SIWAREX FTA電子稱重模塊在全自動配料控制中的應(yīng)用

分類：技術(shù)教程日期：2009-08-24 08:41:02 來源：廠商

1、引言

稱重與配料是各行業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量的前提，而配料儀表又是配料系統(tǒng)中最基本的裝備，它已成為企業(yè)工藝生產(chǎn)裝備中的關(guān)鍵。如何用性價比更高的配料儀表來實現(xiàn)全自動配料系統(tǒng)的核心功能，這是自動配料工程技術(shù)中的關(guān)鍵問題。本文將就宜賓五糧液集團兩臺玻璃熔爐的配料系統(tǒng)工程來介紹如何用西門子SIWAREX FTA電子稱重模塊來實現(xiàn)多配方、多物料配料的全自動控制。

2、系統(tǒng)的組成及工藝生產(chǎn)對系統(tǒng)的要求

① 配料系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及工藝流程

對宜賓五糧液集團兩臺玻璃熔爐的配料系統(tǒng)工程，其配料系統(tǒng)的流程如下：

玻璃配料系統(tǒng)流程圖

圖2.1 玻璃配料系統(tǒng)流程圖

如圖2.1，每臺控制模塊對應(yīng)一臺稱斗的一組傳感器，實現(xiàn)一個稱量單元。綜合考慮結(jié)構(gòu)、料性、配料速度等諸多因素，每個稱量單元對應(yīng)1~4個料倉，即：每個單元稱量1~4種物料。共計15~20種物料（如：石英砂、純堿、方解石、砒霜等），這也就對配料系統(tǒng)提出了“多物料”自動配料的要求。

另外，為了提高生產(chǎn)運行效率、降低生產(chǎn)成本，甲方要求此系統(tǒng)必須適應(yīng)雙線不同配方的隨時切換。這又給系統(tǒng)提出了“多配方”的自動配料要求，自動配料系統(tǒng)控制柜見圖2.2。

控制室內(nèi)的配料系統(tǒng)控制柜

圖2.2 控制室內(nèi)的配料系統(tǒng)控制柜

我們把2、3、4號秤（稱重單元）作為系統(tǒng)的公用部分，1、6號稱屬于一號線配方，5、7號線屬于二號線配方。同時利用正反向收集皮帶來輸送2、3、4號秤中的粉料到一線或二線混料機。粉料經(jīng)強制混合與玻渣一同送至窯頭料倉。

②配料工藝的控制時序

該系統(tǒng)要滿足兩臺日出料量80噸/日的玻璃窯爐的配料要求，也就是說每副料的稱量、混合周期應(yīng)保證在5~8分鐘以內(nèi)。其動態(tài)精度要保證在0.05%以上，混料均勻程度≥98%。配料精度和速度往往存在一定的制約，但是通過我們對配料周期內(nèi)各段的統(tǒng)籌控制，便完全可以實現(xiàn)這一工藝要求。

配料工藝控制時序

圖2.3 配料工藝控制時序

如圖2.3所示，稱料與混料控制相互獨立，時序上兩次稱量的過程可以連續(xù)進行。另外在稱量過程中粗調(diào)與精調(diào)的轉(zhuǎn)換、懸浮料修正系數(shù)的合理設(shè)定也是提高配料速度與精度的重要因素。

3、西門子SIWAREX FTA電子稱重模塊介紹

SIWAREX FTA是一種多用途的、靈活的電子稱重模塊（實物見圖3.1）。是標(biāo)準(zhǔn)的西門子SIMATIC功能模板，是SIMATIC系統(tǒng)集成的一部分。自動稱重通過一個預(yù)先定義的稱重工序來實現(xiàn)，SIWAREX FTA的秤的功能包括：非自動衡器（符合OIML R-76的非自動衡器），用于自動裝料衡器（符合OIML R-61的自動裝料衡器），用于自動分檢衡器（符合OIML R-51的自動分檢衡器），以及用于非連續(xù)累計自動衡器（符合OIML R-107的非連續(xù)累計自動衡器）。應(yīng)用于稱重領(lǐng)域它主要有以下優(yōu)點：

l）通過ET 200M連接到PROFIBUS DP上，可以應(yīng)用于分散系統(tǒng)概念中；

2）分辨率高達1600萬分之一的重量測量或能力；

3）精度高達3 x 6000d，可以校準(zhǔn)（0.5 μV 每個 e）；

4）可校準(zhǔn)顯示器，具有SIMATIC HMI標(biāo)準(zhǔn)操作員面板；

5）測量速率：內(nèi)部2.5毫秒，外部10毫秒；以保證高精度定量給料控制

6）準(zhǔn)確的劑量切換信號（< 1毫秒）；

7）若干個劑量分配速度；

8）平滑或分步控制的劑量控制；

9）可以通過參數(shù)定義的輸入和輸出；

10）用于不同應(yīng)用程序的自動稱重操作參數(shù)設(shè)置；

FTA

可見SIWAREX FTA稱重模塊是單物料、單配方稱重控制的最佳選擇。但是又因為它具有如下優(yōu)勢，這使它應(yīng)用于多物料、多配方的復(fù)雜配料控制系統(tǒng)變得容易。

