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摘要：本文介紹了一種基于西門子全集成自動化技術(shù)的稱重系統(tǒng)，它被設(shè)計應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)中的焦化工藝中，實現(xiàn)全數(shù)字化的配煤控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：全集成自動化；稱重系統(tǒng)；焦化；配煤控制系統(tǒng)；電子積算儀
　　
Abstract：The paper introduces that one kind of weighing system based on Siemens TIA (Totally Integrated Automation) technology , it is designed to used in coking process of steel plant to realize the totally digitized coal blending control system.

Key words: TIA (Totally Integrated Automation)；Weighing System；Coking；Coal Blending；Control System；Electronics Integrator
　　
　　
1 引言

    在焦碳生產(chǎn)工藝過程中，需要將氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤四種煤按一定比例配成混合煤，然后送入焦?fàn)t進行高溫?zé)捊埂Ｅ浔鹊臏?zhǔn)確性以及配料系統(tǒng)的可靠性將直接影響焦碳產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，通過提高焦化配煤系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性來提高焦碳的質(zhì)量具有非常重要的社會效益和經(jīng)濟效益。
焦化的配煤系統(tǒng)對焦炭的質(zhì)量和焦?fàn)t生產(chǎn)操作具有重要意義，為了使煤料的配比更加準(zhǔn)確，實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的自動配煤是可行的理想解決方案。
　　
2 自動配煤系統(tǒng)的組成和主要功能

    焦化自動配煤系統(tǒng)主要由稱重給料機、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和上位機計算機、軟件及網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成。

     

                                  圖1   焦化自動配煤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

    稱重給料機將經(jīng)過皮帶上的物料，通過稱重秤架下的稱重傳感器進行檢測重量，以確定皮帶上的物料重量；裝在尾部滾筒或旋轉(zhuǎn)設(shè)備上的數(shù)字式測速傳感器，連續(xù)測量給料速度，該速度傳感器的脈沖輸出正比于皮帶速度；速度信號與重量信號一起送入皮帶給料機控制器，產(chǎn)生并顯示累計量/瞬時流量。給料控制器將該流量與設(shè)定流量進行比較,由控制器輸出信號控制變頻器調(diào)速，實現(xiàn)定量給料的要求。

    稱重給料機的核心部分是皮帶秤（如圖2）。皮帶秤的主要組成由秤架、積算儀和速度傳感器組成；而稱重給料機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點和精度通常主要由皮帶秤的設(shè)計結(jié)構(gòu)決定。

     

                            圖2   皮帶秤是稱重給料機的核心部分

    焦化自動配煤系統(tǒng)中一般要求配料秤具有0.5%的精度；系統(tǒng)控制精度達到1%。

    焦化自動配煤系統(tǒng)的主要功能：

   （1）實時地檢測各秤的流量、累計量；
   （2）可靠地控制各秤按給定值恒流量運行；
   （3）配比和總配料量優(yōu)化計算、下達；
   （4）現(xiàn)場工藝流程的動態(tài)模擬畫面顯示、配比、柱形圖、歷史曲線圖等；
   （5）現(xiàn)場工藝、操作、過程參數(shù)的設(shè)置、改寫；
   （6）各種故障限、報警提示及登錄、自動換倉處理等；
   （7）系統(tǒng)配比精度評價；
   （8）數(shù)據(jù)庫、打印輸出功能。
    
3 西門子全集成稱重方案的設(shè)計

    一般地講，配料所用的稱重給料機的控制器分為三種模式：單機控制器、機組控制器和PLC型控制器。

    單機控制器一般采用和皮帶秤配套的帶控制功能的積算儀或采用以單片機技術(shù)為基礎(chǔ)的控制器來實現(xiàn)，優(yōu)點是配置靈活，與稱重給料機一一對應(yīng)使用，一臺設(shè)備出現(xiàn)故障不影響其他設(shè)備工作，屬于分布式控制；缺點是能實現(xiàn)的功能受到限制，經(jīng)常需要配其他控制系統(tǒng)才能實現(xiàn)較為復(fù)雜的控制功能。

    機組控制器是以PC總線工控機為基礎(chǔ)，優(yōu)點是功能強大，操作直觀方便，屬于集中控制；缺點是系統(tǒng)可靠性不高，目前采用這種方式的廠家并不是很多。

