乳化炸藥油水相連續(xù)自動配料系統(tǒng)的研究

胡圣邦，劉冬水

（江西吉安國泰特種化工有限責(zé)任公司，吉安 343136）

?

乳化炸藥油水相連續(xù)自動配料系統(tǒng)的研究

胡圣邦，劉冬水

（江西吉安國泰特種化工有限責(zé)任公司，吉安 343136）

摘 要：以乳化炸藥油相和水相為研究對象，闡述了乳化炸藥油相和水相制備以及配比過程的自動控制系統(tǒng)，對乳化炸藥生產(chǎn)自動化程度的提高具有參考和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：乳化炸藥；集散控制；模糊PID控制；安全控制

0　引言

乳化炸藥自上世紀(jì)70年代發(fā)展以來，在我國經(jīng)歷了由間斷式乳化工藝向連續(xù)化生產(chǎn)發(fā)展的道路。在乳化炸藥生產(chǎn)過程中，要求油相和水相性能和狀態(tài)穩(wěn)定，且油相水相要以準(zhǔn)確的比例連續(xù)輸送經(jīng)預(yù)混合后進(jìn)入乳化器乳化，才能達(dá)到最佳的乳化效果。傳統(tǒng)乳化炸藥半連續(xù)或連續(xù)式生產(chǎn)，油水相配料分別采用泵送系統(tǒng)，通過設(shè)置固定流量值泵入預(yù)混器及乳化器，當(dāng)油水相溫度變化或輸送泵葉片磨損時，配比常常發(fā)生變化，引起產(chǎn)品質(zhì)量波動，且生產(chǎn)過程工藝參數(shù)不控制或簡單控制不形成聯(lián)鎖，安全性差。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國乳化炸藥連續(xù)化、自動化技術(shù)不斷發(fā)展，新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)。以PLC為基礎(chǔ)的自動控制技術(shù)，通過PID閉環(huán)模糊控制，能準(zhǔn)確調(diào)節(jié)乳化炸藥油水相流量配比，確保油水相連續(xù)穩(wěn)定輸送，穩(wěn)定提高乳化炸藥產(chǎn)品質(zhì)量。同時PLC對整個配料輸送過程工藝參數(shù)實(shí)施安全聯(lián)鎖控制，可保證生產(chǎn)過程安全。

1　油水相工藝流程

1.1工藝流程

本系統(tǒng)油水相的配制配比為連續(xù)化生產(chǎn)工藝，其工藝流程如圖1所示。

圖1　油水相工藝流程圖

1.2油相配制

復(fù)合蠟經(jīng)熔蠟槽熔化后流入熔化罐，熔化罐攪拌裝置開啟，同時計(jì)量加入乳化劑，充分混合均勻，此時油相熔化罐進(jìn)汽閥開啟，并控制進(jìn)汽壓力≤0.4Mpa，溫度控制在80℃～85℃。油相溫度達(dá)到80℃～85℃時，進(jìn)汽閥門關(guān)閉，停止加熱。在余汽的作用下，油相溫度升到85℃～90℃，并根據(jù)油相儲罐存量控制油相熔化罐下料閥，將油相放入油相儲罐，同時熔化罐攪拌裝置關(guān)閉，油相儲罐攪拌裝置開啟，并通過對油相儲罐進(jìn)汽閥控制油相溫度保持在85℃～90℃。生產(chǎn)開始后，根據(jù)油相存量決定是否停止攪拌。

1.3水相配制

將水經(jīng)計(jì)量罐計(jì)量后加入水相溶化罐，同時開啟水相溶化罐蒸汽閥門，蒸汽壓力≤0.4Mpa，水相溶解罐攪拌裝置開啟，水溫達(dá)到50℃以上時，加入定量硝酸鈉，同時開啟液態(tài)硝酸銨下料閥，將液態(tài)硝酸銨加入水相溶化罐，待液態(tài)硝酸銨加到規(guī)定量是，自動關(guān)閉液態(tài)硝酸銨下料閥。在不斷加熱攪拌的條件下，當(dāng)水相溫度達(dá)到80℃～85℃時，進(jìn)汽閥門關(guān)閉，利用余汽使水相溫度升溫到85℃～90℃。根據(jù)水相儲罐存量決定是否打開水相溶化罐下料閥，將溶化液放入水相儲罐，同時水相溶化罐攪拌裝置關(guān)閉，水相儲罐攪拌裝置開啟，將水相溫度保持在85℃～90℃，生產(chǎn)開始后停止攪拌。

