西门子6ES7223-1BL22-0XA8工作原理

西门子6ES7223-1BL22-0XA8工作原理

一、 项目背景
　　中石化上海石油化工股份有限公司腈纶事业部，是目前国内规模大的腈纶生产企业，占地面积25.45公顷。事业部现有三大腈纶纤维生产装置：南腈纶装置、北腈纶装置和金阳腈纶装置。主要产品有腈纶纤维和腈纶毛条两大类。
此项目测量物料性质以及工艺要求如下：
　　1） 输送物料为聚丙烯晴，实物如图1。
　　2） 颗粒直径在20-30um。
　　3） 含水率在45%-55%。
　　4） 计量设备的前一道是离心机设备，离心机的出料过程是16分钟/次，每次出料为54kg，投入下方计量罐中，共向计量罐内投5次物料约有270kg。
　　5） 秤重罐在向下方的反应釜内加物料，等添加物料达到250公斤时，秤重罐关闭停止加料，进入下一循环。
　　6） 250kg物料要求在30分钟内匀速下料，计量精度在±1%.
 

　　图1 聚丙烯晴介质
　　由于分体物料的物理特性的不同对分体计量的称重影响很大，因此不同的物料计量控制的方式方法，以及控制系统的硬件配置差别也很大。对于比重大或比重过小、含水率高、流动性差、易结块的粉体物料很难jingque称重。
　　针对客户提供的实物聚丙烯晴，分析得出该物料是易挂壁、易搭桥、流动性差的特性。为此我们在计量罐内加搅拌电机，解决搭桥和挂壁问题，用星型转阀实现匀速下料。由于有二个电机在计量罐上，对计量精度提出了难点。
二、 控制系统构成
　　硬件组成主要由西门子CPU224XP和SIWAREX MS电子称重模块组成，计量罐620L有三个称重模块支撑。模块通过接线盒并联接入SIWAREX MS电子称重模块。控制通过TP 177A屏幕显示计量过程，硬件组成原理图如图2。

 
　　图2 硬件组成原理图
    　触摸屏计量显示操作界面如图3。  

　　图3 触摸屏计量显示操作界面
　　当对计量罐标定好后，设备运行首先用增量法对离心机从计量罐上方加料进行计量跟踪。离心机四次加料后或罐内物料大于250kg时。计量设备向离心机发出禁止出料信号，同时处于放料等待状态随时可以接受指令进行放料。开始放料又用减量法计量，并且要均速在30分钟内放完料。放完料后可将该次称重数据与时间进行保存。
三、 控制系统完成的功能
1、 SIWATOOL MS软件校称
   　 针对SIWAREX MS电子称重模块的校称软件SIWATOOL MS使用非常方便，操作可以独立于SIMATIC S7-200自动化系统的调试。通过RS232接口与PC机Com口相连，在校称界面中，输入标准砝码的重量后，发送至SIWAREX MS电子称重模块中，然后在空秤的时候，点击“零点有效”按钮，放上50KG的标准重量砝码后，点击“砝码重量有效”后，即可瞬间完成校称工作。SIWATOOL校称软件界面如图4。

 
图4  SIWATOOL MS校称软件界面
2、 设定低通滤波频率
   　 在联机调试时可以根据二个电机运行时的震动情况，来调整滤波频率，使其在大条件下限制数据的震荡跳动，又不会产生数据过于滞后影响精度产生超差。在动态过程中调试非常便于在监控中调整，较为直观。如图4中的“Limit Frequence”值，设定范围从0.05Hz到5Hz之间的7个可选频率范围。真正从控制应用角度出发，灵活解决了两个电机震动带来的影响。
3、PLC可编程称重功能
   　 PLC程序可以调用西门子提供的现成子程序，这样节省许多编写称重程序的时间，只需调用子程序的几个变量就可以了，例如：去皮、标零、显示皮重等。如图5 SIWAREX MS称重主程序，整个程序可视化，方便操作。
 

