引言：

　　随着舞阳钢铁公司新的100万吨生产线的建设，作为新生产线炼钢部分的配套工程，在原来两座石灰竖窑的基础上，新建两座单窑生产能力150T/D的石灰竖窑。石灰是炼铁、炼钢生产中必不可少的原料之一。石灰品质的好坏直接影响着钢铁的质量，因此，采用先进的自动控制系统，对于提高炼铁炼钢的产量和质量，有十分重要的意义。

　　一、 自控系统设计要求：

　　石灰石主要成分是碳酸钙（CaCO3）。石灰和石灰石大量用做建筑材料，也是许多工业的重要原料。石灰石可直接加工成石料和烧制成生石灰。石灰有生石灰和熟石灰。生石灰的主要成分是CaO，一般呈块状，纯的为白色，含有杂质时为淡灰色或淡黄色。生石灰吸潮或加水就成为消石灰，消石灰也叫熟石灰，它的主要成分是Ca（OH）2。熟石灰经调配成石灰浆、石灰膏、石灰砂浆等，用作涂装材料和砖瓦粘合剂。

　　石灰窑生产的原料主要是石子（石灰石），成品是生石灰。在竖窑的加料口加入石灰石，经过煤气燃烧，煅烧成生石灰，输出到成品料仓。控制系统主要包括石灰石筛选、上料系统，煅烧系统，冷却空气循环系统，助燃空气循环系统，废气除尘循环系统，成品出窑、运输系统以及配套的煤气加压泵站、液压站。新建石灰窑工艺设计先进，自动化程度高，所有设备具备机旁手动、半自动、全自动三种控制模式，并具备设备故障诊断报警功能。

　　根据用户和工艺设计的要求，石灰窑的控制系统分为三级监控系统。分别为车间生产管理级、窑前生产操作级 、现场控制级。

　　1、车间生产管理级

　　面向生产管理人员，使用微软的SQL 2000作为数据服务器，对生产中的各种数据进行存储、管理、产生各种生产报表。

　　2、 窑前生产操作级

　　HMI是Human Machine Interface 的缩写，“人机接口”，也叫人机界面。人机界面（又称用户界面或使用者界面）是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介， 它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在 着人机界面。

　　面向生产操作人员，由两套工业控制计算机作为HMI,在HMI的监控画面上显示各种设备的工况参数，并通过HMI来对生产过程进行控制调节。根据生产情况可选择半自动、全自动工作模式。当生产中出现异常时，在HMI上显示报警信息。正常情况下，两台HMI分别监控两座竖窑的情况，在一个HMI出现问题时，可互为冗余，确保生产的正常进行。

　　3、现场控制级

　　面向生产过程，由过程控制器以及现场智能I/O处理器、各种模板构成，为基础测控级。完成生产现场大量压力、温度、流量的采集和处理，对生产过程进行控制。自动控制系统通过对由振动给料筛、板链式提升机、电子秤量斗、单斗提升机，拖板出料机、卸料闸板、振动给料机构成的竖窑筛选、加料、卸料系统的自动控制，实现原料的筛选、加料、卸料的自动化。在出料过程中为保证石灰竖窑的密闭型，必须确保上下卸料闸板只有一个同时处于开启状态。煤气加压机、助燃风机、冷却风机是变频器控制下的罗茨风机，通过对煤气压力、助燃空气压力、冷却空气压力的PID调节，达到恒压控制的要求。控制系统不间断的对煤气压力进行监视，当出现煤气压力过低，危及到生产的安全进行时，立即自动切断煤气截止阀。控制系统还包括除尘、液压站、带式输送机、刮板机、以及各种电动阀门的控制。

　　二、系统硬件选型及特点

　　为了满足以上的设计要求，在本项目中我们选择了美国OPTO22公司推出的基于以态网的过程自动化控制器SNAP-PAC-S1。

　　OPTO22公司始建于1974年，Opto 22公司是一个技术的产品制造商，它提供了用计算机网络连接现实设备的高品质硬件与软件解决方案。其客户应用包括数据采集，企业管理，远程监视与控制，工业自动化，SCADA。Opto 22是认识到并提供用网络、计算机与现实世界中的设备相联连的系统解决方案的公司之一。目前，世界上有超过10000万点的设备与Opto 22系统相连接。 Opto 22公司产品以其高可靠性、方便联接现有各种工控设备、综合性价比高等特色成为系统集成商的选择。

　　SNAP-PAC-S1过程控制器CPU为主频266MHz、32位、带浮点协处理器，内存为32M的RAM、8M电池后备RAM、16M的Flash EEPROM,提供强大的处理能力和运算功能。PAC控制器可以同时运行32个任务，现场智能I/O单元完成PID功能，适应实时工业控制、远程监控、数据采集的要求。能够处理多种自动控制任务，包括开关量、模拟量、串行数据处理、PID调节。

　　PAC控制器结合了PLC固有的可靠性、坚固性和分布特性，以及PC的处理器、内存和软件的优势，PAC随着现代化计算机软硬件技术、通讯技术、控制技术的发展而不断发展，PAC平台是现代信息技术“3c”（computer、communication、control）的结合体。　　

    存储器的技术发展更为迅猛，容量高达数G bytes存储器不但体积小，而且价格低廉。动态存储器的增大，使得处理器的后台操作系统能同时运行多个任务，而每个任务能申请更多的临时空间；静态存储器容量的增大使得控制器能有大量存储空间可以存放程序以及实时数据。它具有以下特点：

