高爐噴吹罐稱重系統(tǒng)組成及標(biāo)定方法

胡海青

【摘 要】本文主要介紹的是馬鋼第三煉鐵總廠高爐噴煤噴吹罐稱重系統(tǒng)的基本組成及標(biāo)定方法，以及在馬鋼第三煉鐵總廠兩座高爐的使用情況，此稱重系統(tǒng)（SIWAREX FTA）已在馬鞍山鋼鐵股份有限公司多座高爐生產(chǎn)線上取得了成功的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】噴吹罐；SIWAREX FTA；SIWATOOL；標(biāo)定

0 前言

馬鋼第三煉鐵總廠高爐噴煤噴吹罐稱重系統(tǒng)采用西門子SIWAREX FTA電子稱重模塊，此稱重模塊可以代替稱重儀表接收稱重傳感器輸出的mV信號，從而與PLC構(gòu)成全集成稱重控制系統(tǒng)，它具有稱重控制設(shè)備一體化、結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)集成度高等優(yōu)點(diǎn)。

我廠噴吹系統(tǒng)共有六臺噴吹罐，每個(gè)噴吹罐的稱重均有一套FTA模塊進(jìn)行測量與控制，因?yàn)榉Q重模塊是PLC的一個(gè)功能模塊，所以通過稱重模塊，可以將現(xiàn)場的稱重設(shè)備直接集成于PLC控制系統(tǒng)中。電信號由現(xiàn)場的電阻應(yīng)變片稱重傳感器傳遞給稱重模塊，由稱重模塊進(jìn)行計(jì)算處理（包括AD轉(zhuǎn)換等）后，再通過PLC總線直接傳給中央控制器的 CPU，然后通過上位機(jī)顯示屏進(jìn)行顯示并操作。

因?yàn)榉Q重模塊不同于一般的稱重儀表，無法在現(xiàn)場直接進(jìn)行稱重系統(tǒng)標(biāo)定參數(shù)的修改與設(shè)定，因此只能通過RS232接口連接一臺PC機(jī)，并事先在PC機(jī)上安裝與FTA稱重系統(tǒng)的接口軟件SIWATOOL，進(jìn)行FTA稱重模塊的標(biāo)定。

1 系統(tǒng)組成

1.1 硬件組成

1）稱重傳感器，每個(gè)噴吹罐配有3個(gè)稱重傳感器；

2）現(xiàn)場接線盒，每個(gè)噴吹罐配有1個(gè)現(xiàn)場接線盒；

3）屏蔽電纜；

4）接線端子；

5）西門子卡件電源；

6）SIWAREX FTA電子稱重模塊；

7）西門子存儲卡；

8）隔離器；

9）24V直流電源；

10）OVITION模擬量輸入卡件。

SIWAREX FTA是SIMATIC S7-300的一個(gè)功能模塊（FM），其數(shù)據(jù)都能夠在SIMATIC S7-300或ET200M總線電路板上直接讀取。稱重傳感器、電源和串行接口的連接全部都能通過40針前連接器來完成。SIWAREX FTA具有兩個(gè)串行接口，一個(gè)是RS485接口，用于連接數(shù)字遠(yuǎn)程顯示器；另一個(gè)是RS232接口，可以連接一臺PC機(jī)，用于設(shè)置SIWAREX FTA參數(shù)。

我廠高爐及噴煤系統(tǒng)均采用的是OVATION系統(tǒng)，那么如何使SIWAREX FTA與OVATION系統(tǒng)進(jìn)行良好的數(shù)據(jù)傳輸，我廠工程人員與西門子工程人員進(jìn)行了深入的探討，西門子FTA模塊提供了幾種數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑缤ㄓ崱⒚}沖計(jì)數(shù)及模擬量輸出等，我廠人員結(jié)合現(xiàn)場具體情況，選擇了更為穩(wěn)定的模擬量傳輸方式，即4-20mA方式進(jìn)行稱重信號的傳輸，具體連接方式如圖3所示。

1.2 軟件組成

硬件設(shè)備調(diào)試好以后，如何來讀取FTA模塊里面的參數(shù)，并調(diào)試和校準(zhǔn)稱重系統(tǒng)？這時(shí)就要運(yùn)用到FTA模塊配套的接口軟件SIWATOOL，此款軟件可以運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)下，該軟件可以分析秤重的過程性能，并借助于一臺電腦來測試它們，除了能夠完整地訪問稱重系統(tǒng)內(nèi)的所有參數(shù)、打印相關(guān)參數(shù)外，還能創(chuàng)建稱重曲線、對稱重系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。

