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(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雜，稱重配料的控制信號易產生滯后，稱重配料系統(tǒng)維護量較大。
　　上位機生產管理系統(tǒng)通常采用VB或VC等語言編程開發(fā)，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(tǒng)開發(fā)和維護成本。
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(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)結構如圖1：

圖1 不定型配料系統(tǒng)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(tǒng)結構如圖2：

圖2 CCN配料系統(tǒng)結構
　　用戶配方數(shù)量相對所配物料種類更多，達到數(shù)百種。同時生產工藝中的質量控制環(huán)節(jié)對耐火配料系統(tǒng)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(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，用戶對生產工藝環(huán)節(jié)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(shù)據(jù)、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(shù)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(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可。考慮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(tǒng)中，與PLC統(tǒng)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(shù)字量輸出（反應時間<1ms），可應用于大多數(shù)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(tǒng)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(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總線連接到上位機系統(tǒng)內。
　　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。上位機系統(tǒng)通過以太網(wǎng)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(jiān)測現(xiàn)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(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)完美的結合在一起，整個配料系統(tǒng)的運行統(tǒng)一由PLC進行控制。
　　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(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)有相應的聯(lián)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(xiàn)這種較復雜的稱重配料應用。
　　稱重數(shù)據(jù)的傳輸
　　現(xiàn)場稱重傳感器的信號直接進入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)。上位機與稱重模塊可以方便的以總線通訊方式進行數(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(shù)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(shù)也可以備份在MMC卡或計算機中，用于系統(tǒng)故障時的數(shù)據(jù)快速恢復。
　　對于現(xiàn)場的調試和標定，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(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(tǒng)自動的按照配方和加料時序執(zhí)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(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(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合。系統(tǒng)運行的可靠、穩(wěn)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(tǒng)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(yè)的高精度稱重控制配料工藝。