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(dòng)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(yīng)用
關(guān)鍵詞：集成化稱重、穩(wěn)定、實(shí)時(shí)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(duì)配置的95種糖香料按配方要求定量出料，配置準(zhǔn)確度為±1%。該工程于2007年12月份通過驗(yàn)收，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到規(guī)定要求。
1，系統(tǒng)簡(jiǎn)介
糖香料配置區(qū)原料罐分布如圖1所示。系統(tǒng)要求對(duì)95只糖、香原料罐采用懸浮式靜態(tài)稱重方式檢測(cè)罐內(nèi)料液重量和料液配制計(jì)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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，即在上位機(jī)電腦監(jiān)畫面上直接顯示出每罐料液實(shí)時(shí)的變化重量，該變化的重量數(shù)值直接參與控制，實(shí)時(shí)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(jí)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(jī)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(hào)和產(chǎn)量等信息），并根據(jù)儲(chǔ)存發(fā)射層相應(yīng)成品糖（香）的儲(chǔ)存情況，自動(dòng)分解出所需配制料液的牌號(hào)、重量，然后再根據(jù)配方和原料儲(chǔ)存罐中料液的儲(chǔ)存量提供所需補(bǔ)充的原料名稱和需求量，提醒操作人員實(shí)時(shí)補(bǔ)充。操作人員補(bǔ)充完相應(yīng)原料后，選定調(diào)制罐,系統(tǒng)自動(dòng)檢索配方數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)牌號(hào)的配方參數(shù)計(jì)算出所需各原料的重量，然后中央控制器（PLC）通過檢測(cè)到的原料罐內(nèi)原料的實(shí)時(shí)重量控制參與配制時(shí)各個(gè)原料罐的出料閥的開閉，達(dá)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(dòng)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(jìn)行下一步的調(diào)制過程，同時(shí)對(duì)配料總管進(jìn)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(gè)，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(hào)6ES7 416-2XK04-OABO），EtherNet網(wǎng)絡(luò)模塊（型號(hào)6GK7 443-1EX40-0XE0 V2.4）PS407電源模塊（型號(hào)6ES7 407-0KA01-0AA0）各1個(gè)，通過4個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)（型號(hào)SCALANCE X-400）及總線電纜帶26個(gè)ProfiNet節(jié)點(diǎn)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(jī)模板(3RK1 301-1BB00-0AA2)，28臺(tái)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(tái)電機(jī)定速轉(zhuǎn)動(dòng)、28臺(tái)電機(jī)變速轉(zhuǎn)動(dòng)、95只罐重量顯示、60只罐溫度顯示、9個(gè)加香加料點(diǎn)的加料精度控制、620只閥門按指令要求實(shí)現(xiàn)開啟與關(guān)閉。
26個(gè)I/O箱，現(xiàn)場(chǎng)各加香加料點(diǎn)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(gè)對(duì)應(yīng)的加香加料現(xiàn)場(chǎng)I/O子站預(yù)留一個(gè)RJ45的以太網(wǎng)接口），通過iMAP軟件將這些加香加料現(xiàn)場(chǎng)子站箱的I/O點(diǎn)映射為糖香料廚房PLC的變量，并且由于車間級(jí)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(shí)時(shí)。PLC通過ProfiNet實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制、數(shù)據(jù)采集、報(bào)警和連鎖等功能以及設(shè)備控制層與車間級(jí)監(jiān)控管理層的數(shù)據(jù)交換。對(duì)于電機(jī)的變速轉(zhuǎn)動(dòng)，由西門子FC系列新型變頻器控制攪拌器的轉(zhuǎn)速來實(shí)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(duì)于各罐溫度顯示用傳感器、各閥動(dòng)作控制用的閥閥島等智能元件、本地開關(guān)等傳感器信號(hào)仍然直接連上SIEMENS-ET200S模塊，并通過Profibus-DP總線接口與PLC實(shí)現(xiàn)通訊。
2.2 稱重模塊箱簡(jiǎn)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(gè)I/O子站箱（D501-116～D501-120），每個(gè)子站箱通過ET200S擴(kuò)展裝有19塊SIWAREX CS稱重模塊（每個(gè)ET200S ProfiNet型最多可擴(kuò)展31個(gè)SIWAREX CS電子稱重模塊）。每個(gè)子站直接接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，進(jìn)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(chǎng)施加，要求配加料誤差＜0.5%；3） 糖香料廚房?jī)?nèi)成品糖、香料向各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)點(diǎn)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(zhǔn)，即具有校準(zhǔn)、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(jìn)行簡(jiǎn)述：
1） 調(diào)試時(shí)首先打開筆記本電腦，雙擊 SIWATOOL CS調(diào)秤軟件圖標(biāo)，選定所需調(diào)整的罐代號(hào)，即可進(jìn)入下圖調(diào)整畫面。
2 ) 調(diào)零。調(diào)零時(shí)只需點(diǎn)擊“Adjustment zero valid(3)”按鈕，再點(diǎn)擊“Send”按鈕即可完成各煮料罐、儲(chǔ)存罐零點(diǎn)的調(diào)整。
3）量程調(diào)整：主要在調(diào)秤軟件DR3界面內(nèi)進(jìn)行(Adjustment parameter)。在“1”中輸入校準(zhǔn)砝碼的重量后，點(diǎn)擊“Adjustment weight 1 valid(4)”按鈕，然后再點(diǎn)擊“Send”按鈕即可完成整臺(tái)秤的標(biāo)定工作。
4） 理論標(biāo)定:此電子模塊也支持免砝碼標(biāo)定。某些料罐不具備標(biāo)準(zhǔn)砝碼的條件下，可以通過DR3界面內(nèi)的“.”選項(xiàng)，輸入傳感器銘牌上的特征值及補(bǔ)償值等，即可實(shí)現(xiàn)量程調(diào)整。
4 系統(tǒng)特點(diǎn)
在徐州卷煙廠的糖香料廚房中，應(yīng)用了西門子自動(dòng)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(jì)量方式相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）抗干擾能力強(qiáng)，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(jí)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(diǎn)漂移”大；
4）高測(cè)量速度，實(shí)時(shí)性好。稱重模塊的的測(cè)量速度為50Hz，并且因?yàn)橹苯舆B接在ProfiNet網(wǎng)絡(luò)中，具有非常高的實(shí)時(shí)性。
5）操作簡(jiǎn)單。稱重模塊使用SIMATIC管理器的標(biāo)準(zhǔn)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(duì)傳感器進(jìn)行的“零點(diǎn)校準(zhǔn)”、“量程校準(zhǔn)”、“去皮”、“清零”等功能都可以通過程序自動(dòng)執(zhí)行，操作人員只需在監(jiān)控機(jī)上通過簡(jiǎn)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(huì)很煩瑣且校準(zhǔn)精度得不到保證。
6）SIWAREX CS稱重模塊具有自診斷功能，可實(shí)時(shí)檢測(cè)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(rèn)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(jìn)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(gè)配料系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。項(xiàng)目運(yùn)行至今，維護(hù)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?cè)谄渌芏囗?xiàng)目中都成功采用了SIWAREX集成化稱重技術(shù)。
（轉(zhuǎn)載）