1.4油相和水相的輸送

最后由輸送泵將油水相儲罐中配制好的油水相按比例連續(xù)輸入預(yù)混裝置，然后進(jìn)入乳化器乳化。

2　工藝過程自動控制的實(shí)現(xiàn)

整個配料過程控制系統(tǒng)采用組態(tài)監(jiān)控上位機(jī)、PLC+模塊、現(xiàn)場控制環(huán)節(jié)組成三層結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)，上位機(jī)與控制器兩者之間用RS422與RS232轉(zhuǎn)換接口連接，變送和執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，上層控制系統(tǒng)對生產(chǎn)線進(jìn)行遠(yuǎn)控?？偪刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

油相和水相溶解罐都裝有稱重系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測配料重量，當(dāng)溶解罐中物料達(dá)到要求時，自動停止進(jìn)料。在油相熔化罐、油相儲罐、水相溶化罐和水相儲罐都裝有溫度變送器和蒸汽電動閥，通過控制器構(gòu)成獨(dú)立的閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制油水相配制各個環(huán)節(jié)的溫度。在水相和油相通道上各裝有一個輸送泵和流量計(jì)，通過PID可編數(shù)顯量程儀表與變頻器構(gòu)成2個閉環(huán)流量控制系統(tǒng)。控制器通過比較流量變送器與給定流量信號的大小，去控制變頻器頻率，以控制輸送泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，來控制流量。這樣就可以達(dá)到準(zhǔn)確控制油相和水相進(jìn)入乳化器的比例。油水相輸送泵電機(jī)轉(zhuǎn)速由變頻器控制，攪拌電機(jī)和輸送電機(jī)通過接觸器控制啟停，接觸器的吸合與釋放由可編程控制器控制。

3　油水相流量的閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1傳統(tǒng)PID控制

PID控制是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制的控制策略，其特點(diǎn)主要有原理簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，魯棒性強(qiáng)，易于操作。常規(guī)PID控制器是按照偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）的線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進(jìn)行控制。它通過對PID三個參數(shù)的整定，就能獲得很好的控制效果。事實(shí)證明，PID控制算法對絕大部分工業(yè)過程的控制對象都能獲得較好的控制效果，而在一些實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于受到參數(shù)整定方法繁雜的困擾，PID控制器的參數(shù)往往整定不良而影響控制效果，被控對象特性變化較大時，需要重新整定參數(shù)，以保證系統(tǒng)的性能，因此傳統(tǒng)PID對難以建模且無法取得傳遞函數(shù)的系統(tǒng)難以適應(yīng)。

3.2模糊PID控制

圖2　配料系統(tǒng)自動控制結(jié)構(gòu)框圖

工業(yè)炸藥生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，干擾較多，被控對象參數(shù)容易發(fā)生變化，因此需要對參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，傳統(tǒng)PID控制器無法實(shí)現(xiàn)參數(shù)的在線調(diào)整，為此在傳統(tǒng)PID的基礎(chǔ)上加設(shè)模糊參數(shù)自整定控制器，使其根據(jù)系統(tǒng)的偏差的大小、方向、以及變化趨勢等特征，通過Fuzzy推理作出相應(yīng)決策，自動的在線調(diào)整PID的三個參數(shù)ΔKP，ΔKI，ΔKD，以便達(dá)到更加滿意的控制效果的目的。利用模糊控制系統(tǒng)來自動調(diào)整被控對象參數(shù)，使被控對象處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)［3］。模糊PID控制原理圖如圖3所示。