噴煤系統(tǒng)將原煤進(jìn)行烘干、研磨之后，通過排粉風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓將磨好的煤粉抽入到原煤倉，然后通過一系列排粉裝置最終將煤粉送到噴吹罐，經(jīng)過程序設(shè)定后從噴吹罐直接噴吹出煤粉進(jìn)入高爐。

在噴吹過程中，單位時(shí)間噴吹罐內(nèi)煤粉的減少量就是噴煤噴吹率，煤粉的減少量就要依靠稱重系統(tǒng)進(jìn)行測量和監(jiān)控，下圖反映了單個(gè)噴吹罐從裝粉到噴吹的過程。

圖5中第1階段為噴吹罐的裝粉階段，隨著時(shí)間的推移，煤粉越裝越多，重量也就隨著時(shí)間越來越大，曲線呈上升趨勢。

第2階段，當(dāng)所裝煤粉重量達(dá)到程序設(shè)定重量時(shí)，噴吹罐上方卸灰閥停止運(yùn)行，裝粉結(jié)束，此時(shí)可以開始對噴吹罐進(jìn)行沖壓，并等待噴吹的指令。

第3階段，當(dāng)噴吹罐沖壓到程序所設(shè)定的壓力值，并接到噴吹指令的時(shí)候，此時(shí)噴吹罐下部出煤閥打開，煤粉便源源不斷噴吹到高爐各個(gè)風(fēng)口，隨著時(shí)間得推移重量越來越小，曲線呈下降趨勢，此階段單位時(shí)間的重量減少便是所噴煤的噴吹率，生產(chǎn)方根據(jù)高爐運(yùn)行的狀況可以調(diào)節(jié)噴吹率的大小，調(diào)節(jié)噴吹率的大小就是調(diào)節(jié)單位時(shí)間內(nèi)煤粉重量的減少量。下圖為噴吹系統(tǒng)控制畫面。

1.3 FTA稱重系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）稱重系統(tǒng)以SIWAREX FTA稱重模塊取代常規(guī)配料控制儀表，使得稱重與控制系統(tǒng)完美的結(jié)合在一起，整個(gè)配料系統(tǒng)的運(yùn)行統(tǒng)一由PLC進(jìn)行控制。

（2）整個(gè)稱重控制系統(tǒng)I/O約2000點(diǎn)。在系統(tǒng)自動(dòng)配料時(shí)，為控制料倉壓力變化對下料精度產(chǎn)生的影響，系統(tǒng)與上面的料倉自動(dòng)加料系統(tǒng)有相應(yīng)的聯(lián)鎖控制關(guān)系。

（3）西門子SIWAREX FTA稱重模塊將稱重功能直接集成到S7-300 PLC中，加上FTA模塊本身集成的16個(gè)開關(guān)量I/O點(diǎn)和一路4-20mA模擬量輸出功能，可以輕松的實(shí)現(xiàn)這種較復(fù)雜的稱重應(yīng)用。

（4）可定義的輸入和輸出信號。

（5）通過參數(shù)定義，可適用于大多數(shù)不同形式的稱重應(yīng)用。

（6）通過SIWATOOL FTA軟件可方便的設(shè)置參數(shù)。

（7）具有理論校準(zhǔn)功能，無需標(biāo)定砝碼。

（8）更換模塊時(shí)，秤無需重新標(biāo)定。

（9）可用于防爆區(qū)域，F(xiàn)TA適用于 I 級、2區(qū)，類別A、B、C、D或者非爆炸場合，對于 1區(qū)需要配用經(jīng)嚴(yán)格認(rèn)證的稱重傳感器。

2 稱重系統(tǒng)的校準(zhǔn)

稱重系統(tǒng)校準(zhǔn)一般采用掛砝碼比對，或者實(shí)物比對的方法進(jìn)行，此西門子SIWAREX FTA電子稱重模塊提供了另外一種校準(zhǔn)的方法，理論標(biāo)定——免砝碼的標(biāo)定。

假如不需要使用調(diào)節(jié)砝碼進(jìn)行調(diào)節(jié)，在秤的機(jī)械結(jié)構(gòu)正確并且可獲得單個(gè)稱重傳感器的測量記錄下，秤也可以在沒有調(diào)節(jié)砝碼的情況下進(jìn)行調(diào)節(jié)。該步驟在調(diào)節(jié)參數(shù)的過程中使用SIWATOOL FTA工具軟件實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，該步驟是“理論調(diào)節(jié)”。

