高炉喷吹罐称重系统组成及标定方法

胡海青

【摘 要】本文主要介绍的是马钢第三炼铁总厂高炉喷煤喷吹罐称重系统的基本组成及标定方法，以及在马钢第三炼铁总厂两座高炉的使用情况，此称重系统（SIWAREX FTA）已在马鞍山钢铁股份有限公司多座高炉生产线上取得了成功的应用。

【关键词】喷吹罐；SIWAREX FTA；SIWATOOL；标定

0 前言

马钢第三炼铁总厂高炉喷煤喷吹罐称重系统采用西门子SIWAREX FTA电子称重模块，此称重模块可以代替称重仪表接收称重传感器输出的mV信号，从而与PLC构成全集成称重控制系统，它具有称重控制设备一体化、结构简单、系统集成度高等优点。

我厂喷吹系统共有六台喷吹罐，每个喷吹罐的称重均有一套FTA模块进行测量与控制，因为称重模块是PLC的一个功能模块，所以通过称重模块，可以将现场的称重设备直接集成于PLC控制系统中。电信号由现场的电阻应变片称重传感器传递给称重模块，由称重模块进行计算处理（包括AD转换等）后，再通过PLC总线直接传给中央控制器的 CPU，然后通过上位机显示屏进行显示并操作。

因为称重模块不同于一般的称重仪表，无法在现场直接进行称重系统标定参数的修改与设定，因此只能通过RS232接口连接一台PC机，并事先在PC机上安装与FTA称重系统的接口软件SIWATOOL，进行FTA称重模块的标定。

1 系统组成

1.1 硬件组成

1）称重传感器，每个喷吹罐配有3个称重传感器；

2）现场接线盒，每个喷吹罐配有1个现场接线盒；

3）屏蔽电缆；

4）接线端子；

5）西门子卡件电源；

6）SIWAREX FTA电子称重模块；

7）西门子存储卡；

8）隔离器；

9）24V直流电源；

10）OVITION模拟量输入卡件。

SIWAREX FTA是SIMATIC S7-300的一个功能模块（FM），其数据都能够在SIMATIC S7-300或ET200M总线电路板上直接读取。称重传感器、电源和串行接口的连接全部都能通过40针前连接器来完成。SIWAREX FTA具有两个串行接口，一个是RS485接口，用于连接数字远程显示器；另一个是RS232接口，可以连接一台PC机，用于设置SIWAREX FTA参数。

我厂高炉及喷煤系统均采用的是OVATION系统，那么如何使SIWAREX FTA与OVATION系统进行良好的数据传输，我厂工程人员与西门子工程人员进行了深入的探讨，西门子FTA模块提供了几种数据传输的方式，例如通讯、脉冲计数及模拟量输出等，我厂人员结合现场具体情况，选择了更为稳定的模拟量传输方式，即4-20mA方式进行称重信号的传输，具体连接方式如图3所示。

1.2 软件组成

硬件设备调试好以后，如何来读取FTA模块里面的参数，并调试和校准称重系统？这时就要运用到FTA模块配套的接口软件SIWATOOL，此款软件可以运行在Windows操作系统下，该软件可以分析秤重的过程性能，并借助于一台电脑来测试它们，除了能够完整地访问称重系统内的所有参数、打印相关参数外，还能创建称重曲线、对称重系统进行校准。

喷煤系统将原煤进行烘干、研磨之后，通过排粉风机产生的负压将磨好的煤粉抽入到原煤仓，然后通过一系列排粉装置最终将煤粉送到喷吹罐，经过程序设定后从喷吹罐直接喷吹出煤粉进入高炉。

