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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的稱重系統，它被設計應用于鋼鐵工業中的焦化工藝中，實現全數字化的配煤控制系統。

關鍵詞：全集成自動化；稱重系統；焦化；配煤控制系統；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，然后送入焦爐進行高溫煉焦。配比的準確性以及配料系統的可靠性將直接影響焦碳產品的質量。因此，通過提高焦化配煤系統的可靠性、穩定性、準確性來提高焦碳的質量具有非常重要的社會效益和經濟效益。
焦化的配煤系統對焦炭的質量和焦爐生產操作具有重要意義，為了使煤料的配比更加準確，實現穩定可靠的自動配煤是可行的理想解決方案。
　　
2 自動配煤系統的組成和主要功能

    焦化自動配煤系統主要由稱重給料機、數據采集和控制系統、電氣控制系統和上位機計算機、軟件及網絡等構成。

     

                                  圖1   焦化自動配煤系統的結構組成

    稱重給料機將經過皮帶上的物料，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設備上的數字式測速傳感器，連續測量給料速度，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，產生并顯示累計量/瞬時流量。給料控制器將該流量與設定流量進行比較,由控制器輸出信號控制變頻器調速，實現定量給料的要求。

    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；而稱重給料機系統的結構特點和精度通常主要由皮帶秤的設計結構決定。

     

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

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

    焦化自動配煤系統的主要功能：

   （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）配比和總配料量優化計算、下達；
   （4）現場工藝流程的動態模擬畫面顯示、配比、柱形圖、歷史曲線圖等；
   （5）現場工藝、操作、過程參數的設置、改寫；
   （6）各種故障限、報警提示及登錄、自動換倉處理等；
   （7）系統配比精度評價；
   （8）數據庫、打印輸出功能。
    
3 西門子全集成稱重方案的設計

    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為基礎的控制器來實現，優點是配置靈活，與稱重給料機一一對應使用，一臺設備出現故障不影響其他設備工作，屬于分布式控制；缺點是能實現的功能受到限制，經常需要配其他控制系統才能實現較為復雜的控制功能。

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

    PLC型控制器是以PLC這種目前在工業生產中普遍采用的控制設備為硬件，通過軟件組態實現配料的功能。其優點是：組態方式靈活、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的應用；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，在有些單位還出現過系統整體失控的嚴重事故。西門子公司推出了和Siemens Simatic系統完全兼容的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）技術的皮帶秤系統

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

    西門子SIWAREX FTC動態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統一的設計平臺和通訊功能，具有強大的可編程、自診斷和遠程通訊功能。全集成稱重系統示意圖如圖3所示。

          

                               圖3   SIWAREX FTC全集成稱重系統的組成

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，并通過應變電阻被檢測到。應變電阻由SIWAREX FTC動態稱重電子模塊提供激勵電壓，產生正比于皮帶負載的電信號，送給SIWAREX FTC動態稱重電子模塊。

    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的配置

    西門子自動配煤稱重控制系統儀表由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）稱重應用，適用于中等程序處理量的應用，對二進制和浮點數運算具有較高的處理能力。用于稱重數據的處理、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。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 （用于連續稱重，皮帶秤可編程技術）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的系統的各種特點，諸如集成通信、 診斷和配置工具。可通過指令設置皮帶的運行和顯示所需要的數據。

    當新的創新出現時，現有的SIWAREX FTC動態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動態稱重電子模塊都是最佳解決方案。它可以實現的典型應用有：

   （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皮帶秤技術特性一覽：

   （1）用SIMATIC統一配置；
   （2）可直接在SIMATIC可編程控制系統中使用,全數字化通訊；
   （3）通過ET 200M連接PROFIBUS DP,用于分布式設備方案；
   （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標定；
   （7）SIMATIC標準操作面板顯示；
   （8）可參數化的輸入和輸出，自帶7個DI和8個DO功能；
   （9）統一設計，通過集成在SIMATIC S7和SIMATIC PCS 7而實現全集成式通信，靈活適應不同要求；
   （10）用SIWATOOL FTC程序簡單校準配料；
   （11）更換模塊無需重新校準配料，獨特的免校稱技術，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個數據段的數據記錄；
   （14）可用于爆炸應用場合，模塊本身具有防爆2區ATEX 95認證，通過SIWAREX IS安全柵可應用于防爆1區場合。

5 全集成稱重系統的特點和優點

    這種基于TIA的設計，繼承了西門子全集成控制系統的設計理念所提倡主要特點和優點；尤其是在用于實現數據量較大的集中控制系統時，更能體現出它的優點來。

5.1 主要特點

   （1）協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據事件記錄用印時戳記錄過程和稱重狀態。這是工廠概念化和優化的重要工具，也可用于分析不尋常事件。最大存儲量達8M，保證數據永不丟失；
   （2） 診斷緩沖器用于文本中的最后100條信息；
   （3）參數監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。真正意義上的預維護功能，防患于未然；
   （4）皮帶仿真，不需要額外的設備。

5.2 主要優點

   （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，也可以預維護；
   （3） 結合SIMATIC系統可以實現更多功能；
   （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

   高質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、長期的穩定性、卓越的可擴充性能及最優的生產力。換而言之，最大的生產速率配合高可靠性。能力和具競爭力的技術要求同時顯現在自動化工程及稱重系統中。西門子近十年在這兩個領域中是全球的領先者。實用的工程知識在SIWAREX FTC的發展中得到系統應用，這使其成為用于皮帶秤的一種多功能靈活的稱重模塊。可使焦化生產工藝中煤料的配比精度更高，使自動配煤系統更加穩定可靠。
　　
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