圖3　模糊PID控制原理圖

通過流量計(jì)測出的流量值與給控制器設(shè)定的值相比較，形成反饋回路，其誤差和誤差變化作為輸入量，通過模糊PID控制器模糊推理處理后，得到控制量。采用模糊PID控制，過程超調(diào)量小，響應(yīng)速度快，過程過渡時間短，控制精度高。利用模糊PID控制系統(tǒng)，可以精確控制油相和水相輸出泵轉(zhuǎn)速，輸出穩(wěn)定的流量，保證了配方配比。油水相流量控制系統(tǒng)作為配料系統(tǒng)的核心，為乳化提供了精確穩(wěn)定的油水相輸入，使乳化的質(zhì)量進(jìn)一步穩(wěn)定和提高，并可以根據(jù)產(chǎn)能需求隨時調(diào)整油水相的流量大小。產(chǎn)品產(chǎn)能與油水相參數(shù)關(guān)系如表1所示。

表1　產(chǎn)能對應(yīng)油水相調(diào)節(jié)參數(shù)

4　安全設(shè)計(jì)

整個配料系統(tǒng)的工藝參數(shù)以及設(shè)備的運(yùn)行狀況都利用PLC數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口輸入上位機(jī)，通過組態(tài)軟件的以畫面形式顯示出來，整個過程形象生動，可以實(shí)時監(jiān)控整個配料過程。PLC對整個配料過程實(shí)施自動控制和安全聯(lián)鎖控制，隨時對各電機(jī)過流過載、油水相流量大小及斷流、物料溫度、冷卻水?dāng)嗔鞯裙收献龀雠袛嗖⒓磿r處理，保證生產(chǎn)過程的安全進(jìn)行［4］。

5　生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果對比

本油水相配料系統(tǒng)在江西吉安國泰特種化工有限責(zé)任公司已經(jīng)使用以來，累計(jì)生產(chǎn)工業(yè)乳化炸藥2萬余噸。生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用連續(xù)自動配料系統(tǒng)較間斷配料系統(tǒng)相比有以下主要特點(diǎn)：

1）現(xiàn)場操作人員減少，且人工勞動強(qiáng)度低；

2）生產(chǎn)調(diào)節(jié)方便快捷，可以在控制室PID界面設(shè)定油水相流量來調(diào)節(jié)產(chǎn)能；

3）系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，整個過程安全聯(lián)鎖；

4）運(yùn)用這一配料系統(tǒng)生產(chǎn)出來的乳化產(chǎn)品質(zhì)量性能更穩(wěn)定，性能衰減慢。

其他條件同等情況下，間斷配料系統(tǒng)與連續(xù)自動配料系統(tǒng)生產(chǎn)出的乳化產(chǎn)品主要性能對比如表2所示。

表2　間斷式與連續(xù)自動配料系統(tǒng)對產(chǎn)品性能的影響對比

6　結(jié)束語

采用以PLC為基礎(chǔ)的自動控制系統(tǒng)，通過模糊PID智能控制調(diào)節(jié)乳化炸藥油水相的輸送量，實(shí)現(xiàn)了乳化炸藥生產(chǎn)過程中油水相的連續(xù)準(zhǔn)確配料，自動化程度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，其安全聯(lián)鎖設(shè)計(jì)則保證了生產(chǎn)過程的安全。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 汪旭光.乳化炸藥［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1993.

［2］ 何衍慶.集散型控制系統(tǒng)原理及應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［3］ 湯紅誠，李著信，王正濤，張曉清，蘇毅.一種模糊PID控制系統(tǒng)［J］.黑龍江：電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2005.

［4］ 吳龍祥，裴海興.乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)工藝安全性淺析［J］.爆破器材，2003.32（2）：3-8.

Research on automatic suspension conveying system of emulsion explosives

HU Sheng-bang， LIU Dong-shui

中圖分類號：TQ560.5；TP27

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-0134（2016）05-0066-03

收稿日期：2015-07-23

作者簡介：胡圣邦（1984 -），男，自動化工程師，本科，主要從事工業(yè)炸藥自動化技術(shù)工作。