基于PLC的乳化炸藥生產安全聯動控制系統研究

胡圣邦，郭佳甲

(江西吉安國泰特種化工有限責任公司,江西 吉安 343136)

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基于PLC的乳化炸藥生產安全聯動控制系統研究

胡圣邦，郭佳甲

(江西吉安國泰特種化工有限責任公司,江西 吉安 343136)

摘要：乳化炸藥生產安全聯動控制系統以PLC控制器為核心，通過對乳化炸藥生產線設備運行參數進行在線檢測、采集和分析，實現乳化炸藥生產線的設備聯動控制，使乳化制藥和裝藥的速度與包裝效率匹配。該系統建立了裝藥機控制系統和制藥控制系統的聯系，讀取裝藥機每分鐘裝藥根數、設備狀態信號、電機和溫度等數據，在包裝出現故障的情況下，根據不同的情況遠程自動調節裝藥機裝藥能力，實現了乳化炸藥生產全線的安全聯鎖，保障了生產線的安全生產及生產效率。

關鍵詞：乳化炸藥可編程控制器安全聯動

乳化炸藥是借助乳化劑的作用，使氧化劑鹽類水溶液的微滴均勻分散在含有分散氣泡或空心玻璃微珠等多孔物質的油相連續介質中，形成一種油包水型的乳膠狀炸藥，是20世紀70年代發展起來的新型工業炸藥[1]。近幾年，乳化炸藥發展迅速，生產線自動化程度有了大幅提高，但是有些設備適用能力低，連續化、自動化程度不高，甚至出現失控，一些炸藥生產廠家監控形同虛設[2]。基于PLC的乳化炸藥生產安全聯動控制系統以S7-300 PLC控制器為核心，對乳化炸藥生產線設備運行參數進行在線檢測、采集和分析，生產現場和監控中心兩地監控，實現生產線設備聯動控制，系統穩定可靠，有效提高了生產線本質安全水平及生產效率。

1乳化炸藥工藝簡述

乳化炸藥生產主要包括水相溶液制備、油相溶液制備、油水相溶液儲備、連續乳化、敏化、裝藥、涼藥、包裝等工序，其工藝流程如圖1所示。

圖1　乳化炸藥生產工藝流程示意

根據乳化炸藥生產工藝，將液態硝酸銨輸入水相溶解罐，并加入適量的水，達到工藝要求后放入水相儲罐待用；油相熔化后達到工藝要求時放入油相儲罐待用。水油相儲罐中介質由輸送泵按工藝要求配比輸入預乳機乳化，預乳液由基質泵輸入精乳器進行精乳，精乳基質經連續敏化后裝藥，藥卷經水池冷卻后進入包裝，裝完箱后轉運到中轉庫或成品庫里[3]。

2聯動控制系統方案

2.1基本功能

實現乳化炸藥生產線的設備聯動，乳化和裝藥的速度與包裝效率匹配： 包裝產能降低，涼藥皮帶減速，裝藥機產能降低，乳化產能降低；包裝故障或者停機，皮帶和裝藥自動停止，乳化延時停機。產能匹配可在控制室界面顯示，系統能檢測在線存藥量，當在線存藥量超量時，控制室提示報警，延時或停止制藥工序。

2.2控制系統結構

生產線由獨立的水、油相制備間，預乳間，裝藥間，冷卻水池，包裝間組成。整個系統的結構如圖2所示。

圖2　乳化炸藥生產聯動控制系統結構示意

系統采用S7-300 PLC控制器進行核心控制，上位機采用工業以太網進行通信，觸摸屏、變頻器、遠程控制點采用Profibus總線通信技術，這種工業通信方法可以快速傳送溫度壓力等數據信號和設備開關等控制信號[4]。不同工序的控制器通過建立通信后進行數據交換，當一個工序的設備出現問題后，各個工序的設備能根據預先定義的處理步驟，對相應的設備自動進行調整。

2.3設計方案

使生產過程中的沖洗、過濾器排污、基質泵調速、粗乳器調速等過程通過氣動閥實現自動控制。包裝系統的運轉、故障、停止及產能信號通過通信電纜傳輸到PLC系統[5]。包裝系統傳送過來的信號主要包括機械手狀態信號、機械手每分鐘抓取速度、包裝要求減產信號、包裝要求停機信號以及普通報警信號等。