在喷吹过程中，单位时间喷吹罐内煤粉的减少量就是喷煤喷吹率，煤粉的减少量就要依靠称重系统进行测量和监控，下图反映了单个喷吹罐从装粉到喷吹的过程。

图5中第1阶段为喷吹罐的装粉阶段，随着时间的推移，煤粉越装越多，重量也就随着时间越来越大，曲线呈上升趋势。

第2阶段，当所装煤粉重量达到程序设定重量时，喷吹罐上方卸灰阀停止运行，装粉结束，此时可以开始对喷吹罐进行冲压，并等待喷吹的指令。

第3阶段，当喷吹罐冲压到程序所设定的压力值，并接到喷吹指令的时候，此时喷吹罐下部出煤阀打开，煤粉便源源不断喷吹到高炉各个风口，随着时间得推移重量越来越小，曲线呈下降趋势，此阶段单位时间的重量减少便是所喷煤的喷吹率，生产方根据高炉运行的状况可以调节喷吹率的大小，调节喷吹率的大小就是调节单位时间内煤粉重量的减少量。下图为喷吹系统控制画面。

1.3 FTA称重系统的特点

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

（2）整个称重控制系统I/O约2000点。在系统自动配料时，为控制料仓压力变化对下料精度产生的影响，系统与上面的料仓自动加料系统有相应的联锁控制关系。

（3）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，可以轻松的实现这种较复杂的称重应用。

（4）可定义的输入和输出信号。

（5）通过参数定义，可适用于大多数不同形式的称重应用。

（6）通过SIWATOOL FTA软件可方便的设置参数。

（7）具有理论校准功能，无需标定砝码。

（8）更换模块时，秤无需重新标定。

（9）可用于防爆区域，FTA适用于 I 级、2区，类别A、B、C、D或者非爆炸场合，对于 1区需要配用经严格认证的称重传感器。

2 称重系统的校准

称重系统校准一般采用挂砝码比对，或者实物比对的方法进行，此西门子SIWAREX FTA电子称重模块提供了另外一种校准的方法，理论标定——免砝码的标定。

假如不需要使用调节砝码进行调节，在秤的机械结构正确并且可获得单个称重传感器的测量记录下，秤也可以在没有调节砝码的情况下进行调节。该步骤在调节参数的过程中使用SIWATOOL FTA工具软件实现调节，该步骤是“理论调节”。

为获得调节数据，特征值范围（1mV/V、2mV/V 或4mV/V）必须在数据记录的调节标签下定义。然后，切换到“理论调节”标签。为执行理论调节，所有称重传感器的额定负荷必须实现定义。

例如：3 个称重传感器（每个为1，000kg）的总额定负荷为3，000kg，为每个单独称重传感器输入调节零点偏移量（单位μV）和特征值（单位 mV/V）。这些值从响应的称重传感器测量记录中获得的。特征值通常以5位小数输入，例如2.01201。每个称重传感器调整的零点偏移定义如下：

调整的零点偏移（μV）=调整的零点偏移测量值（μV/V）╳称重模块电源（V）

例如：称重传感器电压（EXC）=10V，调整的零点偏移=1.2μV/V，（源自称重传感器的测量记录）输入：调整的零点偏移=1.2μV/V╳10V=12μV输入每个称重传感器的数据后，计算调节数字并且通过执行“计算调节数字”的执行按钮显示结果。然后，经过计算的调节数字通过执行“接受计算”与调节数据（DR3）一同集成到数据记录中。然后数据记录与新的调节数据一同送入称重模块。根据设备的结构，完全空载的秤可以指示一个稍微偏离调节零点的数值。在这种情况下，可以执行“特性曲线偏移”的命令。

进行校秤操作前，需要将模式调到ON的状态：

进入校秤参数：

此时将称重模拟器调整为零点，按下“Adjustment zero valid（3）”调整零点：调整成功后，会显示：

然后进行量程设定，输入量程重量，例如“150.0”，同时需要选定传感器特性值等相应参数，以及量程单位等参数，按“Send”发送到模块。

然后加入150kg砝码重量，并点击“Adjustment weight1 valid（4）”，即可发现显示的为设定的重量，校秤工作结束：

此种方法校秤简便易行，但是精度上和砝码校准略有偏差，此偏差可以忽略不计，在现场没有条件进行砝码标定或者时间上不允许的情况下可以使用此种方法。正常校秤时还是建议采用砝码或实物校准的方法。

