1.概述
可編程序控製器PLC是一種可以處理開關量和模擬量的過程控製器，在工業生產過程中廣泛應用，早期的可編程序控製器主要用來處理開關量控製，但現在的可編程序控製器模擬量處理功能和數學運算功能也非常強，如果將稱重儀表的檢測元件連接到PLC的I/O卡中，則完全可以通過程序編製在PLC中實現稱重儀表的各種功能。
PLC也在適應稱重儀表的這些要求，專門開發了與稱重儀表的檢測元件相連的I/O卡，其中以SIWAREX係列的稱重模塊開發較早、應用最廣。如早在S5-95U和S5-100UPLC係統裏就有SIWAREX係列的P這樣簡單的稱重模塊。
這裏所說的稱重模塊與同稱為稱重模塊的帶安裝件的稱重傳感器含義是不同的，它隻不過是可以接受稱重傳感器輸出的mV信號並可以完成某些衡器功能的PLCI/O模塊。
作為稱重模塊對性能的最低要求是：可以接收稱重傳感器輸出的mV信號的同時還向稱重傳感器提供供橋直流電源。普通的熱電偶輸入信號I/O卡也可以接收稱重傳感器輸出的mV信號，但是這種I/O卡不提供供橋直流電源，所以這是稱重模塊與普通熱電偶輸入信號I/O卡最主要的區別。
SIWAREX係列稱重模塊目前除FTC可用於連續自動稱重衡器以外，MS、U、CS、CF稱重模塊適用於中等精度的非自動稱重衡器，如料鬥秤、容器秤、負荷和張力測量等等；而較晚推出的FTA稱重模塊適用於高精度的非自動稱重衡器，甚至還可以用於貿易認證的計量係統（如汽車衡）。
近年來，不僅一些主要的PLC生產廠家推出了稱重模塊，如A-B公司SLC500的1746-WS稱重模塊、Premium的TSXISPY101稱重模塊、CJ1的F159稱重模塊、MELSEC-Q的Q61LD稱重模塊，而且一些小型的PLC生產廠家也推出了稱重模塊，國內市場如上見到的FBs-PLC的FBs-1LC稱重模塊、台灣某工業公司EX0N16M的EX1S2LD稱重模塊、珠海某公司PWC的稱重模塊、C120-14M12R-1AD的CEX-1AD-2DA-2TC稱重模塊等等。
因為稱重模塊是PLC的一個功能模塊，所以通過稱重模塊，可以將現場的稱重設備直接集成於PLC控製係統中。電信號由現場的電阻應變片稱重傳感器傳遞給稱重模塊，由稱重模塊進行計算處理（包括AD轉換，濾波等）後，再通過PLC總線直接傳給中央控製器的CPU，然後通過上位機顯示屏或就地盤上的觸摸屏等人機接口顯示並操作。
2.稱重傳感器接入PLC的幾種方式
總結生產現場的運行經驗，稱重設備中的稱重傳感器接入PLC的方式大致有以下幾種（如圖1所示）：

（1）保留與稱重傳感器相配用的重量變送器或儀表
這一方案的主要特點是獨立衡器係統的完整性基本得以保留，仍然可以在電子稱重儀表上完成稱重儀表要求的調零、調量程等操作，與PLC的聯係僅僅是通過電子稱重儀表輸出4~20mA信
號送至PLC的模擬量輸入模塊實現，而PLC隻是采集了重量信號用於顯示。
（2）用PLC的溫度輸入模塊直接接收稱重傳感器信號
這一方案的主要特點是用PLC的溫度輸入模塊（可接收熱電偶及mV信號）直接接收稱重傳感器輸出的mV信號，從而節省了一台重量變送器或儀表，但需要增加一台向稱重傳感器供電的穩壓
電源，稱重儀表要求的調零、調量程等操作需要在PLC上通過用戶編程實現。
（3）稱重模塊直接接收稱重傳感器信號
這一方案的主要特點是稱重模塊直接接收稱重傳感器信號，由於稱重模塊考慮了各種稱重儀表檢測元件的要求，所以與上麵兩種方式相比，
連接更簡潔、需要的設備更少，而且可以通過PLC稱重模塊的專用稱重軟件完成稱重儀表要求的調零、調量程等各種操作。
