摘 要：介紹西門子SIWAREX FTA高精度稱重模塊在S7-300系統(tǒng)中的應(yīng)用，將稱重功能直接集成在PLC系統(tǒng)中,，并利用SIMATIC系統(tǒng)中強大的編程功能,，實現(xiàn)稱重配料和控制的完美解決方案。
關(guān)鍵字：電子稱重模塊; 耐火材料; CCN耐火材料; 配料系統(tǒng)
一,、前言
目前國內(nèi)耐火材料生產(chǎn)廠家在配料過程中,，大多使用稱重儀表配上PLC可編程控制器的形式來實現(xiàn)自動稱重和控制功能。稱重儀表和PLC控制系統(tǒng)之間需要傳輸大量的實時數(shù)據(jù)和控制聯(lián)鎖,，通訊和控制回路接線較復(fù)雜，稱重配料的控制信號易產(chǎn)生滯后,，稱重配料系統(tǒng)維護(hù)量較大,。
上位機(jī)生產(chǎn)管理系統(tǒng)通常采用VB或VC等語言編程開發(fā)，編程較復(fù)雜,。生產(chǎn)廠家對配料工藝和需求的改變,，也增加了系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)成本。
二,、耐火材料稱重配料控制系統(tǒng)的要求
某國外公司在中國建立耐火材料工廠,，該工廠所生產(chǎn)的耐火材料產(chǎn)品主要用于外銷，部分產(chǎn)品供國內(nèi)使用,。該耐火材料配料系統(tǒng)分不定型耐火材料及CCN耐火材料兩大類,。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(yīng)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(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1：
圖1 不定型配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
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(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2：
圖2 CCN配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
用戶配方數(shù)量相對所配物料種類更多,，達(dá)到數(shù)百種,。同時生產(chǎn)工藝中的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)對耐火配料系統(tǒng)內(nèi)部有嚴(yán)格的檢測程序，一但某種物料的重量值超過了配料合格允許的百分比,，則啟動容錯程序?qū)ζ溥M(jìn)行補料,。如補料也無法達(dá)到要求，則一批物料將全部自動進(jìn)入廢品倉,，導(dǎo)致原料的損失,。因此用戶對系統(tǒng)的穩(wěn)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,，用戶對生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中配方的高度保密性提出了極為嚴(yán)格的要求,。在前期技術(shù)交流時用戶特別強調(diào)避免通過物料的種類、稱重儀表的重量數(shù)據(jù),、配比等側(cè)面了解配方的組成,。
一些進(jìn)口原料價值較高，例如100Kg的CCN原料制成的成品價格可達(dá)數(shù)萬元人民幣,。為提高生產(chǎn)效率,，降低生產(chǎn)成本，要求稱重控制系統(tǒng)要有較高的精度,。
三,、SIWAREX FTA稱重配料控制系統(tǒng)
西門子的PLC在國內(nèi)用戶眾多，其運行的可靠性和穩(wěn)定性也受到用戶的一致認(rèn)可,?？紤]到稱重配料高精度和控制系統(tǒng)可靠性以及耐火材料配方的保密性等要求，我們在稱重配料系統(tǒng)中選用了西門子公司的PLC控制器和SIWAREX FTA稱重模塊,。
1. SIWAREX FTA稱重擴(kuò)展模塊
SIWAREX FTA稱重模塊作為西門子S7 PLC中高精度稱重功能的擴(kuò)展模塊,，可以直接集成在西門子S7-300PLC系統(tǒng)中，與PLC統(tǒng)一硬件和通信方式,，稱重精度高達(dá)0.05%,，分度值達(dá)3×6000d。更換FTA稱重模塊時,，料斗秤無需重新標(biāo)定,。具有精確快速的加料/下料控制數(shù)字量輸出（反應(yīng)時間<1ms），可應(yīng)用于大多數(shù)高精度稱重控制應(yīng)用。如圖3：
圖3 SIWAREX FTA多秤集成硬件圖
2. 稱重配料系統(tǒng)的配置
整個生產(chǎn)工藝共分為4套相對獨立的稱重配料系統(tǒng),，介紹酸中性稱量系統(tǒng),，該系統(tǒng)共有40個稱重料倉， 使用7個SIWAREX FTA稱重模塊集成到一臺S7-315-2DP CPU上,，通過Profibus DP總線連接到上位機(jī)系統(tǒng)內(nèi),。
