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1.概述
1996年，提出全集成自動化技術(shù)TIA(TotallyIntegratedAutomation)，這是一個自動化系統(tǒng)技術(shù)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放性于一身，標準化的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一的編程組態(tài)環(huán)境和高度統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集成，使TIA為企業(yè)實現(xiàn)了橫向和縱向的信息集成。領(lǐng)先的通訊標準，基于組件的自動化技術(shù)與IT集成，使TIA對全球自動化市場的產(chǎn)品和服務(wù)范圍真正開放。從最初的規(guī)劃與設(shè)計、工程的實施到安裝與調(diào)試、運行與維護，以至于系統(tǒng)的升級改造，TIA使企業(yè)在整個生命周期中獲得最高的生產(chǎn)力和產(chǎn)品質(zhì)量，并顯著降低項目成本。此外，TIA還能大大縮短產(chǎn)品上市和系統(tǒng)投入運行的時間，從而全面增強企業(yè)核心競爭力。
由于稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，維護量較大，長期以來一些稱重設(shè)備制造廠家一直在考慮如何設(shè)計一種既能減少成本、簡化稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，又能提高稱重系統(tǒng)整體性能的解決方案?；赥IA的設(shè)計理念，設(shè)計推出了以SIMATICS7為核心的SIWAREX稱重方案，無疑是一種滿足新要求的一種可行的解決方案。SI-WAREXI/O卡可以與稱量儀表的檢測元件相連，如用于非自動稱重衡器的MS、U、CS、CF、FTA稱重模塊，而近年來推出的FTC（flexibletechnol-ogycontinuousweighing，柔性連續(xù)稱重技術(shù)）稱重模塊除仍可用于非自動稱重衡器外，更適合于高速、高精度的連續(xù)自動稱重衡器，如皮帶秤、失重秤、沖板流量計及高精度的雙向測力等。
通過FTC稱重模塊，可以將現(xiàn)場的稱重衡器直接集成于PLC控制系統(tǒng)中，構(gòu)成全集成稱重控制系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)里，由FTC稱重模塊執(zhí)行稱重衡器功能，由PLC的CPU執(zhí)行連鎖控制功能、與上位機的通訊功能等。
2FTC稱重模塊介紹
2.1FTC稱重模塊的集成
FTC稱重模塊可直接集成到SIMATICS7-300中或以遠程I/OET200M方式通過PROFIBUS-DP總線集成到SIMATICS7和SIMATICPCS7系統(tǒng)中，F(xiàn)TC稱重模塊集成到SIMATIC系統(tǒng)時所需硬件：24V電源模塊和PLC的CPU模塊，如圖1所示。當(dāng)集成到S7-300時，為S7-300的CPU模塊；當(dāng)集成到S7-400或PCS7時，為ET200M的CPU模塊。配用的軟件則為SIWAREXFTC軟件包和RS232連接電纜。

