劉詠竹

(葛洲壩易普力股份有限公司，重慶400023)

葛洲壩易普力攀枝花分公司連續(xù)乳化生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)

劉詠竹

(葛洲壩易普力股份有限公司，重慶400023)

根據(jù)葛洲壩易普力攀枝花分公司乳化炸藥生產(chǎn)線的工藝條件，以PLC和工業(yè)控制機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)線的自動(dòng)控制，從根本上保證了炸藥生產(chǎn)的安全性和可靠性。介紹該公司乳化炸藥生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成、功能，及系統(tǒng)的特點(diǎn)。

乳化炸藥生產(chǎn)線;自動(dòng)控制系統(tǒng);硬件;監(jiān)控軟件

由于乳化炸藥生產(chǎn)的特殊性，為了提供炸藥質(zhì)量，穩(wěn)定炸藥性能，在生產(chǎn)過程中對(duì)乳化炸藥生產(chǎn)工藝進(jìn)行自動(dòng)控制的要求也越來越迫切，乳化炸藥連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)是國(guó)家民爆行業(yè)確定的發(fā)展方向。

1 工藝要求

葛洲壩易普力攀枝花分公司乳化炸藥生產(chǎn)工藝主要包括水相溶解、油相溶解、水相輸送、油相輸送、乳化、乳膠冷卻、化學(xué)敏化、物理敏化、炸藥輸送、炸藥包裝等工序。整個(gè)炸藥制備工藝大體可分為原料準(zhǔn)備、乳化、冷卻發(fā)泡3個(gè)工段。原料準(zhǔn)備工作完畢，順序啟動(dòng)乳化器、油相及水相輸送泵，使水相和油相材料按一定比例在乳化器中乳化成乳膠基質(zhì)，乳膠基質(zhì)經(jīng)鋼帶冷卻后，在連續(xù)敏化器里與敏化劑敏化，通過運(yùn)輸皮帶輸送到包裝機(jī)井下包裝。

工藝要求如下:

(1)在原材料準(zhǔn)備階段，水相及油相材料的各種組分配比要準(zhǔn)確;

(2)水相和油相罐物料溫度只能在一定范圍內(nèi)變化;

(3)連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，有關(guān)電機(jī)的順序啟動(dòng)和順序停止，當(dāng)某一設(shè)備出現(xiàn)故障或工藝參數(shù)超過設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并自動(dòng)順序停機(jī)，以實(shí)現(xiàn)安全連鎖保護(hù);

(4)在整個(gè)生產(chǎn)過程中，保證水相流量、油相流量、敏化劑量始終成一定比例變化。

2 控制系統(tǒng)的組成

葛洲壩易普力攀枝花分公司乳化炸藥生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機(jī)、電視監(jiān)控系統(tǒng)、可編程控制器及各種傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等硬件和控制軟件組成。采用先進(jìn)的集散(DCS)自動(dòng)控制系統(tǒng)，利用工業(yè)控制機(jī)、電視監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備集中監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)和管理，動(dòng)態(tài)顯示整個(gè)工藝流程和生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，完成數(shù)據(jù)處理等工作。以可編程控制器為核心，控制各個(gè)子系統(tǒng)，如原材料制備、乳膠制備、乳膠輸送等工序，進(jìn)行參數(shù)監(jiān)控、調(diào)節(jié)、超限報(bào)警、故障停機(jī)及自診斷等工作。系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)為一臺(tái)高性能的工控機(jī)，用于監(jiān)控生產(chǎn)過程的各個(gè)工藝參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀況，并能實(shí)時(shí)地對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行操作、調(diào)整。該計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)卡與廠內(nèi)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，使得生產(chǎn)車間及廠相關(guān)管理人員能對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視及管理。

葛洲壩易普力攀枝花分公司乳化炸藥生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。整個(gè)控制系統(tǒng)主要由流量控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)、原材料制備系統(tǒng)、關(guān)鍵設(shè)備順控系統(tǒng)、故障報(bào)警處理系統(tǒng)組成。PLC系統(tǒng)和工控機(jī)通過RS485進(jìn)行通信，將工藝參數(shù)在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來。

圖1 乳化炸藥生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 流量顯示控制系統(tǒng)

