乳化炸藥固定地面站自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

摘要:針對目前國內(nèi)乳化炸藥固定地面站控制系統(tǒng)存在的問題，設(shè)計一套自動控制系統(tǒng)，通過采用先進(jìn)的控制方式，對生產(chǎn)過程中的參數(shù)進(jìn)行了自動檢測與控制，并結(jié)合視頻監(jiān)控，解決了系統(tǒng)參數(shù)易變、時延大的控制難題，極大提高了系統(tǒng)的安全性和可靠生。

關(guān)鍵詞：乳化炸藥；自動控制；集散控制；安全

引言

隨著民爆行業(yè)和采礦業(yè)的不斷發(fā)展，許多大型爆破工程的投入和爆破水平的不斷提高，散裝乳化炸藥的市場需求量逐年攀升，使得以大量生產(chǎn)散裝乳化炸藥為主的乳化炸藥固定地面站應(yīng)運(yùn)而生，然而目前全國范圍內(nèi)的乳化炸藥固定地面站其生產(chǎn)自動化水平低，存在手工操作多、勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、安全條件差、測控儀表的精度和可靠性差等問題。根據(jù)民爆行業(yè)的發(fā)展要求，切實(shí)提高在線測控設(shè)備的實(shí)用性、可靠性和準(zhǔn)確性，提高整體自動化控制水平，最大限度地減少操作人員，加強(qiáng)生產(chǎn)過程的本質(zhì)安全化，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，成為目前乳化炸藥固定地面站在行業(yè)中急需解決的問題。本文結(jié)合民爆行業(yè)的發(fā)展要求和市場的需要，以及散裝乳化炸藥乳膠基質(zhì)生產(chǎn)的特點(diǎn)，從我國國情出發(fā)，對乳化炸藥固定地面站的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。

2 乳化炸藥固定地面站生產(chǎn)工藝介紹

固定地面站乳膠基質(zhì)生產(chǎn)線主要工藝設(shè)備由垂直螺旋輸送機(jī)，油、水相溶化罐，油、水相儲存罐，油、水相輸送泵，乳化器，基質(zhì)輸送泵，強(qiáng)冷器等組成，其生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。按工藝要求，先向水相溶化罐加入一定量的水，并加熱，一定量的多孔粒硝酸銨經(jīng)垂直螺旋輸送機(jī)送入水相溶化罐進(jìn)行溶化，達(dá)到工藝要求時放入水相儲存罐待用；油相溶化達(dá)到工藝要求時放入油相儲罐待用。油、水相儲罐中的介質(zhì)由油、水相輸送泵按工藝要求的配比送入乳化器乳化，然后經(jīng)過基質(zhì)泵送入強(qiáng)冷器冷卻達(dá)一定溫度后經(jīng)輸藥軟管輸入裝藥車，完成基質(zhì)的生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中，油、水相溶化罐要不斷重復(fù)溶化過程，確保生產(chǎn)線的連續(xù)性。

3 乳化炸藥固定地面站自動控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)采用集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)選用可靠性高、功能強(qiáng)大的西門子可編程控制器作為下位機(jī)主控制器，選用西門子品牌工控機(jī)作為上位機(jī)，計算機(jī)與PLC之間通過MPI進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，檢測儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用國內(nèi)外知名品牌，且均為防爆型結(jié)構(gòu)，以保證整個生產(chǎn)線的安全可靠。

3．1控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

操作系統(tǒng):操作系統(tǒng)為WindowsXP。

上位機(jī)工業(yè)組態(tài)軟件:上位機(jī)軟件在WindowsXP環(huán)境下，選用組態(tài)王Version6.50編寫，實(shí)現(xiàn)全漢化用戶界面。“組態(tài)王”是建立工業(yè)控制對象人機(jī)接口的一種智能軟件包，充分利用了Windows的完備圖形功能，友好界面及易學(xué)易用的特點(diǎn)。它由工程瀏覽器、畫面運(yùn)行系統(tǒng)以及驅(qū)動程序三部分組成，前兩者可單獨(dú)使用又相互依存，它主要用來建立圖形監(jiān)控畫面和各圖形的內(nèi)部管理。驅(qū)動程序則是相對獨(dú)立的，它主要用來驅(qū)動下位機(jī)（即各種現(xiàn)場控制設(shè)備）以及接受下位機(jī)的數(shù)據(jù)信號，它不需要具體的通訊協(xié)議，只要在組態(tài)王的設(shè)備庫中選擇設(shè)備的類型，安裝好該設(shè)備的驅(qū)動程序即可。界面顯示如生產(chǎn)工藝流程圖、實(shí)時趨勢曲線、歷史趨勢曲線、參數(shù)設(shè)置、報警、歷史報表等多種畫面，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，并為提高生產(chǎn)管理水平提供了技術(shù)手段。

3．2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

上位機(jī)系統(tǒng):上位機(jī)系統(tǒng)是集散控制系統(tǒng)硬件人機(jī)對話的平臺，為保證整個控制系統(tǒng)的可靠性，本文選用西門子品牌工控機(jī)作為監(jiān)控計算機(jī)（上位機(jī)）。采用常用的RS-232通訊協(xié)議，將用戶配方通過RS-232接口與PLC進(jìn)行通信。