　　图5 SIWAREX MS主程序
    　校称工作也可以通过TP177 A触摸屏来完成。而无须使用SIWATOOL MS专用软件，实现瞬间校称，如图6触摸屏校称界面
 

　　图6 触摸屏校称界面
4、 SIWAREX MS电子称重模块的特性
    　SIWAREX MS 是一种多用途称重模块，适用于所有简单称重与测力应用。紧凑的模块化设计易于安装在SIMATIC S7-200系统中。SIWAREX MS模块直接在S7-200 CPU中存取设置和称重数据，与PLC数据传送不需要外加其它通讯接口。
　　SIWAREX MS模块还具有以下优点：
　　1） 使用STEP 7-Micro/WIN软件包进行统一设计 ，与S7-200完全兼容
　　2） 测量精度0.05%，分辨率达65000，可小数点后显示三位或4位小数
　　3） 使用“快速启动”软件包可快速启动和运行称重功能
　　4） 具有丰富的自诊断功能
　　5） 具有理论标定功能，无需校验砝码
　　6） 更换称重模块无需重新校准，所有传感器的标定数据已存储在CPU中
　　7） 通过SIWATOOL MS 软件方便的进行设置和校正称重模块，即使没有PLC相关经验，也可以轻松完成校称工作
　　8） 本身具有Ex防爆区域的认证，非常适合化工场合应用
四、 项目运行情况
   　 实际设备调试情况250kg的物料，误差在300克到500克之间，精度在千分之3左右，远高于用户1%的期望值内。而且二个电机同时运行所产生的数值波动在200克内，整个放料时间控制在25分钟内。这个结果对客户来说非常满意，对这种称重方式也非常满意。设备交付使用以来，已有两个多月，运行一直非常稳定。
五、 应用体会
   　 以前选用其他厂家的PLC系统，其模拟量模块的分辨率是数值4000和8000，且以前的称重解决方案还需要另配传统的称重仪表，并且不同品牌产品模拟量数据转换极易造成数据失真。此次经过西门子专家介绍，选用西门子的称重解决方案，SIWAREX MS称重模块与西门子PLC在系统内数据直接转换成过程称重数据，具有精度高，性能稳定等特点，无需过多的AD/DA/AD等模数转换，也不会造成数据失真。
   　 作为一家OEM企业，在确保产品质量的同时，成本的控制是也非常重要的。西门子这套集成化称重系统的成本相对于其他PLC厂家来说要低很多，整个控制工艺非常简洁，具有非常高的性价比，这也是我们选用西门子SIWAREX MS称重模块的重要原因。

一 项目简介
    随着我国现代化建设的发展和世界船舶的需求，近几年来部分世界上的大型造船基地已逐步转移中国，目前中国已成为世界上的第三大造船大国，造船行业在我国的迅速发展，推动了中国经济的快速发展，同时也给我国高效造船带来了严竣的考验和安全生产的挑战。
    武汉港迪电气集团有限公司是集设计、制造、安装、调试起重设备、电气控制系统及高、低压生产、配制为一体，并提供相关技术咨询与培训的新型高科技企业，是目前我国主要的起重设备电气控制系统制造商之一。下面就以我公司承制的江苏熔盛重工900T造船龙门吊为例，介绍西门子SIWAREX U电子称重模块在造船龙门吊上称重与安全控制应用。(附：江苏熔盛重工台900T造船龙门吊主机图，熔盛重工共四个船坞，规划这样的900T造船龙门吊上四台)
 