2.2FTC稱重模塊的應(yīng)用場合
SIWAREXFTC稱重模塊實際上是一種可編程、多功能型稱重儀表，主要用于連續(xù)自動稱重衡器（但也可用于非自動稱重衡器），通過設(shè)定FTC模塊中的參數(shù)，可以實現(xiàn)以下功能：
符合OIMLR76非自動稱重衡器，例如：料斗秤、平臺秤、吊車秤和稱重式料位儀；
皮帶秤（包括帶PID控制的稱重給料機）；
失重秤（包括PID控制）；固體流量計（包括PID）；雙向測力。
2.3FTC稱重模塊的特點
自動調(diào)零功能；
自動標定功能，具有電子標定、砝碼標定和實物標定功能；
配有8路數(shù)字量輸入/7路數(shù)字量輸出，可自行設(shè)置為各種信號輸入及多種報警和控制輸出，配有4mA~20mA輸出1路；
帶四折線函數(shù)功能，可對荷重輸入信號的非線性進行線性化轉(zhuǎn)換；
帶多種類型的濾波器，如臨界阻尼濾波器、貝塞爾（線性相位）濾波器、巴特沃斯響應(yīng)（最平坦響應(yīng)）濾波器；
通過選擇稱重傳感器的輸入靈敏度1mV/V、2mV/V、4mV/V的選擇，具有不同的mV信號輸入量程；
通過稱重傳感器測量電路阻抗長期變化的測量作故障預(yù)診斷；
具有稱重儀表數(shù)據(jù)備份/恢復(fù)功能，更換儀表無需重新標定。
FTC稱重模塊與FTA稱重模塊有很多相似之處，比如外形相同、接線端子及插頭相同、1600萬高分辨率相同、高精度0.005%相同、高采樣速率400次/s相同、模塊所帶稱重傳感器信號輸入相同、AO/DI/DO/高速計數(shù)器輸入的點數(shù)相同和防爆性能相同等。但也有明顯的不同：一是FTC稱重模塊可用于連續(xù)自動稱重衡器；二是所配用的軟件包不同，F(xiàn)TA稱重模塊配用的軟件包帶2的序號，而FTC稱重模塊配用的軟件包帶3的序號。
系統(tǒng)為FTC稱重模塊提供了一些用于操作和顯示的畫面，操作和監(jiān)視畫面如圖2所示，皮帶秤的參數(shù)畫面如圖3所示，顯示內(nèi)容都非常直觀、清晰、形象、豐富。

2.4SIWATOOLFTC程序包
SIWATOOLFTC是一個用于調(diào)試和設(shè)置的專用程序，在Windows操作系統(tǒng)下執(zhí)行操作。使用SIWATOOLFTC可以執(zhí)行下列工作：
參數(shù)化和校正秤；測試秤的性能；
保存并打印秤數(shù)據(jù)；記錄和分析稱重時序。
從模塊的診斷緩沖器中讀出的數(shù)據(jù)可與參數(shù)保存在一起，并有助于分析稱重模塊的運行狀態(tài)。
SIWAREXFTC稱重模塊帶有一個用于檢查稱重時序的跟蹤模式，跟蹤模式所記錄的重量值和相關(guān)狀態(tài)可以用SIWATOOLFTC和MSExcel顯示出來。
固件升級：可以在現(xiàn)場使用其他程序?qū)⑿鹿碳姹鞠螺d到SIWAREXFTC上。這意味著可以根據(jù)需要在現(xiàn)場和世界各地進行固件升級。
讀出稱重報告：累計存儲信息可以保存在一個插在SIWAREXFTC中的MMC（微存儲卡）上。SIWAREXFTC簡單的配置：集成在SIMATIC中能獲得用于皮帶秤的可自由編程的模塊式稱重系統(tǒng)，該稱重系統(tǒng)可以根據(jù)操作要求進行修改。
調(diào)試時，首先需要選擇操作模式和定義參數(shù)，操作模式是確定FTC的應(yīng)用場合是下列中應(yīng)用的哪一種：是非自動稱重衡器、皮帶秤、失重秤、固體流量計還是雙向測力。
所有參數(shù)被分成帶序號的27組DR（數(shù)據(jù)記錄），每一組又有數(shù)個或數(shù)十個參數(shù)需要設(shè)置（其中一部分可選用來自制造廠商的“默認值”），每修改一項參數(shù)，秤的行為就相應(yīng)改變一點。DR5皮帶秤參數(shù)的設(shè)置畫面，如圖4所示。

