全自動工業(yè)炸藥懸掛軌道輸送系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

摘 要：文章結(jié)合全自動工業(yè)炸藥懸掛軌道輸送系統(tǒng)的開發(fā)背景意義，闡述了系統(tǒng)的工藝技術(shù)路線、主要機械組件結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作原理和控制系統(tǒng)，并介紹了系統(tǒng)在生產(chǎn)實際中的運用情況，無論從功能上還是效率上都滿足了用戶需求，有很高的應(yīng)用性。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；工業(yè)炸藥；軌道懸掛輸送線系統(tǒng)；應(yīng)用性

長期以來，工業(yè)炸藥分建線依靠人工和局部機械化作業(yè)完成，生產(chǎn)過程復(fù)雜、用工多、工效低、工人勞動強度大，而且還存在安全隱患[1-2]。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對工業(yè)炸藥的生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率、質(zhì)量和安全可靠性提出了更高的要求。工業(yè)和信息部在2010年已經(jīng)開始推廣人機隔離、在線監(jiān)測監(jiān)控和自動化控制等安全工業(yè)技術(shù)，同年5月，出臺《工信部關(guān)于民用爆炸物品行業(yè)技術(shù)進步的指導(dǎo)意見》，其中明確指出：制藥工房與裝藥包裝工房分建時，采用自動輸送炸藥方式，具有可靠防傳爆設(shè)施。[3]實現(xiàn)對工業(yè)炸藥分建線的連續(xù)化和自動化作業(yè)，對減少生產(chǎn)線人工操作崗位、提高輸送系統(tǒng)安全性和提高生產(chǎn)效率具有重要意義。

懸掛式軌道輸送裝置是一種具有裝卸和自動輸送功能的實用新型軌道輸送裝置[4]，結(jié)束了工業(yè)炸藥生產(chǎn)工房之間的炸藥輸送只能依靠人工運輸?shù)臍v史，PLC控制技術(shù)和遠程控制技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了全自動化無人控制。

文章設(shè)計的全自動化懸掛軌道輸送系統(tǒng)采用PLC集中管理和分散控制，系統(tǒng)設(shè)有可靠的電氣安全連鎖控制，提高了生產(chǎn)線的連續(xù)化和自動化水平和生產(chǎn)過程的安全可靠性，為工業(yè)炸藥生產(chǎn)全線連續(xù)化全自動化奠定基礎(chǔ)。

1 懸掛式軌道輸送系統(tǒng)設(shè)計原則和工藝簡介

1.1 懸掛式軌道輸送系統(tǒng)設(shè)計原則

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準對工業(yè)炸藥運輸線的有關(guān)要求，并結(jié)合各生產(chǎn)企業(yè)的具體情況，軌道懸掛運輸線的設(shè)計在滿足系統(tǒng)功能的前提下遵循下列基本原則：（1）結(jié)構(gòu)簡單，易操作且維修方便；（2）運行可靠，防腐防爆的安全性能強，防傳爆；（3）適用性強，能適合膏乳、粉狀炸藥、液態(tài)物品等多種產(chǎn)品的輸送，也可根據(jù)廠房靈活布置，可多點位卸料；（4）人機界面易懂、簡單、實用，界面美觀友好；（5）輸送能力大，能耗小；機械組件牢固，使用期限長。

1.2 工藝簡介

1.2.1 系統(tǒng)工藝

本系統(tǒng)為全自動化無人輸送系統(tǒng)，系統(tǒng)提供各種狀態(tài)信息及參數(shù)，可以通過操作盒，對設(shè)備進行手動/自動操作。系統(tǒng)采用先進的控制技術(shù)，系統(tǒng)分自動操作模式和人工手動操作兩種模式，實現(xiàn)了生產(chǎn)運行過程中的無人化自動控制，系統(tǒng)控制采用PLC集中管理、分散控制，并提供了手動操作盒，更好地為使用提供了操作簡單和方便，工位之間的關(guān)聯(lián)部位，系統(tǒng)都有聯(lián)鎖裝置的功能，同時也整體的提高了系統(tǒng)的先進、安全、可靠性。系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