图1江苏熔盛重工台900T造船龙门吊主机图
二 控制系统组成
在这龙门吊的上、下小车的两个远程站上各挂一个SIWAREX U模块，上小车远程站上的SIWAREX U模块接上小车起升一和上小车起升二两个销轴传感器，下小车远程站上的SIWAREX U模块接下小车主起升和下小车副起两个销轴传感器，于是这台龙门吊的四个起升机构的称重和超载保护就可以通过四个销轴传感器和这两个SIWAREX U称重模块相连，其重量信号通过Profibus通讯方式传到主站的CPU上。
1、SIWAREX U模块介绍。
    SIWAREX U 称重模块是一种多用途的称重仪表, 用于所有简单称重和测力任务。紧凑的模块设计易于安装到所有SIMATIC系统中。用于料仓和料罐的称重式料位测量、吊车的载荷测量、皮带输送机的载荷、工业升降机或轧钢机的过载保护等。无论哪种称重应用，SIWAREX U称重模块都可以将重量数值直接传送到自动控制系统，没有信号传输过程中的偏差，也无需其它通讯接口。可以挂在S7-300的PLC的主站或远程分站上，模块外型如图2：
 

图2 SIWAREX U电子称重模块外形图
此模块有两个通道，一个模块可接两个传感器，其特点是：
1） 每个传感器与它直接连接时不用经过变送器或放大器转换，因而可减小转换误差，大大提高称重精度和检测频率。
2） 这种称重模块可以放在远程分站上与PLC相连，因而避免了一般称重系统传感器的毫伏级信号与主机长距离连线，提高了称重系统的抗干扰性，对系统变频器多的工作环境更显其优越性， 本机含维修吊和电梯共有12台变频器。
3） 称重模块内面电路集成度高,并有独立的CPU系统，因而稳定性好，占用CPU的资源不大，对温度、气压和湿度的变化不敏感。
4） 模块称重标定简单，用PC机与模块RS-232通讯，标定一次成功，不用常规多次标定取平均值，去皮非常简单，两个通道还可分别同时设置上、下限报警值。
5） 该称重模块还可直接接数字显示仪表，就地显示称重值（本机未用此功能）。
6） 称重模块采样周期、分辨率和是否需滤波可灵活选择。
7） 称重模块参数设置值可保存在PC机上。
2、SIWATOOL U校称软件介绍
    SIWATOOL U软件可以通过独立于自动化系统并类似bbbbbbs窗口来设置SIWAREX称重模块。通过设置，可以修改、保存和打印称重模块的所有参数以编制设备文件。SIWATOOL U提供不同的诊断选项，可确保以在线模式快速定位故障。使用此软件，可方便的对秤进行设置和校准。软件界面如图3.
 

图3 SIWATOOL U标定软件界面
3、WinCC Flexible操作界面介绍
    SIWAREX U将简化模块装入STEP 7程序中，并以此用作应用程序编程的基础，可以除配置程序包外免费使用SIWAREX U软件“快速启动”例子程序，无须重新编程。然后就可以在SIMATIC中用触摸屏作为操作员控制面板来简单操作SIWAREX U称重模块。不仅仅可以完成皮重、清零、查看报警等功能，还可以通过控制面板进入主菜单，进行设置重量上下限及校称和恢复出厂设置等功能。操作主界面如图4。
 

图4 操作面板主界面
三 控制功能的实现
大型造船龙门吊上、下小车各有两个吊钩，正好上、下小车各用一个称重模块，由于上、下小车远程分站与电气室PLC间采用Profibus通讯光纤传输，不用放传感器到司机室的电缆，也不存在电磁干扰问题；由于各吊钩重量数据直接进PLC，PLC就能很方便地实现超载保护、轻载超频调速，PLC不仅能很方便的读取各吊钩的重量，还能很容易的计算出龙门吊两钩或三钩抬吊时两钩的重量和、重量差和三大钩的重量和；对上、下小车抬吊重量有距离要求的龙门吊来说可轻易实现抬吊距离与大载重量的控制，PLC通过检测上、下小车的相对距离，很容易的计算出其允许的抬吊重量。所有的重量值还都可以在触摸屏上直观显示。对起吊的重量达到上限时，触摸屏上会及时报警。
四 应用体会
我公司在江苏南通熔盛重工的两台900T/162M龙门吊上使用这种称重模块，一年来，一直运行良好，非常稳定，几乎是免维护，对造船龙门吊上称重测量与安全控制起到至关重要的作用。其优点是常规称重系统远远不能比拟的，这种称重系统非常值得推广