李長(zhǎng)安，韓培君

(廣東宏大民爆集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 511300)

乳化炸藥，作為一種W/O型含水工業(yè)炸藥，不僅具有組分簡(jiǎn)單，原材料來(lái)源廣，加工簡(jiǎn)便及成本較低等特點(diǎn)，而且還具有較好的爆轟性能及抗水特性，因此，自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，得到世界各國(guó)民爆行業(yè)的競(jìng)相研究與推廣[1-2]。目前，乳化炸藥生產(chǎn)線已基本實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)，但在某些生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)控方面仍存在薄弱環(huán)節(jié)，如溫度、液位、壓力及流量等生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)測(cè)方面自動(dòng)化程度及集成度不高，有些仍需人工輔助看守[3-7]。當(dāng)生產(chǎn)線某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)企業(yè)對(duì)整條生產(chǎn)線通常采取人工停機(jī)的方式來(lái)對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行處理，故障排除后，再采用人工開機(jī)方式來(lái)恢復(fù)生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)。這種靠人工停機(jī)和開機(jī)方式不僅無(wú)法在故障發(fā)生時(shí)第一時(shí)間采取有效行動(dòng)，造成資源浪費(fèi)，甚至出現(xiàn)安全隱患，而且需要生產(chǎn)線時(shí)刻有人值守，增大企業(yè)人工成本，更不符合企業(yè)生產(chǎn)線向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展的趨勢(shì)。因此，研究乳化炸藥生產(chǎn)線全線安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)防止人工操作失誤或操作不及時(shí)等引起的安全生產(chǎn)事故，提升乳化炸藥生產(chǎn)線本質(zhì)安全水平具有重要意義[8- 9]。

1 生產(chǎn)工藝

以廣東宏大民爆集團(tuán)有限公司本部車間JWL-III型乳化炸藥連續(xù)化自動(dòng)生產(chǎn)線為例，采用高溫靜態(tài)乳化技術(shù)，其生產(chǎn)工藝[10]為：

1)水相配制：將氧化劑硝酸鈉與水按比例溶解混合，通蒸汽間接加熱和保溫。過(guò)程中溫度由自動(dòng)控溫閥閉環(huán)控制，使其達(dá)到工藝溫度值。

2)油相配制：油相材料、乳化劑按比例泵送至油相儲(chǔ)罐，通蒸汽間接加熱和保溫，由控溫閥調(diào)節(jié)來(lái)保持溫度備用。

3)泵送預(yù)乳：生產(chǎn)前對(duì)工藝管路用熱水保溫，具備生產(chǎn)條件后，同時(shí)開啟水相泵、油相泵。水相油相溶液經(jīng)過(guò)濾器、水相管路、閥、泵及流量計(jì)，送入預(yù)乳罐，在預(yù)乳攪拌由慢即快的作用下,水油相相互滲透，形成油包水透亮的乳化基質(zhì)。

4)靜態(tài)混合：預(yù)乳后的膠體基質(zhì)由基質(zhì)泵打入靜態(tài)混合器。在基質(zhì)泵的壓力下，基質(zhì)在靜態(tài)混合器里，充分混合，沒(méi)有任何機(jī)械的作用，沒(méi)有任何摩擦，從根本上消除了乳膠制造的危險(xiǎn)因素。通過(guò)基質(zhì)泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，能保持預(yù)乳罐的料位較穩(wěn)定的高度，以便充分乳化。

5)敏化：基質(zhì)從靜態(tài)混合器出來(lái)后進(jìn)入乳膠泵的料倉(cāng)，乳膠泵在裝藥機(jī)允許開機(jī)的條件下才可以開機(jī)，乳膠泵往裝藥機(jī)泵送乳膠的過(guò)程中，發(fā)泡劑泵同時(shí)啟動(dòng)，發(fā)泡劑的加入量為按照比例自動(dòng)跟蹤乳膠泵泵送的乳膠流量。

2 監(jiān)測(cè)參數(shù)

乳化炸藥生產(chǎn)工藝流程主要分為水/油相制備、乳化及敏化工藝三部分。其中，涉及到生產(chǎn)工藝安全管控方面的參數(shù)主要包括物料溫度及液位、泵送壓力及流量、電機(jī)轉(zhuǎn)速和基質(zhì)流動(dòng)速率參數(shù)。上述參數(shù)不僅關(guān)系到生產(chǎn)線的安全生產(chǎn)，而且對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及性能也具有較大影響。因此，本文設(shè)計(jì)的乳化炸藥生產(chǎn)線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涉及的監(jiān)測(cè)參數(shù)主要包括水相/油相儲(chǔ)罐的液位、水相/油相儲(chǔ)罐的溫度、水相/油相輸送泵的壓力、水相/油相管道內(nèi)的輸送流量、乳化器的轉(zhuǎn)速、軸流泵內(nèi)基質(zhì)輸送的壓力、敏化溫度及管道內(nèi)敏化基質(zhì)流動(dòng)速率等生產(chǎn)工藝參數(shù)。