    PLC型控制器是以PLC這種目前在工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的控制設(shè)備為硬件，通過軟件組態(tài)實現(xiàn)配料的功能。其優(yōu)點是：組態(tài)方式靈活、通訊方式多樣、性價比很高，特別適合多臺稱重給料機共同組成較大型的配料系統(tǒng)的應(yīng)用；缺點是：目前很多公司采用PLC的I/O輸入功能直接接受來自稱重傳感器的模擬量信號，不僅精度差，而且抗干擾能力非常弱，在有些單位還出現(xiàn)過系統(tǒng)整體失控的嚴(yán)重事故。西門子公司推出了和Siemens Simatic系統(tǒng)完全兼容的Siwarex FTC的解決方案，就可以很好彌補這種方案的不足。

3.1 基于TIA（全集成自動化）技術(shù)的皮帶秤系統(tǒng)

    基于西門子SIWAREX FTC全集成電子積算儀的稱重系統(tǒng)主要由帶秤橋支架的稱重傳感器、皮帶速度傳感器、SIWAREX FTC動態(tài)稱重電子模塊三部分組成。

    西門子SIWAREX FTC動態(tài)稱重電子模塊可直接集成于S7-300PLC中，也可通過ET200M遠程I/O方式集成于S7-400PLC/PCS 7中，是一款具有高精度、高速稱重功能的PLC擴展模塊，具有與SIMATIC S7/PCS7統(tǒng)一的設(shè)計平臺和通訊功能，具有強大的可編程、自診斷和遠程通訊功能。全集成稱重系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

          

                               圖3   SIWAREX FTC全集成稱重系統(tǒng)的組成

3.2 皮帶秤工作原理

    西門子皮帶秤采用特有的直承式原理，只測量作用在皮帶上力的垂直分量。當(dāng)物料隨傳送帶移動通過皮帶秤時，它通過托輥向稱重傳感器施加一個正比于物料重量的力，它的合力作用在每個稱重傳感器上，并通過應(yīng)變電阻被檢測到。應(yīng)變電阻由SIWAREX FTC動態(tài)稱重電子模塊提供激勵電壓，產(chǎn)生正比于皮帶負(fù)載的電信號，送給SIWAREX FTC動態(tài)稱重電子模塊。

    稱重傳感器的垂直位移受皮帶秤或稱重傳感器含有的正向過載急停的限制，這種急停可以對稱重傳感器提供過載保護。

4 自動配煤稱重控制系統(tǒng)的配置

    西門子自動配煤稱重控制系統(tǒng)儀表由PS307電源模塊、S7-300CPU（或ET200M遠程I/O）、SIWAREX FTC稱重電子積算儀模塊組成。

4.1 PS307電源模塊

    用于為S7-300CPU（或ET200M遠程I/O）和SIWAREX FTC電子積算儀模塊提供24VDC工作電源。

4.2 S7-300 CPU

    全集成自動化（TIA）稱重應(yīng)用，適用于中等程序處理量的應(yīng)用，對二進制和浮點數(shù)運算具有較高的處理能力。用于稱重數(shù)據(jù)的處理、儲存和遠程通訊。每個中央CPU可最多擴展8個SIWAREX FTC稱重電子積算儀，就是8臺給料機可以快速集成于S7-300CPU內(nèi)。通過ET200M遠程I/O方式集成，每個ET200M站可最多擴展7個SIWAREX FTC稱重電子積算儀。

4.3 SIWAREX FTC稱重電子積算儀

    SIWAREX FTC （用于連續(xù)稱重，皮帶秤可編程技術(shù)）是用于皮帶秤、失重秤的一種多功能靈活的電子稱重模塊。它還可以用來記錄皮帶輸送物料的累積量、瞬時流量、載荷和皮帶速度。SIWAREX FTC 功能模塊集成在SIMATIC S7/PCS7 中，并具有該自動化系統(tǒng)的系統(tǒng)的各種特點，諸如集成通信、 診斷和配置工具。可通過指令設(shè)置皮帶的運行和顯示所需要的數(shù)據(jù)。

    當(dāng)新的創(chuàng)新出現(xiàn)時，現(xiàn)有的SIWAREX FTC動態(tài)稱重電子模塊可隨時升級。免費的升級很簡便，只需下載新的固件，節(jié)省了時間和費用，并保護您的儀表收益。

