西門子PCS 7中SIWAREX FTC模塊連續稱重配比的應用

林峰

【摘要】根據某公司飼料級磷酸三鈣裝置的實際生產工藝，介紹在西門子PCS7系統中，利用SIWAREX FTC模塊，在給料機上實現對粉料穩定連續的高精度測量，實現固體液體的實時在線配比。SIWAREX FTC稱重模塊無縫結合在DCS系統中，是在國內首次大量使用于工業生產。經過一年多的使用，該模塊在該系統穩定可靠，是高精度連續稱重的代表。

【關鍵詞】連續稱重配料；PCS7；SIWAREX FTC；給料機

1.概述

隨著各行業工藝技術的發展和產品質量要求的提高，傳統的靜態稱重配料方式已經不滿足某些生產技術的要求，工藝配料已趨向于連續的實時配料，來滿足越來越嚴格的產品品質要求。因此需尋求一種穩定的、高精度測量自動化產品來滿足動態的高精度連續在線測量配比。

本文就某公司飼料級磷酸三鈣裝置的配料系統工程，介紹利用西門子SIWAREX FTC模塊和PCS7系統，實現固液多物料的連續性高精度實時配料。

2.工藝生產對稱重系統的要求

在該裝置中，所生產的產品為飼料級磷酸三鈣。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，送入回轉窯中進行連續煅燒，之后進行粉碎球磨、分析、品位配比、得到合格產品。因該產品要求為飼料級，對氟和砷含量的控制要求非常嚴格。其中氟的含量不能超過8ppm，砷的含量不能超過3ppm。且生產流程為連續的在線生產，并根據磷礦石品位及含有害物質量（氟和砷）隨時調整配方。

因此，對所有物料的累積誤差要求為優于0.5%，方可從配料源頭控制產品質量，生產出符合歐美日標準的產品。通過對國內外動態稱重產品的調研，因西門子SIWAREX FTC結構簡單、成本少、穩定、精度高、性價比高等。最終確定采用該設備及控制裝置來滿足該裝置生產控制需要。

3.FTC模塊和PCS7系統介紹

3.1 SIWAREX FTC

3.1.1 FTC模塊產生及集成

1996年，西門子公司全集自動化技術TIA，這是自動化系統與產品的核心思想與主導理念，TIA是集高度的集成統一性和前所未有的開放性一身，標準的數據集成，使TIA為企業實現橫向和縱向的信息集成，基于西門子公司強大的工業控制技術及此理念。西門子公司推出以SIMATIC S7為核心的SIWAREX稱重方案。其中SIWAREX FTC為SIWAREX系統中最高端的一款，其不僅可以應用在靜態稱重，更適合于高速、高精度的連續自動稱重，如：皮帶秤、失重秤及高精度的雙向測量等。FTC稱重模塊可直接集成在SIMATICS7-300中或通過遠程I/O方式通過PROFIBUS-DP總線集成到SIMATA S7和SIMATIC PCS7中。在本裝置中，采用的DCS系統為SIMATIC PCS7 7.1。

3.1.2 主要功能及特點

（1）主要應用場合

非自動稱重儀器，如料斗秤、平臺秤、吊車秤和稱重式料位計；皮帶秤或固體流量計（包括帶PID調節的稱重給料機）、失重秤（帶PID）、雙向測力。

（2）特點

自動調零功能；自動標定功能，具有電子標定、砝碼標定和實物標定功能；帶四折線函數功能，可對荷重輸入信號的非線性進行線性化轉換；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診斷；具有稱重儀表數據備份/恢復功能，更換儀表無需重新標定；分辨率高達16百萬分之一的重量測量或能力；精度高達3 x 6000d，可以校準（0.5μV每個e）；10毫秒的測量速率；可以通過參數定義的輸入和輸出；秤的狀態記錄；適用于防爆區域1、2的本征安全稱重傳感器電源（任選）；

3.2 PCS7介紹

PCS7是一種模塊化的基于現場總線的新一代過程控制系統，結合傳統的DCS和PLC控制系統的優點。系統所有硬件都基于統一平臺，所有軟件都集成在SMATIC程序管理器下，有同樣統一的軟件平臺。系統大量采用新技術，在網絡配置上，使用標準工業以太網和PROFIBUS網絡。由于PCS7消除了DCS和PLC界限，實現儀控和電控的一體化，是一種全集成的自動化開放型過程控制系統。

4.稱重系統控制方案

4.1 系統架構

控制系統硬件采用西門子414-4H，FTC模塊在遠程I/O站ET-200M中連接，軟件環境為PCS7 V7.1。一個ET-200M從站中可最多安裝6臺FTC模塊，在本裝置中共使用12臺FTC模塊，分別安裝在兩個ET-200M從站中。并分配所有FTC模塊的實際物理地址地址，因本裝置的PCS7系統集成了其他ET200從站，按照該裝置的特點，對所有FTC模塊的物理地址進行劃分，對于該配料系統中的3臺給料機，其地址如表1所示，液體配比物料采用電磁流量計進行測量，地址分配在另一I/O站中。

4.2 SIWAREX FTC同稱重給料機連接（如圖1所示）

4.3 SIWAREX FTC同PCS7的連接

為使PSC7中實現對SIWAREX FTC的監控，必須使SIWAREX FTC模塊的I/O完全處于SIMATIC CPU的過程圖中。且SIWAREX FTC模塊的I/O設置需同PCS7中CFC中接口定義匹配。在出廠時，所有參數為默認，需要工程人員根據電氣控制原理圖實現參數定義，從而實現皮帶秤的控制。SIWAREX FTC同PCS7控制系統進行連接，實現對給料機的高精度控制，是通過以下具體步驟實現：

