牛建林　蘇志永　王鑫磊等

【摘 要】××型雙螺桿壓伸成型機是針對可再利用固體推進劑進行壓伸成型工藝研究而研制的一套設(shè)備。在多種火藥生產(chǎn)過程中，該設(shè)備均發(fā)揮了主要作用。但是，在連續(xù)壓藥過程中，存在著許多技術(shù)、安全問題需要去解決，本文基于DCS控制技術(shù)存在的問題提出了改進措施和解決方案。

【關(guān)健詞】DCS系統(tǒng)；壓伸機；在線；監(jiān)測；控制

前言

××型雙螺桿壓伸成型機是一套專門用于可再利用推進劑樣品擠出的雙螺桿式科研設(shè)備，該機最大的特點就是在螺桿結(jié)構(gòu)上進行了革新，將螺桿直徑及螺距由原來的等徑型變?yōu)榱藵u變型結(jié)構(gòu)，所以也可稱之為錐形雙螺桿壓伸機。鑒于壓伸機的雛形是從民用行業(yè)移植而來，與軍品生產(chǎn)需求存在較大差異，如何能使其民為軍用，滿足火藥生產(chǎn)條件，有諸多的問題亟待解決，尤其是在線檢測與控制方面，否則，會給生產(chǎn)帶來燃燒、爆炸等安全隱患或事故。

一、存在的主要問題

1.參數(shù)檢測不夠全面，且滯后；參數(shù)檢測項目少，只有溫度、壓力、速度、電壓等值。

2.儀表的累積誤差較大，不能正常反映生產(chǎn)過程的實際情況。

3.喂料機與主機聯(lián)鎖不合理，當(dāng)主機不啟動時，喂料機無法單獨啟動，不能正常退料。

4.聯(lián)鎖功能不完善，主機轉(zhuǎn)速、料溫、機頭壓力超上限值不能自動停車，不符合火藥生產(chǎn)的安全規(guī)范。

5.工藝溫度控制采用電加熱方式，不符合火藥生產(chǎn)安全規(guī)范。

6.機頭溫度、壓力傳感器信號為RTD＼V＼mV等，需要進行信號轉(zhuǎn)換，檢測數(shù)據(jù)會有漂移量等，造成數(shù)據(jù)失真。

7.不具備工藝數(shù)據(jù)查詢、存儲、打印和故障報警功能等。

8.操作、控制點位分散，操作員需要一看表、二聽音、三動手，長時間工作或在疲勞狀態(tài)下容易造成操作不及時、誤操作等安全責(zé)任事故。

二、工藝控制要求

1.集中檢測與顯示：實現(xiàn)對螺桿、機頭、前錐、后錐、成型退水溫度，機頭料溫、主機電流、螺桿轉(zhuǎn)速、機頭壓力等重要參數(shù)能集中在工藝生產(chǎn)流程圖上進行顯示。

2.聯(lián)鎖控制及時、全面：機頭壓力、機頭料溫、主機轉(zhuǎn)速超限時立即停車，如有火情應(yīng)聯(lián)鎖“下雨”，撲滅初期火災(zāi)。

3.數(shù)據(jù)實時儲存、打?。嚎煞职啻尾樵兒痛蛴‖F(xiàn)場實際記錄；把操作人員從繁瑣的記錄操寫中解放出來，同時避免了人為操寫錯誤或記錄不詳實等現(xiàn)象。

4.實現(xiàn)電氣設(shè)備的集中控制：電氣設(shè)備可根據(jù)需要實現(xiàn)手、自動切換控制；操作更加及時，便捷。

三、改進思路

遵循《火藥生產(chǎn)工藝安全技術(shù)操作規(guī)程》，根據(jù)工藝生產(chǎn)要求，結(jié)合計算機集散控制系統(tǒng)（DCS）控制技術(shù)，對原有的檢測和控制系統(tǒng)進行全面改進，實現(xiàn)對該設(shè)備生產(chǎn)的連續(xù)在線監(jiān)測與安全控制。

