西门子PCS 7中SIWAREX FTC模块连续称重配比的应用

林峰

【摘要】根据某公司饲料级磷酸三钙装置的实际生产工艺，介绍在西门子PCS7系统中，利用SIWAREX FTC模块，在给料机上实现对粉料稳定连续的高精度测量，实现固体液体的实时在线配比。SIWAREX FTC称重模块无缝结合在DCS系统中，是在国内首次大量使用于工业生产。经过一年多的使用，该模块在该系统稳定可靠，是高精度连续称重的代表。

【关键词】连续称重配料；PCS7；SIWAREX FTC；给料机

1.概述

随着各行业工艺技术的发展和产品质量要求的提高，传统的静态称重配料方式已经不满足某些生产技术的要求，工艺配料已趋向于连续的实时配料，来满足越来越严格的产品品质要求。因此需寻求一种稳定的、高精度测量自动化产品来满足动态的高精度连续在线测量配比。

本文就某公司饲料级磷酸三钙装置的配料系统工程，介绍利用西门子SIWAREX FTC模块和PCS7系统，实现固液多物料的连续性高精度实时配料。

2.工艺生产对称重系统的要求

在该装置中，所生产的产品为饲料级磷酸三钙。其主要工艺流程为磷矿石同其他三种物料（两种固体、一种液体）混合后，送入回转窑中进行连续煅烧，之后进行粉碎球磨、分析、品位配比、得到合格产品。因该产品要求为饲料级，对氟和砷含量的控制要求非常严格。其中氟的含量不能超过8ppm，砷的含量不能超过3ppm。且生产流程为连续的在线生产，并根据磷矿石品位及含有害物质量（氟和砷）随时调整配方。

因此，对所有物料的累积误差要求为优于0.5%，方可从配料源头控制产品质量，生产出符合欧美日标准的产品。通过对国内外动态称重产品的调研，因西门子SIWAREX FTC结构简单、成本少、稳定、精度高、性价比高等。最终确定采用该设备及控制装置来满足该装置生产控制需要。

3.FTC模块和PCS7系统介绍

3.1 SIWAREX FTC

3.1.1 FTC模块产生及集成

1996年，西门子公司全集自动化技术TIA，这是自动化系统与产品的核心思想与主导理念，TIA是集高度的集成统一性和前所未有的开放性一身，标准的数据集成，使TIA为企业实现横向和纵向的信息集成，基于西门子公司强大的工业控制技术及此理念。西门子公司推出以SIMATIC S7为核心的SIWAREX称重方案。其中SIWAREX FTC为SIWAREX系统中最高端的一款，其不仅可以应用在静态称重，更适合于高速、高精度的连续自动称重，如：皮带秤、失重秤及高精度的双向测量等。FTC称重模块可直接集成在SIMATICS7-300中或通过远程I/O方式通过PROFIBUS-DP总线集成到SIMATA S7和SIMATIC PCS7中。在本装置中，采用的DCS系统为SIMATIC PCS7 7.1。

3.1.2 主要功能及特点

（1）主要应用场合

非自动称重仪器，如料斗秤、平台秤、吊车秤和称重式料位计；皮带秤或固体流量计（包括带PID调节的称重给料机）、失重秤（带PID）、双向测力。

（2）特点

自動调零功能；自动标定功能，具有电子标定、砝码标定和实物标定功能；带四折线函数功能，可对荷重输入信号的非线性进行线性化转换；具有不同的mV信号输入量程；通过称重传感器测量电路阻抗长期变化的测量作故障预诊断；具有称重仪表数据备份/恢复功能，更换仪表无需重新标定；分辨率高达16百万分之一的重量测量或能力；精度高达3 x 6000d，可以校准（0.5μV每个e）；10毫秒的测量速率；可以通过参数定义的输入和输出；秤的状态记录；适用于防爆区域1、2的本征安全称重传感器电源（任选）；

3.2 PCS7介绍

PCS7是一种模块化的基于现场总线的新一代过程控制系统，结合传统的DCS和PLC控制系统的优点。系统所有硬件都基于统一平台，所有软件都集成在SMATIC程序管理器下，有同样统一的软件平台。系统大量采用新技术，在网络配置上，使用标准工业以太网和PROFIBUS网络。由于PCS7消除了DCS和PLC界限，实现仪控和电控的一体化，是一种全集成的自动化开放型过程控制系统。

4.称重系统控制方案

4.1 系统架构

控制系统硬件采用西门子414-4H，FTC模块在远程I/O站ET-200M中连接，软件环境为PCS7 V7.1。一个ET-200M从站中可最多安装6台FTC模块，在本装置中共使用12台FTC模块，分别安装在两个ET-200M从站中。并分配所有FTC模块的实际物理地址地址，因本装置的PCS7系统集成了其他ET200从站，按照该装置的特点，对所有FTC模块的物理地址进行划分，对于该配料系统中的3台给料机，其地址如表1所示，液体配比物料采用电磁流量计进行测量，地址分配在另一I/O站中。

4.2 SIWAREX FTC同称重给料机连接（如图1所示）

4.3 SIWAREX FTC同PCS7的连接

为使PSC7中实现对SIWAREX FTC的监控，必须使SIWAREX FTC模块的I/O完全处于SIMATIC CPU的过程图中。且SIWAREX FTC模块的I/O设置需同PCS7中CFC中接口定义匹配。在出厂时，所有参数为默认，需要工程人员根据电气控制原理图实现参数定义，从而实现皮带秤的控制。SIWAREX FTC同PCS7控制系统进行连接，实现对给料机的高精度控制，是通过以下具体步骤实现：