3 结语

当前高炉生产线自动化程度要求越来越高，对称重系统的精度和稳定性提出了更高的要求，通过2006年到2014年这八年来长时间运行、维护、检修、改造，西门子SIWAREX FTA系统的安全性和稳定性也得到了肯定和认可，能够确保高炉喷煤生产能够长时间的保持高精度、高稳定性运行。

【参考文献】

[1]西门子公司.siwarex_FTA运用[Z].2008.

[2]张明，郭吉仁，李萌，亢涛.SIWAR EX FTA 电子称重模块在全自动配料控制中的应用[J].玻璃，2008（8）.

[3]方原柏.西门子公司SIWAREX FTA全集成称重控制系统[J].衡器，2011（5）.

[4]张胜，时吉敏，穆纲.SIWAREX FTA 称重模块在耐火材料高精度配料的应用[J].计量技术，2008（8）.

[责任编辑：汤静]

假如不需要使用调节砝码进行调节，在秤的机械结构正确并且可获得单个称重传感器的测量记录下，秤也可以在没有调节砝码的情况下进行调节。该步骤在调节参数的过程中使用SIWATOOL FTA工具软件实现调节，该步骤是“理论调节”。

为获得调节数据，特征值范围（1mV/V、2mV/V 或4mV/V）必须在数据记录的调节标签下定义。然后，切换到“理论调节”标签。为执行理论调节，所有称重传感器的额定负荷必须实现定义。

例如：3 个称重传感器（每个为1，000kg）的总额定负荷为3，000kg，为每个单独称重传感器输入调节零点偏移量（单位μV）和特征值（单位 mV/V）。这些值从响应的称重传感器测量记录中获得的。特征值通常以5位小数输入，例如2.01201。每个称重传感器调整的零点偏移定义如下：

调整的零点偏移（μV）=调整的零点偏移测量值（μV/V）╳称重模块电源（V）

例如：称重传感器电压（EXC）=10V，调整的零点偏移=1.2μV/V，（源自称重传感器的测量记录）输入：调整的零点偏移=1.2μV/V╳10V=12μV输入每个称重传感器的数据后，计算调节数字并且通过执行“计算调节数字”的执行按钮显示结果。然后，经过计算的调节数字通过执行“接受计算”与调节数据（DR3）一同集成到数据记录中。然后数据记录与新的调节数据一同送入称重模块。根据设备的结构，完全空载的秤可以指示一个稍微偏离调节零点的数值。在这种情况下，可以执行“特性曲线偏移”的命令。

进行校秤操作前，需要将模式调到ON的状态：

进入校秤参数：

此时将称重模拟器调整为零点，按下“Adjustment zero valid（3）”调整零点：调整成功后，会显示：

然后进行量程设定，输入量程重量，例如“150.0”，同时需要选定传感器特性值等相应参数，以及量程单位等参数，按“Send”发送到模块。

然后加入150kg砝码重量，并点击“Adjustment weight1 valid（4）”，即可发现显示的为设定的重量，校秤工作结束：

此种方法校秤简便易行，但是精度上和砝码校准略有偏差，此偏差可以忽略不计，在现场没有条件进行砝码标定或者时间上不允许的情况下可以使用此种方法。正常校秤时还是建议采用砝码或实物校准的方法。

3 结语

当前高炉生产线自动化程度要求越来越高，对称重系统的精度和稳定性提出了更高的要求，通过2006年到2014年这八年来长时间运行、维护、检修、改造，西门子SIWAREX FTA系统的安全性和稳定性也得到了肯定和认可，能够确保高炉喷煤生产能够长时间的保持高精度、高稳定性运行。

【参考文献】

[1]西门子公司.siwarex_FTA运用[Z].2008.

