Opto 22 PAC 控制器在石灰豎窯控制系統(tǒng)中的應用
2006/7/19 9:56:00
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，采用先進的自動控制系統(tǒng)，對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)計要求：
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，采用先進的自動控制系統(tǒng)，對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)計先進，自動化程度高，所有設(shè)備具備機旁手動、半自動、全自動三種控制模式，并具備設(shè)備故障診斷報警功能。
根據(jù)用戶和工藝設(shè)計的要求，石灰窯的控制系統(tǒng)分為三級監(jiān)控系統(tǒng)。分別為車間生產(chǎn)管理級、窯前生產(chǎn)操作級、現(xiàn)場控制級。
1、車間生產(chǎn)管理級
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，對生產(chǎn)中的各種數(shù)據(jù)進行存儲、管理、產(chǎn)生各種生產(chǎn)報表。
2、窯前生產(chǎn)操作級
面向生產(chǎn)操作人員，由兩套工業(yè)控制計算機作為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來對生產(chǎn)過程進行控制調(diào)節(jié)。根據(jù)生產(chǎn)情況可選擇半自動、全自動工作模式。當生產(chǎn)中出現(xiàn)異常時，在HMI上顯示報警信息。正常情況下，兩臺HMI分別監(jiān)控兩座豎窯的情況，在一個HMI出現(xiàn)問題時，可互為冗余，確保生產(chǎn)的正常進行。
1、車間生產(chǎn)管理級
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，對生產(chǎn)中的各種數(shù)據(jù)進行存儲、管理、產(chǎn)生各種生產(chǎn)報表。
2、窯前生產(chǎn)操作級
面向生產(chǎn)操作人員，由兩套工業(yè)控制計算機作為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來對生產(chǎn)過程進行控制調(diào)節(jié)。根據(jù)生產(chǎn)情況可選擇半自動、全自動工作模式。當生產(chǎn)中出現(xiàn)異常時，在HMI上顯示報警信息。正常情況下，兩臺HMI分別監(jiān)控兩座豎窯的情況，在一個HMI出現(xiàn)問題時，可互為冗余，確保生產(chǎn)的正常進行。
3、現(xiàn)場控制級
面向生產(chǎn)過程，由過程控制器以及現(xiàn)場智能I/O處理器、各種模板構(gòu)成，為基礎(chǔ)測控級。完成生產(chǎn)現(xiàn)場大量壓力、溫度、流量的采集和處理，對生產(chǎn)過程進行控制。自動控制系統(tǒng)通過對由振動給料篩、板鏈式提升機、電子秤量斗、單
斗提升機，拖板出料機、卸料閘板、振動給料機構(gòu)成的豎窯篩選、加料、卸料系統(tǒng)的自動控制，實現(xiàn)原料的篩選、加料、卸料的自動化。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同時處于開啟狀態(tài)。煤氣加壓機、助燃風機、冷卻風機是變頻器控制下的羅茨風機，通過對煤氣壓力、助燃空氣壓力、冷卻空氣壓力的PID調(diào)節(jié)，達到恒壓控制的要求?？刂葡到y(tǒng)不間斷的對煤氣壓力進行監(jiān)視，當出現(xiàn)煤氣壓力過低，危及到生產(chǎn)的安全進行時，立即自動切斷煤氣截止閥。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)通過對引風機入口閥開口度的PID調(diào)節(jié)，達到設(shè)計要
求。控制系統(tǒng)還包括除塵、液壓站、帶式輸送機、刮板機、以及各種電動閥門的控制。
求。控制系統(tǒng)還包括除塵、液壓站、帶式輸送機、刮板機、以及各種電動閥門的控制。
二、系統(tǒng)硬件選型及特點
為了滿足以上的設(shè)計要求，在本項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,提供強大的處理能力和運算功能。PAC控制器可以同時運行32個任務(wù)，現(xiàn)場智能I/O單元完成PID功能，適應實時工業(yè)控制、遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集的要求。能夠處理多種自動控制任務(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RS-232接口、1個RS-485接口。
SNAP-PAC-S1過程控制器CPU為主頻266MHz、32位、帶浮點協(xié)處理器，內(nèi)存為32M的RAM、8M電池后備RAM、16M的Flash EEPROM,提供強大的處理能力和運算功能。PAC控制器可以同時運行32個任務(wù)，現(xiàn)場智能I/O單元完成PID功能，適應實時工業(yè)控制、遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集的要求。能夠處理多種自動控制任務(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RS-232接口、1個RS-485接口。
