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摘要：通过本文简要介绍了美国 OPTO22 公司的 SNAP-PAC-S1 控制器在石灰竖窑自动控制系统中的应用。介绍了本 控制系统的设备选型、SNAP-PAC-S1 控制器的硬件组态、软件编程。
关键词：石灰窑竖窑；SNAP PAC 控制器；ioProject Professional
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
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。按照工艺要求窑顶废气压力必须控 制在-0.2Kpa 到+0.2Kpa 的允许范围内，控制系统通过对引风机入口阀开口度的 PID 调节，达到 设计要求。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。
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 控制器有支持多种通讯协议，带有 2 个 RS-232 接口、1 个 RS-485 接口。
PAC-S1 控制器带有两个独立的 10/100M 自适应 Ethernet 网络接口，通过软件配置及可以实 现控制器、智能 I/O 处理器的冗余，也可以通过网络分段的办法把控制网络和生产管理网络可靠隔离。
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。根據工艺的需要智能 I/O 处理器选择了带 PID 调节的 SNAP-B3000-ENET。
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。
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。其中包括控制策略开发软件 ioControl,HMI 开发软件 ioDisply，硬件配置诊断软件，同时提供的 OPC Server 为第三方软件提供数据接口。
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、下载、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。 （1）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設定值时，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、一次 最大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，一次加料量不能 超过1.5吨。
（2）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：
① 托盘出料机换向 14 次左右出料 1 吨到上部储料斗。
② 首先确认托盘出料机已停，然后关闭下部卸料闸板。
③ 确认下部卸料闸板已正常关闭到位后，开启上部卸料闸板。
④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。
⑤ 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。可以根据不同的用户设定不同 的权限，可以很方便进行管理。
在本项目的 HMI中包括如下的功能：竖窑加料出料监控，竖窑煅烧监控，竖窑除尘系统监控，原料、成品输送监控，报警、趋势图等。
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。
关键词：石灰窑竖窑；SNAP PAC 控制器；ioProject Professional
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
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。按照工艺要求窑顶废气压力必须控 制在-0.2Kpa 到+0.2Kpa 的允许范围内，控制系统通过对引风机入口阀开口度的 PID 调节，达到 设计要求。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。
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 控制器有支持多种通讯协议，带有 2 个 RS-232 接口、1 个 RS-485 接口。
PAC-S1 控制器带有两个独立的 10/100M 自适应 Ethernet 网络接口，通过软件配置及可以实 现控制器、智能 I/O 处理器的冗余，也可以通过网络分段的办法把控制网络和生产管理网络可靠隔离。
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。根據工艺的需要智能 I/O 处理器选择了带 PID 调节的 SNAP-B3000-ENET。
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。
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。其中包括控制策略开发软件 ioControl,HMI 开发软件 ioDisply，硬件配置诊断软件，同时提供的 OPC Server 为第三方软件提供数据接口。
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、下载、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。 （1）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設定值时，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、一次 最大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，一次加料量不能 超过1.5吨。
（2）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：
① 托盘出料机换向 14 次左右出料 1 吨到上部储料斗。
② 首先确认托盘出料机已停，然后关闭下部卸料闸板。
③ 确认下部卸料闸板已正常关闭到位后，开启上部卸料闸板。
④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。
⑤ 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。可以根据不同的用户设定不同 的权限，可以很方便进行管理。
在本项目的 HMI中包括如下的功能：竖窑加料出料监控，竖窑煅烧监控，竖窑除尘系统监控，原料、成品输送监控，报警、趋势图等。
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。