西門子公司稱重模塊的應用

        摘要：采用帶稱重模塊的PLC構成全集成稱重控制系統，這使稱重設備成為集成在全自動化解決方案中的一個自動化裝置，全集成稱重控制系統具有結構簡單、系統集成度高等優點，本文介紹了西門子公司稱重模塊性能、優勢及其應用。

        1概述
        全集成自動化技術TIA(Totally Integrated Automation)的理念，是由西門子公司在1996年提出的，這是一個自動化系統技術與產品的核心思想，他們首先要做的是將開關量的采集與控制、模擬量的采集與控制都集成在PLC中完成，再加上標準化的網絡體系結構，統一的編程組態環境和高度統一的數據集成，使TIA可以為企業實現橫向和縱向的信息集成。
        信息集成的另一項工作是將一些檢測儀表、一些簡單的檢測控制系統集成進來，比如現場溫度儀表中的熱電偶、熱電阻，如果都采用溫度變送器轉換成4~20mA再送到PLC的I/O模塊，顯然是不經濟也不現實的。所以PLC生產廠家開發了模擬量溫度輸入模塊，他一方面可以直接輸入各種分度號的熱電偶、熱電阻，附帶也可以接受mV、Ω類型的信號，這樣溫度儀表就可以直接集成到PLC中。除模擬量溫度輸入模塊外，另一個信息集成的例子是稱重模塊，這里所說的稱重模塊是可以與稱重儀表的檢測元件（如電阻應變式稱重傳感器）相連的I/O卡，他是可以接受稱重傳感器輸出的mV信號并可以完成某些衡器功能的PLC I/O模塊，他與同稱為稱重模塊的帶安裝件的稱重傳感器含義是不同的，前者是I/O卡件，后者是帶安裝件的稱重傳感器。
        圖1是通過ET200M遠程I/O、S7-300集成了稱重模塊的S7-400 PLC控制系統配置示意圖，用戶可以完全自由地配置包括稱重應用在內的自動化解決方案，適當地組合SIMATIC部件意味著可以給小型、中型和大型工廠找到最佳解決方案。各類稱重設備（或稱重系統）是用SIMATIC標準操作員站的控制面板進行操作和監控的，當然還可以增加觸摸屏等簡易人機接口同時用于就地操作和監控稱重設備。

圖1  集成了稱重模塊的S7-400 PLC控制系統配置示意圖

圖2  SIWAREX P稱重模塊

      稍后西門子公司又推出了SIWAREX M、A稱重模塊，外形就不再像稱重儀表，而完全是一塊I/O卡了。性能也提高了很多，精度0.01%，內部分辨率±524286以上，采樣次數50次/s，更重要的是。他們作為S7系列PLC的I/O卡可以直接插入S7-300，通訊口也增加了RS232，還帶3DI/4DO開關量輸入輸出。
        列在最新產品目錄上的稱重模塊是適用于中等精度非自動稱重衡器（如料斗秤、容器秤、負荷和張力測量）的MS、U、CS、CF稱重模塊，適用于高速、高精度的非自動/自動稱重衡器的FTA稱重模塊，適用于高速、高精度連續自動稱重衡器的FTC稱重模塊（見圖3）。其中MS可直接插入S7-200，CS、CF通過ET200S作為S7-300、S7-400的分布式I/O，U、FTA、FTC直接插入S7-300，也可通過ET200M作為S7-300、S7-400的分布式I/O。

圖3  西門子公司多種型號的稱重模塊

        表1列出了西門子稱重模塊的主要性能參數。

        注：TTY可用于連接外部顯示器。

        3 稱重模塊的優勢
        如果現場稱重設備的信號需要傳送到PLC系統集中顯示與管理，按傳統的方案，稱重傳感器的輸出信號要送到重量變送器或稱重儀表完成作為稱重設備的調整運算后，僅僅將代表重量值的4~20mA信號通過模擬量輸入模塊送到PLC系統（見圖4上）。如采用西門子公司SIWAREX稱重模塊的方案，則可將稱重傳感器與稱重模塊直接相連，由稱重模塊向稱重傳感器提供電源，稱重傳感器的輸出信號送到稱重模塊，而作為稱重設備的調整運算等衡器功能則由PLC系統完成（見圖4下）。

圖4  兩種解決方案示意圖

        SIWAREX稱重模塊集成化解決方案有哪些優勢呢？
        ·  稱重模塊直接集成在PLC系統中，結構緊湊；
        ·  標準導軌安裝，安裝和更換方便；
        ·  與PLC之間無需額外的通訊接口，傳輸速度高；
        ·  稱重信號與S7-200、300的CPU之間采用數字量傳輸，精度高；
        ·  支持擴展各種PLC功能模塊，實現強大的控制和通訊功能；
        ·  具有與西門子SIMATIC統一的編程組態平臺，可編程能力強大；
        ·  靈活的稱重系統組態和擴展；
        ·  可實現高速、高精度的稱重計量；
        ·  具有配方管理功能；
        ·  減少通訊和控制系統的硬接線回路；
        ·  可用于防爆場合；
        ·  稱重模塊可帶診斷功能，如實時檢測傳感器回路阻抗阻值，實現預維護。