PAC-S1控制器帶有兩個獨立的10/100M自適應Ethernet網(wǎng)絡(luò)接口，通過軟件配置及可以實現(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。
由于本項目使用的開關(guān)量I/O點比較多，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、輸出信號近800點，其中包括開關(guān)量輸入/輸出信號、4-20mA輸入/輸出信號熱電偶、熱電阻信號。
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
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。同時還提
供完整、強大的命令集以及OptoScript編程語言用于復雜的工業(yè)控制應用。使用ioControl用戶很方便對硬件進行組態(tài)、編程、下載、在線跟蹤調(diào)試。
供完整、強大的命令集以及OptoScript編程語言用于復雜的工業(yè)控制應用。使用ioControl用戶很方便對硬件進行組態(tài)、編程、下載、在線跟蹤調(diào)試。
在本系統(tǒng)中不僅要對豎窯生產(chǎn)過程中的各種工況監(jiān)視，還要對各種設(shè)備進行控制。這里對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)備包括原料振動給料篩、電子稱量斗及控制箱、單斗提升機。原料通過給料篩－－-〉電子稱量斗－－-〉單斗提升機－－-〉豎窯的工藝流程，完成石灰豎窯原料的篩選、稱量、加料過程。
豎窯的上料設(shè)備包括原料振動給料篩、電子稱量斗及控制箱、單斗提升機。原料通過給料篩－－-〉電子稱量斗－－-〉單斗提升機－－-〉豎窯的工藝流程，完成石灰豎窯原料的篩選、稱量、加料過程。
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、上部卸料閘板、下部卸料閘板、振動卸料機。因為上部儲料斗的容量為1.5噸，決定了每次單板出灰機出料量不能超過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，每小時出6噸白灰計算，每10 分鐘出1噸料比較合適。出料的時間和頻率可根據(jù)產(chǎn)量進行適當?shù)恼{(diào)整。由于本出料系統(tǒng)的特點，在出料過程中嚴禁上部、下部卸料閘板同時開啟。通過上、下閘板的連鎖動作，確保豎窯內(nèi)部和豎窯外部的隔離。
當系統(tǒng)需要出料時出料系統(tǒng)動作順序如下：
托盤出料機換向14次左右出料1噸到上部儲料斗。
首先確認托盤出料機已停，然后關(guān)閉下部卸料閘板。
確認下部卸料閘板已正常關(guān)閉到位后，開啟上部卸料閘板。
確認上部卸料閘板已正常開啟到位后延時20秒，保證上部儲料斗的石灰全部倒入下部儲料斗。
關(guān)閉上部卸料閘板 確認上部卸料閘板關(guān)閉到位后，開啟下部卸料閘板，同時打開振動卸料機，通過帶式輸送機把成品送入后部料倉。
首先確認托盤出料機已停，然后關(guān)閉下部卸料閘板。
確認下部卸料閘板已正常關(guān)閉到位后，開啟上部卸料閘板。
確認上部卸料閘板已正常開啟到位后延時20秒，保證上部儲料斗的石灰全部倒入下部儲料斗。
關(guān)閉上部卸料閘板 確認上部卸料閘板關(guān)閉到位后，開啟下部卸料閘板，同時打開振動卸料機，通過帶式輸送機把成品送入后部料倉。
2、ioDisplay是OPTO22在Windows操作系統(tǒng)下的人機接口、報警、趨勢軟件開發(fā)工具，與Opto22運行在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、管理運行在Opto22工業(yè)控制器上的應用程序。能夠及時顯示控制器上的實時信息，通過設(shè)置報警點去監(jiān)視關(guān)鍵量的變化，使用趨勢圖來反應相應量的變化趨勢。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，可以很方便進行管理。在本項目的 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
報警、趨勢圖畫面
四、總結(jié)
通過SNAP PAC控制器在石灰窯自動控制系統(tǒng)應用，加深了對PAC系統(tǒng)的理解。提高了生產(chǎn)的自動化水平，在減輕勞動強度的基礎(chǔ)上，大大提高了生產(chǎn)效率。
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選擇OPTO 22公司
SNAP PAC系統(tǒng)的
六大理由
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1 簡單易操作
SNAP PAC系統(tǒng)由四個部分統(tǒng)一整合而成：軟件、控制器、智能處理器和I/O。系統(tǒng)建立、調(diào)試程序，以及故障維護都更簡便，大大減少了系統(tǒng)開發(fā)及投入運行的時間。
2 更低的長期成本
SNAP PAC系統(tǒng)的成本低于許多PLC系統(tǒng)，并且由于軟件是免費的，您不需要投入高昂的費用，便可投入使用該系統(tǒng)。我們?yōu)槟峁┟赓M的培訓以及技術(shù)支持，因此對于設(shè)備的整個使用期來測試，系統(tǒng)成本會大幅降低。
3 適用于多類自動應用的SNAP PAC系統(tǒng)