[2]张明，郭吉仁，李萌，亢涛.SIWAR EX FTA 电子称重模块在全自动配料控制中的应用[J].玻璃，2008（8）.

[3]方原柏.西门子公司SIWAREX FTA全集成称重控制系统[J].衡器，2011（5）.

[4]张胜，时吉敏，穆纲.SIWAREX FTA 称重模块在耐火材料高精度配料的应用[J].计量技术，2008（8）.

[责任编辑：汤静]

假如不需要使用调节砝码进行调节，在秤的机械结构正确并且可获得单个称重传感器的测量记录下，秤也可以在没有调节砝码的情况下进行调节。该步骤在调节参数的过程中使用SIWATOOL FTA工具软件实现调节，该步骤是“理论调节”。

为获得调节数据，特征值范围（1mV/V、2mV/V 或4mV/V）必须在数据记录的调节标签下定义。然后，切换到“理论调节”标签。为执行理论调节，所有称重传感器的额定负荷必须实现定义。

例如：3 个称重传感器（每个为1，000kg）的总额定负荷为3，000kg，为每个单独称重传感器输入调节零点偏移量（单位μV）和特征值（单位 mV/V）。这些值从响应的称重传感器测量记录中获得的。特征值通常以5位小数输入，例如2.01201。每个称重传感器调整的零点偏移定义如下：

调整的零点偏移（μV）=调整的零点偏移测量值（μV/V）╳称重模块电源（V）

例如：称重传感器电压（EXC）=10V，调整的零点偏移=1.2μV/V，（源自称重传感器的测量记录）输入：调整的零点偏移=1.2μV/V╳10V=12μV输入每个称重传感器的数据后，计算调节数字并且通过执行“计算调节数字”的执行按钮显示结果。然后，经过计算的调节数字通过执行“接受计算”与调节数据（DR3）一同集成到数据记录中。然后数据记录与新的调节数据一同送入称重模块。根据设备的结构，完全空载的秤可以指示一个稍微偏离调节零点的数值。在这种情况下，可以执行“特性曲线偏移”的命令。

进行校秤操作前，需要将模式调到ON的状态：

进入校秤参数：

此时将称重模拟器调整为零点，按下“Adjustment zero valid（3）”调整零点：调整成功后，会显示：

然后进行量程设定，输入量程重量，例如“150.0”，同时需要选定传感器特性值等相应参数，以及量程单位等参数，按“Send”发送到模块。

然后加入150kg砝码重量，并点击“Adjustment weight1 valid（4）”，即可发现显示的为设定的重量，校秤工作结束：

此种方法校秤简便易行，但是精度上和砝码校准略有偏差，此偏差可以忽略不计，在现场没有条件进行砝码标定或者时间上不允许的情况下可以使用此种方法。正常校秤时还是建议采用砝码或实物校准的方法。

3 结语

当前高炉生产线自动化程度要求越来越高，对称重系统的精度和稳定性提出了更高的要求，通过2006年到2014年这八年来长时间运行、维护、检修、改造，西门子SIWAREX FTA系统的安全性和稳定性也得到了肯定和认可，能够确保高炉喷煤生产能够长时间的保持高精度、高稳定性运行。

【参考文献】

[1]西门子公司.siwarex_FTA运用[Z].2008.

[2]张明，郭吉仁，李萌，亢涛.SIWAR EX FTA 电子称重模块在全自动配料控制中的应用[J].玻璃，2008（8）.

[3]方原柏.西门子公司SIWAREX FTA全集成称重控制系统[J].衡器，2011（5）.

[4]张胜，时吉敏，穆纲.SIWAREX FTA 称重模块在耐火材料高精度配料的应用[J].计量技术，2008（8）.

[责任编辑：汤静]