    無論何時對皮帶秤提出高要求，SIWAREX FTC動態(tài)稱重電子模塊都是最佳解決方案。它可以實現(xiàn)的典型應(yīng)用有：

   （1） 記錄皮帶占有情況
   （2） 記錄流速和流量
   （3） 記錄皮帶累計輸送量
   （4） 裝料和給料控制

    SIWAREX FTC具有強大的自診斷功能，操作人員也可方便的通過診斷緩沖器里的運行時序記錄來分析和測試整個稱重過程。

    SIWAREX FTC皮帶秤技術(shù)特性一覽：

   （1）用SIMATIC統(tǒng)一配置；
   （2）可直接在SIMATIC可編程控制系統(tǒng)中使用,全數(shù)字化通訊；
   （3）通過ET 200M連接PROFIBUS DP,用于分布式設(shè)備方案；
   （4）可測量重量或力，具有1600萬間隔的高分辨率；
   （5）高精度3*6000d；
   （6）可按照OIML R-76標(biāo)定；
   （7）SIMATIC標(biāo)準(zhǔn)操作面板顯示；
   （8）可參數(shù)化的輸入和輸出，自帶7個DI和8個DO功能；
   （9）統(tǒng)一設(shè)計，通過集成在SIMATIC S7和SIMATIC PCS 7而實現(xiàn)全集成式通信，靈活適應(yīng)不同要求；
   （10）用SIWATOOL FTC程序簡單校準(zhǔn)配料；
   （11）更換模塊無需重新校準(zhǔn)配料，獨特的免校稱技術(shù)，防止工廠停工；
   （12）記錄稱重順序；
   （13）8個累計存儲器，可存儲8個數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)記錄；
   （14）可用于爆炸應(yīng)用場合，模塊本身具有防爆2區(qū)ATEX 95認(rèn)證，通過SIWAREX IS安全柵可應(yīng)用于防爆1區(qū)場合。

5 全集成稱重系統(tǒng)的特點和優(yōu)點

    這種基于TIA的設(shè)計，繼承了西門子全集成控制系統(tǒng)的設(shè)計理念所提倡主要特點和優(yōu)點；尤其是在用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)量較大的集中控制系統(tǒng)時，更能體現(xiàn)出它的優(yōu)點來。

5.1 主要特點

   （1）協(xié)議存儲于可選擇的微存儲卡中。可隨時、快速并安全的得到數(shù)據(jù)事件記錄用印時戳記錄過程和稱重狀態(tài)。這是工廠概念化和優(yōu)化的重要工具，也可用于分析不尋常事件。最大存儲量達8M，保證數(shù)據(jù)永不丟失；
   （2） 診斷緩沖器用于文本中的最后100條信息；
   （3）參數(shù)監(jiān)測稱重傳感器和電纜的特征值，診斷可用于防止麻煩的、廣泛的及昂貴的工廠停工期。真正意義上的預(yù)維護功能，防患于未然；
   （4）皮帶仿真，不需要額外的設(shè)備。

5.2 主要優(yōu)點

   （1） 唯一的固體流量皮帶秤完全集成于PLC，并完全由PLC控制 ；
   （2） 強大的診斷功能，也可以預(yù)維護；
   （3） 結(jié)合SIMATIC系統(tǒng)可以實現(xiàn)更多功能；
   （4） 對于升級改造非常具有競爭性；
   （5）西門子 Milltronics機械部分和SIWAREX電子部分是完美的解決方案。

6 總結(jié)

   高質(zhì)量高可靠性及具有競爭力的價格比是市場成功的秘訣。在稱重中就意味著高度的精確、長期的穩(wěn)定性、卓越的可擴充性能及最優(yōu)的生產(chǎn)力。換而言之，最大的生產(chǎn)速率配合高可靠性。能力和具競爭力的技術(shù)要求同時顯現(xiàn)在自動化工程及稱重系統(tǒng)中。西門子近十年在這兩個領(lǐng)域中是全球的領(lǐng)先者。實用的工程知識在SIWAREX FTC的發(fā)展中得到系統(tǒng)應(yīng)用，這使其成為用于皮帶秤的一種多功能靈活的稱重模塊。可使焦化生產(chǎn)工藝中煤料的配比精度更高，使自動配煤系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。
　　
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