摘要：介紹西門(mén)子SIWAREX FTA高精度稱(chēng)重模塊在S7-300系統中的應用，將稱(chēng)重功能直接集成在PLC系統中，并利用SIMATIC系統中強大的編程功能，實(shí)現稱(chēng)重配料和控制的完美解決方案。

關(guān)鍵字：電子稱(chēng)重模塊; 耐火材料; CCN耐火材料; 配料系統

Abstract: This paper introduces that the application of high accuracy of SIWAREX FTA weighing module in SIEMENS S7-300 system. Weighing function is completely integrated in PLC system. It realizes the perfect solution for Weighing dosing and controlling system based on SIMATIC excellent programming function.

Key words: Electronic Weighing Module, Refractories, CCN Refractories, Dosing System
 
    一、前言

    目前國內耐火材料生產(chǎn)廠(chǎng)家在配料過(guò)程中，大多使用稱(chēng)重儀表配上PLC可編程控制器的形式來(lái)實(shí)現自動(dòng)稱(chēng)重和控制功能。稱(chēng)重儀表和PLC控制系統之間需要傳輸大量的實(shí)時(shí)數據和控制聯(lián)鎖，通訊和控制回路接線(xiàn)較復雜，稱(chēng)重配料的控制信號易產(chǎn)生滯后，稱(chēng)重配料系統維護量較大。

    上位機生產(chǎn)管理系統通常采用VB或VC等語(yǔ)言編程開(kāi)發(fā)，編程較復雜。生產(chǎn)廠(chǎng)家對配料工藝和需求的改變，也增加了系統開(kāi)發(fā)和維護成本。

    二、耐火材料稱(chēng)重配料控制系統的要求

    某國外公司在中國建立耐火材料工廠(chǎng)，該工廠(chǎng)所生產(chǎn)的耐火材料產(chǎn)品主要用于外銷(xiāo)，部分產(chǎn)品供國內使用。該耐火材料配料系統分不定型耐火材料及CCN耐火材料兩大類(lèi)。不定型耐火材料分為酸中性耐火材料和堿性耐火材料，CCN耐火材料分為AG和ZG兩種。

    不定型耐火材料廣泛應用于冶煉高爐等，其中酸中性耐火材料有約35種原料按照不同重量配比組成。堿性耐火材料有約14種原料按照不同重量配比組成。不定型配料系統結構如圖1：

圖1   不定型配料系統結構

     CCN耐火材料主要用于生產(chǎn)連鑄三大件，其中AG由約22種原料按照不同重量配比組成。ZG由約10種原料按照不同重量配比組成。CCN配料系統結構如圖2：

圖2   CCN配料系統結構

    用戶(hù)配方數量相對所配物料種類(lèi)更多，達到數百種。同時(shí)生產(chǎn)工藝中的質(zhì)量控制環(huán)節對耐火配料系統內部有嚴格的檢測程序，一但某種物料的重量值超過(guò)了配料合格允許的百分比，則啟動(dòng)容錯程序對其進(jìn)行補料。如補料也無(wú)法達到要求，則一批物料將全部自動(dòng)進(jìn)入廢品倉，導致原料的損失。因此用戶(hù)對系統的穩定性及可靠性提出了較高的要求。

    由于涉及到耐火材料配方的保密，用戶(hù)對生產(chǎn)工藝環(huán)節中配方的高度保密性提出了極為嚴格的要求。在前期技術(shù)交流時(shí)用戶(hù)特別強調避免通過(guò)物料的種類(lèi)、稱(chēng)重儀表的重量數據、配比等側面了解配方的組成。

    一些進(jìn)口原料價(jià)值較高，例如100Kg的CCN原料制成的成品價(jià)格可達數萬(wàn)元人民幣。為提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，要求稱(chēng)重控制系統要有較高的精度。

    三、SIWAREX FTA稱(chēng)重配料控制系統

    西門(mén)子的PLC在國內用戶(hù)眾多，其運行的可靠性和穩定性也受到用戶(hù)的一致認可?？紤]到稱(chēng)重配料高精度和控制系統可靠性以及耐火材料配方的保密性等要求，我們在稱(chēng)重配料系統中選用了西門(mén)子公司的PLC控制器和SIWAREX FTA稱(chēng)重模塊。

    1.  SIWAREX FTA稱(chēng)重擴展模塊

    SIWAREX FTA稱(chēng)重模塊作為西門(mén)子S7 PLC中高精度稱(chēng)重功能的擴展模塊，可以直接集成在西門(mén)子S7-300PLC系統中，與PLC統一硬件和通信方式，稱(chēng)重精度高達0.05％，分度值達3×6000d。更換FTA稱(chēng)重模塊時(shí)，料斗秤無(wú)需重新標定。具有精確快速的加料/下料控制數字量輸出(反應時(shí)間<1ms)，可應用于大多數高精度稱(chēng)重控制應用。如圖3：

圖3  SIWAREX FTA多秤集成硬件圖

    2. 稱(chēng)重配料系統的配置

    整個(gè)生產(chǎn)工藝共分為4套相對獨立的稱(chēng)重配料系統，介紹酸中性稱(chēng)量系統，該系統共有40個(gè)稱(chēng)重料倉， 使用7個(gè)SIWAREX FTA稱(chēng)重模塊集成到一臺S7-315-2DP CPU上，通過(guò)Profibus DP總線(xiàn)連接到上位機系統內。