當(dāng)要求FTC執(zhí)行一次檢查時，可以發(fā)送一個年“命令”，命令分成以下幾組：維護和調(diào)節(jié)命令、秤的命令HAWI、皮帶秤命令、記錄命令和微存儲器命令。每組命令又有若干條，并賦以數(shù)字編號。
當(dāng)FTC收到這個命令并檢查到未能執(zhí)行時，通過輸出一個“同步”信息，讓用戶得知其原因。比如數(shù)字編號1的命令是“打開維護模式”，F(xiàn)TC收到這個命令后將切換到維護操作；數(shù)字編號10的
命令是“運行阻抗校驗”，F(xiàn)TC收到這個命令后將測量稱重傳感器的電阻值，并與儲存的阻抗參考值對照；數(shù)字編號102的命令是“啟用累積”，F(xiàn)TC收到這個命令后將開始累計功能；數(shù)字編號103的命令是“禁用累積”，F(xiàn)TC收到這個命令后將停止累計功能。
FTC稱重模塊內(nèi)組合了信息緩沖器，他可以容納最多100條信息，信息內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)和命令錯誤、技術(shù)信息錯誤和操作信息錯誤。這些信息可以保存并讀取，從而幫助識別、分析和解決系統(tǒng)存在的問題。
3FTC稱重模塊在連續(xù)稱重的應(yīng)用
3.1早期PLC在連續(xù)稱重的應(yīng)用
自PLC問世以來，人們從一套生產(chǎn)裝置最好只用一套控制系統(tǒng)的理念出發(fā)，一直在思索如何將稱重設(shè)備接入PLC控制系統(tǒng)，當(dāng)PLC開發(fā)了模擬量AI輸入模塊之后，條件就具備了一些，早在上世紀八十年代的中期，我們在昆明焦化制氣廠備煤車間控制系統(tǒng)設(shè)計時，就用美國德州公司PM550中型PLC實現(xiàn)了將6臺配料用的稱重給料機納入PLC控制系統(tǒng)工作，其中包括用PLC的溫度輸入模塊（可接收熱電偶及mV信號）直接接收稱重傳感器輸出的mV信號，而稱量儀表要求的調(diào)零、調(diào)量程等操作及物料量累計運算、PID料量控制等程序在PLC上通過用戶編程實現(xiàn)[1]。
再往后，我們在市場上看到一些皮帶秤生產(chǎn)廠家以小型PLC模塊加HMI人機界面作為皮帶秤或稱重給料機的稱重儀表，其構(gòu)成與上面介紹的方案類似，稱量儀表要求的調(diào)零、調(diào)量程等操作及皮帶速度與皮帶荷重的乘法運算、物料量累計運算、PID料量控制等程序在PLC上通過用戶編程實現(xiàn)，只是以HMI人機界面作為操作和顯示裝置。
當(dāng)早期推出普通的稱重模塊以后，由于這些稱重模塊已經(jīng)具有模擬量AI輸入模塊所不具備的稱重功能，比如向稱重傳感器提供穩(wěn)壓第    電源的供電功能、支持不用砝碼進行理論校正功能、支持更換模塊不必重新校驗功能、RS232通訊口直接通訊功能和防爆功能等，較模擬量AI輸入模塊更適合稱重設(shè)備使用。濟南卷煙廠在煙草制絲線煙絲配比工藝段配比型電子皮帶秤稱重系統(tǒng)中采用了集成在S7-300PLC的SIWAREXU稱重模塊的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)包括以下設(shè)備：CPU317-2PN/DP、FM350-2高速計數(shù)模塊、SI-WAREXU稱重模塊、數(shù)字量輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊和電源模塊。CPU317-2PN/DP主要用于主過程控制及Profinet通訊；稱重傳感器的重量信號由SIWAREXU稱重模塊采集；速度編碼器的編碼脈沖信號由高速計數(shù)模塊采集；模擬量輸入模塊用于4mA~20mA流量外部設(shè)定信號采集；模擬量輸出模塊用于變頻器控制及瞬時流量4mA~20mA輸出；數(shù)字量輸入輸出模塊用于皮帶秤的數(shù)字量輸入和輸出控制以及提供與外部聯(lián)機時所需的數(shù)字量輸入和輸出信號。但完成這些工作需編制軟件程序，程序內(nèi)容包括稱重、流量配比控制和通訊等[2]。
3.2FTC稱重模塊在失重秤中的應(yīng)用
失重秤的標準配置包括SIWAREXFTC稱重模塊、PLC、HMI操作面板、稱重傳感器、計量斗、喂料給料機和卸料給料機等組成，如圖5所示。失重秤的配料過程分為喂料和卸料兩個階段：配料開始后，首先啟動喂料給料機，由控制器對計量斗物料重量進行檢測、采樣，當(dāng)計量斗物料重量達到配料設(shè)定的上限值時，停止喂料，這是喂料階段；在卸料階段，控制器啟動卸料給料機，將計量斗中的物料卸到下一級輸料設(shè)備送走，與此同時，控制器對計量斗物料重量進行檢測、采樣，直至計量斗物料重量達到配料設(shè)定的下限值；第二個喂料階段開始，重新向計量斗喂料，而卸料給料機仍不停頓繼續(xù)卸料；如此循環(huán)往復(fù)。

