Обзор

Автоматизация с помощью оборудования для взвешивания и дозирования

Наряду с точностью при взвешивании и дозировании концептуальная интеграция взвешивающей техники в современные системы автоматизации положительно влияет на постоянный рост прибыли предприятия.

Требования к весам в промышленных процессах

Роль взвешивающей и дозирующей техники в промышленных процессах становится все более значимой, при этом весоизмерительные задачи бывают самыми разными. Для автоматизации производственных процессов применяются как системы программного управления от запоминающего устройства (SPS), так и автоматизированные системы управления технологическими процессами (PLS).

В зависимости от поставленной задачи используются различные типы весов, работающие с системами автоматизации.

С точки зрения автоматизации производства к концепции весоизмерительной техники предъявляются следующие требования:

• гибкость при выполнении типичных для весов функций,
• простота расширения весоизмерительной системы,
• возможность адаптации к задачам автоматизации и
• комплексная концепция коммуникации.

Весы, удовлетворяющие этим требованиям, могут классифицироваться как часть системы автоматизации. В этом смысле весы являются интеллектуальным объектом автоматизации, состоящим из:

• сенсорики
• системы регулировки и
• исполнительных элементов

и выполняющим свои задачи в соответствии с командами управляющей системы.

SIWAREX FTA в системе S7 300

Разграничение весоизмерительных функций в системе автоматизации

Разграничение весоизмерительных функций в системах автоматизации в последние годы постоянно изменялось. Причиной тому поиск эффективного решения весоизмерительных задач в рамках автоматизационного окружения. Производительность аппаратных компонентов больше не считается основным фактором выбора определенной архитектуры решения. Требования к современным весоизмерительным решениям включают в себя следующие специфические для весов критерии:

• высокая эксплуатационная надежность,
• простота в обслуживании,
• хорошая воспроизводимость,
• высокая точность,

а также критерии, относяющиеся к особенностям автоматизации:

• комплексность (программного и аппаратного обеспечения),
• гибкость,
• стандартность.

Конфигурация аппаратного обеспечения SIMATIC с весоизмерительной электроникой SIWAREX CS

Индивидуальная реализация включает в себя следующие три аспекта:

• Требования к точности и воспроизводимости предполагают использования специальных высококачественных функциональных модулей для приема и адаптации сигнала, аналого-цифрового преобразования, предварительной обработки, а также функций управления и регулировки. В соответствии с задачами весоизмерительные сигналы должны иметь разрешение до 16 млн. ступеней дискретизации. Управление потоками материала при дозировании и заполнении с помощью двоичных весоизмерительных сигналов должно происходить с точностью менее одной миллисекунды.
• Кроме того, индивидуально требуются различные дополнительные функции для решения задачи в целом. Таким образом во внимание принимается вся цепочка создания стоимости на производстве. В качестве примеров здесь стоит упомянуть автоматическое заполнение накопителей и отгрузка конечного продукта. Для этого требуется система, позволяющая максимально просто реализовать необходимые функции.
• Также существует потребность в как можно более полной интеграции весоизмерительных систем в весь автоматизационный комплекс. Сюда относятся не только коммуникации, но функциональная интеграция, а также инжиниринг всех функций автоматизации с помощью стандартных инструментов.

С учетом этих аспектов возможно следующее решение, удовлетворяющее всем требованиям с минимальными затратами:

• Весоизмерительные функциональные модули, стандартно укомплектованные необходимым аппаратным и программным обеспечением, способные обеспечить высокую точность в выполнении критичных по времени задач. Эти функциональные модули обладают всеми характеристиками стандартной системы автоматизации и поэтому полностью совместимы.
• Использование стандартной автоматизационной системы для реализации индивидуальных задач. Это позволяет не только применять уже существующие стандарты инжиниринга, визуализации, архивирования и т.д., но и одновременно осуществлять полную интеграцию в структуру автоматизации в целом без дополнительных затрат. Здесь можно особенно гибко реализовывать отраслевые и индивидуальные решения. Специальные весоизмерительные и технологические методы и рецептуры можно защитить от доступа третьих лиц программно (запатентованная технология).
• Благодаря такой концепции весоизмерительная техника становится интегрированным объектом всего комплекса автоматизации. За счет вышеупомянутой тотальной совместимости с точки зрения пользователя стандартные функции автоматизации и весоизмерительные функции составляют единое целое. Требования к комплексности, простоте и гибкости, таким образом, выполняются на базе существующих стандартов.
• Естественно, в таких решениях использованные компоненты могут быть объединены как централизованно, так и децентрализованно. Преимуществом централизованной структуры является оптимальное по времени согласование между управляющим компьютером и процессором весов. При децентрализованной структуре, т.е. при интеграции компонентов в весы, весоизмерительная система простым образом соединяется с автономным "Полевым устройством", подключенным через открытые шины PROFIBUS или PROFINET к автоматизационной технике.