通過西門子公司SIWAREX係列稱重模塊將稱重設備中的稱重傳感器接入PLC的方式為第三種方式，所需設備最少，集成度最高，可以稱之為全集成稱重控製係統。
3FTA稱重模塊介紹
在一些料倉秤配料係統中，並不是單獨使用一台或幾台稱重儀表，配合稱重儀表使用的還有很多給料、卸料設備，這些設備通過連鎖控製才能構成一個完整的、可自動進行的稱重係統，FTA本身帶7點DI、8點DO，如不夠用的話還可再增加DI、DO卡件，圖2是一個配料係統示意圖，係統為SIMATICS7-300，包括CPU組件、電源組件，I/O模塊則包括FTA稱重模塊、DI模塊、DO模塊。

3.1FTA稱重模塊的集成
用於非自動稱重衡器的稱重模塊中，我們以用於高精度的FTA稱重模塊（如圖3所示）為例介紹。

FTA稱重模塊是一種具有多用途和使用靈活
特點的卡件，可直接集成到SIMATICS7-300中或通過遠程I/OET200M的PROFIBUS-DP總線集成到SIMATICS7-400或SIMATICPCS7係統中（如圖4所示）。
SIWAREXFTA稱重係統不同於傳統意義上的稱重係統，實際上是一套全集成在SIMATIC係統的數字化稱重解決方案，他突破了通訊和係統結構的限製，在係統測量精度、控製速度、施工周期、長期維護量等方麵體現出了巨大的技術優勢。
一位使用了SIWAREX稱重模塊的用戶這樣評價說：“稱重模塊的操作和使用更加簡單，采購和維護保養的費用更加低廉，更加節約時間，且安全可靠性更高。使用兩年來，我們沒有遇到任何故障”[1]。
3.2FTA稱重模塊的功能
SIWAREXFTA稱重模塊實際上是一種可編程、多功能型稱重儀表，通過設定FTA模塊中的參數，可以實現下列功能：
①符合OIMLR76非自動稱重衡器，例如：料鬥秤、平台秤、吊車秤、稱重式料位儀。
②符合OIMLR61自動裝料衡器，例如：大袋包裝秤、灌裝秤。
③符合OIMLR51自動分檢衡器，例如：單組份秤用於加料和下料稱重計量、多組份秤、車廂裝載量的稱重控製。
④符合OIMLR107非連續累計自動衡器，例如：下料或裝載稱重。
3.3FTA稱重模塊的特點
①集成在SIMATICS7和SIMATICPCS7係統中，統一的結構設計和通訊方式；
②通過ET200M連接PROFIBUS-DP/ProfiNet，可作為分布式現場稱重儀表；
③如果與指定的廠家稱重傳感器相連，如年Pf覿ffikon/Switzerland的PESA公司、梅特勒－托利第多公司製造的稱重傳感器，可通過RS485接口連接；    
④重量和力的測量，分辨率高達1600萬；
⑤高精度3×6000d；
⑥可定義的輸入和輸出信號；
⑦通過參數定義，可適用於大多數不同形式的稱重應用；
⑧通過SIWATOOL FTA軟件可方便的設置參數；
⑨具有理論校準功能，無需標定砝碼；
⑩更換模塊時，秤無需重新標定；
11可自動記錄和存儲衡器的工作進程；
12可配有商貿認證衡器數據存儲器；
13可用於Ex防爆區域，FTA適用於I級、2區，類別A、B、C、D或者非爆炸場合，對於1區需要配用經嚴格認證的稱重傳感器。
4FTA稱重模塊的應用
4.1玻璃熔爐配料係統的應用
在四川宜賓五糧液集團兩台玻璃熔爐的配料係統工程中，天津市工業自動化儀表研究所采用西門子SIWAREXFTA電子稱重模塊實現多配方、多物料配料的全自動控製。
