1.概述
可编程序控制器PLC是一种可以处理开关量和模拟量的过程控制器，在工业生产过程中广泛应用，早期的可编程序控制器主要用来处理开关量控制，但现在的可编程序控制器模拟量处理功能和数学运算功能也非常强，如果将称重仪表的检测元件连接到PLC的I/O卡中，则完全可以通过程序编制在PLC中实现称重仪表的各种功能。
PLC也在适应称重仪表的这些要求，专门开发了与称重仪表的检测元件相连的I/O卡，其中以SIWAREX系列的称重模块开发较早、应用最广。如早在S5-95U和S5-100UPLC系统里就有SIWAREX系列的P这样简单的称重模块。
这里所说的称重模块与同称为称重模块的带安装件的称重传感器含义是不同的，它只不过是可以接受称重传感器输出的mV信号并可以完成某些衡器功能的PLCI/O模块。
作为称重模块对性能的最低要求是：可以接收称重传感器输出的mV信号的同时还向称重传感器提供供桥直流电源。普通的热电偶输入信号I/O卡也可以接收称重传感器输出的mV信号，但是这种I/O卡不提供供桥直流电源，所以这是称重模块与普通热电偶输入信号I/O卡最主要的区别。
SIWAREX系列称重模块目前除FTC可用于连续自动称重衡器以外，MS、U、CS、CF称重模块适用于中等精度的非自动称重衡器，如料斗秤、容器秤、负荷和张力测量等等；而较晚推出的FTA称重模块适用于高精度的非自动称重衡器，甚至还可以用于贸易认证的计量系统（如汽车衡）。
近年来，不仅一些主要的PLC生产厂家推出了称重模块，如A-B公司SLC500的1746-WS称重模块、Premium的TSXISPY101称重模块、CJ1的F159称重模块、MELSEC-Q的Q61LD称重模块，而且一些小型的PLC生产厂家也推出了称重模块，国内市场如上见到的FBs-PLC的FBs-1LC称重模块、台湾某工业公司EX0N16M的EX1S2LD称重模块、珠海某公司PWC的称重模块、C120-14M12R-1AD的CEX-1AD-2DA-2TC称重模块等等。
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，滤波等）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或就地盘上的触摸屏等人机接口显示并操作。
2.称重传感器接入PLC的几种方式
总结生产现场的运行经验，称重设备中的称重传感器接入PLC的方式大致有以下几种（如图1所示）：

（1）保留与称重传感器相配用的重量变送器或仪表
这一方案的主要特点是独立衡器系统的完整性基本得以保留，仍然可以在电子称重仪表上完成称重仪表要求的调零、调量程等操作，与PLC的联系仅仅是通过电子称重仪表输出4~20mA信
号送至PLC的模拟量输入模块实现，而PLC只是采集了重量信号用于显示。
（2）用PLC的温度输入模块直接接收称重传感器信号
这一方案的主要特点是用PLC的温度输入模块（可接收热电偶及mV信号）直接接收称重传感器输出的mV信号，从而节省了一台重量变送器或仪表，但需要增加一台向称重传感器供电的稳压
电源，称重仪表要求的调零、调量程等操作需要在PLC上通过用户编程实现。
（3）称重模块直接接收称重传感器信号
这一方案的主要特点是称重模块直接接收称重传感器信号，由于称重模块考虑了各种称重仪表检测元件的要求，所以与上面两种方式相比，
连接更简洁、需要的设备更少，而且可以通过PLC称重模块的专用称重软件完成称重仪表要求的调零、调量程等各种操作。
通过西门子公司SIWAREX系列称重模块将称重设备中的称重传感器接入PLC的方式为第三种方式，所需设备最少，集成度最高，可以称之为全集成称重控制系统。
3FTA称重模块介绍
在一些料仓秤配料系统中，并不是单独使用一台或几台称重仪表，配合称重仪表使用的还有很多给料、卸料设备，这些设备通过连锁控制才能构成一个完整的、可自动进行的称重系统，FTA本身带7点DI、8点DO，如不够用的话还可再增加DI、DO卡件，图2是一个配料系统示意图，系统为SIMATICS7-300，包括CPU组件、电源组件，I/O模块则包括FTA称重模块、DI模块、DO模块。

