西门子模块6ES7214-1AD23-0XB8接线图形0 当今，在称量自动化和过程控制领域，电子称量系统被广泛地应用到监视和控制各种生产过程中。这些应用可以从简单的皮带张力的监视或容器填充度的测量，一直延伸到复杂的特定配方混合料的生产控制。SIEMENS电子称量系统 (SIWAREX)特别适合于这些高精度的测量任务，或被应用于其它测量手段不适宜使用的场合，例如导致传感器易损的活性材料的检测和受卫生条件限制的纯净物质(如食品、药物、化工产品)的生产。1 SIWAREX系统在粉刷石膏生产中的应用 称量和按比例定量控制是先进工业过程控制的关键技术，在众多的工业过程控制中称量技术扮演了重要的角色。通过直接集成在SIMATIC自动化系统的电子称量系统，SIEMENS在集中式和分布式控制系统中提供了统一的称量解决方案。 SIWAREX U模块实物图 SIWAREX称量模块既可以作为中央模块应用于SIEMENS可编程控制器SIMATIC S5或S7，也可以作为分布式输入、输出模块应用于SIMATIC S5、S7、M7或C7：通过使用标准硬件组态SIMATIC components和标准编程软件STEP7，可以极大地减少工程和培训的费用。通过使用SIWATOOL参数化软件，用计算机RS 232C接口直接与称量模块相连，使用户可以在没有任何STEP 7编程基础的情况下，通过输入窗口方便地修改所有的可调节参数。1.1 SIWAREX U和SIWATOOL的功能 SIWAREX系列中通用的模块S1wAREX U，在粉刷石膏生产线中的主要功能是：执行处理生产线所有生产过程中的称量任务，信号数字过滤，超限检测，短路和防过载保护，断线检测等。SIWAREX U有单通道和双通道2种类型模块，测量精度为0．05％，具有65 535分度分辨率。 SIWATOOL是可以在bbbbbbs和STEP 7下运行的，对SIWAREX U进行错误诊断和参数设置的应用软件，它允许处理多块离线称量模块和1块在线模块。用计算机RS232C接口直接与称量模块相连，我们可以方便地进行粉刷石膏生产过程的物理量标定、上下限设定、数字过滤器选择、零点设置和参数显示等操作。1．2 应用于粉刷石膏砂浆配料系统控制的实例 在南京一夫建材实业有限公司新建的墙体粉刷石膏砂浆生产线工程的配料系统，根据设计选用西门子SIWAREX称量系统。粉刷石膏砂浆是一种抹灰饰面材料，它是由天然石膏通过特殊工艺处理，成为半水型石膏α-CaSO •1／2HzO。 粉刷石膏砂浆以α-CaSO4 •1／2H2O为基料，掺入与之相适应的填料、高性能外加剂及一定级配的建筑用砂，上述原料分别按产品要求，在SIWAREX称量系统控制下配制而成。生产线的配料系统主要由大、小2台秤组成，大秤称量石膏粉、沙子2种主料，小秤分别称量3种辅料添加剂。所有生产用原料通过5台变频控制的螺旋绞刀帮助下，按照工艺配方要求先后加入到2台秤中。称量完成后，2台秤中的5种原料全部投入到混合机中进行搅拌后，即成成品。接着开始下一次配料工作循环。 该系统的PLC选用西门子的S7—300，电源模块为PS3075A，CPU模块为6ES7314，数字量输入模块为6ES7 321、数字量输出模块为6ES7322、称量模块为SIWAREX U；传感器选用应变片式，变频器为Schneider的ATV一28HU72N4；人机界面HMI选用DIGITAL的Pro-faceGP系列触摸屏。 控制系统分手动和自动2种操作方式。在手动方式操作下，主要完成粉刷石膏砂浆生产线的单机调试、故障维修、称量模块的标定等功能。在自动方式下，上位机HMI实现粉刷石膏砂浆配方的设定、原料称量瞬时值和累计报表动态显示、生产线故障报警等功能。下位机PLC执行粉刷石膏砂浆生产工艺配方值的工程转换和jingque实现每道工序的生产要求；变频器高、中、低速切换，去皮和零位追踪，超差处理，故障诊断等功能。由于在程序中加入了对生产状况的预测控制和累计误差补偿等算法，使得粉刷石膏砂浆的生产控制精度和稳定性大大提高。SIWAREX系统在粉刷石膏砂浆生产中的工艺控制过程如图1所示。 