西門(mén)子PCS 7中SIWAREX FTC模塊連續(xù)稱(chēng)重配比的應(yīng)用

林峰

【摘要】根據(jù)某公司飼料級(jí)磷酸三鈣裝置的實(shí)際生產(chǎn)工藝，介紹在西門(mén)子PCS7系統(tǒng)中，利用SIWAREX FTC模塊，在給料機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)粉料穩(wěn)定連續(xù)的高精度測(cè)量，實(shí)現(xiàn)固體液體的實(shí)時(shí)在線(xiàn)配比。SIWAREX FTC稱(chēng)重模塊無(wú)縫結(jié)合在DCS系統(tǒng)中，是在國(guó)內(nèi)首次大量使用于工業(yè)生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)一年多的使用，該模塊在該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，是高精度連續(xù)稱(chēng)重的代表。

【關(guān)鍵詞】連續(xù)稱(chēng)重配料；PCS7；SIWAREX FTC；給料機(jī)

1.概述

隨著各行業(yè)工藝技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，傳統(tǒng)的靜態(tài)稱(chēng)重配料方式已經(jīng)不滿(mǎn)足某些生產(chǎn)技術(shù)的要求，工藝配料已趨向于連續(xù)的實(shí)時(shí)配料，來(lái)滿(mǎn)足越來(lái)越嚴(yán)格的產(chǎn)品品質(zhì)要求。因此需尋求一種穩(wěn)定的、高精度測(cè)量自動(dòng)化產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)的高精度連續(xù)在線(xiàn)測(cè)量配比。

本文就某公司飼料級(jí)磷酸三鈣裝置的配料系統(tǒng)工程，介紹利用西門(mén)子SIWAREX FTC模塊和PCS7系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)固液多物料的連續(xù)性高精度實(shí)時(shí)配料。

2.工藝生產(chǎn)對(duì)稱(chēng)重系統(tǒng)的要求

在該裝置中，所生產(chǎn)的產(chǎn)品為飼料級(jí)磷酸三鈣。其主要工藝流程為磷礦石同其他三種物料（兩種固體、一種液體）混合后，送入回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行連續(xù)煅燒，之后進(jìn)行粉碎球磨、分析、品位配比、得到合格產(chǎn)品。因該產(chǎn)品要求為飼料級(jí)，對(duì)氟和砷含量的控制要求非常嚴(yán)格。其中氟的含量不能超過(guò)8ppm，砷的含量不能超過(guò)3ppm。且生產(chǎn)流程為連續(xù)的在線(xiàn)生產(chǎn)，并根據(jù)磷礦石品位及含有害物質(zhì)量（氟和砷）隨時(shí)調(diào)整配方。

因此，對(duì)所有物料的累積誤差要求為優(yōu)于0.5%，方可從配料源頭控制產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)出符合歐美日標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)稱(chēng)重產(chǎn)品的調(diào)研，因西門(mén)子SIWAREX FTC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本少、穩(wěn)定、精度高、性?xún)r(jià)比高等。最終確定采用該設(shè)備及控制裝置來(lái)滿(mǎn)足該裝置生產(chǎn)控制需要。

3.FTC模塊和PCS7系統(tǒng)介紹

3.1 SIWAREX FTC

3.1.1 FTC模塊產(chǎn)生及集成

1996年，西門(mén)子公司全集自動(dòng)化技術(shù)TIA，這是自動(dòng)化系統(tǒng)與產(chǎn)品的核心思想與主導(dǎo)理念，TIA是集高度的集成統(tǒng)一性和前所未有的開(kāi)放性一身，標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)集成，使TIA為企業(yè)實(shí)現(xiàn)橫向和縱向的信息集成，基于西門(mén)子公司強(qiáng)大的工業(yè)控制技術(shù)及此理念。西門(mén)子公司推出以SIMATIC S7為核心的SIWAREX稱(chēng)重方案。其中SIWAREX FTC為SIWAREX系統(tǒng)中最高端的一款，其不僅可以應(yīng)用在靜態(tài)稱(chēng)重，更適合于高速、高精度的連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重，如：皮帶秤、失重秤及高精度的雙向測(cè)量等。FTC稱(chēng)重模塊可直接集成在SIMATICS7-300中或通過(guò)遠(yuǎn)程I/O方式通過(guò)PROFIBUS-DP總線(xiàn)集成到SIMATA S7和SIMATIC PCS7中。在本裝置中，采用的DCS系統(tǒng)為SIMATIC PCS7 7.1。