Изображение кривых дозирования, записанное с помощью весоизмерительной электроники с SIWAREX FTA

Весоизмерительные системы SIWAREX в системах автоматизации

Для весоизмерительных систем SIWAREX нормой является "Система комплексной автоматизации" („Totally Integrated Automation“).

Важная особенность - полная интеграция с SIWAREX в системах SIMATIC.

Это означает:

• Реализация концепций централизованной автоматизации за счет прямой интеграции в SIMATIC S7
• Реализация концепций децентрализованной автоматизации за счет прямой интеграции в SIMATIC NET
• Интеграция в системы управления производственным процессом SIMATIC PCS 7
• Управление и наблюдение с помощью SIMATIC HMI
• Общее проектирование и программирование посредством программного обеспечения SIMATIC.

Параметры материала

Пример ввода параметров материала в SIMATIC HMI

SIWAREX - весоизмерительная электроника - единая системная база SIMATIC

Приобретая весоизмерительные модули SIWAREX, Вы инвестируете в единую системную базу SIMATIC, на основе которой могут функционировать также и компоненты автоматизации всего производственного процесса – от поступления товара (зона Upstream) через процесс производства (зона Mainstream) до наполнительной машины в конце производственной цепочки (зона Downstream) – системная база, включающая в себя все иерархические уровни, начиная от человеко-машинного интерфейса, и заканчивая полевой шиной PROFIBUS DP. Зачем для решения каждой задачи взвешивания или дозировки использоваться специальную технику, если доступна унифицированная база для решения всех индивидуальных задач? Разработав SIWAREX, в Siemens создали такую базу.

Области применения весоизмерительной техники SIWAREX в производственном процессе

Универсальные автоматизационные решения с использованием весоизмерительной техники

Для универсальных автоматизационных решений в комбинации с весоизмерительной техникой модули SIWAREX являются оптимальным вариантом. SIWAREX могут использоваться с любыми решениями SIMATIC, независимо от того, в качестве модуля, интегрированного в систему автоматизации SIMATIC S7, или как децентрализованное периферийное устройство с SIMATIC S7 или C7.

Идея в следующем: модули SIWAREX интегрируются в систему автоматизации с помощью тех же инжиниринговых инструментов, что и все другие компоненты автоматизации. Очень разумное решение, позволяющее сократить расходы на инжиниринг, а также на подготовку и обучение обслуживающего персонала!

Модульное периферийное устройство ET 200 построено по блочному принципу. Весоизмерительная электроника берется из каталога модулей и размещается в стойке модульного периферийного устройства. Программное обеспечение определяет весоизмерительную электронику в качестве "центральных модулей системы автоматизации".

Благодаря использованию стандартного аппаратного обеспечения (компоненты SIMATIC) и стандартного ПО (STEP 7) имеются свободно программируемые, модульные весоизмерительные системы, которые можно с минимальными затратами адаптировать к внутрипроизводственным требованиям, например, за счет:

• дополнительные цифровые выходы SIMATIC для управления мешалкой, нагревом, вибромеханизамами и т.п.
• дополнительных функций, реализованных в STEP 7 для вычисления и регулирования потока материала или для коррекции заданной величины в зависимости от влажности материала.

Коротко о преимуществах прямой интеграции:

• низкие затраты на встраивание в систему, так как благодаря прямой интеграции не требуется дополнительных соединительных модулей
• незначительные расходы на проектирование благодаря универсальной концепции системы
• единое поведение модулей внутри системы (диагностическая тревога, блокировка команд и т.п.)
• индивидуальные и одновременно доступные по цене весоизмерительные системы за счет расширения с помощью стандартных компонентов SIMATIC
• высокая степень готовности системы
• простой монтаж на защелках
• экономия места за счет компактных конструкций

Также возможна настройка весов без использования системы автоматизации.

Высокая степень готовности системы - чтобы производство не простаивало

Наряду с преимуществом в том, что для всей системы достаточно одного ноу-хау в области проектирования, также имеются и значительные преимущества в отношении готовности системы.