图1 SIWAREX称量系统控制过程示意2 粉刷石膏砂浆配料系统选用西门子S7—300系列PLC与电子称量系统SIWAREX以及DIGITAL触摸屏，生产中操作方便、精度高、安全可靠、生产效率高。由于具有良好的人机交互界面，使得操作工几乎不用培训即可胜任生产岗位，大大减少了企业的人员培训时间和费用。运行半年来，取得了令人满意的效果。西门子新型简洁工业称重控制系统——非传统复杂的二次称重仪表模式 新型称重控制系统的优点：检测频率快（每秒50次/400次）、测量精度高（0.05%/0.005%）、现场维护少(免维护)、编程可视化（称重功能可通过编程扩展）、集成程度高（几十台料仓统一管理）。 而传统的二次称重终端正好与之检测频率低（输出4~20mA后刷新频率大大降低，上位机显示迟后，导致精度大大降低）、测量精度低（不利于集中控制管理，对高端配料，无法满足高精度的要求，多次AD/DA/AD等转换后，测量精度大大降低），现场维护太多（中间大量接线和电路，导致故障点明显增多，操作人员维护量大大提高）、集成程度低（如果现场超过40多个料仓，通讯过程复杂，故障点大大提高，无法快速集中管理。） 西门子新型工业称重控制系统说明：现场称重传感器，经过接线盒并联，输出的mV信号直接输入到西门子PLC称重电子模块SIWAREX系列。此系统优点：§ 集成成本低，降低工程造价和开发时间§ 高分辨率、高精度§ 实时性大大提高，提高生产率§ SIMATIC 兼容§ 无故障时间长§ 测量过程受控，可标定§ 与介质非接触, 适于食品、饮料和制药行业等，也适于洁净室和腐蚀性介质等应用情况一、 项目简介1.顾桥煤矿是淮南矿业集团实施“建大矿、办大电、做资本”发展战略，建设煤电一体化新型能源基地而首批开工建设的核心工程，建设规模年产1000万吨，是亚洲开采规模大的矿井，被誉为“亚洲井架”。西门子控制系统应用后,业主认为明显降低了设备故障率、简化了操作、减轻了工人劳动强度、提高了生产运行的安全可靠性、大限度地缩减装卸载的时间,达到了提高产量，实现增效的目的.2.顾桥矿井主井深800米，井筒直径为7.5米。主井架高78.6米，重854吨，装备2套32吨箕斗，年大提升能力1440万吨.井下每套装载系统对应三个40米原煤仓，仓下有六台给煤机，一条宽1.4米长60米的装载胶带机，胶带机对应一个32吨的定量斗，定量斗下有定量斗闸门和装煤分配器及舌板。卸载采用曲轨卸载方式。3.整个系统使用315-2DP CPU模板 3个，PS307 电源模板 3个，32点DI 7个，32点DO 7个，8CH AI 2个，OLM 光纤链路模块 3个，CP5611 1个，WINCC RC1024 1套，CP342-5通讯模块 1个，CP343-1以太网模板 1个，MiniRanger Plus200 双点料位仪表 1个，XPS-15探头 2个，SITRANS LU02双点料位计 1个，XLT-60探头2个，SIWAREX U 称重模块 2个，CC-100T称重传感器 4个。4.矿区图片 二、 控制系统构成1. 系统结构图 2. 系统软硬件配置 在提升机房设S7-300 PLC主站，在卸载站设S7-300 PLC分站，在井下装载设S7-300 PLC分站。 S7-300 PLC CPU 采用315-2DP ，主站和分站之间通过OLM组成PROFIBUS-DP工业光纤环网。 提升机房还设上位机，通过CP5611与提升机房S7-300 PLC主站的MPI口连接，组态软件采用WINCC。 提升机房S7-300 PLC主站的通讯模板CP342-5与提升机主PLC S7-400组成PROFIBUS-DP，通讯模板CP343-1提供给全矿井综合自动化以太网接口。 在卸载煤仓和装载煤仓分别使用SIEMENS MiniRanger Plus短量程物位计和SITRANS LU长量程物位计。 在井下定量仓采用CC系列柱式称重传感器及SIWAREX U 多功能的称重模块。 在三个PLC站还设置DI 数字量输入模板、DO 数字量输出模板、及AI模拟量输入模板。3. 软硬件选型依据： 遵循“五高”建设方针，即高起点、高技术、高质量、高效率、高效益，突出效益优先； 技术先进，可靠性高，扩展与升级容易，具有故障自诊断功能，做到够用、适用、好用、易扩展； 网络通讯功能强大，易于与其它系统集成。