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摘要：介紹西門(mén)子SIWAREX FTA高精度稱(chēng)重模塊在S7-300系統(tǒng)中的應(yīng)用，將稱(chēng)重功能直接集成在PLC系統(tǒng)中，并利用SIMATIC系統(tǒng)中強(qiáng)大的編程功能，實(shí)現(xiàn)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(tǒng)

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(guó)內(nèi)耐火材料生產(chǎn)廠家在配料過(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(xiàn)自動(dòng)稱(chēng)重和控制功能。稱(chēng)重儀表和PLC控制系統(tǒng)之間需要傳輸大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和控制聯(lián)鎖，通訊和控制回路接線較復(fù)雜，稱(chēng)重配料的控制信號(hào)易產(chǎn)生滯后，稱(chēng)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(yǔ)言編程開(kāi)發(fā)，編程較復(fù)雜。生產(chǎn)廠家對(duì)配料工藝和需求的改變，也增加了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本。

    二、耐火材料稱(chēng)重配料控制系統(tǒng)的要求

    某國(guó)外公司在中國(guó)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(xiāo)，部分產(chǎn)品供國(guó)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(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(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(hù)配方數(shù)量相對(duì)所配物料種類(lèi)更多，達(dá)到數(shù)百種。同時(shí)生產(chǎn)工藝中的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)對(duì)耐火配料系統(tǒng)內(nèi)部有嚴(yán)格的檢測(cè)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(cuò)程序?qū)ζ溥M(jìn)行補(bǔ)料。如補(bǔ)料也無(wú)法達(dá)到要求，則一批物料將全部自動(dòng)進(jìn)入廢品倉(cāng)，導(dǎo)致原料的損失。因此用戶(hù)對(duì)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(hù)對(duì)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(shí)用戶(hù)特別強(qiáng)調(diào)避免通過(guò)物料的種類(lèi)、稱(chēng)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(jià)值較高，例如100Kg的CCN原料制成的成品價(jià)格可達(dá)數(shù)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(tǒng)要有較高的精度。

    三、SIWAREX FTA稱(chēng)重配料控制系統(tǒng)

    西門(mén)子的PLC在國(guó)內(nèi)用戶(hù)眾多，其運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性也受到用戶(hù)的一致認(rèn)可。考慮到稱(chēng)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?cè)诜Q(chēng)重配料系統(tǒng)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?cái)U(kuò)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(kuò)展模塊，可以直接集成在西門(mén)子S7-300PLC系統(tǒng)中，與PLC統(tǒng)一硬件和通信方式，稱(chēng)重精度高達(dá)0.05％，分度值達(dá)3×6000d。更換FTA稱(chēng)重模塊時(shí)，料斗秤無(wú)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(shí)間<1ms)，可應(yīng)用于大多數(shù)高精度稱(chēng)重控制應(yīng)用。如圖3：

圖3  SIWAREX FTA多秤集成硬件圖

    2. 稱(chēng)重配料系統(tǒng)的配置

    整個(gè)生產(chǎn)工藝共分為4套相對(duì)獨(dú)立的稱(chēng)重配料系統(tǒng)，介紹酸中性稱(chēng)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)共有40個(gè)稱(chēng)重料倉(cāng)， 使用7個(gè)SIWAREX FTA稱(chēng)重模塊集成到一臺(tái)S7-315-2DP CPU上，通過(guò)Profibus DP總線連接到上位機(jī)系統(tǒng)內(nèi)。

    現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)稱(chēng)重料倉(cāng)由三只稱(chēng)重傳感器支承，稱(chēng)重傳感器信號(hào)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)接線盒連接到FTA模塊上。上位機(jī)系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)將配方下載到稱(chēng)重模塊內(nèi)，稱(chēng)重模塊按照配方的預(yù)設(shè)值控制每個(gè)稱(chēng)重料倉(cāng)的加料和下料工序，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的運(yùn)行情況，提供豐富的報(bào)警和診斷信息，并形成歷史數(shù)據(jù)記錄供工廠運(yùn)行效率和事故分析。
 