4.3.1 PCS 7系統安裝

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

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

（2）對操作系統的要求，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（單用戶、服務器）Windows XP Professional SP2英文版；

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

4.3.2 添加SIWAREX FTC功能組件到PCS7中

在購買SIWAREX FTC模塊時，可在西門子公司官網上下載SIWAREX FTC功能組件。運行SETUP_FOR_SIMATIC軟件，此步驟將SIWAREX FTC的控制功能塊、硬件、畫面等組件添加到SIMATIC PSC7 控制系統中。因在SIMATIC硬件目錄及軟件功能塊目錄中沒有集成該功能塊，需添加該特殊功能塊才能實現SIMATIC FTC同PCS7的無縫連接。此為SIWAREX FTC模塊同PCS7系統連接的關鍵一步。

4.3.3 使用SIWATOOL FTC軟件對 FTC模塊進行設置

使用SIWATOOL FTC軟件對FTC模塊內部I/O輸入輸出地址進行定義； 通過安裝SIWATOOL FTC軟件，并連接到SIWAREX FTC的RS485接口上；啟動軟件，在線連接，在軟件內在線對DR3、DR4、DR5、DR7、DR8、DR9、R17、DR26等參數進行設置，其中設置DR7參數是實現同PCS7的上SFT_FTC功能塊連接的關鍵。DR7中設置的主要參數有：重量信號、電機轉速反饋、電機轉速給定、電機啟動/停止、電機故障及運行、過程報警等。并可實現RS232/485通訊進行設置，具體參數根據皮帶秤或給料機實際參數進行設置。

在PCS7控制系統中調用SFT_FTC功能塊；在SIWAREX FTC中；SIWAREX FTC占用輸入和輸出區域中的16個字節。通過在SFT_FTC進行內部定義，然后傳送到SIWAREX FTC。在PCS7中，在新增的CFC過程控制塊中，添加SFT_FTC該應用功能塊。將硬件配置中地址SIWAREX FTC的實際物理地址連接到該CFC的對應引腳地址上。SFT_FTC同SIWAREX FTC具體參數的連接參考《SIWAREX?FTC裝置手冊》[1]。

具體步驟為：

（1）在PCS7軟件中，選擇“工廠視圖”，點擊相應的工段上，新建一CFC文件，并命名為該CFC文件為L-201；

（2）雙擊打開CFC L-201，在左邊庫里面選擇SIWAREX目錄，展開，選擇SFT_FTC并拖放到編輯區域，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中對應的引腳自動相連接，其各引腳同SIWAREX FTC的定義及對應關系參考《SIWAREX?FTC裝置手冊》。

（3）添加其他功能塊。因該CFC為給料機（皮帶秤）功能塊，則在此CFC中，添加CTRL_PID功能塊實現對給料機的PID調節，添加電機操作功能塊MOTOR，將CTRL_PID、MOTOR、SFT_FTC的對應參數相連接。

（4）在完成以上主要功能后，則添加其他功能，如負荷率，累計等塊，并按正確的連接進行連接。連接正確后進行編譯，編譯無錯誤下載。

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

4.3.4 最后在PCS7系統的畫面組態軟件WINCC上調用PCS7中給料機塊（皮帶秤）畫面或根據實際情況編輯創建新畫面，實現軟件中PCS7中上位機畫面同SIWAREX FTC的數據通訊連接，即可實現在上位機對皮帶秤進行監視操作。

如：瞬時流量、累積量、負荷率、轉速等，給料機（皮帶秤）的運行狀態監視及啟動/停止或手動/自動給定操作等功能。

4.4 連續配料實現

完成以上組態工作后，則進行配料系統的設計組態。在該配料系統中，總共有3種固體物料，根據工藝控制規則，質檢人員人工分析計算出每批磷礦石原料成分比，根據磷礦石中有害物質的成分比，以每批磷礦石化驗為基數，計算其他物料相應比率。因此，每新進一批物料，物料重量配比則隨之變化一次。配方比也隨之要改變一次。具體上位機配比畫面如表2所示：

表2 上位機配比畫面

物料名 給定量（t/h） 比例（0-100%） 實際量（t/h）

總固體量 100%

磷礦石 磷礦有害物質比例

配料1（固體）

配料2（固體）

液體量

在該配比中，只需設置總固體量和磷礦有害物質比例兩個參數，以總固體量為主參數，根據磷礦石中有害物質的比例，在程序中根據給定的總固體量，自動計算出配料1、配料2的設置量并傳送給各FTC模塊控制的給料機，再根據配比自動計算出液體的配比，從而完成整個配比過程，進入下一步工序。

5.結束語

在該系統中，共使用12臺FTC模塊。自2013年1月正式投產以來，所用FTC模塊的給料機稱重系統穩定，一年多來，沒有對給料機進行校驗，秤的精度一直優于0.4%，鑒于此原因，該公司將原有大部分需要經常調校的給料機及皮帶秤有計劃地更改為該種給料機并使用SIWAREX FTC模塊，使該公司的稱重給料配料系統更加穩定。

參考文獻

[1]《SIWAREX?FTC裝置手冊》，西門子（中國）有限責任公司，2005.

[2]《西門子公司FTC稱重模塊的應用》[J].科技應用，2012.