玻璃熔爐的配料係統有15~20種物料，如：石英砂、純堿、方解石、砒霜等，每個稱重鬥對應1~4個料倉，即：每個稱重鬥稱重1~4種物料，由一塊FTA電子稱重模塊實現稱重，不同物料配方要求隨時切換，所以係統是多配方、多物料配料。配料控製係統采用西門子S7-300PLC作為主邏輯控製器，上位機為一台DELLPC和一台10英寸西門子TP270觸摸屏。稱重控製的核心部件是SIWAREXFTA稱重模塊，稱重鬥的稱重傳感器輸出重量信號(mV模擬量信號)直接進入到SI-WAREXFTA，其餘的稱重過程由FTA分解完成（包括物料的快慢加轉換，懸浮料計算與修正、容差報警、小K8凯发登录入口提示等）。而多配方的存儲與調用、多物料加料順序的控製、報表、報警的生成與管理等等則依賴於S7-300的CPU來完成。
SIWAREXFTA給出的動作信號經PLC的I/O卡控製電氣設備，同樣，上位機PC或TP270觸摸屏也可以對SIWAREXFTA的稱重過程進行監視與幹預，兩者功能兼容互為備用。2006年9月，該係統投入運行，過程的多點監測、實時紀錄及係統高智能的自動控製都給生產帶來了極大的方便[2]。
4.2耐火材料配料係統的應用
某國外公司在中國的耐火材料工廠生產的耐火材料產品有酸中性耐火材料、堿性耐火材料、AG耐火材料和ZG耐火材料，配料原料種類分別有35種、14種、22種和10種，用戶配方數量則達到數百種。生產工藝中的質量控製環節對耐火配料係統有嚴格的檢測程序，一但某種物料的重量值超過了配料合格允許的百分比，則啟動容錯程序對其進行補料。如補料也無法達到要求，則一批物料將全部自動進入廢品倉，導致原料的損失。一些進口原料價值較高，例如CCN原料製成的成品價格可達每噸數十萬元，因此用戶對係統的精度、穩定性及可靠性提出了較高的要求。
重慶大唐稱重有限公司將整個生產工藝分為4套相對獨立的稱重配料係統，以酸中性耐火材料稱重配料係統為例，在約40個料倉下方有7個稱重料倉，每個稱重料倉由三隻稱重傳感器支承，稱重傳感器信號通過現場接線盒連接到FTA稱重模塊上，7個FTA稱重模塊集成到一台S7-315-2DPCPU上，再通過Profibus-DP總線連接到上位機係統內。上位機係統通過以太網將配方下載到稱重模塊內，稱重模塊按照配方的預設值控製每個稱重料倉的加料和下料，實時監測現場各設備的運行情況，提供豐富的報警和診斷信息，並形成曆史數據記錄供工廠運行效率分析和事故分析。西門子公司所提供的基於Windows操作係統的SI-WATOOLFTA專用程序，可使技術人員無需了解PLC編程方麵的知識就能夠方便的設置和調試秤，並且在軟件中方便的查詢秤的各種運行狀態及參數（如圖5所示）。

由於稱重配料係統所配物料種類多，並且給料設備包括有多級給料速度控製的螺旋給料機、精確給料的氣動閥，多級振動給料機等，整個稱重控製係統I/O約2000點。FTA稱重模塊將稱重功能直接集成到S7-300PLC中，加上FTA模塊本身集成的16個開關量I/O點和一路4~20mA模擬量輸出功能，使得稱重配料與控製係統完美的結合在一起，由PLC實現這種較複雜的稱重配料應用。
該稱重配料係統2006年底投產至今，係統運行良好，稱重精度優於OIMLIII，稱重配料的控製精度可達到±0.3%，少量特殊物料及微量秤的控製精度可達到±0.5%，完全滿足用戶的要求[3]。
4.3動態電子軌道衡的應用
武鋼四煉鋼700t軌道衡采用深基坑、雙台麵、整車計量方式。兩端各25m整體道床，每個稱重台麵布置4個稱重傳感器和2個電感式軌道開關，共8個稱重傳感器，4個電感式軌道開關，軌道衡計量係統采集稱重傳感器輸出信號和軌道開關輸出信號，並綜合這2種信號進行判車計量，得出鐵水罐車重量。原有係統存在穩定性較差、係統計量重複性差、不利於實現遠程計量和遠程故障診斷等問題。武鋼集團計控公司重新設計一套S7-300PLC係統，並將以前在計算機上運行的計量程序中的關鍵模塊(軌道開關輸出信號采集模塊、稱重數據采集模塊、判車模塊、數據處理模塊、罐車重量計算模塊等)遷移到PLC中運行，並用數據刷新率很快的PLC稱重模塊代替數據刷新率較慢的稱重儀表，新加PLC係統通過以太網與外界交換信息，提高了係統的穩定性、計量重複性，能很方便地實現遠程計量和遠程故障診斷。