1.DCS系統(tǒng)是計算機與自動化技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物之一。該系統(tǒng)的特點主要有：通用性強，系統(tǒng)組態(tài)靈活，控制功能完善，數(shù)據(jù)處理方便，顯示操作集中，人機界面友好，安裝簡單規(guī)范，調(diào)試方便，運行可靠等。在同類產(chǎn)品中，由日本橫河公司生產(chǎn)的CS3000系列DCS系統(tǒng)尤為完善。因此決定采用CENTUM-CS3000技術(shù)完成此項改進工作。

2.遵照《火藥、炸藥、彈藥、引信及火工品工廠設(shè)計安全規(guī)范》中對儀表控制系統(tǒng)和聯(lián)鎖裝置的要求進行系統(tǒng)設(shè)計與組態(tài)，實現(xiàn)生產(chǎn)安全的保障。

3.實現(xiàn)工藝生產(chǎn)技術(shù)與計算機控制技術(shù)的有機融合。

四、措施實施情況

1. CENTUM-CS3000系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)組成主要包括三個基本部分：FCS（現(xiàn)場控制站），HIS（人機接口站），VL net（控制總線）。

（1）現(xiàn)場控制站（FCS）FCS提供過程控制功能，如常規(guī)控制、順序控制、批量控制和復(fù)雜運算等。

（2）人機接口站（HIS）HIS具有開放的操作環(huán)境，能將DCS的功能和PC系統(tǒng)易于操作性緊密相結(jié)合，在簡捷的窗口操作界面之后蘊藏著強大的能力。

（3）Vnet網(wǎng)是用于連接系統(tǒng)內(nèi)各部件的實時控制的通道。

2.實施方案

（1）監(jiān)測與控制方面

①計算機配置：電源模塊、CPU模塊、以太網(wǎng)模塊均按2套配置，確保系統(tǒng)冗余可靠，安全穩(wěn)定運行；模擬I/O模件箱3個（分設(shè)電流輸入模件AAM10和電壓輸入模件AAM11 ；MV、熱電偶和熱電阻溫度檢測模件AAM21；電流輸出模件AAM50和電流/電壓輸出模件AAM51）；CPU模塊具有大型的程序存儲容量，考慮了40%的余量，存儲器采用閃存技術(shù)；模塊上有PROFIBUS-DP主/從接口，易于以后系統(tǒng)擴展；過程控制、監(jiān)視和故障診斷等功能設(shè)置于控制器內(nèi)，特別是智能化的診斷功能可連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)工作是否正常，并記錄錯誤信息和特殊事件。

②根據(jù)工藝生產(chǎn)流程圖，繪制HIS界面，畫面直觀形象，操作簡單快捷，各種設(shè)備、管線、數(shù)值、狀態(tài)一目了然。

③循環(huán)水系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，通過檢測模溫機退水管路中的水溫，與計算機系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定值進行比較和偏差修正，輸出控制薄膜調(diào)節(jié)閥的開度，達到改變進水量的目的，使系統(tǒng)水溫恒定。顯示數(shù)值精確到1%，調(diào)控過程減少了人為因素的影響，滿足連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)要求。

④主機的機頭溫度、壓力由現(xiàn)場傳感器將4～20mA標準信號直接傳送至FCS，解決了硬件接口與傳感器接口不兼容問題，減少了信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，減低了累計誤差。

⑤主機變頻器、喂料機變頻器的轉(zhuǎn)速、電流輸出接口與FCS之間用信號線進行實際連接，使主機轉(zhuǎn)速、主機電流、加料器轉(zhuǎn)速值均能反映現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，滿足生產(chǎn)要求。

⑥通過順控表模塊ST16，按照預(yù)先所定義的控制條件和順序來執(zhí)行相應(yīng)的控制動作，實現(xiàn)了主機自動運轉(zhuǎn)，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速、主機電流、機頭壓力、機頭料溫任一指標超限，則主機自動停車；安全聯(lián)鎖裝置動作之前，增設(shè)有預(yù)報警信號。

