Opto 22 PAC 控制器在石灰豎窯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
邯鋼集團(tuán)舞陽鋼鐵公司自動(dòng)化部 張紅培 豆心愿
摘要：
通過本文簡要介紹了美國OPTO22公司的SNAP-PAC-S1控制器在石灰豎窯自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,。介紹了本控制系統(tǒng)的設(shè)備選型,、SNAP-PAC-S1控制器的硬件組態(tài)、軟件編程,。
關(guān)鍵詞：石灰窯豎窯,、SNAP PAC 控制器,、ioProject Professional軟件編程
引言：
隨著舞陽鋼鐵公司新的100萬噸生產(chǎn)線的建設(shè)，作為新生產(chǎn)線煉鋼部分的配套工程,，在原來兩座石灰豎窯的基礎(chǔ)上,，新建兩座單窯生產(chǎn)能力150T/D的石灰豎窯。石灰是煉鐵,、煉鋼生產(chǎn)中必不可少的原料之一,。石灰品質(zhì)的好壞直接影響著鋼鐵的質(zhì)量，因此,，采用先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng),，對(duì)于提高煉鐵煉鋼的產(chǎn)量和質(zhì)量，有十分重要的意義,。
一,、 自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：
石灰窯生產(chǎn)的原料主要是石子（石灰石），成品是生石灰,。在豎窯的加料口加入石灰石,，經(jīng)過煤氣燃燒，煅燒成生石灰,，輸出到成品料倉?？刂葡到y(tǒng)主要包括石灰石篩選,、上料系統(tǒng)，煅燒系統(tǒng),，冷卻空氣循環(huán)系統(tǒng),，助燃空氣循環(huán)系統(tǒng)，廢氣除塵循環(huán)系統(tǒng),，成品出窯,、運(yùn)輸系統(tǒng)以及配套的煤氣加壓泵站、液壓站,。新建石灰窯工藝設(shè)計(jì)先進(jìn),，自動(dòng)化程度高，所有設(shè)備具備機(jī)旁手動(dòng),、半自動(dòng),、全自動(dòng)三種控制模式，并具備設(shè)備故障診斷報(bào)警功能,。
根據(jù)用戶和工藝設(shè)計(jì)的要求,，石灰窯的控制系統(tǒng)分為三級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)。分別為車間生產(chǎn)管理級(jí),、窯前生產(chǎn)操作級(jí) ,、現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí),。
1、車間生產(chǎn)管理級(jí)
面向生產(chǎn)管理人員,，使用微軟的SQL 2000作為數(shù)據(jù)服務(wù)器,，對(duì)生產(chǎn)中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理,、產(chǎn)生各種生產(chǎn)報(bào)表,。
2、 窯前生產(chǎn)操作級(jí)
面向生產(chǎn)操作人員,，由兩套工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為HMI,在HMI的監(jiān)控畫面上顯示各種設(shè)備的工況參數(shù),，并通過HMI來對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。根據(jù)生產(chǎn)情況可選擇半自動(dòng),、全自動(dòng)工作模式,。當(dāng)生產(chǎn)中出現(xiàn)異常時(shí)，在HMI上顯示報(bào)警信息,。正常情況下,，兩臺(tái)HMI分別監(jiān)控兩座豎窯的情況，在一個(gè)HMI出現(xiàn)問題時(shí),，可互為冗余,，確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
3,、現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)
面向生產(chǎn)過程,，由過程控制器以及現(xiàn)場(chǎng)智能I/O處理器、各種模板構(gòu)成,，為基礎(chǔ)測(cè)控級(jí),。完成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)大量壓力、溫度,、流量的采集和處理,，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。自動(dòng)控制系統(tǒng)通過對(duì)由振動(dòng)給料篩,、板鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī),、電子秤量斗、單斗提升機(jī),，拖板出料機(jī),、卸料閘板、振動(dòng)給料機(jī)構(gòu)成的豎窯篩選,、加料,、卸料系統(tǒng)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)原料的篩選,、加料,、卸料的自動(dòng)化,。