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我国是生产和利用石灰最早的国家，石灰广泛应用于炼钢、建筑领域，同时在甜菜制糖工艺中有着重要的作用。在生产白糖的过程中，有一个很重要的步骤是糖汁清净，目前国内外甜菜糖厂一般都使用石灰和CO2作为澄清剂来生产高质白糖，用量一般为甜菜加工量的2～3%，主要用来在制糖生产中制成轻质碳酸钙后吸附去除制糖原料（甜菜）中的有害元素N、P、有机物等杂质。品质好、反应快的、反应彻底的石灰和CO2生产出来的轻质碳酸钙，可以提高清净速度，缩短清净时间，降低吨糖石灰石的消耗，减少色素及拟黑色素的残留，从而有效提高白糖产品质量[1]。所以，在甜菜制糖厂中石灰的需求量较大，为了降低生产成本，增加产品价格竞争力，甜菜糖厂一般都建有石灰窑用来生产制糖需要的石灰和CO2气体。
新疆某甜菜制糖企业日处理甜菜3100吨，一年可加工甜菜40万吨，其制糖生产中所需要的石灰主要由容量为150m3机械竖窑生产，主要燃料为煤气[2]。由于该石灰窑主要由人工操作，所以导致产生石灰成本高、产品质量不稳定等不利结果，为解决这一系列问题，决定采用先进的控制方式，集中控制石灰窑的整个生产过程，提高生产质量和产率，降低生产成本。
1 石灰窑的生产工艺
石灰窑的生产有着严格的流程，而且根据生产的地理环境和天气状况会有一些变化，经过技术人员多年的经验总结，在石灰窑生产中的主要操作步骤如下[3]：
⑴烘窑：首先把窑体内部清理干净，然后安装烘窑篦子框架，将约1方木材放入篦子之上，然后用明火点燃，致使火焰不断的燃烧，间断地加放木材，使窑内的温度逐渐地升高，将窑体内的潮气烘干，避免窑体内部的砖墙出现裂缝。烘窑时间5至7天，第一天温度控制在50度左右，第二天100度左右，第三天达到200度左右，第四天达到500至600度左右，直到结束，熄火降温，取出烘窑篦子，整个烘窑结束。
⑵装窑：首先窑体内部清理，卸灰盘表面清理，然后将石灰块注入卸灰盘上，装至到1层火眼以下（约80cm）铺平，然后将木材放入窑内石灰块之上，先装一层（约20至30cm），然后在一层火眼两端之间留40至50cm宽的通道，通道两侧向上继续整齐摆放木材，直至一层火眼之上，高于火眼20至30cm，然后用木材将上端全面封死，继续摆放木材，直至二层人孔门上1到2米，点窑木材装完后，将人孔门完全封闭。
⑶点窑：先用柴油将刨花浸泡（约50Kg刨花，15Kg柴油），目的是容易点燃木材，将浸泡过的刨花从一层火眼塞入预留好的木材通道，在点燃前将易燃的柴油汽油（柴油：5Kg；汽油：5Kg）混合喷入一层火眼内，准备好点燃的木把（约1.5米长）两根，大布两块，用大布缠在木把的一端，浸上柴油；瓦斯泵开启后，窑体内的抽气量正常后，开始将浸好油的木把点燃，从一层火眼两端将火把塞入木材通道内，开始燃烧。木材开始不断地燃烧，窑内的温度逐渐地升高，窑体内的石料逐渐下降，视窑体内的情况，逐渐上料，使窑体内的料位保持正常范围内（布料器以下2米左右），直至木材完全烧尽，煤气开始进入，将火位逐渐升高，火位保持在5层可开始卸料，卸料温度控制在100度左右。
点窑之后的步骤就是提高煅烧温度并保持，石灰窑在上料和出灰等步骤中多是数字量的直接逻辑控制，把人工控制方式改为PLC控制方式后，效率预计将达到最佳状态，所以在此就不再累赘。窑内煅烧温度的控制是本课题关注的重点，现将石灰窑温度的控制要求和步骤作如下说明：一层次温度控制在200左右度；二层控制在500度左右，三层控制在900度左右，四层控制在1000度左右，五层控制在900度左右，窑气出口温度控制在100度左右，燃烧正常后，可将一层温度保持在100度左右，煅烧层控制在3至5层范围内，煅烧温度控制在1000±12度范围内。泵房的基本构成如图1所示，为了保证系统工作的工作效率和稳定性，采用了2条并行的输水线路选择性的工作。同时，在水源的水进入抽水系统前，经过一个过滤池，去除水中存在的各种杂物，保证系统工作时的安全。
2 石灰窑控制系统的构成
根据各个部分在系统中的作用不同，整个控制系统分为3层：管理层、控制层、设备层。上位机IPC的主要功能是通过组态软件的在线监控，管理底层的生产设备及其运行状态；S7-300PLC的各个模块作为核心控制器，完成设备状态信息的采集，经过逻辑判断和数据分析处理，实现自动化生产；底层设备主要功能是现场状态信息的信号转换、工序执行等。上位机与S7-300CPU模块之间和CPU与远程接口ET200M站之间的通信方式均为Profibus总线，系统的三层结构如图1所示[4][5]。
图1石灰窑控制系统的结构
石灰窑温控系统的开关量逻辑控制包括进料、卸灰，同时还将执行机构出错报警、物料质量上限报警、空气压力信号报警作为中断条件，与运行中的电机等设备实现联锁控制，如石灰窑进料过程中，称重斗闸门开启；当物料质量超过上限时，自动关闭物料断输送斗车等。这些逻辑控制在STEP7中完成程序的编写，其中的部分变量表如图2所示。
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