3.1FTA称重模块的集成
用于非自动称重衡器的称重模块中，我们以用于高精度的FTA称重模块（如图3所示）为例介绍。

FTA称重模块是一种具有多用途和使用灵活
特点的卡件，可直接集成到SIMATICS7-300中或通过远程I/OET200M的PROFIBUS-DP总线集成到SIMATICS7-400或SIMATICPCS7系统中（如图4所示）。
SIWAREXFTA称重系统不同于传统意义上的称重系统，实际上是一套全集成在SIMATIC系统的数字化称重解决方案，他突破了通讯和系统结构的限制，在系统测量精度、控制速度、施工周期、长期维护量等方面体现出了巨大的技术优势。
一位使用了SIWAREX称重模块的用户这样评价说：“称重模块的操作和使用更加简单，采购和维护保养的费用更加低廉，更加节约时间，且安全可靠性更高。使用两年来，我们没有遇到任何故障”[1]。
3.2FTA称重模块的功能
SIWAREXFTA称重模块实际上是一种可编程、多功能型称重仪表，通过设定FTA模块中的参数，可以实现下列功能：
①符合OIMLR76非自动称重衡器，例如：料斗秤、平台秤、吊车秤、称重式料位仪。
②符合OIMLR61自动装料衡器，例如：大袋包装秤、灌装秤。
③符合OIMLR51自动分检衡器，例如：单组份秤用于加料和下料称重计量、多组份秤、车厢装载量的称重控制。
④符合OIMLR107非连续累计自动衡器，例如：下料或装载称重。
3.3FTA称重模块的特点
①集成在SIMATICS7和SIMATICPCS7系统中，统一的结构设计和通讯方式；
②通过ET200M连接PROFIBUS-DP/ProfiNet，可作为分布式现场称重仪表；
③如果与指定的厂家称重传感器相连，如年Pf覿ffikon/Switzerland的PESA公司、梅特勒－托利第多公司制造的称重传感器，可通过RS485接口连接；    
④重量和力的测量，分辨率高达1600万；
⑤高精度3×6000d；
⑥可定义的输入和输出信号；
⑦通过参数定义，可适用于大多数不同形式的称重应用；
⑧通过SIWATOOL FTA软件可方便的设置参数；
⑨具有理论校准功能，无需标定砝码；
⑩更换模块时，秤无需重新标定；
11可自动记录和存储衡器的工作进程；
12可配有商贸认证衡器数据存储器；
13可用于Ex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。
4FTA称重模块的应用
4.1玻璃熔炉配料系统的应用
在四川宜宾五粮液集团两台玻璃熔炉的配料系统工程中，天津市工业自动化仪表研究所采用西门子SIWAREXFTA电子称重模块实现多配方、多物料配料的全自动控制。
玻璃熔炉的配料系统有15~20种物料，如：石英砂、纯碱、方解石、砒霜等，每个称重斗对应1~4个料仓，即：每个称重斗称重1~4种物料，由一块FTA电子称重模块实现称重，不同物料配方要求随时切换，所以系统是多配方、多物料配料。配料控制系统采用西门子S7-300PLC作为主逻辑控制器，上位机为一台DELLPC和一台10英寸西门子TP270触摸屏。称重控制的核心部件是SIWAREXFTA称重模块，称重斗的称重传感器输出重量信号(mV模拟量信号)直接进入到SI-WAREXFTA，其余的称重过程由FTA分解完成（包括物料的快慢加转换，悬浮料计算与修正、容差报警、小流量提示等）。而多配方的存储与调用、多物料加料顺序的控制、报表、报警的生成与管理等等则依赖于S7-300的CPU来完成。
SIWAREXFTA给出的动作信号经PLC的I/O卡控制电气设备，同样，上位机PC或TP270触摸屏也可以对SIWAREXFTA的称重过程进行监视与干预，两者功能兼容互为备用。2006年9月，该系统投入运行，过程的多点监测、实时纪录及系统高智能的自动控制都给生产带来了极大的方便[2]。
4.2耐火材料配料系统的应用
某国外公司在中国的耐火材料工厂生产的耐火材料产品有酸中性耐火材料、碱性耐火材料、AG耐火材料和ZG耐火材料，配料原料种类分别有35种、14种、22种和10种，用户配方数量则达到数百种。生产工艺中的质量控制环节对耐火配料系统有严格的检测程序，一但某种物料的重量值超过了配料合格允许的百分比，则启动容错程序对其进行补料。如补料也无法达到要求，则一批物料将全部自动进入废品仓，导致原料的损失。一些进口原料价值较高，例如CCN原料制成的成品价格可达每吨数十万元，因此用户对系统的精度、稳定性及可靠性提出了较高的要求。
重庆大唐称重有限公司将整个生产工艺分为4套相对独立的称重配料系统，以酸中性耐火材料称重配料系统为例，在约40个料仓下方有7个称重料仓，每个称重料仓由三只称重传感器支承，称重传感器信号通过现场接线盒连接到FTA称重模块上，7个FTA称重模块集成到一台S7-315-2DPCPU上，再通过Profibus-DP总线连接到上位机系统内。上位机系统通过以太网将配方下载到称重模块内，称重模块按照配方的预设值控制每个称重料仓的加料和下料，实时监测现场各设备的运行情况，提供丰富的报警和诊断信息，并形成历史数据记录供工厂运行效率分析和事故分析。西门子公司所提供的基于Windows操作系统的SI-WATOOLFTA专用程序，可使技术人员无需了解PLC编程方面的知识就能够方便的设置和调试秤，并且在软件中方便的查询秤的各种运行状态及参数（如图5所示）。