    酸中性稱(chēng)量系統(tǒng)的硬件配置如圖4：

圖 4  稱(chēng)量系統(tǒng)的硬件配置

    3. 稱(chēng)重配料系統(tǒng)的特點(diǎn)

    稱(chēng)重系統(tǒng)以SIWAREX FTA稱(chēng)重模塊取代常規(guī)配料控制儀表，使得稱(chēng)重配料與控制系統(tǒng)完美的結(jié)合在一起，整個(gè)配料系統(tǒng)的運(yùn)行統(tǒng)一由PLC進(jìn)行控制。

    由于稱(chēng)重配料系統(tǒng)所配物料種類(lèi)較多，并且每個(gè)螺旋給料機(jī)有多級(jí)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(jí)振動(dòng)給料機(jī)及微量秤等，整個(gè)稱(chēng)重控制系統(tǒng)I/O約2000點(diǎn)。在系統(tǒng)自動(dòng)配料時(shí)，為控制料倉(cāng)壓力變化對(duì)配料精度產(chǎn)生的影響，配料系統(tǒng)與上面的料倉(cāng)自動(dòng)加料系統(tǒng)有相應(yīng)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(xiàn)這種較復(fù)雜的稱(chēng)重配料應(yīng)用。

    稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)的傳輸

    現(xiàn)場(chǎng)稱(chēng)重傳感器的信號(hào)直接進(jìn)入PLC系統(tǒng)，代替了普通稱(chēng)重儀表通過(guò)4-20mA信號(hào)送入PLC。避免了信號(hào)轉(zhuǎn)換帶來(lái)的誤差和傳輸?shù)臅r(shí)間延遲。稱(chēng)重控制的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性高，更新稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)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(tǒng)一的通信接口。19臺(tái)SIWAREX FTA稱(chēng)重模塊所獲得的現(xiàn)場(chǎng)稱(chēng)重料斗的重量信號(hào)通過(guò)PLC的背板總線直接送入S7-315 DP CPU存儲(chǔ)區(qū)。上位機(jī)與稱(chēng)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(chēng)重系統(tǒng)和控制系統(tǒng)在統(tǒng)一的軟硬件平臺(tái)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(shí)時(shí)性好。

    維護(hù)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(chǔ)區(qū)中直接讀取各種稱(chēng)重過(guò)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(gè)SIWAREX FTA模塊都可以互換。因?yàn)樗械脑O(shè)置和標(biāo)定參數(shù)都存在S7-300CPU中，所以更換FTA模塊，稱(chēng)重料斗無(wú)需重新標(biāo)定。CPU中所有FTA稱(chēng)重料倉(cāng)設(shè)置和標(biāo)定參數(shù)也可以備份在MMC卡或計(jì)算機(jī)中，用于系統(tǒng)故障時(shí)的數(shù)據(jù)快速恢復(fù)。

    對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試和標(biāo)定，西門(mén)子提供了基于Windows操作系統(tǒng)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(shí)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(xún)秤的各種運(yùn)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(hào)存儲(chǔ)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(zhuān)人管理。操作人員只需選擇配方的編號(hào)并確認(rèn)，稱(chēng)重配料系統(tǒng)自動(dòng)的按照配方和加料時(shí)序執(zhí)行配料生產(chǎn)流程。

    四、結(jié)束語(yǔ)

    該耐火材料工廠06年底投產(chǎn)至今，系統(tǒng)運(yùn)行良好。SIWAREX FTA稱(chēng)重配料系統(tǒng)稱(chēng)量精度優(yōu)于OIMLⅢ，稱(chēng)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(mǎn)足了用戶(hù)的生產(chǎn)要求。

    西門(mén)子稱(chēng)重?cái)U(kuò)展模塊在幾年的運(yùn)行時(shí)間經(jīng)受了考驗(yàn)，證明了SIWAREX FTA稱(chēng)重配料控制系統(tǒng)具有高精度及高可靠性，實(shí)現(xiàn)了稱(chēng)重和控制功能的完美結(jié)合。系統(tǒng)運(yùn)行的可靠、穩(wěn)定和維護(hù)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(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(chēng)重控制配料工藝。