SNAP PAC系統(tǒng)功能強大。一套系統(tǒng)，便可用于多個自動化項目中，幫助您完成過程控制、離散自動化、能耗管理、數(shù)據(jù)采集，甚至遠程集中監(jiān)控。
分布式智能，幫助您隨時隨地方便地添加I/O。擁有了有線/無線控制器及I/O，您就可根據(jù)實際所需，將有線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換到無線網(wǎng)絡(luò)，或者立即實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡(luò)的通訊。
靈活的硬件讓您無需浪費更多的投資，節(jié)省了金錢及時間。
4 高級編程工具
SNAP PAC系統(tǒng)的編程方式采用直觀的流程圖，也可運用更高級的腳本語言，或者結(jié)合兩者一起使用。這兩種方法所包括的指令，用于標準的過程控制以及離散自動化的功能塊、浮點型數(shù)字、串行處理、排列、子程序、指針變量等，其他的高級工具用于復雜的應用。
5 連接到第三方軟件及設(shè)備
SNAP PAC控制器及智能處理器，支持OPC、Modbus/TCP、EtherNet/IP?？珊喴椎貙?shù)據(jù)導入到SQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并直接從硬件發(fā)送郵件。該系統(tǒng)也可以簡單地使用Modbus、DNP、BACnet、CAN或任意基于串口的設(shè)備、儀器，進行通訊。
6 業(yè)界最好的I/O
憑借著業(yè)內(nèi)最佳的保障：多數(shù)SNAP I/O模塊終身保用。每個模塊出廠前都經(jīng)過獨立測試，而不是抽樣測試。SNAP PAC系統(tǒng)可以配置從幾個I/O點到數(shù)千個I/O點。您可按需，根據(jù)信號類型，選擇高可靠性的模擬量、數(shù)字量、串口模塊。電壓、電流、交流、直流、熱電偶、RTD、電源檢測器、RS-232、RS-485、Profibus、運動控制、應變測試等等，都可與SNAP PAC系統(tǒng)一同連接。
關(guān)于SNAP PAC系統(tǒng)
SNAP PAC系統(tǒng)是Opto 22公司出品，軟硬件集成的系統(tǒng)，用于工業(yè)控制、遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等應用。簡化了對自動化系統(tǒng)了解、選擇和采購的復雜過程，SNAP PAC系統(tǒng)由以下四部分組成：
SNAP PAC控制器－－－－獨立式和基于機架式的工業(yè)控制器；有線/無線模塊可選。
SNAP PAC智能處理器－－－－智能I/O處理器，用于分布式控制。也可選擇有線/無線模塊。
SNAP I/O－－－－模擬量、數(shù)字量、串口量、特殊功能I/O模塊，可與現(xiàn)場設(shè)備、儀器、傳感器相連接。所有I/O模塊可交替與標準的以及有線/無線智能處理器一同工作。
這四個簡單，又具有很大靈活性的系統(tǒng)組成部件，可處理任何情況，從最基本的設(shè)備監(jiān)控到完整的工廠自動化。
通訊網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議
SNAP PAC系統(tǒng)自帶Ethernet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因此您無需擔心成本，以及額外添加網(wǎng)絡(luò)通訊卡的麻煩。系統(tǒng)中的分布式I/O可運行在以太網(wǎng)或串行網(wǎng)絡(luò)，也可同時運行于兩個網(wǎng)絡(luò)。另外，您可以與大量的串行設(shè)備通訊，例如條形碼閱讀器、RFID閱讀器、串口顯示器、modem等。
由于SNAP PAC系統(tǒng)運行于標準的Ethernet網(wǎng)絡(luò)，可直接與計算機、基于Ethernet的設(shè)備相互通訊，使用標準的協(xié)議包括TCP/IP、UDP/IP、郵件傳輸協(xié)議SMTP、網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP、Modbus/TCP、及用于Allen-Bradley PLC系統(tǒng)的EtherNet/IP等。
關(guān)于OPTO 22
Opto 22公司研發(fā)并制造應用于工業(yè)自動化、能耗管理、遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集的軟硬件設(shè)備。Opto 22的產(chǎn)品是標準化的，用于商業(yè)網(wǎng)絡(luò)及計算機技術(shù)中，以簡單易用、創(chuàng)新、高品質(zhì)、高可靠性而聞名世界。Opto 22的輸入/輸出以及控制系統(tǒng)，允許客戶從所有的設(shè)備、電子儀器儀表監(jiān)測、控制、采集數(shù)據(jù)，這些都是項目運行的關(guān)鍵。Opto 22產(chǎn)品適用于自動化終端用戶、OEM，信息技術(shù)及操作人員已經(jīng)為全球10,000套設(shè)備安裝了該產(chǎn)品。公司始建與1974年，總部位于美國加州的Temecula。Opto 22的產(chǎn)品通過全球網(wǎng)絡(luò)的分銷商及系統(tǒng)集成商出售。預知更多信息，請聯(lián)系Opto 22上海代表處，電話：021-58358249，郵箱：optochina@opto22.com。網(wǎng)址：www.opto22.com.cn。
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