由于称重配料系统所配物料种类多，并且给料设备包括有多级给料速度控制的螺旋给料机、精确给料的气动阀，多级振动给料机等，整个称重控制系统I/O约2000点。FTA称重模块将称重功能直接集成到S7-300PLC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，使得称重配料与控制系统完美的结合在一起，由PLC实现这种较复杂的称重配料应用。
该称重配料系统2006年底投产至今，系统运行良好，称重精度优于OIMLIII，称重配料的控制精度可达到±0.3%，少量特殊物料及微量秤的控制精度可达到±0.5%，完全满足用户的要求[3]。
4.3动态电子轨道衡的应用
武钢四炼钢700t轨道衡采用深基坑、双台面、整车计量方式。两端各25m整体道床，每个称重台面布置4个称重传感器和2个电感式轨道开关，共8个称重传感器，4个电感式轨道开关，轨道衡计量系统采集称重传感器输出信号和轨道开关输出信号，并综合这2种信号进行判车计量，得出铁水罐车重量。原有系统存在稳定性较差、系统计量重复性差、不利于实现远程计量和远程故障诊断等问题。武钢集团计控公司重新设计一套S7-300PLC系统，并将以前在计算机上运行的计量程序中的关键模块(轨道开关输出信号采集模块、称重数据采集模块、判车模块、数据处理模块、罐车重量计算模块等)迁移到PLC中运行，并用数据刷新率很快的PLC称重模块代替数据刷新率较慢的称重仪表，新加PLC系统通过以太网与外界交换信息，提高了系统的稳定性、计量重复性，能很方便地实现远程计量和远程故障诊断。
新加的S7-300PLC系统作为整个轨道衡计量系统的信息控制处理中心，它由电源模板、CPU模板、数字输入模板、FTA称重模板、以太网通讯模板、现场触摸屏（即操作员面板）组成。轨道衡开关输出信号接入S7-300数字量输入模板；
2个称重台面的称重传感器输出信号通过现场接线盒接入S7-300FTA称重模块；S7-300CPU模板处理数字输入模板和FTA称重模块的输入信号，通过轨道开关状态的变化判断罐车所在位置。当
在PLC上运行的计量程序判断罐车前后转向架分别在1#台面和2#台面上时，采集FTA称重模块的输入信号，将这些信号组成1个队列，并进行相关数据处理，然后计算得到罐车重量。PLC系统再将称重结果及称重过车参数通过以太网模板上传到现场称重计算机，现场称重计算机只是作为称重结果和记录保存的所用。在远程数据中心的任何一台计算机只要安装了计算机计量管理程序，就可以通过以太网和现场PLC系统交换数据，实现了远程计量操作（如图6所示）。

基于PLC的动态电子轨道衡用数据刷新率很快，一节车辆进行称重的过程中，可以采集到为250~500个有效重量数据，计量程序将采集到250~500个有效称重数据进行前后坏数据剔除、数据滤波、重量计算等步骤得到待计车辆重量，由于有较多的有效称重数据参与运算，提高了系统计量重复性和计量精度。在投入运行半年多的时间内，系统运行稳定可靠，计量重复性好，同时对一次轨道开关故障作了远程故障分析和诊断，获得使用单位的好评[4]。
5.全集成称重控制系统的优点
由以上几个采用了SIWAREXFTA称重模块的应用实例，我们可以体验到全集成称重控制系统具有以下优点：
①一些复杂的称重过程不仅仅涉及到称重数据处理，而且还需要完成一些机械设备启停之类的控制问题，全集成称重控制系统以SIWAREXFTA称重模块取代常规配料控制仪表实现称重数据处理，还可以发挥PLC的特长完成机械设备启停的控制，两项功能统一由PLC完成，这使得称重仪表与控制系统完美的结合在一起，如本文中介绍的三个例子均有大量的开关量信号输入控制及用于机械设备运行的开关量信号输出控制；
②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的时间延迟；
③SIMATIC系统具有统一的通信接口，上位机与称重模块可以方便的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、更新称重数据的速度更快、实时性更好、设备运行控制精度更高；
④编程时，可以在PLC的CPU存储区中直接读取各种称重过程值，方便的根据工艺联锁的要求进行编程和设置；
⑤基于Windows操作系统的SIWATOOLFTA专用程序可提供称重设备的现场的调试和标定，在软件中方便的查询秤的各种运行状态及参数；
⑥称重精度高，可用于要求高精度计量的称重设备，如本文中介绍的轨道衡；
⑦FTA称重模块的价格与普通称重仪表大体相当，但如果为多台称重设备或带程序控制或需要与PLC系统通讯，则具有较大的投资优势。
 

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