SIWAREX FTA電子稱重模塊在全自動配料控制中的應用

分類：技術教程日期：2009-08-24 08:41:02 來源：廠商

1、引言

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

2、系統的組成及工藝生產對系統的要求

① 配料系統的組成結構及工藝流程

對宜賓五糧液集團兩臺玻璃熔爐的配料系統工程，其配料系統的流程如下：

玻璃配料系統流程圖

圖2.1 玻璃配料系統流程圖

如圖2.1，每臺控制模塊對應一臺稱斗的一組傳感器，實現一個稱量單元。綜合考慮結構、料性、配料速度等諸多因素，每個稱量單元對應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），這也就對配料系統提出了“多物料”自動配料的要求。

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

控制室內的配料系統控制柜

圖2.2 控制室內的配料系統控制柜

我們把2、3、4號秤（稱重單元）作為系統的公用部分，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、混合周期應保證在5~8分鐘以內。其動態精度要保證在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各段的統籌控制，便完全可以實現這一工藝要求。

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進行。另外在稱量過程中粗調與精調的轉換、懸浮料修正系數的合理設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）。是標準的西門子SIMATIC功能模板，是SIMATIC系統集成的一部分。自動稱重通過一個預先定義的稱重工序來實現，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），以及用于非連續累計自動衡器（符合OIML R-107的非連續累計自動衡器）。應用于稱重領域它主要有以下優點：

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

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（0.5 μV 每個 e）；

4）可校準顯示器，具有SIMATIC HMI標準操作員面板；

5）測量速率：內部2.5毫秒，外部10毫秒；以保證高精度定量給料控制

6）準確的劑量切換信號（< 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）可以通過參數定義的輸入和輸出；

10）用于不同應用程序的自動稱重操作參數設置；

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勢，這使它應用于多物料、多配方的復雜配料控制系統變得容易。

1）通過集成在SIMATIC S7和SIMATIC PCS7中而獲得的統一結構和通用通信；

2）利用SIMATIC的統一項目規劃；

3）在SIMATIC自動化系統中的直接應用；

4、控制方案與具體方法

①配料控制系統方案示意

針對系統要求，綜合考慮可靠性、先進性、系統成本以及通訊能力要求，配料控制系統采用西門子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的稱重過程進行監視與干預，實現功能兼容互為備用的作用。見圖4.1

配料控制系統方案

圖 4.1 配料控制系統方案

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、放料閥等等機械設備外，我們如何詳細劃分配比稱量部分的功能呢？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。在編制調用過程中，會給FB SIWA_FTA創建一個實例數據塊。除了實例數據塊以外，每個定標SIWAREX FTA都需要一個定標數據塊，在其中儲存秤的參數。隨它一起提供的數據類型UDT12能用來創建定標數據塊。矢量數據塊也必須裝載到SIMATIC CPU中。一個矢量數據塊可以被一個以上的SIWAREX FTA所使用。對于應用程序中的每個秤，程序功能塊FB 41能被調用一次。它在一個程序層級上循環（例如在OB 1中），并提供有調用參數。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場的調試和修改。

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（系統配方管理與應用）、FB pro1單臺稱配方應用、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（FB met1）

主稱重控制的精確稱量是由模塊的稱重循環完成的，但是我們如何在稱重循環以外添加多物料控制功能、添加人為干預選項是我們需要解決的問題。稱量中物料的特性參數和物料用量是被保存在模塊內部的數據塊（通過DB12）中的。這些參數包括：物料的正負容差、小流量極限、慢加設定值、懸浮料、穩定時間與重量等等。所以當我們轉換物料的稱量時,必須改寫這些參數；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結束時必須馬上轉移、保存這些值，以免被新的物料參數所覆蓋。

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）

多配方的實現仍要靠SIWAREX FTA外部的CPU來完成，建好存儲配方參數的數據塊之后，我們只需按所執行的配方來輸送配方參數。在這里我們設置兩個模式即：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部的配方數據處理即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籌處理所有稱（模塊）之間的配方關系。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、結論

西門子的SIWAREX FTA是一款性能穩定、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工程中得到印證。此系統高智能的自動控制、自由的干涉控制、過程的多點監測、實時紀錄都給生產帶來了極大的方便。另外，西門子提供SIWAREX FTA支持多物料、多配方的組態軟件包，內有各功能單元的實例程序，直接調用即可。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一定會逐漸得到更為廣泛的應用。

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的開發及應用》玻璃 2006.5

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