根據(jù)工藝要求，在整個(gè)生產(chǎn)過程中水相、油相、發(fā)泡劑A及發(fā)泡劑B4相流量始終應(yīng)成一定比例，4相流量控制子系統(tǒng)主要由PLC、工控機(jī)、流量計(jì)、變頻器組成，4相流量的比例及變頻器的起始頻率可在工控機(jī)上修改。

2.2 溫度顯示控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由溫度傳感器、溫度數(shù)顯儀、電動(dòng)球閥、PLC組成，溫度數(shù)顯儀對(duì)溫度傳感器來的溫度信號(hào)進(jìn)行顯示，并輸出對(duì)應(yīng)的4～20mA的信號(hào)到PLC的FX2N－4AD單元，通過PLC的控制運(yùn)算輸出，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的電動(dòng)球閥，使給定點(diǎn)的溫度保持在要求范圍內(nèi)。溫度控制(帶顯示)點(diǎn):水相A溫度、水相B溫度、油相A溫度、油相B溫度;溫度顯示點(diǎn):乳化劑溫度、添加劑溫度、復(fù)合蠟溫度、冷卻水給水溫度、冷卻回水溫度、乳化基質(zhì)溫度、敏化溫度等。當(dāng)乳化基質(zhì)溫度過高、冷卻給水溫度過高(該值可在計(jì)算機(jī)上修改)，則在計(jì)算機(jī)上分別予以顯示，并報(bào)警停機(jī)，以確保系統(tǒng)的安全性。

2.3 原料制備系統(tǒng)

原料制備系統(tǒng)主要指水相和油相材料的制備，由水相A電子稱、水相B電子稱、油相A電子稱、油相B電子稱、水相A加水閥、水相B加水閥、復(fù)合蠟放料閥、乳化劑放料閥、添加劑放料閥、油相A進(jìn)料閥、油相B進(jìn)料閥、螺旋輸送機(jī)、破碎機(jī)、對(duì)應(yīng)的蒸汽閥組成。通過PLC和計(jì)算機(jī)確保水相、油相材料的組分準(zhǔn)確，溫度控制在要求范圍內(nèi)，螺旋輸送和破碎機(jī)實(shí)行連鎖控制，只有在啟動(dòng)螺旋輸送機(jī)的情況下，才能啟動(dòng)破碎機(jī)，只有在破碎機(jī)停止以后，才能停止螺旋輸送機(jī)。

2.4 系統(tǒng)故障報(bào)警系統(tǒng)

因?yàn)槿榛ㄋ庍B續(xù)生產(chǎn)的特殊性，為防患于未然，在控制系統(tǒng)設(shè)有多種故障報(bào)警顯示和緊急停止等措施。在整個(gè)生產(chǎn)過程中，當(dāng)自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)處于“自動(dòng)”工作狀態(tài)，若水相輸送泵電機(jī)、油相輸送泵電機(jī)、發(fā)泡劑輸送泵電機(jī)、預(yù)乳器、乳化器、冷卻器、敏化機(jī)、冷卻水泵、膠體泵電機(jī)有一個(gè)出現(xiàn)電氣故障，則整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警停機(jī)，并在計(jì)算機(jī)和操作臺(tái)上顯示故障停機(jī)原因;當(dāng)水相流量、油相流量、發(fā)泡劑A流量發(fā)泡劑B流量4者之間流量比例不匹配或無流量，則整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警停機(jī)，并在計(jì)算機(jī)和操作臺(tái)上顯示故障停機(jī)原因;當(dāng)油相出口壓力、水相出口壓力過高，則整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警停機(jī)，并在計(jì)算機(jī)和操作臺(tái)上顯示故障停機(jī)原因;當(dāng)乳化器工作電流超高或過低，則整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警停機(jī)，并在計(jì)算機(jī)和操作臺(tái)上顯示故障停機(jī)原因;當(dāng)乳化器冷卻水流量或冷卻器冷卻水流量不夠時(shí)，則整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警停機(jī)，并在計(jì)算機(jī)和操作臺(tái)上顯示故障停機(jī)原因。從而大大提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