3.1.2 主要功能及特點(diǎn)

（1）主要應(yīng)用場(chǎng)合

非自動(dòng)稱(chēng)重儀器，如料斗秤、平臺(tái)秤、吊車(chē)秤和稱(chēng)重式料位計(jì)；皮帶秤或固體流量計(jì)（包括帶PID調(diào)節(jié)的稱(chēng)重給料機(jī)）、失重秤（帶PID）、雙向測(cè)力。

（2）特點(diǎn)

自動(dòng)調(diào)零功能；自動(dòng)標(biāo)定功能，具有電子標(biāo)定、砝碼標(biāo)定和實(shí)物標(biāo)定功能；帶四折線(xiàn)函數(shù)功能，可對(duì)荷重輸入信號(hào)的非線(xiàn)性進(jìn)行線(xiàn)性化轉(zhuǎn)換；具有不同的mV信號(hào)輸入量程；通過(guò)稱(chēng)重傳感器測(cè)量電路阻抗長(zhǎng)期變化的測(cè)量作故障預(yù)診斷；具有稱(chēng)重儀表數(shù)據(jù)備份/恢復(fù)功能，更換儀表無(wú)需重新標(biāo)定；分辨率高達(dá)16百萬(wàn)分之一的重量測(cè)量或能力；精度高達(dá)3 x 6000d，可以校準(zhǔn)（0.5μV每個(gè)e）；10毫秒的測(cè)量速率；可以通過(guò)參數(shù)定義的輸入和輸出；秤的狀態(tài)記錄；適用于防爆區(qū)域1、2的本征安全稱(chēng)重傳感器電源（任選）；

3.2 PCS7介紹

PCS7是一種模塊化的基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的新一代過(guò)程控制系統(tǒng)，結(jié)合傳統(tǒng)的DCS和PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)所有硬件都基于統(tǒng)一平臺(tái)，所有軟件都集成在SMATIC程序管理器下，有同樣統(tǒng)一的軟件平臺(tái)。系統(tǒng)大量采用新技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)配置上，使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)。由于PCS7消除了DCS和PLC界限，實(shí)現(xiàn)儀控和電控的一體化，是一種全集成的自動(dòng)化開(kāi)放型過(guò)程控制系統(tǒng)。

4.稱(chēng)重系統(tǒng)控制方案

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

控制系統(tǒng)硬件采用西門(mén)子414-4H，F(xiàn)TC模塊在遠(yuǎn)程I/O站ET-200M中連接，軟件環(huán)境為PCS7 V7.1。一個(gè)ET-200M從站中可最多安裝6臺(tái)FTC模塊，在本裝置中共使用12臺(tái)FTC模塊，分別安裝在兩個(gè)ET-200M從站中。并分配所有FTC模塊的實(shí)際物理地址地址，因本裝置的PCS7系統(tǒng)集成了其他ET200從站，按照該裝置的特點(diǎn)，對(duì)所有FTC模塊的物理地址進(jìn)行劃分，對(duì)于該配料系統(tǒng)中的3臺(tái)給料機(jī)，其地址如表1所示，液體配比物料采用電磁流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，地址分配在另一I/O站中。

4.2 SIWAREX FTC同稱(chēng)重給料機(jī)連接（如圖1所示）

4.3 SIWAREX FTC同PCS7的連接

為使PSC7中實(shí)現(xiàn)對(duì)SIWAREX FTC的監(jiān)控，必須使SIWAREX FTC模塊的I/O完全處于SIMATIC CPU的過(guò)程圖中。且SIWAREX FTC模塊的I/O設(shè)置需同PCS7中CFC中接口定義匹配。在出廠(chǎng)時(shí)，所有參數(shù)為默認(rèn)，需要工程人員根據(jù)電氣控制原理圖實(shí)現(xiàn)參數(shù)定義，從而實(shí)現(xiàn)皮帶秤的控制。SIWAREX FTC同PCS7控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)給料機(jī)的高精度控制，是通過(guò)以下具體步驟實(shí)現(xiàn)：

