摘 要：本文主要以徐州卷煙廠“十五”后期技術(shù)改造工程糖香料廚房系統(tǒng)為例，描述了西門子自動控制元器件尤其是集成化稱重技術(shù)在香料廚房中的成功應用.

關(guān)鍵詞：集成化稱重、穩(wěn)定、實時性、SIWAREX模塊

0 引言

　　徐州卷煙廠“十五”后期技術(shù)改造工程糖香料廚房系統(tǒng)，要求對配置的95種糖香料按配方要求定量出料，配置準確度為±1%。該工程于2007年12月份通過驗收，各項性能指標均達到規(guī)定要求。

1 系統(tǒng)簡介

　　糖香料配置區(qū)原料罐分布如圖1所示。系統(tǒng)要求對95只糖、香原料罐采用懸浮式靜態(tài)稱重方式檢測罐內(nèi)料液重量和料液配制計量。每只原料罐下部均裝有稱重傳感器，通過西門子稱重模塊將傳感器毫伏信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，即在上位機電腦監(jiān)畫面上直接顯示出每罐料液實時的變化重量，該變化的重量數(shù)值直接參與控制，實時性大大提高。

圖1：糖料配制區(qū)原料罐分布圖

　　糖香料配置監(jiān)控界面如圖2所示。系統(tǒng)接收上級生產(chǎn)管理部門下發(fā)的生產(chǎn)任務(wù)通知單或由本地監(jiān)控機人工錄入的生產(chǎn)任務(wù)單(生產(chǎn)任務(wù)單包括單班生產(chǎn)牌號和產(chǎn)量等信息)，并根據(jù)儲存發(fā)射層相應成品糖(香)的儲存情況，自動分解出所需配制料液的牌號、重量，然后再根據(jù)配方和原料儲存罐中料液的儲存量提供所需補充的原料名稱和需求量，提醒操作人員實時補充。操作人員補充完相應原料后，選定調(diào)制罐,系統(tǒng)自動檢索配方數(shù)據(jù)庫中對應牌號的配方參數(shù)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(nèi)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2：香料配制監(jiān)控畫面

　　配料誤差顯示界面如圖3所示。各種原料通過配料總管由氣動膈膜抽吸至調(diào)制罐，待所有原料配比結(jié)束后監(jiān)控畫面彈出配料結(jié)束提示，并提醒操作人員進行下一步的調(diào)制過程，同時對配料總管進行吹掃清洗。

圖3：配料結(jié)束配料誤差顯示畫面

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

　　2.1 控制系統(tǒng)概述

　　本控制系統(tǒng)設(shè)主控制站1個，由1門威圖公司的雙開門柜構(gòu)成，柜內(nèi)裝有低壓配電器件，所用西門子主要控制器件介紹：主程序控制器(PLC)采用西門子S7-400PLC(型號6ES7 416-2XK04-OABO)，EtherNet網(wǎng)絡(luò)模塊(型號6GK7 443-1EX40-0XE0 V2.4)PS407電源模塊(型號6ES7 407-0KA01-0AA0)各1個，通過4個網(wǎng)絡(luò)交換機(型號SCALANCE X-400)及總線電纜帶26個ProfiNet節(jié)點模塊(6ES7 151-3AA00-0AB0)，其中罐液重量顯示的有95塊電子稱重模塊SIWAREX CS(7MH4910-0AA01)。另外還帶27塊電機模板(3RK1 301-1BB00-0AA2)，28臺FC變頻器(6SL 3225-0SE22-2UA0)165塊I/O輸入、輸出模塊，9塊觸幕屏等器件控制著27臺電機定速轉(zhuǎn)動、28臺電機變速轉(zhuǎn)動、95只罐重量顯示、60只罐溫度顯示、9個加香加料點的加料精度控制、620只閥門按指令要求實現(xiàn)開啟與關(guān)閉。

　　26個I/O箱，現(xiàn)場各加香加料點的I/O子站就近通過ProfiNet連接至該段的主控制站上(各主控站給每個對應的加香加料現(xiàn)場I/O子站預留一個RJ45的以太網(wǎng)接口)，通過iMAP軟件將這些加香加料現(xiàn)場子站箱的I/O點映射為糖香料廚房PLC的變量，并且由于車間級的ProfiNet使用100Mbit/s環(huán)形光纖冗余作為ProfiNet主干網(wǎng)傳輸介質(zhì)，非常穩(wěn)定、可靠和實時。PLC通過ProfiNet實現(xiàn)對現(xiàn)場的控制、數(shù)據(jù)采集、報警和連鎖等功能以及設(shè)備控制層與車間級監(jiān)控管理層的數(shù)據(jù)交換。對于電機的變速轉(zhuǎn)動，由西門子FC系列新型變頻器控制攪拌器的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。這些變頻器直接與ProfiNet總線相連，接受PLC指令程序控制。對于各罐溫度顯示用傳感器、各閥動作控制用的閥閥島等智能元件、本地開關(guān)等傳感器信號仍然直接連上SIEMENS-ET200S模塊，并通過Profibus-DP總線接口與PLC實現(xiàn)通訊。

