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(tǒng)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(gòu)成全集成稱重控制系統(tǒng)，它具有稱重控制設(shè)備一體化、結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)集成度高等優(yōu)點。

我廠噴吹系統(tǒng)共有六臺噴吹罐，每個噴吹罐的稱重均有一套FTA模塊進(jìn)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(xiàn)場的稱重設(shè)備直接集成于PLC 控制系統(tǒng)中。 電信號由現(xiàn)場的電阻應(yīng)變片稱重傳感器傳遞給稱重模塊，由稱重模塊進(jìn)行計算處理(包括AD 轉(zhuǎn)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(jī)顯示屏進(jìn)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(xiàn)場直接進(jìn)行稱重系統(tǒng)標(biāo)定參數(shù)的修改與設(shè)定， 因此只能通過RS232 接口連接一臺PC機(jī)， 并事先在PC 機(jī)上安裝與FTA 稱重系統(tǒng)的接口軟件SIWATOOL，進(jìn)行FTA 稱重模塊的標(biāo)定。

1 系統(tǒng)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(xiàn)場接線盒，每個噴吹罐配有1 個現(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)字遠(yuǎn)程顯示器；另一個是RS232 接口，可以連接一臺PC 機(jī)，用于設(shè)置SIWAREX FTA 參數(shù)。

圖1

圖2

我廠高爐及噴煤系統(tǒng)均采用的是OVATION 系統(tǒng)， 那么如何使SIWAREX FTA 與OVATION 系統(tǒng)進(jìn)行良好的數(shù)據(jù)傳輸， 我廠工程人員與西門子工程人員進(jìn)行了深入的探討， 西門子FTA 模塊提供了幾種數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑?例如通訊、 脈沖計數(shù)及模擬量輸出等， 我廠人員結(jié)合現(xiàn)場具體情況， 選擇了更為穩(wěn)定的模擬量傳輸方式， 即4-20mA 方式進(jìn)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(shè)備調(diào)試好以后，如何來讀取FTA 模塊里面的參數(shù)，并調(diào)試和校準(zhǔn)稱重系統(tǒng)？ 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(tǒng)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(tǒng)內(nèi)的所有參數(shù)、打印相關(guān)參數(shù)外，還能創(chuàng)建稱重曲線、對稱重系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。

圖4

噴煤系統(tǒng)將原煤進(jìn)行烘干、研磨之后，通過排粉風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)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(jīng)過程序設(shè)定后從噴吹罐直接噴吹出煤粉進(jìn)入高爐。

在噴吹過程中， 單位時間噴吹罐內(nèi)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(tǒng)進(jìn)行測量和監(jiān)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(dāng)所裝煤粉重量達(dá)到程序設(shè)定重量時，噴吹罐上方卸灰閥停止運行，裝粉結(jié)束，此時可以開始對噴吹罐進(jìn)行沖壓，并等待噴吹的指令。

第3 階段，當(dāng)噴吹罐沖壓到程序所設(shè)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(fēng)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(chǎn)方根據(jù)高爐運行的狀況可以調(diào)節(jié)噴吹率的大小，調(diào)節(jié)噴吹率的大小就是調(diào)節(jié)單位時間內(nèi)煤粉重量的減少量。 下圖為噴吹系統(tǒng)控制畫面。

圖6

1.3 FTA 稱重系統(tǒng)的特點

（1） 稱重系統(tǒng)以SIWAREX FTA 稱重模塊取代常規(guī)配料控制儀表，使得稱重與控制系統(tǒng)完美的結(jié)合在一起， 整個配料系統(tǒng)的運行統(tǒng)一由PLC 進(jìn)行控制。

（2）整個稱重控制系統(tǒng)I/O 約2000 點。 在系統(tǒng)自動配料時，為控制料倉壓力變化對下料精度產(chǎn)生的影響，系統(tǒng)與上面的料倉自動加料系統(tǒng)有相應(yīng)的聯(lián)鎖控制關(guān)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(guān)量I/O 點和一路4－20mA 模擬量輸出功能，可以輕松的實現(xiàn)這種較復(fù)雜的稱重應(yīng)用。

