陇南西门子代理商
一、概述
某塑胶企业配料设备采用失重称重的方式，为了确保每种产品配料中的主料和各种辅料实现准确的配料，整个配料系统由多台失重秤构成，称重配料，采用螺旋给料方式进行物料输送。所有主料和辅料终被送入一个容量约为200Kg的称重式料斗进行混合，由于设备故障维修昂贵且性能不能满足要求，客户决定对失重秤系统进行升级改造。本文阐述了该系统采用西门子专用称重模块SIWAREX FTC改造过程及效果分析。
二、原有设备
用户原有失重秤主要由称重传感器、称重仪表、秤体等部分构成，该系统人机交互接口少，维护相当困难， 板卡备件价格昂贵。由于称重控制器的设计专一性，该控制器在本设备的控制过程能比较单一， 只有重量称量功能，在整个流程中没有其他控制功能，也不能实现方报表输出等功能。用户为了提供生产效率，减少现场维护量，需要将原有的失重秤改造成具有称重、控制和管理功能，能够实时**控制该称重过程， 人机交互快速方便，信息输出方式多样的称重控制系统。要求称重控制设备具有通用性，称重传感器精度稳定性，人机操作界面友好。
三、改造过程
我们针对用户的要求，选用了西门子SIWAREX FTC称重控制模块（图2）。FTC模块是一种高精度、高速的动态称重控制模块，直接集成于西门子S7-300PLC控制系统，可通过编程方便的实现失重式给料设备的称重控制功能。SWAREX FTC可以**的控制生产过程中粉末、颗
粒、片状、条状和块状固体物料瞬时给料流量和累计量。在生产过程中，给料流量的**控制对保证产品质量起到了重要的作用。
该系统包括一台主控PLC CPU 315-2DP，外接两只FTC模块，控制两台失重秤。称重传感器采用西门子的RN系列单传感器，上位人机界面采用了新的MP277 10寸彩色触摸屏，较大的显示面积有利于重量参数的设定和显示，以及称重工作状态的记录显示（图3）。给料配方的功能，增强了系统使用的灵活性，配方设定值可以直接在触摸屏上通过密码设定。所有配方数据都保存在存储卡里，以防止意外丢失。FTC模块自带特定功能的输出点，可以控制加料的一些专用功能，比如加料阀的开关，螺杆加料机的速度控制，以及其他保护功能。
失重秤连续对整个给料系统包括称重斗、给料机构进行称重，相当于一台静态秤；通过变频调速来控制给料机构的下料流量。失重秤料斗内每单位时间内物料重量的减少Δd/ Δt对应失重秤的给料流量。FTC将dv/dt与预设的给料流量进行比较，并通过调节给料机的速度来自动修正，可以保持**的给料流量。
当料斗内的物料重量低于预设值，FTC称重控制模块将锁定给料机速度，保持下料机构以容积方式给料。打开加料阀进行快速加料。当料斗内物料重量达到高位预设值，加料阀自动关闭。FTC控制器自动将下料机构切换到称重方式加料。
性能特点
• 给料累计量精度优于±0.2﹪～±0.5﹪；
• 给料流量控制精度优于±1－2﹪；
• 给料速率为0.05～100 000㎏/h ；
• 性能可靠，几乎不需要维护，特别适用于条件恶劣的工业领域；
• 多种标定方式，标定简单；
• 结构紧凑，占用空间小；
• 整体式安装，降低安装成本；
• 全封闭式物料输送，防止粉尘飞扬、环境污染。
四
由于西门子SIWAREX FTC称重技术的使用，使得：
• 提高批量加料计量精度，不受外部因素（例如机械振动等）的干扰；
• 可适用于不同种类、不同密度的物料计量控制；
• 分别获取和显示料位和物料重量值；
西门子SIWAREX FTC称重模块和S7-300系统的可编程和集成的特点，使我们在实施失重秤改造项目中，能够借助SIMATIC强大的平台，充分满足了用户的称重、控制和管理需求。确保工厂高效运行并保证产品质量，实现了生产流程优化和高度自动化。西门子SIWAREX FTC优异的性能和可靠的品质使失重秤称重控制系统的稳定性和可控性都大大提升，减少了用户的维护量。
在plc控制网络中，根据网络拓扑结构可分为三种基本形式：星型、总线型和环型结构，如图所示。
图 PLC的网络结构
1.星型结构
图 (a)是星型结构。这种结构有中心节点，网络上其他节点都与中心节点相连接。通信由中心节点管理，任何两个节点之间通信都要经过中心节点中继转发。这种结构的控制方式简单，但可靠性较低，一旦中心节点出现故障，整个系统就会瘫痪。PLC较少采用。
2.总线结构
图 (b)是总线结构。所有节点连接到一条公共通信总线上。任何节点都可以在总线上传送数据，并且能被总线上任意节点所接收。这种结构简单灵活，容易加扩新节点，甚至可用中继器连接多个总线。节点间通过总线直接通信，速度快、延迟小。某个节点故障不会影响其他节点的工作，可靠性高。但由于所有节点共用一条总线，总线上传送的信息容易发生冲突和碰撞，出现争用总线控制权、降低传输效率等问题。该结构PLC较多采用，如OMRON的Controller link、SYSMAC link、Ethernet等很多网是总线结构。