        4 稱重模塊的應用
        稱重模塊已經在各類稱重設備（或稱重系統）中應用，特別是在那些與工藝過程緊密結合的生產過程，如稱重設備（或稱重系統）與工藝設備需要連鎖控制的過程，以前需要外加PLC實現連鎖控制，如今稱重設備（或稱重系統）集成到PLC中，實現了一體化控制。這樣的系統包括批稱量配料系統、稱重給料機連續配料系統、失重秤、失重給料機配料系統、軌道衡、包裝秤等等。
        4.1 料倉秤
        作為稱重設備最簡單的應用——料倉秤，我們可以在S7-200上選用MS稱重模塊，模塊向稱重傳感器供電并接收稱重傳感器輸出的mV信號，稱量數據可以通過外接顯示器顯示，還可通過觸摸屏操作及顯示。通過RS232接口連接安裝有SIWATOOL MS軟件PC機可以完成秤的調整、設定并保存秤的參數，還可以在線運行對故障進行診斷。料倉秤組成示意圖見圖5，在觸摸屏上顯示的總貌畫面見圖6。

圖5  料倉秤組成示意圖

圖6  觸摸屏上顯示的總貌畫面

        4.2 批稱量配料系統
        批稱量配料系統有多臺料倉秤，通常稱之為多物料、多組分的稱重配比系統。除了料倉的稱重信號外，還會有一些開關量輸入/輸出信號。而作為生產過程的一部分，料倉秤還需要與周圍設備連鎖配合，共同完成稱重、配料等項工作。圖7所示為全集成PLC批稱量配料系統圖，他是由S7-300 PLC的 CPU、電源模塊及作為其I/O模塊的SIWAREX U稱重模塊、DI/DO模塊共同組成的。

 圖7  全集成PLC批稱量配料系統圖

        4.3 稱重給料機
        西門子公司FTC稱重模塊是設計專門用于高速、高精度連續自動稱重衡器，圖8是用于稱重給料機連續配料系統示意圖。圖中，稱重給料機秤架上稱重傳感器、速度傳感器的輸入信號接入FTC稱重模塊，由稱重模塊進行計算處理（包括AD轉換，濾波等）后，再通過PLC總線直接傳給S7-300 PLC的CPU，通過S7-300 PLC的控制功能實現PID控制，通過稱重模塊的模擬輸出端子輸出4~20mA控制信號（例如送到變頻器的信號）,通過就地盤上的觸摸屏可以顯示稱重過程參數并進行操作。

圖8   全集成PLC皮帶秤稱重的系統結構示意圖

        4.4  糖香料廚房
        徐州卷煙廠技術改造工程糖香料廚房系統，要求對配置的95個原料罐中各種糖香料按配方要求定量出料，配置準確度為±1%。原料罐下部裝有稱重傳感器并連接到稱重模塊，以檢測罐內料液重量和料液配制量。系統接收上級生產管理部門下發的生產任務通知單，自動分解出所需配制料液的牌號、重量，選定調制罐，系統自動檢索配方數據庫中對應牌號的配方參數計算出所需各原料的重量，然后中央控制器（PLC）通過檢測到的原料罐內原料的實時重量控制參與配制時各個原料罐的出料閥的開閉，達到控制出料量的目的，圖9為其中的糖料配制區原料罐顯示畫面。
        控制系統采用西門子S7-400PLC，另有EtherNet網絡模塊、電源模塊、26個ProfiNet節點模塊、95個稱重模塊SIWAREX CS、27個電機模塊、28臺FC變頻器模塊、165個各種I/O輸入、輸出模塊及4個網絡交換機等等。95個SIWAREX CS稱重模塊分布在5個I/O子站箱中，每個子站箱通過ET200S擴展裝有19個SIWAREX CS稱重模塊（最多可裝31個SIWAREX CS電子稱重模塊），每個子站直接接入網絡交換機，進而通過ProfiNet網絡直接接入PLC中。系統共控制27臺電機定速轉動、28臺電機變速轉動、620臺閥門開啟或關閉。
        與以前采用的差壓變送器計量方式比較，改造后的糖香料廚房具有精度高、零漂小、穩定性好（受溫度影響小）、標定方便（無需專用儀表）等優點。新系統2007年7月投入運行，2007年12月通過驗收。系統運行至今，維護量極少，管理操作非常方便，各項性能指標均達到規定要求，因而得到最終用戶的充分肯定[1]。

圖9  糖料配制區原料罐顯示畫面

        采用帶稱重模塊的PLC構成了全集成稱重控制系統，這使稱重系統成為集成在全自動化解決方案中的一個自動化裝置，從而可使用標準自動化系統執行各種稱重領域的特定任務。這不僅允許用戶以多種方式實現操作、顯示、控制、存儲、通訊等工作，而且還允許稱量過程完全融入標準自動化系統中，無需額外的投資及管理費用。上面提到的糖香料廚房的這個例子非常典型，控制系統檔次高（采用了大型S7-400PLC）、I/O模塊數量多（約343個）、稱重設備臺數多（95臺）、配方多、要求配方精度高、設計的外圍控制設備數量多（電機、閥門等約675臺）、應用效果好，也充分說明了采用帶稱重模塊的全集成稱重控制系統的特點和優勢。

深圳市誠通達科技有限公司（東莞辦）

聯系人：陳生
手機：13726963954
Q    Q：1912614192
電  話：0769-27224007

傳  真：0769-22881331

地  址：東莞市南城區鴻福路口騰龍商務大廈609室