（4）可定義的輸入和輸出信號。

（5）通過參數(shù)定義，可適用于大多數(shù)不同形式的稱重應(yīng)用。

（6）通過SIWATOOL FTA 軟件可方便的設(shè)置參數(shù)。

（7）具有理論校準(zhǔn)功能，無需標(biāo)定砝碼。

（8）更換模塊時，秤無需重新標(biāo)定。

（9）可用于防爆區(qū)域，F(xiàn)TA 適用于I 級、2 區(qū)，類別A、B、C、D 或者非爆炸場合，對于1 區(qū)需要配用經(jīng)嚴(yán)格認(rèn)證的稱重傳感器。

2 稱重系統(tǒng)的校準(zhǔn)

稱重系統(tǒng)校準(zhǔn)一般采用掛砝碼比對， 或者實物比對的方法進(jìn)行，此西門子SIWAREX FTA 電子稱重模塊提供了另外一種校準(zhǔn)的方法，理論標(biāo)定——免砝碼的標(biāo)定。

假如不需要使用調(diào)節(jié)砝碼進(jìn)行調(diào)節(jié)，在秤的機(jī)械結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)砝碼的情況下進(jìn)行調(diào)節(jié)。 該步驟在調(diào)節(jié)參數(shù)的過程中使用SIWATOOL FTA 工具軟件實現(xiàn)調(diào)節(jié)，該步驟是“理論調(diào)節(jié)”。

為獲得調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，特征值范圍(1mV/V、2mV/V 或4mV/V)必須在數(shù)據(jù)記錄的調(diào)節(jié)標(biāo)簽下定義。然后，切換到“理論調(diào)節(jié)”標(biāo)簽。為執(zhí)行理論調(diào)節(jié)，所有稱重傳感器的額定負(fù)荷必須實現(xiàn)定義。

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

調(diào)整的零點偏移(μV)=調(diào)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(diào)整的零點偏移=1.2μV/V，(源自稱重傳感器的測量記錄) 輸入： 調(diào)整的零點偏移=1.2μV/V╳10V=12μV 輸入每個稱重傳感器的數(shù)據(jù)后，計算調(diào)節(jié)數(shù)字并且通過執(zhí)行“計算調(diào)節(jié)數(shù)字”的執(zhí)行按鈕顯示結(jié)果。然后，經(jīng)過計算的調(diào)節(jié)數(shù)字通過執(zhí)行“接受計算”與調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)(DR3)一同集成到數(shù)據(jù)記錄中。 然后數(shù)據(jù)記錄與新的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)一同送入稱重模塊。 根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，完全空載的秤可以指示一個稍微偏離調(diào)節(jié)零點的數(shù)值。 在這種情況下，可以執(zhí)行“特性曲線偏移”的命令。

進(jìn)行校秤操作前，需要將模式調(diào)到ON 的狀態(tài)：

圖7

進(jìn)入校秤參數(shù)：

圖8

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

圖9

調(diào)整成功后，會顯示：

圖10

然后進(jìn)行量程設(shè)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(yīng)參數(shù)，以及量程單位等參數(shù)，按“Send”發(fā)送到模塊。

然后加入150kg 砝碼重量，并點擊“Adjustment weight1 valid（4）”，即可發(fā)現(xiàn)顯示的為設(shè)定的重量，校秤工作結(jié)束：

圖11

此種方法校秤簡便易行，但是精度上和砝碼校準(zhǔn)略有偏差，此偏差可以忽略不計，在現(xiàn)場沒有條件進(jìn)行砝碼標(biāo)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?qū)嵨镄?zhǔn)的方法。

3 結(jié)語

當(dāng)前高爐生產(chǎn)線自動化程度要求越來越高，對稱重系統(tǒng)的精度和穩(wěn)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(hù)、檢修、改造，西門子SIWAREX FTA 系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性也得到了肯定和認(rèn)可，能夠確保高爐噴煤生產(chǎn)能夠長時間的保持高精度、高穩(wěn)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(yīng)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(tǒng)[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(yīng)用[J].計量技術(shù),2008(8).