現(xiàn)場每個稱重料倉由三只稱重傳感器支承，稱重傳感器信號通過現(xiàn)場接線盒連接到FTA模塊上,。上位機(jī)系統(tǒng)通過以太網(wǎng)將配方下載到稱重模塊內(nèi),，稱重模塊按照配方的預(yù)設(shè)值控制每個稱重料倉的加料和下料工序，并實時監(jiān)測現(xiàn)場各設(shè)備的運行情況,，提供豐富的報警和診斷信息,，并形成歷史數(shù)據(jù)記錄供工廠運行效率和事故分析。
酸中性稱量系統(tǒng)的硬件配置如圖4：
圖 4 稱量系統(tǒng)的硬件配置
3. 稱重配料系統(tǒng)的特點
稱重系統(tǒng)以SIWAREX FTA稱重模塊取代常規(guī)配料控制儀表,，使得稱重配料與控制系統(tǒng)完美的結(jié)合在一起,，整個配料系統(tǒng)的運行統(tǒng)一由PLC進(jìn)行控制。
由于稱重配料系統(tǒng)所配物料種類較多,，并且每個螺旋給料機(jī)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閥，部份下料裝置采用多級振動給料機(jī)及微量秤等,，整個稱重控制系統(tǒng)I/O約2000點,。在系統(tǒng)自動配料時，為控制料倉壓力變化對配料精度產(chǎn)生的影響,，配料系統(tǒng)與上面的料倉自動加料系統(tǒng)有相應(yīng)的聯(lián)鎖控制關(guān)系,。西門子SIWAREX FTA稱重模塊將稱重功能直接集成到S7-300 PLC中，加上FTA模塊本身集成的16個開關(guān)量I/O點和一路4-20mA模擬量輸出功能,，可以輕松的實現(xiàn)這種較復(fù)雜的稱重配料應(yīng)用,。
稱重數(shù)據(jù)的傳輸
現(xiàn)場稱重傳感器的信號直接進(jìn)入PLC系統(tǒng)，代替了普通稱重儀表通過4-20mA信號送入PLC,。避免了信號轉(zhuǎn)換帶來的誤差和傳輸?shù)臅r間延遲,。稱重控制的數(shù)據(jù)實時性高，更新稱重數(shù)據(jù)的速度更快,，且控制精度更高。
通訊能力
SIWAREX FTA 與西門子SIMATIC具有統(tǒng)一的通信接口,。19臺SIWAREX FTA稱重模塊所獲得的現(xiàn)場稱重料斗的重量信號通過PLC的背板總線直接送入S7-315 DP CPU存儲區(qū),。上位機(jī)與稱重模塊可以方便的以總線通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。由于稱重系統(tǒng)和控制系統(tǒng)在統(tǒng)一的軟硬件平臺上,，因此這種數(shù)據(jù)交換方式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量更大,，速度更快，實時性好,。
維護(hù)方便
在使用SIWAREX FTA稱重模塊編程時,，我們利用西門子提供的一個FB41程序和例程,，可以在S7-315的CPU存儲區(qū)中直接讀取各種稱重過程值，很方便的根據(jù)工藝聯(lián)鎖的要求進(jìn)行編程和設(shè)置,。
每個SIWAREX FTA模塊都可以互換,。因為所有的設(shè)置和標(biāo)定參數(shù)都存在S7-300CPU中，所以更換FTA模塊,，稱重料斗無需重新標(biāo)定,。CPU中所有FTA稱重料倉設(shè)置和標(biāo)定參數(shù)也可以備份在MMC卡或計算機(jī)中，用于系統(tǒng)故障時的數(shù)據(jù)快速恢復(fù),。
對于現(xiàn)場的調(diào)試和標(biāo)定,，西門子提供了基于Windows操作系統(tǒng)的SIWATOOL FTA專用程序。使得技術(shù)人員無需了解PLC編程方面的知識就能夠方便的設(shè)置和調(diào)試秤,，并且在軟件中方便的查詢秤的各種運行狀態(tài)及參數(shù),，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(shè)有代碼編號存儲在PLC中，并設(shè)有保護(hù)口令,。工藝配方的修改和維護(hù)由專人管理,。操作人員只需選擇配方的編號并確認(rèn)，稱重配料系統(tǒng)自動的按照配方和加料時序執(zhí)行配料生產(chǎn)流程,。
四,、結(jié)束語
該耐火材料工廠06年底投產(chǎn)至今，系統(tǒng)運行良好,。SIWAREX FTA稱重配料系統(tǒng)稱量精度優(yōu)于OIMLⅢ,，稱重配料的控制精度可達(dá)到±3‰，少量特殊物料及微量秤的控制精度可達(dá)到±5‰,，完全滿足了用戶的生產(chǎn)要求,。
西門子稱重擴(kuò)展模塊在幾年的運行時間經(jīng)受了考驗，證明了SIWAREX FTA稱重配料控制系統(tǒng)具有高精度及高可靠性,，實現(xiàn)了稱重和控制功能的完美結(jié)合,。系統(tǒng)運行的可靠、穩(wěn)定和維護(hù)方便是用戶決定使用SIWAREX FTA稱重模塊最直接的原因,。
SIWAREX FTA稱重配料系統(tǒng)不僅應(yīng)用于耐火材料配料生產(chǎn),，而且可廣泛的應(yīng)用在精細(xì)化工、食品飲料,、鋼鐵冶金,、煙草、制藥,、玻璃等行業(yè)的高精度稱重控制配料工藝,。