為獲得調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，特征值范圍（1mV/V、2mV/V 或4mV/V）必須在數(shù)據(jù)記錄的調(diào)節(jié)標(biāo)簽下定義。然后，切換到“理論調(diào)節(jié)”標(biāo)簽。為執(zhí)行理論調(diào)節(jié)，所有稱重傳感器的額定負(fù)荷必須實(shí)現(xiàn)定義。

例如：3 個(gè)稱重傳感器（每個(gè)為1，000kg）的總額定負(fù)荷為3，000kg，為每個(gè)單獨(dú)稱重傳感器輸入調(diào)節(jié)零點(diǎn)偏移量（單位μV）和特征值（單位 mV/V）。這些值從響應(yīng)的稱重傳感器測量記錄中獲得的。特征值通常以5位小數(shù)輸入，例如2.01201。每個(gè)稱重傳感器調(diào)整的零點(diǎn)偏移定義如下：

調(diào)整的零點(diǎn)偏移（μV）=調(diào)整的零點(diǎn)偏移測量值（μV/V）╳稱重模塊電源（V）

例如：稱重傳感器電壓（EXC）=10V，調(diào)整的零點(diǎn)偏移=1.2μV/V，（源自稱重傳感器的測量記錄）輸入：調(diào)整的零點(diǎn)偏移=1.2μV/V╳10V=12μV輸入每個(gè)稱重傳感器的數(shù)據(jù)后，計(jì)算調(diào)節(jié)數(shù)字并且通過執(zhí)行“計(jì)算調(diào)節(jié)數(shù)字”的執(zhí)行按鈕顯示結(jié)果。然后，經(jīng)過計(jì)算的調(diào)節(jié)數(shù)字通過執(zhí)行“接受計(jì)算”與調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)（DR3）一同集成到數(shù)據(jù)記錄中。然后數(shù)據(jù)記錄與新的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)一同送入稱重模塊。根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，完全空載的秤可以指示一個(gè)稍微偏離調(diào)節(jié)零點(diǎn)的數(shù)值。在這種情況下，可以執(zhí)行“特性曲線偏移”的命令。

進(jìn)行校秤操作前，需要將模式調(diào)到ON的狀態(tài)：

進(jìn)入校秤參數(shù)：

此時(shí)將稱重模擬器調(diào)整為零點(diǎn)，按下“Adjustment zero valid（3）”調(diào)整零點(diǎn)：調(diào)整成功后，會(huì)顯示：

然后進(jìn)行量程設(shè)定，輸入量程重量，例如“150.0”，同時(shí)需要選定傳感器特性值等相應(yīng)參數(shù)，以及量程單位等參數(shù)，按“Send”發(fā)送到模塊。

然后加入150kg砝碼重量，并點(diǎn)擊“Adjustment weight1 valid（4）”，即可發(fā)現(xiàn)顯示的為設(shè)定的重量，校秤工作結(jié)束：

此種方法校秤簡便易行，但是精度上和砝碼校準(zhǔn)略有偏差，此偏差可以忽略不計(jì)，在現(xiàn)場沒有條件進(jìn)行砝碼標(biāo)定或者時(shí)間上不允許的情況下可以使用此種方法。正常校秤時(shí)還是建議采用砝碼或?qū)嵨镄?zhǔn)的方法。

3 結(jié)語

當(dāng)前高爐生產(chǎn)線自動(dòng)化程度要求越來越高，對稱重系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性提出了更高的要求，通過2006年到2014年這八年來長時(shí)間運(yùn)行、維護(hù)、檢修、改造，西門子SIWAREX FTA系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性也得到了肯定和認(rèn)可，能夠確保高爐噴煤生產(chǎn)能夠長時(shí)間的保持高精度、高穩(wěn)定性運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

[1]西門子公司.siwarex_FTA運(yùn)用[Z].2008.

[2]張明，郭吉仁，李萌，亢濤.SIWAR EX FTA 電子稱重模塊在全自動(dòng)配料控制中的應(yīng)用[J].玻璃，2008（8）.

[3]方原柏.西門子公司SIWAREX FTA全集成稱重控制系統(tǒng)[J].衡器，2011（5）.