　　1. 具有多重领域的功能，支持在单一平台里包含逻辑、运动、驱动和过程控制等至少两种以上的功能。

　　2. 单一开发平台上整合多规程的软件功能如HMI及软逻辑， 使用通用卷标和单一的数据库来访问所有的参数和功能。

　　3. 软件工具所设计出的处理流程能跨越多台机器和过程控制处理单元， 实现包含运动控制及过程控制的处理程序。

　　4. 开放式， 模块化构架， 能涵盖工业应用中从工厂的机器设备到过程控制的操作单元的需求。

　　5. 采用公认的网络接口标准及语言，允许不同供货商之设备能在网络上交换数据。

　　由于本项目使用的开关量I/O点比较多，开关量选择的是32通道输入模块SNAP-IDC32和32通道输出模块SNAP-ODC32，以及配套的信号转接板SNAP-IDC-HDB和SANP-ODC-HDB。根据工艺的需要智能I/O处理器选择了带PID调节的SNAP-B3000-ENET。

　　本系统选用的硬件产品及系统网络配置图如下所示：

　　控制系统共有输入、输出信号近800点，其中包括开关量输入/输出信号、4-20mA输入/输出信号热电偶、热电阻信号。

                1.控制器                                SNAP PAC-S1                        1块
                2.智能I/O处理器                   SNAP B3000-ENET              2块  
                                                               SNAP ENET-S64                   4块   
                3.底板                                    SNAP B16M                            2块
                                                               SNAP M64                               4块
                4.开关量模块                        SNAP IDC32                        14块
                                                               SNAP ODC32                         6块
                5.热电偶模块                        SNAP AITM                           11块
                                                               SNAP AITM-2                           9块
                6.模拟量输入                        SNAP AIMA-4                        11块
                7.模拟量输出                        SNAP AOA-23                         6块
                8.热电阻模块                        SNAP AIRTD                         20块

　　三、软件开发及系统功能

　　本项目使用得工业组态软件是OPTO22公司的SNAP PAC控制器软件开发包ioProject Professional。ioProject Proessional是一套功能齐全的控制器和HMI开发软件包，快速、高效的OPC SERVER和硬件配置诊断工具包，使用该软件包可以完成控制项目的全部功能。

　　1、ioControl是OPTO22的可视化编程、调试工具，是一种基于流程图的语言，它使开发控制程序变得容易而且直观。同时还提供完整、强大的命令集以及OptoScript编程语言用于复杂的工业控制应用。使用ioControl用户很方便对硬件进行组态、编程、、在线跟踪调试。

　　在本系统中不仅要对竖窑生产过程中的各种工况监视，还要对各种设备进行控制。这里对主要的加料出料系统的工艺及控制流程图加以说明。

　　竖窑加料设备和工艺

　　竖窑的上料设备包括原料振动给料筛、电子称量斗及控制箱、单斗提升机。原料通过给料筛---〉电子称量斗---〉单斗提升机---〉竖窑的工艺流程，完成石灰竖窑原料的筛选、称量、加料过程。

　　在生产过程中，当系统通过窑顶料位计监测到窑顶料位低于设定值时，通过控制振动给料筛把合适的原料加入电子称量斗，在加料过程中通过电子称量斗控制箱上的称重二次仪表对加料量进行监测。当加料量预计达到窑顶料位设定值时停止加料。具体的窑顶料位设定值、加料量可根据实际情况在一定的范围内进行调节。由于提升机料斗的容，加料量不能超过1.5吨。

　　竖窑卸料设备和工艺

　　竖窑系统的出料设备主要包括托盘式出料机、上部卸料闸板、下部卸料闸板、振动卸料机。因为上部储料斗的容量为1.5吨，决定了每次单板出灰机出料量不能超过1.5吨。为了保证上部、下部出料闸板的可靠动作，每次出料保证1 吨左右。在托盘速度一定的情况下，每次换向出料70公斤左右。根据上面的数据以每座竖窑每天产量150吨，每小时出6吨白灰计算，每10 分钟出1吨料比较合适。出料的时间和频率可根据产量进行适当的调整。由于本出料系统的特点，在出料过 程中严禁上部、下部卸料闸板同时开启。通过上、下闸板的连锁动作，确保竖窑内部和竖窑外部的隔离。

　　当系统需要出料时出料系统动作顺序如下：

　　托盘出料机换向14次左右出料1吨到上部储料斗。

　　首先确认托盘出料机已停，然后关闭下部卸料闸板。

　　确认下部卸料闸板已正常关闭到位后，开启上部卸料闸板。

　　确认上部卸料闸板已正常开启到位后延时20秒，保证上部储料斗的石灰全部倒入下部储料斗。

　　关闭上部卸料闸板

　　确认上部卸料闸板关闭到位后，开启下部卸料闸板，同时打开振动卸料机，通过带式输送机把成品送入后部料仓。

　　2、ioDisplay是OPTO22在Windows操作系统下的人机接口、报警、趋势软件开发工具，与Opto22运行在SNAP系列控制器上的ioControl控制策略共同工作。让你很容易的创建图形化操作界面，去监视、操作、管理运行在Opto22工业控制器上的应用程序。能够及时显示控制器上的实时信息，通过设置报警点去监视关键量的变化，使用趋势图来反应相应量的变化趋势。ioDisplay共享ioControl的变量数据库，在ioControl定义的内部、外部变量可以直接使用。在本项目的 HMI中包括如下的功能：

　　竖窑加料出料监控画面

　　竖窑煅烧监控画面

　　竖窑除尘系统监控画面

　　原料、成品输送监控画面

　　报警、趋势图画面

　　四、总结

　　通过SNAP PAC控制器在石灰窑自动控制系统应用，加深了对PAC系统的理解。提高了生产的自动化水平，在减轻劳动强度的基础上，大大提高了生产效率。