2.5 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

由4個(gè)一體化攝像機(jī)和9個(gè)固定彩色攝像機(jī)(自動(dòng)光圈、自動(dòng)聚焦、電動(dòng)變焦)及相應(yīng)的云臺(tái)、云臺(tái)控制器、視頻監(jiān)視器組成工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)，分別對(duì)原料制備車間、生產(chǎn)制藥車間、包裝車間進(jìn)行監(jiān)視，使控制室的操作員能對(duì)車間的情況一目了然。另外，在控制室與生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)之間還配備了對(duì)講裝置，使現(xiàn)場(chǎng)人員能與控制室操作員及時(shí)取得聯(lián)系。

葛洲壩易普力攀枝花分公司乳化炸藥連續(xù)生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 乳化炸藥連續(xù)生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

2.6 系統(tǒng)監(jiān)控軟件

監(jiān)控計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)采用微軟公司的Windows XPSP2。工控軟件采用北京亞控公司組態(tài)軟件Kingview6.53，它以Windows98/Windows2000/WindowsNT中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺(tái)，圖形功能完善、界面設(shè)計(jì)一致性好、易學(xué)易用，能滿足系統(tǒng)控制的要求。系統(tǒng)提供了各種PLC、智能儀表、板卡、變頻器等設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。本軟件提供單機(jī)版和網(wǎng)絡(luò)版以滿足不同的需求。本軟件是基于Windows操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序，因而用戶窗口界面具有統(tǒng)一的Windows風(fēng)格，平臺(tái)簡(jiǎn)單且易操作，通過界面窗口，用戶可進(jìn)行各種控制操作參數(shù)的調(diào)整。

葛洲壩易普力攀枝花分公司計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件界面主要包括:水相制備、油相制備、炸藥制備、流量曲線、歷史曲線、報(bào)警參數(shù)設(shè)定、報(bào)表、報(bào)警查詢、用戶登錄等。

3 控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

(1)具有自動(dòng)和手動(dòng)完全獨(dú)立的兩套控制系統(tǒng)，且自動(dòng)及手動(dòng)控制可在線無擾動(dòng)切換。所有的關(guān)鍵工藝參數(shù)(溫度、壓力、流量、物位)在控制室都有對(duì)應(yīng)顯示，在工業(yè)控制機(jī)上有歷史數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，該計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)卡與廠內(nèi)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，使得生產(chǎn)車間及廠相關(guān)管理人員能對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視及管理。

(2)準(zhǔn)確可靠的自控系統(tǒng)和人機(jī)管理畫面。自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心部件為PLC控制器，PLC控制器通過RS232/485接口與工業(yè)控制機(jī)進(jìn)行通訊，其中，PLC實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、控制、報(bào)警;計(jì)算機(jī)通過與PLC的通訊，對(duì)電機(jī)及閥門等執(zhí)行結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，對(duì)溫度、壓力、流量、物位等關(guān)鍵工藝參數(shù)及變化曲線、報(bào)警進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視，幫助操作人員安全操作;還具有在線報(bào)警、提示錯(cuò)誤信息，對(duì)生產(chǎn)過程的關(guān)鍵參數(shù)定時(shí)存檔或打印等功能，有利于生產(chǎn)管理和安全生產(chǎn)。

(3)發(fā)泡劑微小流量的準(zhǔn)確計(jì)量和閉環(huán)控制。由于生產(chǎn)過程中發(fā)泡劑的瞬時(shí)流量很小，目前國(guó)內(nèi)幾乎沒有對(duì)它進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)量和調(diào)節(jié)，極大地影響了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，新系統(tǒng)中采用國(guó)外最先進(jìn)的小流量傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)泡劑(發(fā)泡劑A、發(fā)泡劑B)的精確計(jì)量和自動(dòng)調(diào)節(jié)，精度達(dá)到0.5%。

(4)安全預(yù)警系統(tǒng)。生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵點(diǎn)位，均設(shè)置檢測(cè)裝置，設(shè)置超限報(bào)警功能及保護(hù)功能，輔以視頻監(jiān)視，使系統(tǒng)更安全。

葛洲壩易普力攀枝花分公司乳化炸藥生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、控制全面、可靠性高、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了乳化生產(chǎn)線的安全程度，自2008年6月投入運(yùn)行以來，系統(tǒng)穩(wěn)定安全可靠，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益明顯，具有一定的推廣價(jià)值。

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2011－06－08)

劉詠竹(1962－)，男，江西萍鄉(xiāng)人，高級(jí)工程師，主要從事機(jī)械加工、民用爆破器材生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備方面的研究。