要从两个方面入手：1.在PLC面板上显示出正确的热量数值，即在制作PLC面板程序时让热量的显示属性中的小数点向后移动一位；2.程序当中的热量值需要让它以正确数值进行累加。

PLC将通过程序块FB32将DB1O程序块中地址DW10中的数据以100的倍数进行累加并放入DW11中，具体过程是将DW10中数据与100相除，得到的商加DW11中的数值，余数再放入地址DW10中，循环进行实现累加的功能。同理，程序块FB33是将地址DW11中的数据以1000的倍数进行累加。程序块FB34讲述的是将地址DW12中的数据以10000的倍数进行累加，循环进行实现累加的功能。

程序块OB13将当前热量值（单位：GJ/h）除以3600秒，然后以吉焦/秒为单位将热量累加，在OB13中被除数DW35是36，程序块FB32以100为倍数累加，得到的数据就是按秒累加的热量数据。PLC面板上的数据显示正确的当前瞬时热量，在热量的累加程序FB32中，我们将倍数100改为10，热量就正确累加了。

图6

图7

图8

3结束语

该文以西门子S5-100U系列为例，通过分析在程序编写和运行后可能遇到的问题，保证准确计量和正常运行显示，探讨有效的解决办法。详细讲述西门子plc对蒸汽用量数据的采集原理，列出了在plc中计算和显示瞬时热量和计算累积量时所运用的计算方法以及编程思路和程序的运行过程，值得进行该工作的工程人员借鉴。

参考文献:

[1]西门子公司.SIMATIC STEP5编程手册[M].北京:西门子公司出版社,1994.

[2]中国机械工业教育协会.可编程序控制器及其应用[M].北京：机械工业出版社,2001.

[3]宋伯生.PLC编程理论.算法及技巧[M].北京：机械工业出版社,2010:678.

[4]西门子.STEP5使用手册(上,下册)中文版[M].北京:西门子公司出版社,1999.

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