（2）安全聯(lián)鎖方面

① CS3000的安全策略——HIS安全策略和用戶安全策略

HIS安全策略：通過指定用戶屬于用戶組以及權(quán)限級別，使各用戶擁有不同的操作監(jiān)視范圍和操作監(jiān)視權(quán)限級。

用戶安全策略：通過用戶登錄和鍵盤操作方式實現(xiàn).通過設(shè)定用戶組的方式，以用戶組為單位設(shè)置操作監(jiān)視的范圍。系統(tǒng)默認兩個組：DEFGRP、 NONEGRP。

②與環(huán)境狀況聯(lián)鎖：用紫外探測器監(jiān)測火情，一旦出現(xiàn)明火，雨淋電磁閥聯(lián)鎖動作，開始下雨，同時聯(lián)鎖停車，以免事態(tài)擴散。

③設(shè)備之間相互聯(lián)鎖：當(dāng)主機停車時，喂料機自動停車；喂料機也能單獨開、停車，以便于清理喂料機內(nèi)的物料。

④自控用的氣源、電源發(fā)生停氣、停電故障時，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的最終狀態(tài)，必須保證工藝操作和運轉(zhuǎn)設(shè)備處于安全狀態(tài)。

⑤自動控制系統(tǒng)中執(zhí)行機構(gòu)的動作形式及調(diào)節(jié)器正反作用的選擇，能確保組成的自動控制系統(tǒng)在突然停電或停氣時，仍滿足生產(chǎn)安全的要求。

⑥重要的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，備有不間斷的供電、供氣裝置。

⑦安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)除有自動控制方式外，還有手動控制方式（如：急停按鈕）。

（3）其它方面

①內(nèi)設(shè)或外掛硬盤等存儲設(shè)備，便于試驗數(shù)據(jù)長期保存。

②設(shè)有232或485通訊接口，可聯(lián)接打印機，對數(shù)據(jù)或報表、畫面打印留存或進行事故分析。

五、結(jié)論

1.在火藥生產(chǎn)中，對雙螺桿設(shè)備進行連續(xù)檢測與控制系統(tǒng)的安全改造是必要的，改造后提高了火藥生產(chǎn)的自動化水平和本質(zhì)安全性，增強了控制的可靠性，滿足火藥生產(chǎn)的安全技術(shù)要求。

2.利用雙螺桿技術(shù)進行可再利用火藥的壓制是可行的。

3.生產(chǎn)工藝技術(shù)與計算機控制技術(shù)的有效結(jié)合，會為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益和安全保障。

參考文獻：

[1]《火藥、炸藥、彈藥、引信及火工品工廠設(shè)計安全規(guī)范》.兵總質(zhì)[1990]2號.

[2]橫河機電DCS—CENTUM CS1000/3000用戶手冊，日本橫河電機（中國）有限公司.

[3]厲玉鳴 主編.《化工儀表及自動化》.化學(xué)工業(yè)出版社.

[4]呂春緒 主編.《爆破器材》，中國科技核心期刊.

[5]《智能控制工程及其應(yīng)用實例》. 化學(xué)工業(yè)出版社

[6]《微型計算機控制技術(shù)》.國防工業(yè)出版社.

注：

基礎(chǔ)產(chǎn)品創(chuàng)新計劃火炸藥專項——可再利用固體推進劑工程化研究，項目編號：A2220061373 （科工局）。

作者簡介：

蘇志永（1971.11-），男，學(xué)士，高級工程師，火炸藥自控技術(shù)。

王鑫磊（1986.10-）， 男，學(xué)士，助理工程師，計算機應(yīng)用。

李成學(xué)（1966.11-）， 男，學(xué)士，工程師，工程管理。

李強，男 ，學(xué)士，工程師，計算機控制技術(shù)。

王宏（1971.10-），女 ，學(xué)士，工程師，火炸藥工藝技術(shù)。