在出料過程中為保證石灰豎窯的密閉型，必須確保上下卸料閘板只有一個(gè)同時(shí)處于開啟狀態(tài),。煤氣加壓機(jī),、助燃風(fēng)機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)是變頻器控制下的羅茨風(fēng)機(jī),，通過對(duì)煤氣壓力,、助燃空氣壓力、冷卻空氣壓力的PID調(diào)節(jié),，達(dá)到恒壓控制的要求,。控制系統(tǒng)不間斷的對(duì)煤氣壓力進(jìn)行監(jiān)視,，當(dāng)出現(xiàn)煤氣壓力過低,，危及到生產(chǎn)的安全進(jìn)行時(shí)，立即自動(dòng)切斷煤氣截止閥,。按照工藝要求窯頂廢氣壓力必須控制在-0.2Kpa到+0.2Kpa的允許范圍內(nèi),，控制系統(tǒng)通過對(duì)引風(fēng)機(jī)入口閥開口度的PID調(diào)節(jié)，達(dá)到設(shè)計(jì)要
求,?？刂葡到y(tǒng)還包括除塵、液壓站,、帶式輸送機(jī),、刮板機(jī)、以及各種電動(dòng)閥門的控制,。
二、系統(tǒng)硬件選型及特點(diǎn)
為了滿足以上的設(shè)計(jì)要求,，在本項(xiàng)目中我們選擇了美國OPTO22公司推出的基于以態(tài)網(wǎng)的過程自動(dòng)化控制器SNAP-PAC-S1,。
SNAP-PAC-S1過程控制器CPU為主頻266MHz、32位,、帶浮點(diǎn)協(xié)處理器,，內(nèi)存為32M的RAM、8M電池后備RAM,、16M的Flash EEPROM,提供強(qiáng)大的處理能力和運(yùn)算功能,。PAC控制器可以同時(shí)運(yùn)行32個(gè)任務(wù)，現(xiàn)場(chǎng)智能I/O單元完成PID功能,，適應(yīng)實(shí)時(shí)工業(yè)控制,、遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集的要求,。能夠處理多種自動(dòng)控制任務(wù),，包括開關(guān)量,、模擬量、串行數(shù)據(jù)處理,、PID調(diào)節(jié),。PAC控制器有支持多種通訊協(xié)議，帶有2個(gè)RS-232接口,、1個(gè)RS-485接口,。
PAC-S1控制器帶有兩個(gè)獨(dú)立的10/100M自適應(yīng)Ethernet網(wǎng)絡(luò)接口，通過軟件配置及可以實(shí)現(xiàn)控制器,、智能I/O處理器的冗余,，也可以通過網(wǎng)絡(luò)分段的辦法把控制網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)可靠隔離。
由于本項(xiàng)目使用的開關(guān)量I/O點(diǎn)比較多,，開關(guān)量選擇的是32通道輸入模塊SNAP-IDC32和32通道輸出模塊SNAP-ODC32,，以及配套的信號(hào)轉(zhuǎn)接板SNAP-IDC-HDB和SANP-ODC-HDB。根據(jù)工藝的需要智能I/O處理器選擇了帶PID調(diào)節(jié)的SNAP-B3000-ENET,。
本系統(tǒng)選用的硬件產(chǎn)品及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖如下所示：
控制系統(tǒng)共有輸入,、輸出信號(hào)近800點(diǎn)，其中包括開關(guān)量輸入/輸出信號(hào),、4-20mA輸入/輸出信號(hào)熱電偶,、熱電阻信號(hào)。
1.控制器 SNAP PAC-S1 1塊
2.智能I/O處理器 SNAP B3000-ENET 2塊
SNAP ENET-S64 4塊
3.底板 SNAP B16M 2塊
SNAP M64 4塊
4.開關(guān)量模塊 SNAP IDC32 14塊
SNAP ODC32 6塊
5.熱電偶模塊 SNAP AITM 11塊
SNAP AITM-2 9塊
6.模擬量輸入 SNAP AIMA-4 11塊
7.模擬量輸出 SNAP AOA-23 6塊
8.熱電阻模塊 SNAP AIRTD 20塊
三,、軟件開發(fā)及系統(tǒng)功能
本項(xiàng)目使用得工業(yè)組態(tài)軟件是OPTO22公司的SNAP PAC控制器軟件開發(fā)包ioProject Professional,。ioProject Proessional是一套功能齊全的控制器和HMI開發(fā)軟件包，快速,、高效的OPC SERVER和硬件配置診斷工具包,，使用該軟件包可以完成控制項(xiàng)目的全部功能。其中包括控制策略開發(fā)軟件ioControl,HMI開發(fā)軟件ioDisply,，硬件配置診斷軟件,，同時(shí)提供的OPC Server為第三方軟件提供數(shù)據(jù)接口。
1,、ioControl是OPTO22的可視化編程,、調(diào)試工具，是一種基于流程圖的語言,，它使開發(fā)控制程序變得容易而且直觀,。同時(shí)還提
