散裝乳化炸藥裝藥器的自動化設計

周 平

（湖南長斧眾和科技有限公司，湖南 長沙 410012）

1 引言

散裝乳化炸藥裝藥器主要運用于井下、礦區爆破的裝藥任務。現場工況條件比較復雜，所選用的電氣自動控制設備必需達到國家防爆防塵防水的等級要求。

傳統裝藥器的控制主要由人工來操作。其缺點是智能程度低、靈活性差，無法完成自動計量與查詢記錄功能。隨著新工藝的發展，結合現場的裝藥特點，為了提高裝藥器的系統性能，彌補這些不足，本文采用自動化設計系統實現了自動裝藥與計量、查詢與記錄、定速卷管控制的新功能。大大提高了系統的智能化，具有精確的流量控制與高穩定性。滿足了現在的井下、礦區爆破的高標準裝藥要求。并在實際運用中得到良好的發揮。

2 自動化系統方案

2.1 系統設計說明

裝藥器的作業是將已生產的乳膠體與發泡劑按照一定的工藝配方，通過專用輸送管泵送到混合器內進行敏化，形成炸藥然后裝入到井下的爆孔。井下裝藥距離一般在10－50m之間，并且爆孔多為向上的。根據現場的裝藥特點與工藝需要，本文設計的系統方案主要由電力拖動、自動控制兩部分組成。

裝藥器的自動控制主要由S7－200PLC程序實現。通過采集現場儀器、儀表的實時模擬數據，在觸摸屏上顯示。裝藥時可根據設定的裝藥速度與爆孔裝藥量，自動完成裝藥工作。并可以查詢與存儲歷史的裝藥數據。日常清洗工作一般由電氣操作臺的手動按鈕來實現。

2.2 系統硬件組成

系統主要由S7－200PLC、觸摸屏、變頻器、儀器儀表等組成。

（1）S7－224CN：程序存儲器 12KB，具有 PID 控制器與浮點運算，6＊30kHz高速計數器，并具有Profibus DP從站和／或AS－i接口主站／以太網／互聯網／調制解調器通信功能。

（2）MP277觸摸屏：分辨率為640＊480象素，用戶內存6MB，具有功能強大的VBS腳本開發語言。

（3）FR－E740變頻器，進口膠體流量計，一體化壓力變送器，熱電阻溫度變送器，電容式物位計。

2.3 系統軟件設計

系統軟件設計主要包括PLC程序設計與觸摸屏畫面組態。PLC程序由主程序、高速計數子程序、PID子程序、中斷程序等組成。本文將重點介紹如何有效采集高數脈沖、PID調節原理、觸摸屏的VBS腳本語言開發運用。

（1）流量計的高速脈沖采集主要由中斷程序和子程序組成。通過PLC高速計數通道在每個1s時間內累加采集到的脈沖個數，脈沖個數存放在VD24存儲單元中。再進行相應的數據轉換與計算，可得到流量計的實時頻率值與單位時間內的總裝藥量。具體實現流程如圖1所示。具體的系統程序如下。

圖1 PLC采集高速脈沖流程框圖

通過對測量介質的標定，結果表明該設計方法計算到的實時流量值與標定的實際值誤差在1%以內。符合工藝的精度要求。從而實現了裝藥流量的精確測量與自動計量。

（2）PID調節主要實現膠體流量的自動控制。根據設定的流量，與現場反饋的流量計實際高速脈沖信號，通過程序計算，進行比例微積分調節，計算出控制器的輸出量，控制執行機構去影響被控對象的變化。從而達到流量的精確控制與自動調節。本系統的調節原理如圖2所示。

圖2 調節原理框圖

PID控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。它根據被控過程的特性確定PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數整定有兩大類：一是理論計算整定法，它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算確定控制器參數；二是工程整定法，它主要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，在工程實際中被廣泛采用。

本文主要采用的是工程整定法與S7－200的PID調節控制面板法。先由經驗公式算出調節器參數。然后可以在PID調節面板上，根據工藝要求為調節回路選擇快速響應、中速響應、慢速響應或極慢速響應。PID自整定會根據響應類型而計算出最優化的比例、積分、微分值，并可應用到控制中。在裝藥器的流量調節當中運用此方法實現了精確的流量控制。經驗公式可參考一種增量式PID算法：

式中：T為采樣周期，Td為微分時間，Ti為積分時間。

（3）觸摸屏的VBS腳本語言開發運用。MP系列觸摸屏的組態軟件為WinCC Flexible，該軟件提供了類似于VB語言的腳本開發功能，可以實現復雜工業控制的編程。本文設計的系統主要運用于裝藥時間、裝藥孔號、裝藥量等數據的存儲與查詢功能。運行時界面如圖3所示。

本系統的程序由 Button＿Visible、Read＿Line、Script＿1、Scroll＿To＿End Script＿Storage＿Path、Storage＿Tag＿V1、Storage＿Tag＿V2 等腳本語言組成。

圖3 觸摸屏運行系統

其中存儲數據的部分腳本函數如下：

3 結束語

本文設計的自動化系統，在散裝乳化炸藥裝藥器實際生產當中得到了良好的運用，已經在礦山、井下投入運行。具備操作靈活可靠，裝藥流量自動調節與標定，裝藥總量自動設定與控制，裝藥的重要歷史數據自動保存與查詢，定速卷管等特點，從而實現了高質量、高效率的裝藥生產。該系統在散裝乳化炸藥裝藥器上具有廣泛的推廣價值。

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