Так, к примеру, в SIMATIC S7 ошибки (превышение диапазона измерения, нарушение процесса дозировки, сбой датчика ...) через диагностические сигналы тревоги передаются в систему автоматизации без необходимости ввода какого-либо программного кода.

Сообщения об ошибках весоизмерительной электроники автоматически передаются в систему автоматизации. С помощью диагностических сообщений можно быстро определить модуль, являющийся причиной ошибки.

Обслуживающий персонал с помощью программатора или системы визуализации может локализовать ошибку, вывести на дисплей ее причину и при необходимости заменить дефектный модуль.

Если используются соответствующие шинные модули, замена весоизмерительных электронных блоков SIWAREX U, SIWAREX CS, SIWAREX FTA, SIWAREX FTC и SIWAREX CF может быть произведена даже под напряжением.. Замена модуля автоматически распознается системой автоматизации. Благодаря универсальной системе оперирования данными зафиксированные в системе автоматизации параметры весов могут быть переданы на новую весоизмерительную электронику. Таким образом, весы сразу же готовы к работе - нет необходимости проведения повторной юстировки с эталонными весами (за исключением задач требующих обязательной калибровки).

Так как весоизмерительные системы SIWAREX состоят исключительно из стандартных компонентов (к примеру, весоизмерительные модули SIWAREX, цифровой ввод/вывод SIMATIC, ...), то это значительно облегчает вопрос с запасными частями.

Вид весов дифференциального весового дозатора

Система управления процессами SIMATIC PCS 7 аналогична системе автоматизации SIMATIC S7

В то время как весоизмерительные модули интегрируются в систему автоматизации SIMATIC S7 преимущественно с помощью типичных SPS-языков программирования AWL (операторный список), KOP (контактный план) или FUP (функциональный план), проектирование в системе управления производственным процессом SIMATIC PCS 7 осуществляется через графическое переключение на CFC-плане (CFC = Continuous Function Chart). То есть пользователь занимается не программированием, а созданием структуры.

Весы представляются в ES (инжиниринговая система) через „технологические модули“ на CFC-плане. На OS (станция оператора) в системе визуализации WinCC за представление весов отвечают графические модули.

Через графические модули может осуществляться контроль весовых параметров и обслуживание весов.

Представление весов в инжиниринговой системе ES (слева) и на станции оператора OS (справа).

Таблица возможностей применения SIWAREX

Задача	Примеры	Выбор
Высокоточное статическое измерение веса	Платформенные весы, ковшовые весы, автомобильные весы	SIWAREX FTA1), макс. разрешение 16 млн. элементов
Статическое измерение веса, средняя точность	Ковшовые весы, хранилища	SIWAREX U для S7 300 и ET 200M SIWAREX CS для ET 200S SIWAREX MS для S7 200
Измерение момента силы и момента вращения	Прокатные станы, контроль нагрузки и натяжения ленты, защита от перегрузки, измерение момента вращения	SIWAREX FTC (двунаправленный) SIWAREX CF для ET 200S (двунаправленный) SIWAREX MS для S7 200 (однонаправленный)
Дозировка (безучетная)	Смешивающие установки, периодические процессы, рецепты дозировки, одно- и многовесовые системы	SIWAREX FTA1) (OIML R-51)
Дозировка (учетная)	Смешивающие установки, периодические процессы, рецепты дозировки, одно- и многовесовые системы	SIWAREX FTC (режим дифференциального весового дозатора)
Розлив, быстрый розлив	Разливные машины, мешконаполнители, бигбэги	SIWAREX FTA1) (OIML R-61)
Отгрузка, быстрая отгрузка	Весы для приемки и отгрузки	SIWAREX FTA1) (OIML R-107)
Статический контроль количества	Автоматический контроль веса в статическом режиме, например после заливки	SIWAREX FTA1) (OIML R-51)
Измерение потока (учетное)	Измеритель потока сыпучего материала (отбойная плита)	SIWAREX FTC (режим дифференциального весового дозатора)
Ленточные весы	Определение загрузки ленты, подаваемого количества, отгрузка по заданным параметрам	SIWAREX FTC (режим ленточных весов)
Программное обеспечение STEP 7	SIWAREX "Начало работы" для первого ознакомления SIWAREX MULTISCALE мешалки и смешивающие системы SIWAREX MULTIFILL для заливки/заполнения мешков в многоголовочных установках	Специально для решений, базирующихся на SIWAREX FTA, SIWAREX FTC и SIWAREX CS имеются готовые программные пакеты STEP 7.

¹⁾ Пригодно для приложений с обязательной поверкой