高爐噴吹罐稱重系統組成及標定方法

胡海青

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山243003）

0 前言

馬鋼第三煉鐵總廠高爐噴煤噴吹罐稱重系統采用西門子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 構成全集成稱重控制系統，它具有稱重控制設備一體化、結構簡單、系統集成度高等優點。

我廠噴吹系統共有六臺噴吹罐，每個噴吹罐的稱重均有一套FTA模塊進行測量與控制，因為稱重模塊是PLC 的一個功能模塊，所以通過稱重模塊，可以將現場的稱重設備直接集成于PLC 控制系統中。 電信號由現場的電阻應變片稱重傳感器傳遞給稱重模塊，由稱重模塊進行計算處理(包括AD 轉換等)后，再通過PLC 總線直接傳給中央控制器的CPU，然后通過上位機顯示屏進行顯示并操作。

因為稱重模塊不同于一般的稱重儀表，無法在現場直接進行稱重系統標定參數的修改與設定， 因此只能通過RS232 接口連接一臺PC機， 并事先在PC 機上安裝與FTA 稱重系統的接口軟件SIWATOOL，進行FTA 稱重模塊的標定。

1 系統組成

1.1 硬件組成

1）稱重傳感器，每個噴吹罐配有3 個稱重傳感器；

2）現場接線盒，每個噴吹罐配有1 個現場接線盒；

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 的一個功能模塊（FM），其數據都能夠在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 具有兩個串行接口，一個是RS485 接口，用于連接數字遠程顯示器；另一個是RS232 接口，可以連接一臺PC 機，用于設置SIWAREX FTA 參數。

圖1

圖2

我廠高爐及噴煤系統均采用的是OVATION 系統， 那么如何使SIWAREX FTA 與OVATION 系統進行良好的數據傳輸， 我廠工程人員與西門子工程人員進行了深入的探討， 西門子FTA 模塊提供了幾種數據傳輸的方式， 例如通訊、 脈沖計數及模擬量輸出等， 我廠人員結合現場具體情況， 選擇了更為穩定的模擬量傳輸方式， 即4-20mA 方式進行稱重信號的傳輸，具體連接方式如圖3所示。

圖3

1.2 軟件組成

硬件設備調試好以后，如何來讀取FTA 模塊里面的參數，并調試和校準稱重系統？ 這時就要運用到FTA 模塊配套的接口軟件SIWATOOL， 此款軟件可以運行在Windows 操作系統下，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內的所有參數、打印相關參數外，還能創建稱重曲線、對稱重系統進行校準。

圖4

噴煤系統將原煤進行烘干、研磨之后，通過排粉風機產生的負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， 經過程序設定后從噴吹罐直接噴吹出煤粉進入高爐。

在噴吹過程中， 單位時間噴吹罐內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進行測量和監控，下圖反映了單個噴吹罐從裝粉到噴吹的過程。

圖5

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

第2 階段，當所裝煤粉重量達到程序設定重量時，噴吹罐上方卸灰閥停止運行，裝粉結束，此時可以開始對噴吹罐進行沖壓，并等待噴吹的指令。

第3 階段，當噴吹罐沖壓到程序所設定的壓力值，并接到噴吹指令的時候，此時噴吹罐下部出煤閥打開，煤粉便源源不斷噴吹到高爐各個風口，隨著時間得推移重量越來越小，曲線呈下降趨勢，此階段單位時間的重量減少便是所噴煤的噴吹率，生產方根據高爐運行的狀況可以調節噴吹率的大小，調節噴吹率的大小就是調節單位時間內煤粉重量的減少量。 下圖為噴吹系統控制畫面。

圖6

1.3 FTA 稱重系統的特點

（1） 稱重系統以SIWAREX FTA 稱重模塊取代常規配料控制儀表，使得稱重與控制系統完美的結合在一起， 整個配料系統的運行統一由PLC 進行控制。

（2）整個稱重控制系統I/O 約2000 點。 在系統自動配料時，為控制料倉壓力變化對下料精度產生的影響，系統與上面的料倉自動加料系統有相應的聯鎖控制關系。

（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 個開關量I/O 點和一路4－20mA 模擬量輸出功能，可以輕松的實現這種較復雜的稱重應用。