4.3.1 PCS 7系統(tǒng)安裝

安裝PCS 7控制系統(tǒng)，必須是6.0或更高版本。PCS7系統(tǒng)安裝有以下要求：

（1）操作站或工程師站對(duì)PC的最低要求：CPU性能在Pentium IV；2GHz以上，物理內(nèi)存RAM在1Gbyte以上，硬盤(pán)容量在120Gbyte以上；

（2）對(duì)操作系統(tǒng)的要求，僅安裝工程師站和操作員站。工程師站：Windows XP Professional SP2英文版，操作員系統(tǒng)（單用戶(hù)、服務(wù)器）Windows XP Professional SP2英文版；

（3）在安裝軟件時(shí)，為保證運(yùn)行性能穩(wěn)定可靠，選擇安裝的語(yǔ)言為English。亦可選擇中文版本PCS 7，但操作系統(tǒng)必須為英文版。

4.3.2 添加SIWAREX FTC功能組件到PCS7中

在購(gòu)買(mǎi)SIWAREX FTC模塊時(shí)，可在西門(mén)子公司官網(wǎng)上下載SIWAREX FTC功能組件。運(yùn)行SETUP_FOR_SIMATIC軟件，此步驟將SIWAREX FTC的控制功能塊、硬件、畫(huà)面等組件添加到SIMATIC PSC7 控制系統(tǒng)中。因在SIMATIC硬件目錄及軟件功能塊目錄中沒(méi)有集成該功能塊，需添加該特殊功能塊才能實(shí)現(xiàn)SIMATIC FTC同PCS7的無(wú)縫連接。此為SIWAREX FTC模塊同PCS7系統(tǒng)連接的關(guān)鍵一步。

4.3.3 使用SIWATOOL FTC軟件對(duì) FTC模塊進(jìn)行設(shè)置

使用SIWATOOL FTC軟件對(duì)FTC模塊內(nèi)部I/O輸入輸出地址進(jìn)行定義； 通過(guò)安裝SIWATOOL FTC軟件，并連接到SIWAREX FTC的RS485接口上；啟動(dòng)軟件，在線(xiàn)連接，在軟件內(nèi)在線(xiàn)對(duì)DR3、DR4、DR5、DR7、DR8、DR9、R17、DR26等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其中設(shè)置DR7參數(shù)是實(shí)現(xiàn)同PCS7的上SFT_FTC功能塊連接的關(guān)鍵。DR7中設(shè)置的主要參數(shù)有：重量信號(hào)、電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋、電機(jī)轉(zhuǎn)速給定、電機(jī)啟動(dòng)/停止、電機(jī)故障及運(yùn)行、過(guò)程報(bào)警等。并可實(shí)現(xiàn)RS232/485通訊進(jìn)行設(shè)置，具體參數(shù)根據(jù)皮帶秤或給料機(jī)實(shí)際參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

在PCS7控制系統(tǒng)中調(diào)用SFT_FTC功能塊；在SIWAREX FTC中；SIWAREX FTC占用輸入和輸出區(qū)域中的16個(gè)字節(jié)。通過(guò)在SFT_FTC進(jìn)行內(nèi)部定義，然后傳送到SIWAREX FTC。在PCS7中，在新增的CFC過(guò)程控制塊中，添加SFT_FTC該應(yīng)用功能塊。將硬件配置中地址SIWAREX FTC的實(shí)際物理地址連接到該CFC的對(duì)應(yīng)引腳地址上。SFT_FTC同SIWAREX FTC具體參數(shù)的連接參考《SIWAREX?FTC裝置手冊(cè)》[1]。

具體步驟為：

（1）在PCS7軟件中，選擇“工廠(chǎng)視圖”，點(diǎn)擊相應(yīng)的工段上，新建一CFC文件，并命名為該CFC文件為L(zhǎng)-201；

（2）雙擊打開(kāi)CFC L-201，在左邊庫(kù)里面選擇SIWAREX目錄，展開(kāi)，選擇SFT_FTC并拖放到編輯區(qū)域，將L-201的輸入地址IW816連接到SFT_FTC的LDDR引腳，則IW816至IW831及 QW816至QW831同SFT_FTC中對(duì)應(yīng)的引腳自動(dòng)相連接，其各引腳同SIWAREX FTC的定義及對(duì)應(yīng)關(guān)系參考《SIWAREX?FTC裝置手冊(cè)》。