[4]張勝，時(shí)吉敏，穆綱.SIWAREX FTA 稱重模塊在耐火材料高精度配料的應(yīng)用[J].計(jì)量技術(shù)，2008（8）.

[責(zé)任編輯：湯靜]

假如不需要使用調(diào)節(jié)砝碼進(jìn)行調(diào)節(jié)，在秤的機(jī)械結(jié)構(gòu)正確并且可獲得單個(gè)稱重傳感器的測量記錄下，秤也可以在沒有調(diào)節(jié)砝碼的情況下進(jìn)行調(diào)節(jié)。該步驟在調(diào)節(jié)參數(shù)的過程中使用SIWATOOL FTA工具軟件實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，該步驟是“理論調(diào)節(jié)”。

為獲得調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，特征值范圍（1mV/V、2mV/V 或4mV/V）必須在數(shù)據(jù)記錄的調(diào)節(jié)標(biāo)簽下定義。然后，切換到“理論調(diào)節(jié)”標(biāo)簽。為執(zhí)行理論調(diào)節(jié)，所有稱重傳感器的額定負(fù)荷必須實(shí)現(xiàn)定義。

例如：3 個(gè)稱重傳感器（每個(gè)為1，000kg）的總額定負(fù)荷為3，000kg，為每個(gè)單獨(dú)稱重傳感器輸入調(diào)節(jié)零點(diǎn)偏移量（單位μV）和特征值（單位 mV/V）。這些值從響應(yīng)的稱重傳感器測量記錄中獲得的。特征值通常以5位小數(shù)輸入，例如2.01201。每個(gè)稱重傳感器調(diào)整的零點(diǎn)偏移定義如下：

調(diào)整的零點(diǎn)偏移（μV）=調(diào)整的零點(diǎn)偏移測量值（μV/V）╳稱重模塊電源（V）

例如：稱重傳感器電壓（EXC）=10V，調(diào)整的零點(diǎn)偏移=1.2μV/V，（源自稱重傳感器的測量記錄）輸入：調(diào)整的零點(diǎn)偏移=1.2μV/V╳10V=12μV輸入每個(gè)稱重傳感器的數(shù)據(jù)后，計(jì)算調(diào)節(jié)數(shù)字并且通過執(zhí)行“計(jì)算調(diào)節(jié)數(shù)字”的執(zhí)行按鈕顯示結(jié)果。然后，經(jīng)過計(jì)算的調(diào)節(jié)數(shù)字通過執(zhí)行“接受計(jì)算”與調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)（DR3）一同集成到數(shù)據(jù)記錄中。然后數(shù)據(jù)記錄與新的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)一同送入稱重模塊。根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，完全空載的秤可以指示一個(gè)稍微偏離調(diào)節(jié)零點(diǎn)的數(shù)值。在這種情況下，可以執(zhí)行“特性曲線偏移”的命令。

進(jìn)行校秤操作前，需要將模式調(diào)到ON的狀態(tài)：

進(jìn)入校秤參數(shù)：

此時(shí)將稱重模擬器調(diào)整為零點(diǎn)，按下“Adjustment zero valid（3）”調(diào)整零點(diǎn)：調(diào)整成功后，會(huì)顯示：

然后進(jìn)行量程設(shè)定，輸入量程重量，例如“150.0”，同時(shí)需要選定傳感器特性值等相應(yīng)參數(shù)，以及量程單位等參數(shù)，按“Send”發(fā)送到模塊。

然后加入150kg砝碼重量，并點(diǎn)擊“Adjustment weight1 valid（4）”，即可發(fā)現(xiàn)顯示的為設(shè)定的重量，校秤工作結(jié)束：

此種方法校秤簡便易行，但是精度上和砝碼校準(zhǔn)略有偏差，此偏差可以忽略不計(jì)，在現(xiàn)場沒有條件進(jìn)行砝碼標(biāo)定或者時(shí)間上不允許的情況下可以使用此種方法。正常校秤時(shí)還是建議采用砝碼或?qū)嵨镄?zhǔn)的方法。

3 結(jié)語

當(dāng)前高爐生產(chǎn)線自動(dòng)化程度要求越來越高，對稱重系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性提出了更高的要求，通過2006年到2014年這八年來長時(shí)間運(yùn)行、維護(hù)、檢修、改造，西門子SIWAREX FTA系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性也得到了肯定和認(rèn)可，能夠確保高爐噴煤生產(chǎn)能夠長時(shí)間的保持高精度、高穩(wěn)定性運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：湯靜]

