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1.概述
1996年，提出全集成自動(dòng)化技術(shù)TIA(TotallyIntegratedAutomation)，這是一個(gè)自動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)了橫向和縱向的信息集成。領(lǐng)先的通訊標(biāo)準(zhǔn)，基于組件的自動(dòng)化技術(shù)與IT集成，使TIA對(duì)全球自動(dòng)化市場(chǎng)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(jì)、工程的實(shí)施到安裝與調(diào)試、運(yùn)行與維護(hù)，以至于系統(tǒng)的升級(jí)改造，TIA使企業(yè)在整個(gè)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(xiàng)目成本。此外，TIA還能大大縮短產(chǎn)品上市和系統(tǒng)投入運(yùn)行的時(shí)間，從而全面增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。
由于稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，維護(hù)量較大，長(zhǎng)期以來(lái)一些稱重設(shè)備制造廠家一直在考慮如何設(shè)計(jì)一種既能減少成本、簡(jiǎn)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(jì)理念，設(shè)計(jì)推出了以SIMATICS7為核心的SIWAREX稱重方案，無(wú)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?jī)x表的檢測(cè)元件相連，如用于非自動(dòng)稱重衡器的MS、U、CS、CF、FTA稱重模塊，而近年來(lái)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(dòng)稱重衡器外，更適合于高速、高精度的連續(xù)自動(dòng)稱重衡器，如皮帶秤、失重秤、沖板流量計(jì)及高精度的雙向測(cè)力等。
通過(guò)FTC稱重模塊，可以將現(xiàn)場(chǎng)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(gè)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(jī)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(yuǎn)程I/OET200M方式通過(guò)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(shí)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(shí)，為S7-300的CPU模塊；當(dāng)集成到S7-400或PCS7時(shí)，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(chǎng)合
SIWAREXFTC稱重模塊實(shí)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(dòng)稱重衡器（但也可用于非自動(dòng)稱重衡器），通過(guò)設(shè)定FTC模塊中的參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：
符合OIMLR76非自動(dòng)稱重衡器，例如：料斗秤、平臺(tái)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(jī)）；
失重秤（包括PID控制）；固體流量計(jì)（包括PID）；雙向測(cè)力。
2.3FTC稱重模塊的特點(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；
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(hào)輸入及多種報(bào)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(duì)荷重輸入信號(hào)的非線性進(jìn)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(guò)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(hào)輸入量程；
通過(guò)稱重傳感器測(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。
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(wàn)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(hào)輸入相同、AO/DI/DO/高速計(jì)數(shù)器輸入的點(diǎn)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(dòng)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(hào)，而FTC稱重模塊配用的軟件包帶3的序號(hào)。
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(gè)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(cè)試秤的性能；
保存并打印秤數(shù)據(jù)；記錄和分析稱重時(shí)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(yùn)行狀態(tài)。
SIWAREXFTC稱重模塊帶有一個(gè)用于檢查稱重時(shí)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(lái)。
固件升級(jí)：可以在現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)和世界各地進(jìn)行固件升級(jí)。
讀出稱重報(bào)告：累計(jì)存儲(chǔ)信息可以保存在一個(gè)插在SIWAREXFTC中的MMC（微存儲(chǔ)卡）上。SIWAREXFTC簡(jiǎn)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(jìn)行修改。
調(diào)試時(shí)，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(chǎng)合是下列中應(yīng)用的哪一種：是非自動(dòng)稱重衡器、皮帶秤、失重秤、固體流量計(jì)還是雙向測(cè)力。
所有參數(shù)被分成帶序號(hào)的27組DR（數(shù)據(jù)記錄），每一組又有數(shù)個(gè)或數(shù)十個(gè)參數(shù)需要設(shè)置（其中一部分可選用來(lái)自制造廠商的“默認(rèn)值”），每修改一項(xiàng)參數(shù)，秤的行為就相應(yīng)改變一點(diǎn)。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(shí)，可以發(fā)送一個(gè)年“命令”，命令分成以下幾組：維護(hù)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(chǔ)器命令。每組命令又有若干條，并賦以數(shù)字編號(hào)。
當(dāng)FTC收到這個(gè)命令并檢查到未能執(zhí)行時(shí)，通過(guò)輸出一個(gè)“同步”信息，讓用戶得知其原因。比如數(shù)字編號(hào)1的命令是“打開維護(hù)模式”，F(xiàn)TC收到這個(gè)命令后將切換到維護(hù)操作；數(shù)字編號(hào)10的
命令是“運(yùn)行阻抗校驗(yàn)”，F(xiàn)TC收到這個(gè)命令后將測(cè)量稱重傳感器的電阻值，并與儲(chǔ)存的阻抗參考值對(duì)照；數(shù)字編號(hào)102的命令是“啟用累積”，F(xiàn)TC收到這個(gè)命令后將開始累計(jì)功能；數(shù)字編號(hào)103的命令是“禁用累積”，F(xiàn)TC收到這個(gè)命令后將停止累計(jì)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(cuò)誤、技術(shù)信息錯(cuò)誤和操作信息錯(cuò)誤。這些信息可以保存并讀取，從而幫助識(shí)別、分析和解決系統(tǒng)存在的問(wèn)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(wèn)世以來(lái)，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(jì)八十年代的中期，我們?cè)诶ッ鹘够茪鈴S備煤車間控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，就用美國(guó)德州公司PM550中型PLC實(shí)現(xiàn)了將6臺(tái)配料用的稱重給料機(jī)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(hào)）直接接收稱重傳感器輸出的mV信號(hào)，而稱量?jī)x表要求的調(diào)零、調(diào)量程等操作及物料量累計(jì)運(yùn)算、PID料量控制等程序在PLC上通過(guò)用戶編程實(shí)現(xiàn)[1]。
再往后，我們?cè)谑袌?chǎng)上看到一些皮帶秤生產(chǎn)廠家以小型PLC模塊加HMI人機(jī)界面作為皮帶秤或稱重給料機(jī)的稱重儀表，其構(gòu)成與上面介紹的方案類似，稱量?jī)x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(yùn)算、物料量累計(jì)運(yùn)算、PID料量控制等程序在PLC上通過(guò)用戶編程實(shí)現(xiàn)，只是以HMI人機(jī)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(jìn)行理論校正功能、支持更換模塊不必重新校驗(yàn)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(jì)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(jì)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(guò)程控制及Profinet通訊；稱重傳感器的重量信號(hào)由SIWAREXU稱重模塊采集；速度編碼器的編碼脈沖信號(hào)由高速計(jì)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(hào)采集；模擬量輸出模塊用于變頻器控制及瞬時(shí)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(jī)時(shí)所需的數(shù)字量輸入和輸出信號(hào)。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(biāo)準(zhǔn)配置包括SIWAREXFTC稱重模塊、PLC、HMI操作面板、稱重傳感器、計(jì)量斗、喂料給料機(jī)和卸料給料機(jī)等組成，如圖5所示。失重秤的配料過(guò)程分為喂料和卸料兩個(gè)階段：配料開始后，首先啟動(dòng)喂料給料機(jī)，由控制器對(duì)計(jì)量斗物料重量進(jìn)行檢測(cè)、采樣，當(dāng)計(jì)量斗物料重量達(dá)到配料設(shè)定的上限值時(shí)，停止喂料，這是喂料階段；在卸料階段，控制器啟動(dòng)卸料給料機(jī)，將計(jì)量斗中的物料卸到下一級(jí)輸料設(shè)備送走，與此同時(shí)，控制器對(duì)計(jì)量斗物料重量進(jìn)行檢測(cè)、采樣，直至計(jì)量斗物料重量達(dá)到配料設(shè)定的下限值；第二個(gè)喂料階段開始，重新向計(jì)量斗喂料，而卸料給料機(jī)仍不停頓繼續(xù)卸料；如此循環(huán)往復(fù)。

