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

¹⁾ Пригодно для приложений с обязательной поверкой