（4）可定義的輸入和輸出信號。

（5）通過參數定義，可適用于大多數不同形式的稱重應用。

（6）通過SIWATOOL FTA 軟件可方便的設置參數。

（7）具有理論校準功能，無需標定砝碼。

（8）更換模塊時，秤無需重新標定。

（9）可用于防爆區域，FTA 適用于I 級、2 區，類別A、B、C、D 或者非爆炸場合，對于1 區需要配用經嚴格認證的稱重傳感器。

2 稱重系統的校準

稱重系統校準一般采用掛砝碼比對， 或者實物比對的方法進行，此西門子SIWAREX FTA 電子稱重模塊提供了另外一種校準的方法，理論標定——免砝碼的標定。

假如不需要使用調節砝碼進行調節，在秤的機械結構正確并且可獲得單個稱重傳感器的測量記錄下，秤也可以在沒有調節砝碼的情況下進行調節。 該步驟在調節參數的過程中使用SIWATOOL FTA 工具軟件實現調節，該步驟是“理論調節”。

為獲得調節數據，特征值范圍(1mV/V、2mV/V 或4mV/V)必須在數據記錄的調節標簽下定義。然后，切換到“理論調節”標簽。為執行理論調節，所有稱重傳感器的額定負荷必須實現定義。

例如：3 個稱重傳感器（每個為1,000kg）的總額定負荷為3,000kg，為每個單獨稱重傳感器輸入調節零點偏移量(單位μV)和特征值(單位mV/V)。這些值從響應的稱重傳感器測量記錄中獲得的。特征值通常以5 位小數輸入，例如2.01201。 每個稱重傳感器調整的零點偏移定義如下：

調整的零點偏移(μV)=調整的零點偏移測量值(μV/V)╳稱重模塊電源(V)

例如：稱重傳感器電壓(EXC)=10V，調整的零點偏移=1.2μV/V，(源自稱重傳感器的測量記錄) 輸入： 調整的零點偏移=1.2μV/V╳10V=12μV 輸入每個稱重傳感器的數據后，計算調節數字并且通過執行“計算調節數字”的執行按鈕顯示結果。然后，經過計算的調節數字通過執行“接受計算”與調節數據(DR3)一同集成到數據記錄中。 然后數據記錄與新的調節數據一同送入稱重模塊。 根據設備的結構，完全空載的秤可以指示一個稍微偏離調節零點的數值。 在這種情況下，可以執行“特性曲線偏移”的命令。

進行校秤操作前，需要將模式調到ON 的狀態：

圖7

進入校秤參數：

圖8

此時將稱重模擬器調整為零點，按下“Adjustment zero valid（3）”調整零點：

圖9

調整成功后，會顯示：

圖10

然后進行量程設定，輸入量程重量，例如“150.0”，同時需要選定傳感器特性值等相應參數，以及量程單位等參數，按“Send”發送到模塊。

然后加入150kg 砝碼重量，并點擊“Adjustment weight1 valid（4）”，即可發現顯示的為設定的重量，校秤工作結束：

圖11

此種方法校秤簡便易行，但是精度上和砝碼校準略有偏差，此偏差可以忽略不計，在現場沒有條件進行砝碼標定或者時間上不允許的情況下可以使用此種方法。正常校秤時還是建議采用砝碼或實物校準的方法。

3 結語

當前高爐生產線自動化程度要求越來越高，對稱重系統的精度和穩定性提出了更高的要求，通過2006 年到2014 年這八年來長時間運行、維護、檢修、改造，西門子SIWAREX FTA 系統的安全性和穩定性也得到了肯定和認可，能夠確保高爐噴煤生產能夠長時間的保持高精度、高穩定性運行。

［1］西門子公司.siwarex_FTA 運用[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配料控制中的應用[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[J].衡器,2011(5).

［4］張勝,時吉敏,穆綱.SIWAREX FTA 稱重模塊在耐火材料高精度配料的應用[J].計量技術,2008(8).