3 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)乳化炸藥生產(chǎn)線油/水相儲(chǔ)罐液位及溫度、各環(huán)節(jié)工藝泵送壓力、乳化機(jī)轉(zhuǎn)速、油/水相流量、敏化溫度、基質(zhì)密度及溫度等生產(chǎn)工藝狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)信息遠(yuǎn)程傳輸至監(jiān)控端，同時(shí)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)乳化炸藥生產(chǎn)工藝動(dòng)態(tài)顯示、實(shí)時(shí)報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。

3.1 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件組成可分為數(shù)據(jù)采集、中繼處理和遠(yuǎn)程監(jiān)控三部分，其運(yùn)行原理示意圖如圖1所示。其中，數(shù)據(jù)采集部分主要包含溫度、壓力、液位、流量、轉(zhuǎn)速及速率變送器；中繼處理部分核心組成為AT89C55WD單片機(jī)，還包含電信號(hào)處理中繼器、參數(shù)對(duì)照模塊、液晶顯示及聲光報(bào)警模塊；遠(yuǎn)程監(jiān)控部分核心處理元件為工控機(jī)軟件程序，其將從中繼處理區(qū)塊接收的電信號(hào)進(jìn)行分析處理后向下分別傳輸至人機(jī)交互界面(方便人工做出決策)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)打印模塊及聲光報(bào)警模塊。

圖1 安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件組成示意圖

3.1.1 監(jiān)測(cè)信號(hào)的采集

隨著乳化炸藥生產(chǎn)線自動(dòng)化程度的提高，生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)相關(guān)線路的鋪設(shè)逐漸增多，同時(shí)，生產(chǎn)場(chǎng)所涉及到多處電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，造成乳化炸藥生產(chǎn)環(huán)境中電磁干擾逐漸嚴(yán)重，且末端線路采集的監(jiān)測(cè)信號(hào)通常需要遠(yuǎn)距離傳輸至控制器，因此，提高監(jiān)測(cè)信號(hào)在電路中的抗干擾能力同樣重要。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知[7]，電流輸出型傳感器的抗電磁干擾能力較電壓輸出型更好，因此，本系統(tǒng)中涉及的監(jiān)測(cè)參數(shù)傳感器均采用電流輸出型，工作范圍為5～25 mA。監(jiān)測(cè)傳感器輸出的電流采集信號(hào)經(jīng)采樣電阻轉(zhuǎn)換為1～5 V 的采集信號(hào)傳送至A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器處理后再輸出數(shù)字信號(hào)至89C55WD單片機(jī)進(jìn)行處理。

3.1.2 采集信號(hào)的處理

中繼處理區(qū)塊中89C55WD單片機(jī)對(duì)接收到的所有監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析處理，將分析數(shù)據(jù)傳送至液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示，并將分析數(shù)據(jù)與乳化炸藥生產(chǎn)工藝參數(shù)標(biāo)定范圍值進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)值處于標(biāo)定范圍值外部時(shí)，分析處理中心擴(kuò)展I/O接口輸出高電平，并通過(guò)光電耦合器驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警裝置發(fā)出警報(bào)，提示現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)生產(chǎn)異常部位進(jìn)行檢查和處理。同時(shí)，單片機(jī)將信息處理結(jié)果通過(guò)中繼器傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控區(qū)塊中的工控機(jī)監(jiān)測(cè)中心，并在工控機(jī)人機(jī)交互界面實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。另外，工控機(jī)對(duì)于異常數(shù)據(jù)信息也可啟動(dòng)聲光報(bào)警裝置，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)單元的遠(yuǎn)程監(jiān)控及聲光報(bào)警。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)示意圖如圖2所示。具體工作原理為：系統(tǒng)連通后，中繼處理區(qū)塊中的單片機(jī)首先對(duì)系統(tǒng)組成各部分進(jìn)行初始化設(shè)置，并保存乳化炸藥生產(chǎn)工藝參數(shù)標(biāo)定范圍值。隨著乳化炸藥各生產(chǎn)工序的開始運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)同步開始對(duì)各主要生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，即系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集區(qū)塊通過(guò)布置于各工序點(diǎn)的傳感器開始自動(dòng)采集被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度、液位、壓力、流量和轉(zhuǎn)速等生產(chǎn)參數(shù)。各工序點(diǎn)傳感器將采集到的電信號(hào)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)接收的電信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算后傳輸至液晶顯示器，并將分析后的數(shù)據(jù)與生產(chǎn)工藝標(biāo)定范圍值進(jìn)行對(duì)比。最后，單片機(jī)通過(guò)中繼器與遠(yuǎn)程監(jiān)控區(qū)塊的工控機(jī)監(jiān)測(cè)中心連接，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警。

圖2 系統(tǒng)軟件工作原理示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

該套安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已在廣東宏大民爆集團(tuán)有限公司本部車間乳化炸藥生產(chǎn)線進(jìn)行調(diào)試并投入運(yùn)用。通過(guò)應(yīng)用以來(lái)的連續(xù)監(jiān)測(cè)和校對(duì)，乳化炸藥生產(chǎn)線全線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測(cè)各主要工序的生產(chǎn)工況，對(duì)生產(chǎn)異常情況能夠準(zhǔn)確定位并發(fā)出警報(bào)，極大提高了乳化炸藥生產(chǎn)線本質(zhì)安全水平。同時(shí)，該套安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的投入應(yīng)用有效減輕了現(xiàn)場(chǎng)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)安全事故發(fā)生率，有效提高了公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。