假如不需要使用調(diào)節(jié)砝碼進(jìn)行調(diào)節(jié)，在秤的機(jī)械結(jié)構(gòu)正確并且可獲得單個(gè)稱重傳感器的測量記錄下，秤也可以在沒有調(diào)節(jié)砝碼的情況下進(jìn)行調(diào)節(jié)。該步驟在調(diào)節(jié)參數(shù)的過程中使用SIWATOOL FTA工具軟件實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，該步驟是“理論調(diào)節(jié)”。

為獲得調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，特征值范圍（1mV/V、2mV/V 或4mV/V）必須在數(shù)據(jù)記錄的調(diào)節(jié)標(biāo)簽下定義。然后，切換到“理論調(diào)節(jié)”標(biāo)簽。為執(zhí)行理論調(diào)節(jié)，所有稱重傳感器的額定負(fù)荷必須實(shí)現(xiàn)定義。

例如：3 個(gè)稱重傳感器（每個(gè)為1，000kg）的總額定負(fù)荷為3，000kg，為每個(gè)單獨(dú)稱重傳感器輸入調(diào)節(jié)零點(diǎn)偏移量（單位μV）和特征值（單位 mV/V）。這些值從響應(yīng)的稱重傳感器測量記錄中獲得的。特征值通常以5位小數(shù)輸入，例如2.01201。每個(gè)稱重傳感器調(diào)整的零點(diǎn)偏移定義如下：

調(diào)整的零點(diǎn)偏移（μV）=調(diào)整的零點(diǎn)偏移測量值（μV/V）╳稱重模塊電源（V）

例如：稱重傳感器電壓（EXC）=10V，調(diào)整的零點(diǎn)偏移=1.2μV/V，（源自稱重傳感器的測量記錄）輸入：調(diào)整的零點(diǎn)偏移=1.2μV/V╳10V=12μV輸入每個(gè)稱重傳感器的數(shù)據(jù)后，計(jì)算調(diào)節(jié)數(shù)字并且通過執(zhí)行“計(jì)算調(diào)節(jié)數(shù)字”的執(zhí)行按鈕顯示結(jié)果。然后，經(jīng)過計(jì)算的調(diào)節(jié)數(shù)字通過執(zhí)行“接受計(jì)算”與調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)（DR3）一同集成到數(shù)據(jù)記錄中。然后數(shù)據(jù)記錄與新的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)一同送入稱重模塊。根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，完全空載的秤可以指示一個(gè)稍微偏離調(diào)節(jié)零點(diǎn)的數(shù)值。在這種情況下，可以執(zhí)行“特性曲線偏移”的命令。

進(jìn)行校秤操作前，需要將模式調(diào)到ON的狀態(tài)：

進(jìn)入校秤參數(shù)：

此時(shí)將稱重模擬器調(diào)整為零點(diǎn)，按下“Adjustment zero valid（3）”調(diào)整零點(diǎn)：調(diào)整成功后，會(huì)顯示：

然后進(jìn)行量程設(shè)定，輸入量程重量，例如“150.0”，同時(shí)需要選定傳感器特性值等相應(yīng)參數(shù)，以及量程單位等參數(shù)，按“Send”發(fā)送到模塊。

然后加入150kg砝碼重量，并點(diǎn)擊“Adjustment weight1 valid（4）”，即可發(fā)現(xiàn)顯示的為設(shè)定的重量，校秤工作結(jié)束：

此種方法校秤簡便易行，但是精度上和砝碼校準(zhǔn)略有偏差，此偏差可以忽略不計(jì)，在現(xiàn)場沒有條件進(jìn)行砝碼標(biāo)定或者時(shí)間上不允許的情況下可以使用此種方法。正常校秤時(shí)還是建議采用砝碼或?qū)嵨镄?zhǔn)的方法。

3 結(jié)語

當(dāng)前高爐生產(chǎn)線自動(dòng)化程度要求越來越高，對稱重系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性提出了更高的要求，通過2006年到2014年這八年來長時(shí)間運(yùn)行、維護(hù)、檢修、改造，西門子SIWAREX FTA系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性也得到了肯定和認(rèn)可，能夠確保高爐噴煤生產(chǎn)能夠長時(shí)間的保持高精度、高穩(wěn)定性運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：湯靜]