乳化現場混裝車制藥自動控制系統

王樹祥,張建丹,魏碧波

(葛洲壩易普力股份有限公司, 重慶 400023)

乳化現場混裝車制藥自動控制系統

王樹祥,張建丹,魏碧波

(葛洲壩易普力股份有限公司, 重慶 400023)

針對乳化炸藥現場混裝車制藥控制系統存在的問題,利用流量計、PLC和工業控制屏對原有控制系統進行改造,實現了乳化炸藥現場混裝車的自動控制。

乳化炸藥現場混裝車;自動控制系統;流量;PLC;工業控制屏

1 乳化炸藥現場混裝車工作原理

集原材料運輸、炸藥現場混制及機械化裝藥于一體的炸藥現場混裝車消除了商品炸藥在生產、運輸、儲存及裝藥過程中的不安全因素,在大中型露天礦山開采及水電工程施工等爆破工程中得到了廣泛的應用,炸藥現場混裝技術已成為我國民爆行業確定的發展方向。

乳化炸藥現場混裝車上配備有原料貯存箱及水相輸送泵、油相輸送泵、乳化器、混合器、乳膠輸送泵等制裝藥設備。所有的制裝藥設備均由液壓馬達驅動,運行速度由安裝在液壓管路的流控閥控制。制藥時在水相輸送泵和油相輸送泵的作用下,水相和油相進入乳化器,通過乳化器的高速剪切,形成乳膠基質,乳膠基質和發泡劑在混合器里進行混合形成炸藥,混合后的炸藥靠自重落入乳膠輸送泵漏斗內,通過乳膠輸送泵將炸藥由輸藥膠管送入炮孔。乳化炸藥現場混裝車工作原理見圖1。

圖1 乳化炸藥現場混裝車工作原理

2 目前存在的問題

目前國內使用的乳化炸藥現場混裝車電氣控制系統絕大部分是手動或半自動控制,在制裝藥過程中不能完全保證炸藥質量安全生產管理,不足之處主要表現在以下幾個方面。

(1)現場混裝炸藥組份的配比控制不準確。由于流量控制閥是手控閥,在生產過程中不能夠自動按照設定值調整,操作工只有通過觀察現場流量計的讀數,通過手動調節流量控閥的開度來調整水相和油相流量。這樣在生產過程中操作工需要經常調節流量控閥,增加了操作的難度,操作工的責任心和操作熟練程度對混裝炸藥的質量起關鍵作用。

(2)裝藥量是通過控制裝藥時間實現的,計量誤差較大,最高達到20%左右。

(3)系統的保護措施欠缺,沒有乳化器超溫報警停機、水相與油相斷流報警停機、螺桿泵超壓報警停機等功能,不符合行業規范的要求。

因此,研究和開發自動化程度高的乳化現場混裝車自動控制系統,有利于穩定產品質量和安全生產管理,具有良好的經濟效益和社會效益。

3 自動控制系統的實現

新設計的控制系統以工程機械上專用的SPT -K控制器及工業控制屏為核心,主要包括流量檢測及控制、乳化器轉速監測及控制、安全連鎖保護及故障停機處理等部分。

3.1 SPT-K系統控制器

控制系統采用的SPT-K控制器是一種高性能工程機械專用控制器,它的硬件可靠性遠高于同類通用型PLC產品,可長期在惡劣環境下可靠工作,特別適合用于現場混裝車控制系統。與通用型PLC相比,它具有如下特點:

(1)工作溫度范圍寬,可長期在-40～+70℃范圍工作;

(2)防護等級達到IP67;

(3)耐振和防摔,墜落實驗通過IEC60068-2 -29的標準Eb,振動測試通過IEC60068-2-64的標準Fh。

3.2 流量監測及配比控制

目前現場混裝乳化炸藥主要由水相、油相和發泡劑3種組分混制而成,其中水相和油相占到了99.9%,發泡劑只占0.1%左右,因此水相和油相在制藥過程中的配比準確性直接決定著炸藥的性能。

控制系統對水相流量、油相流量分別采用電磁流量計和質量流量計進行檢測,這兩種流量計均具有現場顯示和遠傳功能。由PLC采集的流量信號,經程序處理后,輸出控制信號(PWM信號)對電液比例控制閥的開度進行調節,從而使水相流量、油相流量達到配比要求值。

PLC根據混裝炸藥制備要求的水相、油相的配比,水相密度及設定裝藥流量(每分鐘的要求裝藥量),自動計算出在此配比和裝藥量下水相、油相各自的要求流量作為給定流量,每相各自組成一個閉環回路,通過調節各自的電液比例調節閥的開度使每相輸出流量穩定在給定值上,從而保證三相流量配比一定。對于流量控制,因系統滯后性和慣性都比較小,響應速度快,控制算法采用帶死區的PI控制,為了保證系統的穩定性,對PLC的控制輸出(電液比例閥的控制信號)進行限幅處理,使控制輸出值只能在一定范圍內變化。

制藥過程中,PLC根據水相及油相的瞬時流量,計算出當前炮孔已裝入的炸藥量,當炮孔已裝炸藥量達到設定值時,系統自動停止制藥和裝藥。

系統具有自動和手動兩種可選擇的工作方式,當選擇手動工作方式時,只進行瞬時流量顯示及流量累加計算,不進行流量的自動調節,當流量配比失調或者某流量低于報警流量時,系統只報警和顯示故障原因,并不自動順序停止,電液比例控制閥的開度可在工業控制屏上設定;當選擇自動工作方式時,在進行瞬時流量顯示、流量累加計算的同時,進行流量的自動調節,當裝入的炸藥累加量達到要求裝藥量時,系統自動停止制藥和裝藥,當流量配比失調或者某流量低于報警流量時,系統在報警和顯示故障原因的同時自動順序停止制藥和裝藥。

工業控制屏上可顯示但不能修改的參數有:水相瞬時流量,油相瞬時流量,水相累加流量,油相累加流量,水相電液控制比例閥的開度,油相電液控制比例閥的開度,目前單孔裝藥量,總裝藥量等。

工業控制屏上可修改并顯示的參數有:單孔要求裝藥量,裝藥流量(每分鐘的要求裝藥量),水相比例,油相比例,水相密度,水相電液控制比例閥的初始開度,油相電液控制比例閥的初始開度,水相電液控制比例閥的最大開度,油相電液控制比例閥的最大開度,水相電液控制比例閥的最小開度,油相電液控制比例閥的最小開度等。

3.3 螺桿泵壓力和乳化器出口溫度的監測

采用KYB3051型耐高溫膜片法蘭式智能壓力變送器對螺桿泵的壓力進行監測,當壓力超過設定報警壓力時,系統報警并在工業控制屏上顯示故障原因并順序停止。

對乳化器出口溫度進行監測,當該溫度超過設定報警溫度時,系統報警并在工業控制屏上顯示故障原因并順序停止。

4 結 論

上述新的控制系統從2009年起先后在葛洲壩易普力股份有限公司的攀枝花分公司、會理分公司、西昌分公司、平南分公司、向家壩分公司等項目部的乳化炸藥現場混裝車上投入使用。使用結果表明,新控制系統性能穩定,產品配比準確、質量可靠,真正實現了乳化炸藥現場混裝車的自動控制,穩定了混裝炸藥的質量,提高了現場爆破效果。

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[3]溫群民.PLC智能化跟蹤混裝車炸藥配比[J].金屬礦山,2009 (3):135-137.

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2012-06-26)

王樹祥(1975-),男,湖南湘鄉人,從事工程爆破技術研究及管理工作,Email:476067272@qq.com。