西門子全集成稱重系統(tǒng)解決方案在焦化配煤系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

　　一、引言

　　在焦碳生產(chǎn)工藝過(guò)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(jìn)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(guò)提高焦化配煤系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性來(lái)提高焦碳的質(zhì)量具有非常重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

　　焦化的配煤系統(tǒng)對(duì)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的自動(dòng)配煤是可行的理想解決方案。

　　二、自動(dòng)配煤系統(tǒng)的組成和主要功能

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

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

　　稱重給料機(jī)將經(jīng)過(guò)皮帶上的物料，通過(guò)稱重秤架下的稱重傳感器進(jìn)行檢測(cè)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(cè)速傳感器，連續(xù)測(cè)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(hào)與重量信號(hào)一起送入皮帶給料機(jī)控制器，產(chǎn)生并顯示累計(jì)量/瞬時(shí)流量。給料控制器將該流量與設(shè)定流量進(jìn)行比較,由控制器輸出信號(hào)控制變頻器調(diào)速，實(shí)現(xiàn)定量給料的要求。

　　稱重給料機(jī)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(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和精度通常主要由皮帶秤的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)決定。

　　焦化自動(dòng)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(dá)到1%。

圖2：皮帶秤是稱重給料機(jī)的核心部分

　　焦化自動(dòng)配煤系統(tǒng)的主要功能：

　　（1）實(shí)時(shí)地檢測(cè)各秤的流量、累計(jì)量；
　　（2）可靠地控制各秤按給定值恒流量運(yùn)行；
　　（3）配比和總配料量?jī)?yōu)化計(jì)算、下達(dá)；
　　（4）現(xiàn)場(chǎng)工藝流程的動(dòng)態(tài)模擬畫面顯示、配比、柱形圖、歷史曲線圖等；
　　（5）現(xiàn)場(chǎng)工藝、操作、過(guò)程參數(shù)的設(shè)置、改寫；
　　（6）各種故障限、報(bào)警提示及登錄、自動(dòng)換倉(cāng)處理等；
　　（7）系統(tǒng)配比精度評(píng)價(jià)；
　　（8）數(shù)據(jù)庫(kù)、打印輸出功能。

　　三、西門子全集成稱重方案的設(shè)計(jì)

　　一般地講，配料所用的稱重給料機(jī)的控制器分為三種模式：?jiǎn)螜C(jī)控制器、機(jī)組控制器和PLC型控制器。

　　單機(jī)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(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，優(yōu)點(diǎn)是配置靈活，與稱重給料機(jī)一一對(duì)應(yīng)使用，一臺(tái)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(diǎn)是能實(shí)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(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的控制功能。

　　機(jī)組控制器是以PC總線工控機(jī)為基礎(chǔ)，優(yōu)點(diǎn)是功能強(qiáng)大，操作直觀方便，屬于集中控制；缺點(diǎn)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(guò)軟件組態(tài)實(shí)現(xiàn)配料的功能。其優(yōu)點(diǎn)是：組態(tài)方式靈活、通訊方式多樣、性價(jià)比很高，特別適合多臺(tái)稱重給料機(jī)共同組成較大型的配料系統(tǒng)的應(yīng)用；缺點(diǎn)是：目前很多公司采用PLC的I/O輸入功能直接接受來(lái)自稱重傳感器的模擬量信號(hào)，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(guò)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(bǔ)這種方案的不足。

　　3.1、基于TIA（全集成自動(dòng)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(dòng)態(tài)稱重電子模塊三部分組成。

　　西門子SIWAREX FTC動(dòng)態(tài)稱重電子模塊可直接集成于S7-300PLC中，也可通過(guò)ET200M遠(yuǎn)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(kuò)展模塊，具有與SIMATIC S7/PCS7統(tǒng)一的設(shè)計(jì)平臺(tái)和通訊功能，具有強(qiáng)大的可編程、自診斷和遠(yuǎn)程通訊功能。全集成稱重系統(tǒng)示意圖如圖3：

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(cè)量作用在皮帶上力的垂直分量。當(dāng)物料隨傳送帶移動(dòng)通過(guò)皮帶秤時(shí)，它通過(guò)托輥向稱重傳感器施加一個(gè)正比于物料重量的力，它的合力作用在每個(gè)稱重傳感器上，并通過(guò)應(yīng)變電阻被檢測(cè)到。應(yīng)變電阻由SIWAREX FTC動(dòng)態(tài)稱重電子模塊提供激勵(lì)電壓，產(chǎn)生正比于皮帶負(fù)載的電信號(hào)，送給SIWAREX FTC動(dòng)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(guò)載急停的限制，這種急停可以對(duì)稱重傳感器提供過(guò)載保護(hù)。

