图1  称重系统

本文描述了西门子集成化称重技术在云南红塔集团玉溪卷烟厂制丝线香料厨房称重系统的成功应用，重点强调了数字称重模块对传统称重控制仪表的改造。

目前云南红塔集团玉溪卷烟厂加香加料称重装置共有100多套，该系统自2005年投入使用后，称重仪表便经常出现故障，给维护工作带来了很多不便，有时甚至影响到生产的顺利进行。2010年8月，在西门子公司销售工程师们的配合下，开始对其中的一套称重系统进行改造，取得了良好的效果。

加香加料工艺控制原理

卷烟厂目前仅改造了其中一个罐的称重控制系统。该罐采用悬浮式静态称重方式检测罐内料液重量和料液配制计量。每只原料罐下部均装有称重传感器，传感器通过电缆与FTA称重模块相连，FTA称重模块直接集成到S7-300的控制器上，另配一块西门子触摸屏。

装有料液的料筒置于秤台上，在重力作用下，称重传感器弹性体产生形变，使粘贴于弹性体应梁上的电阻应变计桥路失去平衡，输出与重量数据成比例的电压信号；该信号进入FTA称重模块，经线性放，A/D转换后成为数字信号，由微处理器对重量信号进行处理并直接在现场触摸屏显示香料的重量数据。装置利用料桶的称重信号，使称重信号直接进入PLC及上位控制系统，直接称重数据可判断料桶内是否料空、剩料多少，并能及时指示料桶内的异常清况，因此有检测准确、便于维修的特点。该重量信号与料液密度无关，与料桶形状无关。加香桶内香料通过加香泵均匀加入烟丝中，当料桶添加料液时，可直接从PLC系统上得到桶内装料的称重值，随着香料加入烟丝，料桶称重值将会减少，控制系统得到过一定时间（例如3s）当前的料液净重，用前后两次得到的料桶内料液重量相减，可得相应时间段内的加香料，再根据电子秤流经的相应时间段内烟叶重量与设定加香比例，计算可实时对加香加料机进行PID调节，以提高加香加料精度。

SIWAREX FTA称重配料控制系统

考虑到称重配料高精度和控制系统可靠性以及加香加料配方的保密性等要求，卷烟厂在称重配料系统中选用了西门子公司的PLC控制器和SIWAREX FTA称重模块。利用集成化称重技术对模拟称重仪表进行改造。

图2  所有对传感器进行的功能都可以通过程序自动执行，操作人员只需在监控机或触摸屏上通过简单的按钮操作即可方便的完成

1. SIWAREX FTA称重扩展模块

SIWAREX FTA称重模块作为西门子S7 PLC中高精度称重功能的扩展模块，可以直接集成在西门子S7-300PLC系统中，与PLC统一硬件和通信方式，称重精度高达0.05％，分度值达3×6000d。更换FTA称重模块时，料斗秤无需重新标定。具有精确快速的加料/下料控制数字量输出 (反应时间<1ms)，可应用于大多数高精度称重控制应用。系统结构图如图1所示。

2. 称重配料系统的特点

称重系统以SIWAREX FTA称重模块取代常规配料控制仪表，使得称重配料与控制系统完美地结合在一起，整个配料系统的运行统一由PLC进行控制。

在系统自动配料时，为控制料罐压力变化对配料精度产生的影响，配料系统与上面的料罐自动加料系统有相应的联锁控制关系。西门子SIWAREX FTA称重模块将称重功能直接集成到S7-300 PLC中，加上FTA模块本身集成的16个开关量I/O点和一路4～20mA模拟量输出功能，可以轻松实现这种较复杂的称重配料应用。

现场称重传感器的信号直接进入PLC系统，代替了普通称重仪表通过4～20mA信号送入PLC，避免了信号转换带来的误差和传输时间延迟。称重控制的数据实时性高，更新称重数据的速度更快，且控制精度更高。

另外在通信方面，由于 SIWAREX FTA 与西门子SIMATIC具有统一的通信接口，SIWAREX FTA称重模块所获得的现场称重料罐的重量信号通过PLC的背板总线直接送入S7-315 DP CPU存储区。上位机与称重模块可以方便地以总线通讯方式进行数据交换。由于称重系统和控制系统在统一的软硬件平台上，因此这种数据交换方式传输的数据量更大，速度更快，实时性好。

在维护方面，当使用SIWAREX FTA称重模块编程时，卷烟厂利用西门子提供的一个FB41程序和例程，可以在S7-315的CPU存储区中直接读取各种称重过程值，很方便地根据工艺联锁的要求进行编程和设置。

对于现场的调试和标定，西门子提供了基于Windows操作系统的SIWATOOL FTA专用程序。使得技术人员无需了解PLC编程方面的知识就能够方便地设置和调试秤，并且在软件中方便的查询秤的各种运行状态及参数。

用户评价

采用西门子称重模块代替传统的二次控制仪表，与传统二次控制仪表采用重量变送器将传感器的电压信号转换为4～20mA电流信号、再接入模拟量模块进行A/D 转换的方式相比，具有以下优点：

①抗干扰能力强，A/D转换在称重模块内部一次完成，不受外部干扰。②称重模块的转换位数为16 位，转换精度高。③稳定性高。④高测量速度，实时性好。称重模块的测量速度为50Hz，并且因为直接连接在网络中，具有非常高的实时性。⑤操作简单。称重模块使用SIMATIC 管理器的标准化配置，可以通过STEP 7程序读写称重模块的信息，因此所有对传感器进行的“零点校准”、“量程校准”、“去皮”、“清零”等功能都可以通过程序自动执行，操作人员只需在监控机或触摸屏上通过简单的按钮操作即可方便的完成（图2）。⑥SIWAREX FTA 称重模块具有自诊断功能，可实时检测称重传感器的状态及称重模块的自身状态。⑦可在1、2 类防爆区域中使用，本身具有EX 防爆认证。