1）通過集成在SIMATIC S7和SIMATIC PCS7中而獲得的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)和通用通信；

2）利用SIMATIC的統(tǒng)一項目規(guī)劃；

3）在SIMATIC自動化系統(tǒng)中的直接應(yīng)用；

4、控制方案與具體方法

①配料控制系統(tǒng)方案示意

針對系統(tǒng)要求，綜合考慮可靠性、先進性、系統(tǒng)成本以及通訊能力要求，配料控制系統(tǒng)采用西門子S7-300 PLC作為主要邏輯控制器，上位機為一臺DELL PC和一臺10英寸西門子TP270觸摸屏。稱量控制的核心部件是SIWAREX FTA電子稱重模塊，稱重傳感器給出重量信號(mV模擬量信號)直接進入到SIWAREX FTA，其余的稱重過程由FTA分解完成（包括物料的快慢加轉(zhuǎn)換，懸浮料計算與修正、容差報警、小流量提示等）。而多配方的存儲與調(diào)用、多物料加料順序的控制、報表、報警的生成與管理等等則依賴于S7-300 的CPU來完成。

SIWAREX FTA給出確定的動作信號到PLC的I/O卡進而由PLC的I/O來控制電氣、設(shè)備。同樣，上位機PC或TP270觸摸屏也可以對SIWAREX FTA的稱重過程進行監(jiān)視與干預(yù)，實現(xiàn)功能兼容互為備用的作用。見圖4.1

配料控制系統(tǒng)方案

圖 4.1 配料控制系統(tǒng)方案

②基于STEP 7 如何劃分功能單元

配料過程中，所有的邏輯控制基本都要由PLC完成，那么除了諸如加料機、活化器、收集皮帶、混料機、放料閥等等機械設(shè)備外，我們?nèi)绾卧敿殑澐峙浔确Q量部分的功能呢？首先，我們要了解SIWAREX FTA稱重模塊的控制和通訊方式， SIWA_FTA與SIMATIC CPU利用功能塊FB41進行通信。在編制調(diào)用過程中，會給FB SIWA_FTA創(chuàng)建一個實例數(shù)據(jù)塊。除了實例數(shù)據(jù)塊以外，每個定標(biāo)SIWAREX FTA都需要一個定標(biāo)數(shù)據(jù)塊，在其中儲存秤的參數(shù)。隨它一起提供的數(shù)據(jù)類型UDT12能用來創(chuàng)建定標(biāo)數(shù)據(jù)塊。矢量數(shù)據(jù)塊也必須裝載到SIMATIC CPU中。一個矢量數(shù)據(jù)塊可以被一個以上的SIWAREX FTA所使用。對于應(yīng)用程序中的每個秤，程序功能塊FB 41能被調(diào)用一次。它在一個程序?qū)蛹壣涎h(huán)（例如在OB 1中），并提供有調(diào)用參數(shù)。也就是說我們所有的與SIWA_FTA的對話都要通過FB 41進行^[2]:

CALL "SIWA_FTA" , "FTA1 SL"

ADDR :=464

DB_SCALE :=12

DB_VECTOR :=11

CMD_IN :="DB_SCALE-1".i_CMD_INPUT 命令代碼輸入

SIM_VAL :="DB_SCALE-1".r_SIM_VALUE

ANA_OUT :="DB_SCALE-1".r_ANALOG_OUT_VALUE

DO_FORCE :="DB_SCALE-1".b_DIG_OUTPUT_FORCE

TRANSITION :="DB_SCALE-1".b_TRANSITIONS

CMD_INPR :="DB_SCALE-1".bo_CMD_IN_PROGRESS 命令正在進行

CMD_FOK :="DB_SCALE-1".bo_CMD_FINISHED_OK 命令完成，OK

CMD_ERR :="DB_SCALE-1".bo_CMD_ERR 命令完成錯誤

CMD_ERR_C :="DB_SCALE-1".b_FB_ERR_CODE

REF_COUNT :="DB_SCALE-1".b_INFO_REFRESH_COUNT

PROC_VAL1 :="DB_SCALE-1".r_PROCESS_VALUE1

PROC_VAL2 :="DB_SCALE-1".dw_PROCESS_VALUE2

SC_STATUS :="DB_SCALE-1".dw_SCALE_STATUS

ERR_MSG :="DB_SCALE-1".bo_ERR_MSG

ERR_MSG_TYPE:="DB_SCALE-1".b_ERR_MSG_TYPE

ERR_MSG_C :="DB_SCALE-1".b_ERR_MSG_CODE

FB_ERR :="DB_SCALE-1".bo_FB_ERR

FB_ERR_C :="DB_SCALE-1".b_FB_ERR_CODE

START_UP :="DB_SCALE-1".bo_START_UP_IN_PROGRESS

CMD_EN :="DB_SCALE-1".bo_CMD_ENABLE

ERR_MSG_Q :="DB_SCALE-1".bo_ERR_MSG_QUIT

不同層次中劃分的各功能單元間的通訊要力求簡單，功能力求明確。這樣，我們編制的功能塊也就可以作為工具，簡單、明確、方便的永久性使用同時也方便現(xiàn)場的調(diào)試和修改。