　　四、 自動(dòng)配煤稱重控制系統(tǒng)的配置

　　西門子自動(dòng)配煤稱重控制系統(tǒng)儀表由PS307電源模塊、S7-300CPU（或ET200M遠(yuǎn)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(yuǎn)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(dòng)化（TIA）稱重應(yīng)用，適用于中等程序處理量的應(yīng)用，對(duì)二進(jìn)制和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算具有較高的處理能力。用于稱重?cái)?shù)據(jù)的處理、儲(chǔ)存和遠(yuǎn)程通訊。每個(gè)中央CPU可最多擴(kuò)展8個(gè)SIWAREX FTC稱重電子積算儀，就是8臺(tái)給料機(jī)可以快速集成于S7-300CPU內(nèi)。通過(guò)ET200M遠(yuǎn)程I/O方式集成，每個(gè)ET200M站可最多擴(kuò)展7個(gè)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(lái)記錄皮帶輸送物料的累積量、瞬時(shí)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(dòng)化系統(tǒng)的系統(tǒng)的各種特點(diǎn)，諸如集成通信、 診斷和配置工具。可通過(guò)指令設(shè)置皮帶的運(yùn)行和顯示所需要的數(shù)據(jù)。

　　當(dāng)新的創(chuàng)新出現(xiàn)時(shí)，現(xiàn)有的SIWAREX FTC動(dòng)態(tài)稱重電子模塊可隨時(shí)升級(jí)！免費(fèi)的升級(jí)很簡(jiǎn)便，只需下載新的固件，節(jié)省了時(shí)間和費(fèi)用，并保護(hù)您的儀表收益。

　　無(wú)論何時(shí)對(duì)皮帶秤提出高要求，SIWAREX FTC動(dòng)態(tài)稱重電子模塊都是最佳解決方案。它可以實(shí)現(xiàn)的典型應(yīng)用：

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

　　SIWAREX FTC具有強(qiáng)大的自診斷功能，操作人員也可方便的通過(guò)診斷緩沖器里的運(yùn)行時(shí)序記錄來(lái)分析和測(cè)試整個(gè)稱重過(guò)程。

　　SIWAREX FTC皮帶秤技術(shù)特性一覽

　　 用SIMATIC統(tǒng)一配置
　　 可直接在SIMATIC可編程控制系統(tǒng)中使用,全數(shù)字化通訊
　　 通過(guò)ET 200M連接PROFIBUS DP,用于分布式設(shè)備方案
　　 可測(cè)量重量或力，具有1600萬(wàn)間隔的高分辨率
　　 高精度3*6000d
　　 可按照OIML R-76標(biāo)定
　　 SIMATIC標(biāo)準(zhǔn)操作面板顯示
　　 可參數(shù)化的輸入和輸出，自帶7個(gè)DI和8個(gè)DO功能
　　 統(tǒng)一設(shè)計(jì)，通過(guò)集成在SIMATIC S7和SIMATIC PCS 7而實(shí)現(xiàn)全集成式通信，靈活適應(yīng)不同要求
　　 用SIWATOOL FTC程序簡(jiǎn)單校準(zhǔn)配料
　　 更換模塊無(wú)需重新校準(zhǔn)配料，獨(dú)特的免校稱技術(shù)，防止工廠停工
　　 記錄稱重順序
　　 8個(gè)累計(jì)存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)8個(gè)數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)記錄
　　 可用于爆炸應(yīng)用場(chǎng)合，模塊本身具有防爆2區(qū)ATEX 95認(rèn)證，通過(guò)SIWAREX IS安全柵可應(yīng)用于防爆1區(qū)場(chǎng)合

　　五、全集成稱重系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

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

　　5.1、主要特點(diǎn)：

　　協(xié)議存儲(chǔ)于可選擇的微存儲(chǔ)卡中。可隨時(shí)、快速并安全的得到數(shù)據(jù)事件記錄用印時(shí)戳記錄過(guò)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(chǔ)量達(dá)8M，保證數(shù)據(jù)永不丟失。

　　診斷緩沖器用于文本中的最后100條信息
　　參數(shù)監(jiān)測(cè)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(hù)功能，防患于未然。
　　皮帶仿真，不需要額外的設(shè)備。

　　5.2、主要優(yōu)點(diǎn)：

　　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(qiáng)大的診斷功能, 也可以預(yù)維護(hù)
　　3） 結(jié)合SIMATIC系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更多功能
　　4） 對(duì)于升級(jí)改造非常具有競(jìng)爭(zhēng)性
　　5）西門子 Milltronics機(jī)械部分和SIWAREX電子部分是完美的解決方案

　　六、總結(jié)

　　高質(zhì)量高可靠性和具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格比是市場(chǎng)成功的秘訣。在稱重中就意味著高度的精確、長(zhǎng)期的穩(wěn)定性、卓越的可擴(kuò)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(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)要求同時(shí)顯現(xiàn)在自動(dòng)化工程及稱重系統(tǒng)中。西門子近十年在這兩個(gè)領(lǐng)域中在全球是領(lǐng)先者。這實(shí)用的工程知識(shí)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(dòng)配煤系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1, 王力,杜麗梅．微機(jī)自動(dòng)配煤技術(shù)在焦化廠的應(yīng)用．衡器．2000.7
　　2, 葉慶泰．冶金行業(yè)皮帶秤的應(yīng)用．綜述論壇．2004.6
　　3, 申穎,申琍．合鋼焦化廠電子皮帶秤自動(dòng)配料系統(tǒng)．冶金自動(dòng)化．2001.No.6
　　4、方原柏．電子皮帶秤．北京：冶金工業(yè)出版社．2007,8
　　4、潘煉,潘煒,金丕琳．焦化配煤PLC控制系統(tǒng)．冶金自動(dòng)化．2004,No.2