（3）添加其他功能塊。因該CFC為給料機(jī)（皮帶秤）功能塊，則在此CFC中，添加CTRL_PID功能塊實(shí)現(xiàn)對(duì)給料機(jī)的PID調(diào)節(jié)，添加電機(jī)操作功能塊MOTOR，將CTRL_PID、MOTOR、SFT_FTC的對(duì)應(yīng)參數(shù)相連接。

（4）在完成以上主要功能后，則添加其他功能，如負(fù)荷率，累計(jì)等塊，并按正確的連接進(jìn)行連接。連接正確后進(jìn)行編譯，編譯無(wú)錯(cuò)誤下載。

（5）參照上述步驟完成對(duì)配料1的給料機(jī)L-202及配料2的給料機(jī)L-203的組態(tài)工作。

4.3.4 最后在PCS7系統(tǒng)的畫(huà)面組態(tài)軟件WINCC上調(diào)用PCS7中給料機(jī)塊（皮帶秤）畫(huà)面或根據(jù)實(shí)際情況編輯創(chuàng)建新畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)軟件中PCS7中上位機(jī)畫(huà)面同SIWAREX FTC的數(shù)據(jù)通訊連接，即可實(shí)現(xiàn)在上位機(jī)對(duì)皮帶秤進(jìn)行監(jiān)視操作。

如：瞬時(shí)流量、累積量、負(fù)荷率、轉(zhuǎn)速等，給料機(jī)（皮帶秤）的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視及啟動(dòng)/停止或手動(dòng)/自動(dòng)給定操作等功能。

4.4 連續(xù)配料實(shí)現(xiàn)

完成以上組態(tài)工作后，則進(jìn)行配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組態(tài)。在該配料系統(tǒng)中，總共有3種固體物料，根據(jù)工藝控制規(guī)則，質(zhì)檢人員人工分析計(jì)算出每批磷礦石原料成分比，根據(jù)磷礦石中有害物質(zhì)的成分比，以每批磷礦石化驗(yàn)為基數(shù)，計(jì)算其他物料相應(yīng)比率。因此，每新進(jìn)一批物料，物料重量配比則隨之變化一次。配方比也隨之要改變一次。具體上位機(jī)配比畫(huà)面如表2所示：

表2 上位機(jī)配比畫(huà)面

物料名 給定量（t/h） 比例（0-100%） 實(shí)際量（t/h）

總固體量 100%

磷礦石 磷礦有害物質(zhì)比例

配料1（固體）

配料2（固體）

液體量

在該配比中，只需設(shè)置總固體量和磷礦有害物質(zhì)比例兩個(gè)參數(shù)，以總固體量為主參數(shù)，根據(jù)磷礦石中有害物質(zhì)的比例，在程序中根據(jù)給定的總固體量，自動(dòng)計(jì)算出配料1、配料2的設(shè)置量并傳送給各FTC模塊控制的給料機(jī)，再根據(jù)配比自動(dòng)計(jì)算出液體的配比，從而完成整個(gè)配比過(guò)程，進(jìn)入下一步工序。

5.結(jié)束語(yǔ)

在該系統(tǒng)中，共使用12臺(tái)FTC模塊。自2013年1月正式投產(chǎn)以來(lái)，所用FTC模塊的給料機(jī)稱(chēng)重系統(tǒng)穩(wěn)定，一年多來(lái)，沒(méi)有對(duì)給料機(jī)進(jìn)行校驗(yàn)，秤的精度一直優(yōu)于0.4%，鑒于此原因，該公司將原有大部分需要經(jīng)常調(diào)校的給料機(jī)及皮帶秤有計(jì)劃地更改為該種給料機(jī)并使用SIWAREX FTC模塊，使該公司的稱(chēng)重給料配料系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1]《SIWAREX?FTC裝置手冊(cè)》，西門(mén)子（中國(guó)）有限責(zé)任公司，2005.

[2]《西門(mén)子公司FTC稱(chēng)重模塊的應(yīng)用》[J].科技應(yīng)用，2012.