    現場(chǎng)每個(gè)稱(chēng)重料倉由三只稱(chēng)重傳感器支承，稱(chēng)重傳感器信號通過(guò)現場(chǎng)接線(xiàn)盒連接到FTA模塊上。上位機系統通過(guò)以太網(wǎng)將配方下載到稱(chēng)重模塊內，稱(chēng)重模塊按照配方的預設值控制每個(gè)稱(chēng)重料倉的加料和下料工序，并實(shí)時(shí)監測現場(chǎng)各設備的運行情況，提供豐富的報警和診斷信息，并形成歷史數據記錄供工廠(chǎng)運行效率和事故分析。
 
    酸中性稱(chēng)量系統的硬件配置如圖4：

圖 4  稱(chēng)量系統的硬件配置

    3. 稱(chēng)重配料系統的特點(diǎn)

    稱(chēng)重系統以SIWAREX FTA稱(chēng)重模塊取代常規配料控制儀表，使得稱(chēng)重配料與控制系統完美的結合在一起，整個(gè)配料系統的運行統一由PLC進(jìn)行控制。

    由于稱(chēng)重配料系統所配物料種類(lèi)較多，并且每個(gè)螺旋給料機有多級給料速度控制，螺旋下料口裝有控制精確給料的氣動(dòng)閥，部份下料裝置采用多級振動(dòng)給料機及微量秤等，整個(gè)稱(chēng)重控制系統I/O約2000點(diǎn)。在系統自動(dòng)配料時(shí)，為控制料倉壓力變化對配料精度產(chǎn)生的影響，配料系統與上面的料倉自動(dòng)加料系統有相應的聯(lián)鎖控制關(guān)系。西門(mén)子SIWAREX FTA稱(chēng)重模塊將稱(chēng)重功能直接集成到S7-300 PLC中，加上FTA模塊本身集成的16個(gè)開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)和一路4－20mA模擬量輸出功能，可以輕松的實(shí)現這種較復雜的稱(chēng)重配料應用。

    稱(chēng)重數據的傳輸

    現場(chǎng)稱(chēng)重傳感器的信號直接進(jìn)入PLC系統，代替了普通稱(chēng)重儀表通過(guò)4-20mA信號送入PLC。避免了信號轉換帶來(lái)的誤差和傳輸的時(shí)間延遲。稱(chēng)重控制的數據實(shí)時(shí)性高，更新稱(chēng)重數據的速度更快，且控制精度更高。

    通訊能力

    SIWAREX FTA 與西門(mén)子SIMATIC具有統一的通信接口。19臺SIWAREX FTA稱(chēng)重模塊所獲得的現場(chǎng)稱(chēng)重料斗的重量信號通過(guò)PLC的背板總線(xiàn)直接送入S7-315 DP CPU存儲區。上位機與稱(chēng)重模塊可以方便的以總線(xiàn)通訊方式進(jìn)行數據交換。由于稱(chēng)重系統和控制系統在統一的軟硬件平臺上，因此這種數據交換方式傳輸的數據量更大，速度更快，實(shí)時(shí)性好。

    維護方便

    在使用SIWAREX FTA稱(chēng)重模塊編程時(shí)，我們利用西門(mén)子提供的一個(gè)FB41程序和例程，可以在S7-315的CPU存儲區中直接讀取各種稱(chēng)重過(guò)程值，很方便的根據工藝聯(lián)鎖的要求進(jìn)行編程和設置。

    每個(gè)SIWAREX FTA模塊都可以互換。因為所有的設置和標定參數都存在S7-300CPU中，所以更換FTA模塊，稱(chēng)重料斗無(wú)需重新標定。CPU中所有FTA稱(chēng)重料倉設置和標定參數也可以備份在MMC卡或計算機中，用于系統故障時(shí)的數據快速恢復。

    對于現場(chǎng)的調試和標定，西門(mén)子提供了基于Windows操作系統的SIWATOOL FTA專(zhuān)用程序。使得技術(shù)人員無(wú)需了解PLC編程方面的知識就能夠方便的設置和調試秤，并且在軟件中方便的查詢(xún)秤的各種運行狀態(tài)及參數，如圖5： 

                                      圖5 SIWATOOL FTA軟件界面圖
 
    配方的保密

    所有生產(chǎn)工藝配方都設有代碼編號存儲在PLC中，并設有保護口令。工藝配方的修改和維護由專(zhuān)人管理。操作人員只需選擇配方的編號并確認，稱(chēng)重配料系統自動(dòng)的按照配方和加料時(shí)序執行配料生產(chǎn)流程。

    四、結束語(yǔ)

    該耐火材料工廠(chǎng)06年底投產(chǎn)至今，系統運行良好。SIWAREX FTA稱(chēng)重配料系統稱(chēng)量精度優(yōu)于OIMLⅢ，稱(chēng)重配料的控制精度可達到±3‰，少量特殊物料及微量秤的控制精度可達到±5‰，完全滿(mǎn)足了用戶(hù)的生產(chǎn)要求。

    西門(mén)子稱(chēng)重擴展模塊在幾年的運行時(shí)間經(jīng)受了考驗，證明了SIWAREX FTA稱(chēng)重配料控制系統具有高精度及高可靠性，實(shí)現了稱(chēng)重和控制功能的完美結合。系統運行的可靠、穩定和維護方便是用戶(hù)決定使用SIWAREX FTA稱(chēng)重模塊最直接的原因。

    SIWAREX FTA稱(chēng)重配料系統不僅應用于耐火材料配料生產(chǎn)，而且可廣泛的應用在精細化工、食品飲料、鋼鐵冶金、煙草、制藥、玻璃等行業(yè)的高精度稱(chēng)重控制配料工藝。