　　2.2 稱重模塊箱簡介

　　稱重模塊箱配置清單如表1所示。95塊SIWAREX CS稱重模塊分布在5個I/O子站箱(D501-116～D501-120)，每個子站箱通過ET200S擴展裝有19塊SIWAREX CS稱重模塊(每個ET200S ProfiNet型最多可擴展31個SIWAREX CS電子稱重模塊)。每個子站直接接入網(wǎng)絡(luò)交換機，進而通過ProfiNet網(wǎng)絡(luò)直接接入PLC中。詳見圖4：稱重模塊箱配置圖，表1：稱重模塊箱配置清單。

圖4：稱重模塊箱配置圖

      表1：稱重模塊箱配置清單

3 控制系統(tǒng)的功能

　　3.1 控制范圍

　　1)糖、香料的配制，要求配配制誤差<1%;2)糖香料的現(xiàn)場施加，要求配加料誤差<0.5%;3) 糖香料廚房內(nèi)成品糖、香料向各個現(xiàn)場生產(chǎn)點的發(fā)送和回收;4)各蒸汽加熱罐的溫度控制;5)所有稱重傳感器的校準，即具有校準、清零、去皮功能;6)糖香料廚房系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理;7)糖香料廚房和其它部門的信息交換。

　　3.2 稱重模塊調(diào)試

　　SIWAREX CS稱重模塊的調(diào)試有兩條途徑，一種是通過STEP 7直接編程校稱，另一種是通過調(diào)試軟件SIWATOOL CS軟件校稱。本例以SIWATOOL CS軟件為例進行簡述：

　　1) 調(diào)試時首先打開筆記本電腦，雙擊 SIWATOOL CS調(diào)秤軟件圖標，選定所需調(diào)整的罐代號，即可進入下圖調(diào)整畫面。

　　2 ) 調(diào)零。調(diào)零時只需點擊“Adjustment zero valid(3)”按鈕，再點擊“Send”按鈕即可完成各煮料罐、儲存罐零點的調(diào)整。

　　3)量程調(diào)整：主要在調(diào)秤軟件DR3界面內(nèi)進行(Adjustment parameter)。在“Adj.weight1”中輸入校準砝碼的重量后，點擊“Adjustment weight 1 valid(4)”按鈕，然后再點擊“Send”按鈕即可完成整臺秤的標定工作。

　　4) 理論標定:此電子模塊也支持免砝碼標定。某些料罐不具備標準砝碼的條件下，可以通過DR3界面內(nèi)的“Theoret.Calib.”選項，輸入傳感器銘牌上的特征值及補償值等，即可實現(xiàn)量程調(diào)整。

4 系統(tǒng)特點

　　在徐州卷煙廠的糖香料廚房中，應用了西門子自動控制元件尤其是集成化稱重技術(shù)，與以前采用的傳統(tǒng)差壓變送器計量方式相比，具有以下優(yōu)點：

　　1)抗干擾能力強，A/D轉(zhuǎn)換在稱重模塊內(nèi)部一次完成，不受外部干擾，通常方式要經(jīng)過變送器和模擬量模塊兩級轉(zhuǎn)換，容易受外部干擾;

　　2)轉(zhuǎn)換精度高。此稱重模塊的轉(zhuǎn)換位數(shù)為16位，普通模擬量模塊的轉(zhuǎn)換位數(shù)為12～15位;

　　3)穩(wěn)定性高。根據(jù)我們以往的使用效果看，重量變送器穩(wěn)定性不如稱重模塊好，“零點漂移”大;

　　4)高測量速度，實時性好。稱重模塊的的測量速度為50Hz，并且因為直接連接在ProfiNet網(wǎng)絡(luò)中，具有非常高的實時性。

　　5)操作簡單。稱重模塊使用SIMATIC管理器的標準化配置，可以通過STEP 7程序讀寫稱重模塊的信息，因此所有對傳感器進行的“零點校準”、“量程校準”、“去皮”、“清零”等功能都可以通過程序自動執(zhí)行，操作人員只需在監(jiān)控機上通過簡單的按鈕操作即可方便的完成，而如果是用傳統(tǒng)變送器的方式，則會很煩瑣且校準精度得不到保證。

　　6)SIWAREX CS稱重模塊具有自診斷功能，可實時檢測稱重傳感器的狀態(tài)及稱重模塊的自身狀態(tài)。

　　7)可在1、2類防爆區(qū)域中使用，本身具有EX防爆認證。

5 結(jié)束語

　　糖香料廚房配料系統(tǒng)全部采用西門子先進的集成化稱重技術(shù)。集成不僅僅提高了控制精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且也提高了整個配料系統(tǒng)的自動化水平。項目運行至今，維護量極少，管理操作非常方便，這得到最終用戶及我司的充分肯定。并且，我們在其他很多項目中都成功采用了SIWAREX集成化稱重技術(shù)。