失重秤計量斗內(nèi)每單位時間內(nèi)物料重量的減少Δw/Δt對應(yīng)失重秤的給料瞬時流量。失重秤控制器將dw/dt與預(yù)設(shè)定的給料流量進行比較，并通過調(diào)節(jié)卸料給料機的速度來自動修正，因此可以保持精確的給料流量。
采用合適的控制系統(tǒng)是保證失重秤配料精度的關(guān)鍵因素，這個控制系統(tǒng)既要保證控制系統(tǒng)和稱量設(shè)備部分完美的結(jié)合，實現(xiàn)同步工作，也要保證過程的實時性、穩(wěn)定性及可靠性，以使稱量設(shè)備部分和控制部分之間能夠順暢地“溝通”，而對帶FTC稱重模塊的PLC構(gòu)成的全集成稱重控制系統(tǒng)來說，由于稱重和控制系統(tǒng)的一體化，完全能做到這一點[3]。
為了方便用戶使用，某公司提供了TSLW-M、S型失重秤（如圖6所示）的成套設(shè)備，其流量控制范圍分別為30l/h~3000l/h（分為4檔）、0.3l/h~850l/h（也分為4檔），主要設(shè)備電機選用Lenze/SEW公司產(chǎn)品、變頻器選用MM440、PLC為S7-300，稱重平臺材質(zhì)為304不銹鋼，由3個稱重傳感器支承。

TSLW-M型失重秤1-減速箱2-電機3-秤臺4-計量料斗5-出料口6-螺桿式卸料給料機

3.3FTC稱重模塊在皮帶秤中的應(yīng)用
皮帶秤有兩個檢測元件：稱重傳感器、速度傳感器，要求對其供電并接收其輸入信號。如果皮帶秤只有一個稱重傳感器，則可直接與卡件的供電及mV輸入信號端子連接；如果皮帶秤有多個稱重傳感器，則可通過接線箱并聯(lián)連接后，再與卡件的供電及mV輸入信號端子連接；速度傳感器則連接到高速計數(shù)器輸入端子。FTC有7個開關(guān)量輸入和8個開關(guān)量輸出，可由用戶組態(tài)，另有1路4mA~20mA的模擬輸出，可由用戶組態(tài)決定其用途，可提供的選擇包括SIMATIC控制信號（即包含皮帶秤的稱重給料機控制輸出信號）、瞬時流量信號、皮帶荷重信號和皮帶速度信號等。
每個S7-300CPU可最多擴展8個SIWAREXFTC稱重模塊，每個ET200M遠程I/O站可最多擴展7個SIWAREXFTC稱重模塊，即可分別作為8臺、7臺皮帶秤（或稱重給料機）的二次儀表使用。SIMATICS7-300、FTC稱重模塊、稱重給料機和HMI等組成的全集成稱重系統(tǒng)，如圖7所示。

在焦化廠配煤系統(tǒng)中，可應(yīng)用全集成稱重系統(tǒng)，系統(tǒng)由S7-300PLC、FTC稱重模塊及稱重給料機等組成[4]。
 

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