功能單元劃分

圖 4.2 功能單元劃分

如圖，其中FB plan（配料計劃）、FB as_pro（系統(tǒng)配方管理與應(yīng)用）、FB pro1單臺稱配方應(yīng)用、FB met1（單臺稱稱重控制）、FB rept（配料報表）、FB rept 1（單臺稱報表編制）、FB cali（校秤）都可以作為“工具”靈活、方便的使用。

③帶多物料的主稱重控制的實現(xiàn)（FB met1）

主稱重控制的精確稱量是由模塊的稱重循環(huán)完成的，但是我們?nèi)绾卧诜Q重循環(huán)以外添加多物料控制功能、添加人為干預(yù)選項是我們需要解決的問題。稱量中物料的特性參數(shù)和物料用量是被保存在模塊內(nèi)部的數(shù)據(jù)塊（通過DB12）中的。這些參數(shù)包括：物料的正負容差、小流量極限、慢加設(shè)定值、懸浮料、穩(wěn)定時間與重量等等。所以當(dāng)我們轉(zhuǎn)換物料的稱量時,必須改寫這些參數(shù)；另外，由于物料的慢加點、懸浮料值有自動修正，所以在每個物料稱重循環(huán)結(jié)束時必須馬上轉(zhuǎn)移、保存這些值，以免被新的物料參數(shù)所覆蓋。

控制的邏輯過程可按如下編寫：

控制邏輯過程

圖 4.3 控制邏輯過程

編寫這部分主稱量程序時，除了要保證嚴密性、容錯能力，更要布置好功能塊的輸入與輸出，使它成為一個獨立的功能單元(FB met)：

輸入（IN）輸出(OUT)

流程圖

④多配方選擇控制（FB as_pro ; FB pro1）

多配方的實現(xiàn)仍要靠SIWAREX FTA外部的CPU來完成，建好存儲配方參數(shù)的數(shù)據(jù)塊之后，我們只需按所執(zhí)行的配方來輸送配方參數(shù)。在這里我們設(shè)置兩個模式即：總量模式和非總量模式。這有利于在幾十種物料的復(fù)雜配方中任意修改、按比例放大、縮小配方。控制的邏輯過程可按如下編寫：

多配方選擇控制

圖 4.4 多配方選擇控制

每個稱（模塊）處理若干個物料；所以我們需要固定的功能塊來處理于控制每個模塊內(nèi)部的配方數(shù)據(jù)處理即FB pro1~ FB pro7。

輸入（IN）輸出(OUT)

配方模塊

但同時，我們也需要一個功能塊來統(tǒng)籌處理所有稱（模塊）之間的配方關(guān)系。即FB pro1~ FB pro7。這樣，我們才能從整體化控制、修改管理不同的配方：

輸入（IN）輸出(OUT)

配方模塊

⑤校稱、報表等

除了多物料、多配方的功能補充，校稱的功能塊FB cali、綜合報表與單臺報表的功能塊FB rept等都是需要補充的功能單元。它們一旦建立便可以自由方便的按照客戶要求使用。

5、結(jié)論

西門子的SIWAREX FTA是一款性能穩(wěn)定、卓越的電子稱重模塊，我們可以通過將它集成在S7-300中來編寫各種功能模塊，進而實現(xiàn)多配方、多物料的精確配料功能。這已在2006年9月宜賓五糧液集團兩臺玻璃熔爐的配料系統(tǒng)工程中得到印證。此系統(tǒng)高智能的自動控制、自由的干涉控制、過程的多點監(jiān)測、實時紀錄都給生產(chǎn)帶來了極大的方便。另外，西門子提供SIWAREX FTA支持多物料、多配方的組態(tài)軟件包，內(nèi)有各功能單元的實例程序，直接調(diào)用即可。也可自己編寫這些功能單元，一旦編寫完成，便可一勞永逸。再加上它很高的性價比，所以SIWAREX FTA電子稱重模塊在配料行業(yè)一定會逐漸得到更為廣泛的應(yīng)用。

參考文獻：

[1] 西門子STEP 7 V5.3 編程參考手冊

[2] 西門子SIWAREX FTA 裝置手冊

[3] 郁少勇《新型玻璃原料配料控制系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用》玻璃 2006.5

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