新加的S7-300PLC係統作為整個軌道衡計量係統的信息控製處理中心，它由電源模板、CPU模板、數字輸入模板、FTA稱重模板、以太網通訊模板、現場觸摸屏（即操作員麵板）組成。軌道衡開關輸出信號接入S7-300數字量輸入模板；
2個稱重台麵的稱重傳感器輸出信號通過現場接線盒接入S7-300FTA稱重模塊；S7-300CPU模板處理數字輸入模板和FTA稱重模塊的輸入信號，通過軌道開關狀態的變化判斷罐車所在位置。當
在PLC上運行的計量程序判斷罐車前後轉向架分別在1#台麵和2#台麵上時，采集FTA稱重模塊的輸入信號，將這些信號組成1個隊列，並進行相關數據處理，然後計算得到罐車重量。PLC係統再將稱重結果及稱重過車參數通過以太網模板上傳到現場稱重計算機，現場稱重計算機隻是作為稱重結果和記錄保存的所用。在遠程數據中心的任何一台計算機隻要安裝了計算機計量管理程序，就可以通過以太網和現場PLC係統交換數據，實現了遠程計量操作（如圖6所示）。

基於PLC的動態電子軌道衡用數據刷新率很快，一節車輛進行稱重的過程中，可以采集到為250~500個有效重量數據，計量程序將采集到250~500個有效稱重數據進行前後壞數據剔除、數據濾波、重量計算等步驟得到待計車輛重量，由於有較多的有效稱重數據參與運算，提高了係統計量重複性和計量精度。在投入運行半年多的時間內，係統運行穩定可靠，計量重複性好，同時對一次軌道開關故障作了遠程故障分析和診斷，獲得使用單位的好評[4]。
5.全集成稱重控製係統的優點
由以上幾個采用了SIWAREXFTA稱重模塊的應用實例，我們可以體驗到全集成稱重控製係統具有以下優點：
①一些複雜的稱重過程不僅僅涉及到稱重數據處理，而且還需要完成一些機械設備啟停之類的控製問題，全集成稱重控製係統以SIWAREXFTA稱重模塊取代常規配料控製儀表實現稱重數據處理，還可以發揮PLC的特長完成機械設備啟停的控製，兩項功能統一由PLC完成，這使得稱重儀表與控製係統完美的結合在一起，如本文中介紹的三個例子均有大量的開關量信號輸入控製及用於機械設備運行的開關量信號輸出控製；
②現場稱重傳感器的信號直接進入PLC係統，代替了普通稱重儀表通過4~20mA信號送入PLC，避免了信號轉換帶來的誤差和傳輸的時間延遲；
③SIMATIC係統具有統一的通信接口，上位機與稱重模塊可以方便的以總線通訊方式進行數據交換，由於稱重係統和控製係統在統一的軟硬件平台上，因此這種數據交換方式傳輸的數據量更大、更新稱重數據的速度更快、實時性更好、設備運行控製精度更高；
④編程時，可以在PLC的CPU存儲區中直接讀取各種稱重過程值，方便的根據工藝聯鎖的要求進行編程和設置；
⑤基於Windows操作係統的SIWATOOLFTA專用程序可提供稱重設備的現場的調試和標定，在軟件中方便的查詢秤的各種運行狀態及參數；
⑥稱重精度高，可用於要求高精度計量的稱重設備，如本文中介紹的軌道衡；
⑦FTA稱重模塊的價格與普通稱重儀表大體相當，但如果為多台稱重設備或帶程序控製或需要與PLC係統通訊，則具有較大的投資優勢。
 

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