3.环形结构
图 (c)是环形结构。在环上数据按事先规定好的一个方向从源节点传送到目的节点，路径选择控制方式简单。但由于从源节点到目的节点要经过环路上各个中间节点，某个节点故障会阻塞信息通路，可靠性差。
开关量输入模块用来接收现场输入设备的开关信号（如按钮、行程开关、温控开关、液位开关等），将信号转换为plc内部的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面： 1)输入信号的类型 开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流/直流输入三种类型。选择时主要依据现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块延迟时间较短，还可直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。 2)输入信号的工作电压 开关量输入信号的工作电压常用的有：直流分别为5V、12V、24V；交流分别为110V、230V等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。 一般24V及以下属于低电平安全电压，用于传输距离较近场合或现场有防火、防爆等安全要求的场合，如12V输入模块远不得超过10m。距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。 国内设备多为交流220V和380V工作电压，国外常用110V工作电压。用230V电压等级时，一般允许其工作电压在184~276V之间。对于国内的电网来说，采用220V交流电的工作现场，信号采集方便，传输距离限制较小，它适用于一般环境下的机械设备所在的现场。 3)输入模块密度 按输入点数来分，常用的有8点、16点、32点等。对于32点及以上的高密度输入模块，接通的点数一般不要超过输入点数的60%。 4)输入接线方式 开关量输入模块主要有汇点式和分隔式两种接线方式。汇点式开关量输入模块所有输入点共用一个公共端(COM)；而分隔式开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。如果输入信号之间不需要分隔，一般选用汇点式开关量。 开/关量输出模块是把中央处理器CPU处理过的内部数字量信号转换成驱动外部输出设备、执行机构、显示灯等负载的开关信号，并实现PLC内外信号电气隔离的模块。选择时主要考虑以下几个方面： 1)输出方式。开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。 继电器输出的价格便宜，可驱动交流或直流负载，适用的电压范围广、导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢、寿命较短，只能适用于动作不频繁的交直流负载。当驱动感性负载时，触点动作频率不得超过1Hz。 对于频繁通断、驱动电流不大、功率因数低的场合，应选用晶闸管或晶体管输出方式，它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。 感性负载在断开瞬间会产生较高的反向电压，必须采取抑制措施。若是直流感性负载，要在负载两端并联二极管。 2)输出接线方式。开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式。分组式输出是几个输出点为一组，一组有一公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一公共端，各输出点之间相互隔离。选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。 3)驱动能力。开关量输出模块的输出电流（驱动能力）必须大于负载的额定电流。用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。对于容性负载、电阻性负载在接通时有冲击电流，应留有足够的裕量。
在选用输出模块时，不但要看一个输出点的驱动能力，还要看整个输出模块的满负荷能力，即输出模块的各个输出通道接通点数的总电流不得超过模块规定的大允许电流。一般接通点数不要超过同一COM端输出点数的60%。 |