下位機(jī)系統(tǒng)：本系統(tǒng)采用西門子PLC作為下位機(jī)，它是整個控制系統(tǒng)的核心，具備開關(guān)量控制、模擬量控制、運(yùn)動控制、數(shù)據(jù)處理、通訊聯(lián)網(wǎng)等功能，完成對自動控制系統(tǒng)的設(shè)計及實(shí)現(xiàn)。由于可編程控制器PLC內(nèi)部采用了多種濾波器，而且CPU與I/O光電隔離具有很強(qiáng)的抗干擾能力，因此可在各種惡劣的工業(yè)環(huán)境下工作。

控制操作臺及配電柜：由空氣開關(guān)、接觸器、熱繼電器等組成的強(qiáng)電控制柜能實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動和短路保護(hù)、電機(jī)過載保護(hù)。操作臺上有轉(zhuǎn)換開關(guān)、各種功能按鈕、開關(guān)、指示燈及急停按鈕。整個操作臺上的各種功能按鈕和開關(guān)組成了一個工藝流程模擬屏，自動操作時，各種設(shè)備和生產(chǎn)流程由PLC控制，操作臺上的工藝流程模擬屏具有顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的功能。操作臺可用來調(diào)試設(shè)備或手動生產(chǎn)。

智能儀器儀表：本控制系統(tǒng)采用SR系列智能儀器儀表，該系列智能儀表能完成高性能的PID控制、可抑制控制超調(diào)，運(yùn)行穩(wěn)定，可在測量過程中對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和處理，減少測量過程中產(chǎn)生的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差，能實(shí)現(xiàn)手/自動無擾切換、帶RS232通信接口，有豐富的控制輸出。

3．3生產(chǎn)過程參數(shù)檢測與控制

乳化炸藥固定地面站乳膠基質(zhì)自動化生產(chǎn)線集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

生產(chǎn)中要檢測和控制的工藝參數(shù)較多，包過油、水相原材料的稱重及配比量；油水相溶解過程溫度、液位；油、水相輸送的壓力、流量、溫度；乳膠基質(zhì)組分的比例配比關(guān)系及流量控制；乳膠基質(zhì)的輸送壓力及溫度；生產(chǎn)線超溫、超壓、冷卻水?dāng)嗔鞯劝踩に噮?shù)，以及各臺設(shè)備的安全連鎖和開、停機(jī)控制參數(shù)等。

3．4控制系統(tǒng)采取的安全生產(chǎn)保護(hù)措施

現(xiàn)場除了主控柜外，還設(shè)置了兩個現(xiàn)場操作控制箱，用于顯示相應(yīng)工作平臺上的主要工作參數(shù)和相應(yīng)按鈕操作，以便于巡檢人員和崗位工人及時發(fā)現(xiàn)和處理問題，避免生產(chǎn)事故的發(fā)生。

控制室中的上位機(jī)（工控機(jī)）和操作臺按鈕指示能正確顯示反應(yīng)整個生產(chǎn)線的工藝參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，具有監(jiān)控參數(shù)超限報警功能（聲光報警），以便于操作員觀察生產(chǎn)狀況。

對生產(chǎn)線上的重大危險點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，以避免危險事故的發(fā)生：保證乳化器、基質(zhì)泵等關(guān)鍵設(shè)備不空轉(zhuǎn)，斷料時控制系統(tǒng)自動實(shí)行緊急停車；對基質(zhì)泵的壓力及出料溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，超出設(shè)定值時系統(tǒng)自動報警并停車。

控制室中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)對生產(chǎn)線中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行視頻監(jiān)控和錄相，以便于操作員觀察生產(chǎn)現(xiàn)場狀況，及時發(fā)現(xiàn)問題，避免生產(chǎn)事故發(fā)生。

控制系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)記錄和視頻圖像記錄為強(qiáng)化安全生產(chǎn)管理提供了技術(shù)手段。

4 控制系統(tǒng)完成的功能特點(diǎn)

控制系統(tǒng)完成的主要功能特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程計算機(jī)控制；實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)工藝中的主要設(shè)備既能集中控制又能單機(jī)操作；實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝中的主要參數(shù)實(shí)時檢測和控制；強(qiáng)化了監(jiān)控、報警、連鎖保護(hù)手段，提高了生產(chǎn)的安全性；實(shí)現(xiàn)了調(diào)整系統(tǒng)中各參數(shù)方便，適應(yīng)能力強(qiáng)；對工藝設(shè)備的狀態(tài)及工藝參數(shù)實(shí)時采集并自動記錄，形成歷史數(shù)據(jù)庫，可隨時查詢、打印、分析任何時間段的生產(chǎn)情況，為強(qiáng)化生產(chǎn)管理提供了科學(xué)手段；采用集散控制結(jié)構(gòu)，具有組態(tài)靈活，安裝調(diào)試方便，可擴(kuò)展和聯(lián)網(wǎng)、人機(jī)界面友好、運(yùn)行安全可靠、性價比高等許多優(yōu)點(diǎn)；采用通信技術(shù)和多媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)的安全性和科學(xué)管理水平。

5結(jié)語

該自動控制系統(tǒng)應(yīng)用于廣西柳州威奇化工有限責(zé)任公司的乳化炸藥固定式地面站中，運(yùn)行結(jié)果表明：該控制系統(tǒng)有很好的控制能力，實(shí)現(xiàn)了乳化炸藥移動式地面站自動化生產(chǎn)，有效提高了散裝乳化炸藥乳膠基質(zhì)生產(chǎn)的安全性和產(chǎn)品質(zhì)量，大大降低了工人的勞動強(qiáng)度，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，控制精度高，操作方便、實(shí)用，用戶界面友好，受到了用戶的好評。

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