上位机、PLC与电磁流量计组合监控流量的原理及流程分析
发布时间：2022-12-05 10:25:06来源：www.hseauto.cn来源：..
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以计算机，PLC及电磁流量计组成的监控流量系统实际就组成了一个微型的监视控制和数据采集系统，这类系统包含3个部分，即计算机一上位监视层、PLC—控制设备层和电磁流量计一执行设备层。它的功能第一是监视整个生产过程，第二是可以控制和干预整个生产过程，第三是可以对从现场得到上位监视层的数据信息形成记录、分析报表。本文以流量监测为例，分析自控系统中是如何实现对现场工流量数据进行采集、监控的。
一、计算机--上位监视层
在整个系统中计算机作为上位监视层，控制设备层主要负责对现场设备的监控，如对流量实时数据的监测、分析、记录等，是操作人员直接操作面对的对象，在自控系统中称为上位机。计算机要实现上位机的功能，主要由工控软件实现，例如西门子公司的WINCC，GE Fanuc公司的FX软件，都能实现丰富的上位机功能。如直观的监控现场工况。在生产和过程自动化中解决可视化和控制任务，还提供了适用于工业的图形显示、消息、归档以及报表等功能模板，高性能的过程耦合、快速的画面更新、以及可靠的数据使其具有高度的实用性。上位机相当于整个监控系统的大脑与眼睛，操作指令由他发出。
二、PLC--控制设备层
PLC在整个自控系统中起接收处理现场信号、驱动现场设备，并与上位机通过网络进行通信，向其提供现场工况数据及执行上位机下达的命令等作用。在检测流量的过程中，PLC中的模拟量输入模板接收由流量计传来的模拟量电信号，然后将电信号经模拟量输入模板转换为PLC可以识别的数字信号即完成A/D转换。然后通过程序将获得的数字信号存放于PLC的特定储存区域，供程序或上位机的使用。PLC是自控系统中的躯干。以西门子S7-300系列PLC为例，电磁流量计与PLC模拟输入模板的接线如下：
三、电磁流量计--执行设备层
执行设备层相当于四肢，负责现场介质数据的测量，将物理量转换成电信号，传送给PLC进行处理。关于流量计的结构及工作原理如下：
I、概述
电磁流量计是一种电磁感应流量仪表，智能电磁流量计是集信号检测及微电子智能化技术于一体的机电产品。可根据安装方式分为管道式和插入式两大类，也可以根据显示方式分为现场显示型（一体型）和远传显示型（分体型）两种结构，它能测量导电液体介质，包括酸、碱、盐等强腐蚀性液体和纸浆、泥浆、废污水及固液两相悬浮液的体积流量。产品广泛应用于石油、化工、治金、纺织、食品、制药、造纸等行业及环抱、市政管理、水利建成、河流灌溉等领域。
Ⅱ，测量原理
电磁流量计传感器由一对产生磁场的线圈、测量管、电极、磁路基本件组成。测量原理是基于法拉第电磁感应定律：导电液体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中产生感应电势，其感应电势E为：
E=KBVD式中：K—仪表系数
B—磁感应强度
V—测量管截面内的平均流速
D一测量管截面的内径
当磁感应强度为常数时，感应电势正比于平均流速。在电磁流量传感器中，感应电势由二个与介质接触的电极检出，并传送至转换器转换成标准的输出信号，实现流体瞬时流量、累积流量的显示及流量数据与微机系统之间的通信和控制。
四、工程量的转换
整个检测流程就是电磁流量计测量现场物理量的数据，并转换为电信号输入到PLC中，通过PLC进行A/D转换，把电信号转换为数字信号，最后经过PLC程序及上位机的应用，还原为操作人员监控的流量数据。也就是说要得到操作人员监控的流量数据，是经过一连串的工程量转换的。
以下将说明工程量的转换方式：
1.标准信号
在电动传感器时代，中央控制成为可能，这就需要检测信号的远距离传送。但是纷繁复杂的物理量信号直接传送会大大降低仪表的适用性。而且大多传感器属于弱信号型，远距离传送很容易出现衰减、干扰的问题。因此才出现了二次变送器和标准的电传送信号。二次变送器的作用就是将传感器的信号放大成为符合工业传输标准的电信号，如0-5V、0-10V或4-20mA（其中用得最多的是4-20mA）。而变送器通过对放大器电路的零点迁移以及增益调整，可以将标准信号准确的对应于物理量的被检测范围，如4-20mA对应0-100hl/H或-10-100℃等等.这是用硬件电路对物理量进行数学变换。
2、数字化仪表
到了数字化时代，指针式显示表变成了更直观、更精确的数字显示方式。在数字化仪表中，这种显示方式实际上是用纯数学的方式对标准信号进行逆变换，成为大家习惯的物理量表达方式。这种变换就是依靠软件做数学运算。这些运算可能是线性方程，也可能是非线性方程，现在的电脑对这些运算是易如反掌。
3，信号变换中的数学问题
信号的变换需要经过以下过程：物理量一传感器信号一标准电信号一A/D转换一数值显示。
假定物理量为A，范围即为A0~A，实时物理量为X；标准电信号是B0一Bm，实时电信号为Y:A/D转换数值为C0~Cm，实时数值为Z。如此，B0对应于A0，Bm对应于Am，Y对应于X，即Y=fX）。由于是线性关系，得出方程式为Y=（Bm-B0）*（X-A0）/（Am-A0）+B0.又由于是线性关系，经A/D转换后的数学方程Z=f（X）可以表示为Z-（Cm-C0）*（X A0）/（Am-A0）+C0.那么就很容易得出逆变换的数学方程为X=（Am-AO）*（亿-C0）/（Cm-C0）+A0。方程中计算出来的X就可以在显示器上直接表达为被检测的物理量。
4，PLC中逆变换的计算方法
以S7-200和4~20mA为例，经A/D转换后，我们得到的数值是6400~32000（不同的类型PLC输入模块，对应的数字不相同，应根据其产品手册确定），即C0=6400，Cm=32000。于是，X=（Am-A0）*（Z-6400）/（32000-6400）+A0。
例如流量计检测的范围是0-1000h1/H，用上述的方程表达为X=1000*（Z-6400）/25600+0.经过PLC的数学运算指令计算后，上位机可以从结果寄存器中读取，放人上位机的数据库中并直接显示为工程量。
用同样的原理，我们可以在上位机上输入工程量，然后由软件转换成控制系统使用的标准化数值，通过D/A转换成4-20A来驱动调节阀、变频器。
以上讲述的就是PLC中工程量转换的基本方法，程序的编写则因人、因事而异。但是万变不离其中。以上描述的这个过程就是计算机、PLC、电磁流量计检测流量的原理与流程。在自动化系统中其他的现场工况如质量、温度、速度、压力、电压、电流的监测方式和此文中流量的监控方式基本是一样的，区别仅仅在检测设备上的不同。因此以计算机、PLC及现场监测设备组成的监控系统在工厂自动化中得到了广泛的应用。
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