4.3.1 PCS 7系统安装

安装PCS 7控制系统，必须是6.0或更高版本。PCS7系统安装有以下要求：

（1）操作站或工程师站对PC的最低要求：CPU性能在Pentium IV；2GHz以上，物理内存RAM在1Gbyte以上，硬盘容量在120Gbyte以上；

（2）对操作系统的要求，仅安装工程师站和操作员站。工程师站：Windows XP Professional SP2英文版，操作员系统（单用户、服务器）Windows XP Professional SP2英文版；

（3）在安装软件时，为保证运行性能稳定可靠，选择安装的语言为English。亦可选择中文版本PCS 7，但操作系统必须为英文版。

4.3.2 添加SIWAREX FTC功能组件到PCS7中

在购买SIWAREX FTC模块时，可在西门子公司官网上下载SIWAREX FTC功能组件。运行SETUP_FOR_SIMATIC软件，此步骤将SIWAREX FTC的控制功能块、硬件、画面等组件添加到SIMATIC PSC7 控制系统中。因在SIMATIC硬件目录及软件功能块目录中没有集成该功能块，需添加该特殊功能块才能实现SIMATIC FTC同PCS7的无缝连接。此为SIWAREX FTC模块同PCS7系统连接的关键一步。

4.3.3 使用SIWATOOL FTC软件对 FTC模块进行设置

使用SIWATOOL FTC软件对FTC模块内部I/O输入输出地址进行定义； 通过安装SIWATOOL FTC软件，并连接到SIWAREX FTC的RS485接口上；启动软件，在线连接，在软件内在线对DR3、DR4、DR5、DR7、DR8、DR9、R17、DR26等参数进行设置，其中设置DR7参数是实现同PCS7的上SFT_FTC功能块连接的关键。DR7中设置的主要参数有：重量信号、电机转速反馈、电机转速给定、电机启动/停止、电机故障及运行、过程报警等。并可实现RS232/485通讯进行设置，具体参数根据皮带秤或给料机实际参数进行设置。

在PCS7控制系统中调用SFT_FTC功能块；在SIWAREX FTC中；SIWAREX FTC占用输入和输出区域中的16个字节。通过在SFT_FTC进行内部定义，然后传送到SIWAREX FTC。在PCS7中，在新增的CFC过程控制块中，添加SFT_FTC该应用功能块。将硬件配置中地址SIWAREX FTC的实际物理地址连接到该CFC的对应引脚地址上。SFT_FTC同SIWAREX FTC具体参数的连接参考《SIWAREX?FTC装置手册》[1]。

具体步骤为：

（1）在PCS7软件中，选择“工厂视图”，点击相应的工段上，新建一CFC文件，并命名为该CFC文件为L-201；

（2）双击打开CFC L-201，在左边库里面选择SIWAREX目录，展开，选择SFT_FTC并拖放到编辑区域，将L-201的输入地址IW816连接到SFT_FTC的LDDR引脚，则IW816至IW831及 QW816至QW831同SFT_FTC中对应的引脚自动相连接，其各引脚同SIWAREX FTC的定义及对应关系参考《SIWAREX?FTC装置手册》。

（3）添加其他功能块。因该CFC为给料机（皮带秤）功能块，则在此CFC中，添加CTRL_PID功能塊实现对给料机的PID调节，添加电机操作功能块MOTOR，将CTRL_PID、MOTOR、SFT_FTC的对应参数相连接。

（4）在完成以上主要功能后，则添加其他功能，如负荷率，累计等块，并按正确的连接进行连接。连接正确后进行编译，编译无错误下载。

（5）参照上述步骤完成对配料1的给料机L-202及配料2的给料机L-203的组态工作。

4.3.4 最后在PCS7系统的画面组态软件WINCC上调用PCS7中给料机块（皮带秤）画面或根据实际情况编辑创建新画面，实现软件中PCS7中上位机画面同SIWAREX FTC的数据通讯连接，即可实现在上位机对皮带秤进行监视操作。

如：瞬时流量、累积量、负荷率、转速等，给料机（皮带秤）的运行状态监视及启动/停止或手动/自动给定操作等功能。

4.4 连续配料实现

完成以上组态工作后，则进行配料系统的设计组态。在该配料系统中，总共有3种固体物料，根据工艺控制规则，质检人员人工分析计算出每批磷矿石原料成分比，根据磷矿石中有害物质的成分比，以每批磷矿石化验为基数，计算其他物料相应比率。因此，每新进一批物料，物料重量配比则随之变化一次。配方比也随之要改变一次。具体上位机配比画面如表2所示：

表2 上位机配比画面

物料名 给定量（t/h） 比例（0-100%） 实际量（t/h）

总固体量 100%

磷矿石 磷矿有害物质比例

配料1（固体）

配料2（固体）

液体量

在该配比中，只需设置总固体量和磷矿有害物质比例两个参数，以总固体量为主参数，根据磷矿石中有害物质的比例，在程序中根据给定的总固体量，自动计算出配料1、配料2的设置量并传送给各FTC模块控制的给料机，再根据配比自动计算出液体的配比，从而完成整个配比过程，进入下一步工序。

5.结束语

在该系统中，共使用12台FTC模块。自2013年1月正式投产以来，所用FTC模块的给料机称重系统稳定，一年多来，没有对给料机进行校验，秤的精度一直优于0.4%，鉴于此原因，该公司将原有大部分需要经常调校的给料机及皮带秤有计划地更改为该种给料机并使用SIWAREX FTC模块，使该公司的称重给料配料系统更加稳定。

参考文献

[1]《SIWAREX?FTC装置手册》，西门子（中国）有限责任公司，2005.

[2]《西门子公司FTC称重模块的应用》[J].科技应用，2012.