失重秤計(jì)量斗內(nèi)每單位時(shí)間內(nèi)物料重量的減少Δw/Δt對(duì)應(yīng)失重秤的給料瞬時(shí)流量。失重秤控制器將dw/dt與預(yù)設(shè)定的給料流量進(jìn)行比較，并通過(guò)調(diào)節(jié)卸料給料機(jī)的速度來(lái)自動(dòng)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(gè)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(shí)現(xiàn)同步工作，也要保證過(guò)程的實(shí)時(shí)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(duì)帶FTC稱重模塊的PLC構(gòu)成的全集成稱重控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于稱重和控制系統(tǒng)的一體化，完全能做到這一點(diǎn)[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(jī)選用Lenze/SEW公司產(chǎn)品、變頻器選用MM440、PLC為S7-300，稱重平臺(tái)材質(zhì)為304不銹鋼，由3個(gè)稱重傳感器支承。

TSLW-M型失重秤1-減速箱2-電機(jī)3-秤臺(tái)4-計(jì)量料斗5-出料口6-螺桿式卸料給料機(jī)

3.3FTC稱重模塊在皮帶秤中的應(yīng)用
皮帶秤有兩個(gè)檢測(cè)元件：稱重傳感器、速度傳感器，要求對(duì)其供電并接收其輸入信號(hào)。如果皮帶秤只有一個(gè)稱重傳感器，則可直接與卡件的供電及mV輸入信號(hào)端子連接；如果皮帶秤有多個(gè)稱重傳感器，則可通過(guò)接線箱并聯(lián)連接后，再與卡件的供電及mV輸入信號(hào)端子連接；速度傳感器則連接到高速計(jì)數(shù)器輸入端子。FTC有7個(gè)開關(guān)量輸入和8個(gè)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(hào)（即包含皮帶秤的稱重給料機(jī)控制輸出信號(hào)）、瞬時(shí)流量信號(hào)、皮帶荷重信號(hào)和皮帶速度信號(hào)等。
每個(gè)S7-300CPU可最多擴(kuò)展8個(gè)SIWAREXFTC稱重模塊，每個(gè)ET200M遠(yuǎn)程I/O站可最多擴(kuò)展7個(gè)SIWAREXFTC稱重模塊，即可分別作為8臺(tái)、7臺(tái)皮帶秤（或稱重給料機(jī)）的二次儀表使用。SIMATICS7-300、FTC稱重模塊、稱重給料機(jī)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(jī)等組成[4]。
 

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