设备层选用SIEMENS 的超声波料位机，非接触式技术减少维护 、易于安装：使用可移动的红外编程器易于编程 、带背光的液晶显示器显示标准工程单位读数 。称重模块经过系统的集成，明显降低费用。增加精度及可靠性，系统更换无需重新标定，模块称重故障报警容易记录和监测。精度：0.05%具有65535分度分辨率 、无需调节重量能进行理论的调节 。控制层选用S7-300 PLC 315-2DP通过OLM组成PROFIBUS-DP工业光纤环网。12M 的通信速率和可靠的通信质量、灵活的拓扑结构以及冗余的通信模型 、强大的通信功能，支持基于总线的驱动技术和符合IEC61508 的总线安全通信技术，是整个系统安全可靠运行的保证。信息层选用SIEMENS工业以太网及WINCC组态软件，利用工业以太网，SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径，工业以太网技术上与IEEE802.3/802.3u兼容，使用ISO和TCP/IP 通讯协议。WinCC集生产自动化和过程自动化于一体，实现了相互之间的整合。4. 方案比较：与代继电器和集成电路同类产品和第二代PLC加传统简易传感器及进口的装卸载系统相比，此系统具有以下优势： 整个系统有机的完美结合，所有数据信息均可通过软件分析及网络传输，是一套真正的全数字，全集成的系统。 系统采用现场总线通讯的方式,减少了现场的布线。 减少了系统的投资，增加了设备所带来的经济效益。 缩短了系统现场的调试时间。 增加了系统的安全性，可靠性，稳定性，先进性。 给现场的工程师维护带来了极大的方便，减少了设备后期的服务。三、 控制系统完成的功能：1. 主要功能特点☆ 主井提升信号及自动装卸载各自具有自动、手动、手动解锁三种工件方式，点动方式用于装卸载的调试和检修。信号在检修状态只有慢车信号。☆ 自动装载定量、定容、定时保护及显示。☆故障自动报警功能，及传感器的故障自诊断。☆ 提升次数记忆功能和提升信号的断电记忆功能。☆ 有工业光纤环网冗余通讯功能。☆ 上、下井口信号间的闭锁功能、检测箕斗的装卸载位置异常功能☆ 防止二次装载保护功能。☆ 主井提升信号及自动装卸载有上位机系统、能监测各个设备的运行状态、故障记忆查询、产量的累计及报表、空载、满载、超载的标定，及定量斗假余煤的校零功能。☆ 与绞车控制回路的闭锁功能、及PROFIBUS-DP软件通讯回路闭锁。☆ 有联络呼叫功能。☆ 有井上下煤仓煤位的连续实时监测功能。☆ 有与全矿井综合自动化的以太网接口。☆ 系统有供电电源的绝缘监测与电压监测功能。☆ 有箕斗的卸载状态监视功能，检测箕斗是否卸空。☆ 有对装载皮带的温度、烟雾、跑偏、堆煤、断带及拉线急停的保护功能。☆ 有对动力负荷的保护上位机监测功能，如缺相,短路,堵转,过载,相不平衡,漏电等故障进行监测保护。☆ 整个系统的通过网络访问维护功能。2. 系统工作流程图与系统工作原理系统工作流程图◇ 井下信号、装载系统自动方式：以A箕斗为例,B箕斗与其操作相同。 *注：按装载急停按钮，可使装载站设备在任何状态下停止输出。按下信号急停可使提升机在任何状态下停止运行，信号闭锁在箕斗到位状态下按下，可防止提升机启动。◇井口信号、卸载系统：A箕斗为例*注：按卸载急停按钮，可使卸载站设备在任何状态下停止输出。按下信号急停可使提升机在任何状态下停止运行，信号闭锁在箕斗到位状态下按下，可防止提升机启动。自动装载的顺序是：箕斗到位后，箕斗到位传感器自动发出停车信号，定量斗闸门打开，装载控制台显示屏上的闸门开灯亮。定量斗开始向箕斗装煤，等到显示屏上“定量斗满载”LED显示熄灭， “定量斗空载”LED显示点亮，，PLC自动关闭闸门。等到显示屏上的闸门灯亮，信号自动发出，（使皮带向定量斗装煤）启动皮带机，再经过一段时间延时，等到皮带机正常运转后，启动给煤机开始向定量斗装煤，此时称重显示瞬时值，等到显示屏上出现“满载”LED 显示，自动停止给煤机，皮带机运转，为下一勾提升作准备。当装载过程中出现特殊情况时，可按下装载部分的急停按钮，整个装载部分设备将全部停止工作，等到故障处理完后再进行工作。