建立裝藥機控制系統和制藥控制系統的聯系，讀取裝藥機每分鐘裝藥根數、設備狀態信號、電機和溫度等數據，在包裝出現故障的情況下，根據不同的情況遠程自動調節裝藥機裝藥能力。涼藥皮帶由變頻器控制，使皮帶能根據產能匹配參數自動調速，當包裝線出現故障或者收到要求皮帶降速的請求后自動調節皮帶速度。

2.4聯動關鍵點

生產線的PLC控制系統能確保乳化、敏化裝藥和皮帶的調速，關鍵在于包裝系統如何提高綜合的包裝效率。包裝是個大的綜合性系統，涉及運轉皮帶、機械手、開箱機、說明書投放機、打包機等的運轉。任何一個節點故障，都會造成包裝速度的降低，因而包裝信號的準確性將影響到整個生產線聯動調節的性能。根據包裝系統提供信息的類型，劃分為以下幾類信號，制藥系統根據收到的不同信號，對前端制藥和裝藥進行調節[6]。

1) 報警信號。對于可以短時間內解決的故障，控制室只報警，使皮帶降速，但裝藥機及前面工序繼續運行，同時在控制室增加語音報警提示，當包裝線出現故障后提醒操作人員。

2) 減產信號。當出現要求降低產能的請求后，制藥與裝藥間自動降低產能，降低產能的百分比由包裝間請求來決定，同時控制室語音提示降低產能請求。降低產能請求分為3個等級： 降低正常產能的20%、降低正常產能的50%、正常生產產能。

3) 嚴重故障信號。已經明確故障短時間不能解決，需要全線停機處理，控制室接收到此信號后立即停止全線設備工作。

3保證系統可靠性采取的措施

系統主要采用了以下方法以提高其可靠性及安全性。

1) 在器件選型方面，使用穩定、可靠的元器件，降額使用電氣元器件，減少偶然失效情況的發生。

2) 減少電磁干擾，通過濾波、屏蔽、隔離和接地等客觀途徑減少周圍環境電磁干擾。

3) 采用PLC軟件濾波抗干擾技術提高系統的抗干擾能力。

4) 急停按鈕直接控制執行元件以迅速處理突發安全事故。

5) 重要開關量信號直接接入相應器件常閉觸點，保證PLC即時做出反應。

6) 確保PLC輸入、輸出的短路及漏電保護措施有效[7]。

4結束語

采用以PLC為核心的自動控制系統，結合可靠的檢測設備，可以采集真實的現場數據，通過PLC的編程控制和聯鎖保護，使設備可靠運行，工藝得以精確實現，加之組態軟件的配合和報警，控制更加完善和多功能化。

參考文獻:

[1]汪旭光.乳化炸藥[M].北京： 冶金工業出版社,1993.

[2]苗戰穎，董桂林，邵江華,等.淺談影響我國乳化炸藥發展的因素[J].煤礦爆破,2004(04)： 26-27.

[3]陳之功，吳龍祥，潘濤，等.自控技術在乳化炸藥連續化生產線中的應用[J].金屬礦山,2015(11)： 43-45.

[4]周鳴,曲凌.PROFIBUS總線技術及其應用[J].煤炭工程,2004(06)： 99-101.

[5]李紹銘,閆暉.基于S7300的行車電機狀態數據采集系統設計[J].自動化與儀器儀表,2010(02)： 34-35.

[6]王朝夕,鄧麗,費敏銳,等.分布式自動化生產線控制系統中上位機與PLC之間的通信方法[J].儀表技術,2013(11)： 24-28.

[7]段蘇振.提高PLC控制系統可靠性的設計因素[J].電氣傳動,2003,33(05)： 45-49.

[8]田紅芳,王歡.西門子300PLC及上位機控制系統在電線生產線的應用[J].儀表技術與傳感器,2007(03)： 40-41.

作者簡介：胡圣邦(1984—)，男，現就職于江西吉安國泰特種化工有限責任公司，主要從事工業炸藥自動化技術工作，任自動化工程師。

中圖分類號：TP273

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2016)03-0087-02

稿件收到日期： 2015-12-19，修改稿收到日期： 2016-03-28。