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

關鍵字：電子稱重模塊; 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自動稱重和控制功能。稱重儀表和PLC控制系統之間需要傳輸大量的實時數據和控制聯鎖，通訊和控制回路接線較復雜，稱重配料的控制信號易產生滯后，稱重配料系統維護量較大。

    上位機生產管理系統通常采用VB或VC等語言編程開發，編程較復雜。生產廠家對配料工藝和需求的改變，也增加了系統開發和維護成本。

    二、耐火材料稱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，該工廠所生產的耐火材料產品主要用于外銷，部分產品供國內使用。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。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

    用戶配方數量相對所配物料種類更多，達到數百種。同時生產工藝中的質量控制環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了配料合格允許的百分比，則啟動容錯程序對其進行補料。如補料也無法達到要求，則一批物料將全部自動進入廢品倉，導致原料的損失。因此用戶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，用戶對生產工藝環節中配方的高度保密性提出了極為嚴格的要求。在前期技術交流時用戶特別強調避免通過物料的種類、稱重儀表的重量數據、配比等側面了解配方的組成。

    一些進口原料價值較高，例如100Kg的CCN原料制成的成品價格可達數萬元人民幣。為提高生產效率，降低生產成本，要求稱重控制系統要有較高的精度。

    三、SIWAREX FTA稱重配料控制系統

    西門子的PLC在國內用戶眾多，其運行的可靠性和穩定性也受到用戶的一致認可。考慮到稱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，我們在稱重配料系統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展模塊，可以直接集成在西門子S7-300PLC系統中，與PLC統一硬件和通信方式，稱重精度高達0.05％，分度值達3×6000d。更換FTA稱重模塊時，料斗秤無需重新標定。具有精確快速的加料/下料控制數字量輸出(反應時間<1ms)，可應用于大多數高精度稱重控制應用。如圖3：

圖3  SIWAREX FTA多秤集成硬件圖

    2. 稱重配料系統的配置

    整個生產工藝共分為4套相對獨立的稱重配料系統，介紹酸中性稱量系統，該系統共有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總線連接到上位機系統內。

    現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場接線盒連接到FTA模塊上。上位機系統通過以太網將配方下載到稱重模塊內，稱重模塊按照配方的預設值控制每個稱重料倉的加料和下料工序，并實時監測現場各設備的運行情況，提供豐富的報警和診斷信息，并形成歷史數據記錄供工廠運行效率和事故分析。
 
    酸中性稱量系統的硬件配置如圖4：

圖 4  稱量系統的硬件配置

    3. 稱重配料系統的特點

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

    由于稱重配料系統所配物料種類較多，并且每個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閥，部份下料裝置采用多級振動給料機及微量秤等，整個稱重控制系統I/O約2000點。在系統自動配料時，為控制料倉壓力變化對配料精度產生的影響，配料系統與上面的料倉自動加料系統有相應的聯鎖控制關系。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個開關量I/O點和一路4－20mA模擬量輸出功能，可以輕松的實現這種較復雜的稱重配料應用。

    稱重數據的傳輸

    現場稱重傳感器的信號直接進入PLC系統，代替了普通稱重儀表通過4-20mA信號送入PLC。避免了信號轉換帶來的誤差和傳輸的時間延遲。稱重控制的數據實時性高，更新稱重數據的速度更快，且控制精度更高。

    通訊能力

    SIWAREX FTA 與西門子SIMATIC具有統一的通信接口。19臺SIWAREX FTA稱重模塊所獲得的現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。上位機與稱重模塊可以方便的以總線通訊方式進行數據交換。由于稱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，實時性好。

    維護方便

    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存儲區中直接讀取各種稱重過程值，很方便的根據工藝聯鎖的要求進行編程和設置。

    每個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，稱重料斗無需重新標定。CPU中所有FTA稱重料倉設置和標定參數也可以備份在MMC卡或計算機中，用于系統故障時的數據快速恢復。

    對于現場的調試和標定，西門子提供了基于Windows操作系統的SIWATOOL FTA專用程序。使得技術人員無需了解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秤的各種運行狀態及參數，如圖5： 

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

    所有生產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人管理。操作人員只需選擇配方的編號并確認，稱重配料系統自動的按照配方和加料時序執行配料生產流程。

    四、結束語

    該耐火材料工廠06年底投產至今，系統運行良好。SIWAREX FTA稱重配料系統稱量精度優于OIMLⅢ，稱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‰，完全滿足了用戶的生產要求。

    西門子稱重擴展模塊在幾年的運行時間經受了考驗，證明了SIWAREX FTA稱重配料控制系統具有高精度及高可靠性，實現了稱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決定使用SIWAREX FTA稱重模塊最直接的原因。

    SIWAREX FTA稱重配料系統不僅應用于耐火材料配料生產，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、玻璃等行業的高精度稱重控制配料工藝。