供完整、強(qiáng)大的命令集以及OptoScript編程語言用于復(fù)雜的工業(yè)控制應(yīng)用,。使用ioControl用戶很方便對(duì)硬件進(jìn)行組態(tài),、編程、下載、在線跟蹤調(diào)試,。
在本系統(tǒng)中不僅要對(duì)豎窯生產(chǎn)過程中的各種工況監(jiān)視,，還要對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行控制。這里對(duì)主要的加料出料系統(tǒng)的工藝及控制流程圖加以說明,。
豎窯加料設(shè)備和工藝
豎窯的上料設(shè)備包括原料振動(dòng)給料篩,、電子稱量斗及控制箱、單斗提升機(jī),。原料通過給料篩---〉電子稱量斗---〉單斗提升機(jī)---〉豎窯的工藝流程,，完成石灰豎窯原料的篩選、稱量,、加料過程,。
在生產(chǎn)過程中，當(dāng)系統(tǒng)通過窯頂料位計(jì)監(jiān)測(cè)到窯頂料位低于設(shè)定值時(shí),，通過控制振動(dòng)給料篩把合適的原料加入電子稱量斗,，在加料過程中通過電子稱量斗控制箱上的稱重二次儀表對(duì)加料量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)加料量預(yù)計(jì)達(dá)到窯頂料位設(shè)定值時(shí)停止加料,。具體的窯頂料位設(shè)定值,、一次最大加料量可根據(jù)實(shí)際情況在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于提升機(jī)料斗的容,，一次加料量不能超過1.5噸,。
豎窯卸料設(shè)備和工藝
豎窯系統(tǒng)的出料設(shè)備主要包括托盤式出料機(jī)、上部卸料閘板,、下部卸料閘板,、振動(dòng)卸料機(jī)。因?yàn)樯喜績?chǔ)料斗的容量為1.5噸,，決定了每次單板出灰機(jī)出料量不能超過1.5噸,。為了保證上部、下部出料閘板的可靠動(dòng)作,，每次出料保證1 噸左右,。在托盤速度一定的情況下，每次換向出料70公斤左右,。根據(jù)上面的數(shù)據(jù)以每座豎窯每天產(chǎn)量150噸，每小時(shí)出6噸白灰計(jì)算,，每10 分鐘出1噸料比較合適,。出料的時(shí)間和頻率可根據(jù)產(chǎn)量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。由于本出料系統(tǒng)的特點(diǎn),，在出料過 程中嚴(yán)禁上部,、下部卸料閘板同時(shí)開啟。通過上,、下閘板的連鎖動(dòng)作,，確保豎窯內(nèi)部和豎窯外部的隔離,。
當(dāng)系統(tǒng)需要出料時(shí)出料系統(tǒng)動(dòng)作順序如下：
托盤出料機(jī)換向14次左右出料1噸到上部儲(chǔ)料斗。
首先確認(rèn)托盤出料機(jī)已停,，然后關(guān)閉下部卸料閘板,。
確認(rèn)下部卸料閘板已正常關(guān)閉到位后，開啟上部卸料閘板,。
確認(rèn)上部卸料閘板已正常開啟到位后延時(shí)20秒,，保證上部儲(chǔ)料斗的石灰全部倒入下部儲(chǔ)料斗。
關(guān)閉上部卸料閘板
確認(rèn)上部卸料閘板關(guān)閉到位后,，開啟下部卸料閘板,，同時(shí)打開振動(dòng)卸料機(jī)，通過帶式輸送機(jī)把成品送入后部料倉,。
2,、ioDisplay是OPTO22在Windows操作系統(tǒng)下的人機(jī)接口、報(bào)警,、趨勢(shì)軟件開發(fā)工具,，與Opto22運(yùn)行在SNAP系列控制器上的ioControl控制策略共同工作。讓你很容易的創(chuàng)建圖形化操作界面,，去監(jiān)視,、操作、管理運(yùn)行在Opto22工業(yè)控制器上的應(yīng)用程序,。能夠及時(shí)顯示控制器上的實(shí)時(shí)信息,，通過設(shè)置報(bào)警點(diǎn)去監(jiān)視關(guān)鍵量的變化，使用趨勢(shì)圖來反應(yīng)相應(yīng)量的變化趨勢(shì),。ioDisplay共享ioControl的變量數(shù)據(jù)庫,，在ioControl定義的內(nèi)部、外部變量可以直接使用,?？梢愿鶕?jù)不同的用戶設(shè)定不同的權(quán)限，可以很方便進(jìn)行管理,。在本項(xiàng)目的 HMI中包括如下的功能：
豎窯加料出料監(jiān)控畫面
豎窯煅燒監(jiān)控畫面
豎窯除塵系統(tǒng)監(jiān)控畫面
原料,、成品輸送監(jiān)控畫面
報(bào)警、趨勢(shì)圖畫面
四,、總結(jié)
通過SNAP PAC控制器在石灰窯自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用,，加深了對(duì)PAC系統(tǒng)的理解。提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，在減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，大大提高了生產(chǎn)效率,。