3. 系统中的控制难点： 整个系统中三个站PLC通讯控制的连贯性，因为整个装卸载系统的每个循环周期必须达到设计时的23秒钟内，系统在软件上，PLC间的通讯及称重的实时运算必须紧密的结合，各个控制部分必须全集成，否则提升周期很难保证，无法保证设计提升产量。 动态称重监测控制：因为在一个定量斗下设置了4台称重传感器，必须要到PLC做定量斗的去皮，及空载、满载、超载的运算及设定。PLC对高精度称重模块进行现场控制，从高精度称重模块取得现场高精度的称重值，进行自动称量操作，并向称重模块发出各种控制指令。PLC与称重控制及判断过程状态，形成一个闭环控制系统，实现生产的高度自动化。 超声波料位控制系统：针对井上煤仓仓体小10米，物料变化快及井下原煤仓仓体大40米，原煤粉尘严重的特点，选择安装位置十分重要，避开下料孔，计算超声波探头的发射角，使用Dolphin Plus 软件分析回波情况，找到佳探测点是系统稳定可靠的难点。 防止箕斗提升的超载及二次装载问题，利用高精度的称重模块及与PLC的运算、闭锁逻辑。利用PLC中的DB数据块的掉电记忆功能，是在任何情况下都不能使提升机超载提升，防止提升事故的发生。 上位机WICC 系统通过ODBC接口在报表中打印Microsoft Access数据库中的数据，及WICC的集成诊断功能。4. 部分画面照片： 四、 项目运行： 2006年4月份系统软硬件调试完成，正式投入使用至今,设备运转情况良好，未出现任何故障，得到了用户的认可和好评。由此可以证实，系统的设计、选型是合理的，系统的运行是可靠的，系统的技术及检测手段是先进的，达到了初的设计要求。五、 应用体会： 这个系统在应用中的大特点就是它的全集成特性、产品的可靠性及技术的先进性。全集成(TIA)使得项目的调试，软件的编程，硬件的接口，变得容易，省掉了近一半的工时。由于它的高可靠性使其成为煤矿咽喉一样的主井提升信号及自动装卸载控制的产品。由于它的技术先进性使得整个项目减少了现场的布线，减少了维护量,井下工人的减少,保障了矿井的安全高效运行。喷油器是柴油内燃机的一个关键部件，是油泵油嘴行业中的主导产品之一。随着我国汽车工业的发展，对喷油器的需求无论在数量上还是质量上都有了新的要求，针对这一情况，我们设计制造了用来加工喷油器的组合机床。该机床的机械结构复杂，动力头均由法国制造。要求加工精度高，电气挖掘系统功能强，工件加工动作紧，生产效率高。为了实现该机床钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及复合钻孔等功能，我们选用了SIEMENS公司的SIMATIC S7-300可编程控制器和OP15字符操作员面板来达到电气控制的目的，使机床完成在自动方式、半自动方式和手动调零方式下的运行，并且可进行参数的设置及运行状态显示。当机床出现故障时，及时地发出报警信息，准确地排除故障，这种直观的显示方式，提供了良好的人机交互界面。S7-300可编程控制器的结构为导轨式模块组合，易于更换，可任意选择所需要的模块。而与之相配套的STEP BASIC软件则功能更加强大，具有多样化的编程方式，可在线调试程序或监视标志位、定时器、计数器的实际运行状态，实现PLC的故障诊断、信息查询等功能。OP15字符显示操作员面板可直接显示状态信息、错误住处和过程变量，这为使用者了角机床运行状态和故障住处带来了很大的方便。OP15的编程软件PROTOOL/LITE，用于定义OP15的功能和接口，可实现各种显示的画面。OP15通过MPI接口与S7-300可编程控制器连接，并由S7程序通过用户数据区建立和OP15的通讯。有了上述的硬件和软件的支持，则非常有益于系统的软件设计。机床的程序设计采用的是分布式编程，程序分成独立的指令块，每个块包含给定的作业组的逻辑。使用的编程方法是梯形图、语句表，根据实现的名作业功能编写出显示块、参数设置块、工作台运行块、自动循还块、动力注调整块等。这块程序块由组织块OB1调用，实现整体和程序的协调运行。该机床经过几年的运行表明，整个系统设计合理，控制精度高，运行可靠，提高了喷油器生产的自动化水平，减小了操作人员的劳动强度，提高了生产效率。