1.2.2 懸掛式軌道輸送系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

工作環(huán)境：適應(yīng)易燃、易爆、劇毒等惡劣環(huán)境。

輸送物料類型：顆粒、液體、粉末、膠狀等。

輸送能力：6T/h。

運行速度：0-90m/min（可調(diào)）。

轉(zhuǎn)彎半徑：≥2m。

坡度：<5°。

動力電源： 三相AC 380V；50Hz。

控制電壓：DC24V；AC220V。

使用年限：15年。

1.2.3 輸送線設(shè)備布局

生產(chǎn)線布局以現(xiàn)場勘測并結(jié)合客戶需求為總原則，在達到使用目的的前提下，并力求做到布局簡單緊湊，便于安裝和維修。

2 系統(tǒng)主要組件機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與工作原理

全自動懸掛輸送系統(tǒng)分為機械部分和控制部分。機械部主要分為物料儲存箱、上料旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、懸掛軌道輸送機構(gòu)、卸料機構(gòu)和周轉(zhuǎn)箱機構(gòu)等。

2.1 物料儲存箱

物料儲存箱如圖2所示。工作原理：從前端輸送來的物料，通過連接出料口的物料儲存箱進入輸送箱。

2.2 上料旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及工作原理

上料旋轉(zhuǎn)機構(gòu)機構(gòu)如圖3所示。工作原理：由前端皮帶輸送來藥通過皮帶的刮料機構(gòu)，使物料掉入運送料斗，通過檢測元件，檢測料斗裝滿后再由旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)90C°空桶掉換，由舉升機構(gòu)將已經(jīng)裝滿藥的料桶舉升起來，運送小車動作到料桶掛裝位置，舉升汽缸下降，即運送小車掛住料桶。

3 懸掛軌道輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點及工作原理

懸掛軌道輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示，懸掛軌道輸送系統(tǒng)由懸掛軌道，輸送小車，驅(qū)動部分、鋼絲繩等組成，其結(jié)構(gòu)特點：（1）懸掛軌道是兩條平行軌道，運行中平穩(wěn)，不會脫軌，上面裝有若干傳感器，可實現(xiàn)輸送小車的速度轉(zhuǎn)化和停車動作；（2）輸送小車密封性能好，防止物料掉出，消除了運行中可能帶來的安全隱患，同時采用了變頻調(diào)速、光點傳感等技術(shù)，自動化程度高，實現(xiàn)遠程操作；（3）驅(qū)動部分及其他元件都采用摩擦不打火材料。系統(tǒng)動作原理：鋼絲繩通過軌道上的上托輪和下托輪與輸送小車連接，鋼絲繩然后再纏繞在驅(qū)動部分的鋼絲繩驅(qū)動輪上，鋼絲繩驅(qū)動輪與減速機和電機連接，電機旋轉(zhuǎn)時，帶動減速機與鋼絲繩驅(qū)動輪一起旋轉(zhuǎn)，拖動鋼絲繩運行，鋼絲繩拖動輸送小車在懸掛軌道上行走，懸掛軌道上裝有若干傳感器，輸送小車可根據(jù)懸掛軌道的各個路段實現(xiàn)輸送小車的快慢速間轉(zhuǎn)換以及停車等動作，驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)可實現(xiàn)輸送小車來回走動。

4 卸料機構(gòu)特點及動作原理

將懸掛輸送車輸送過來的裝滿乳化藥的周轉(zhuǎn)箱卸料至接料斗內(nèi)。卸料機構(gòu)如圖5所示，其結(jié)構(gòu)特點：（1）整過程采用氣缸推動和通過傳感器進行自動定位檢測，在一定時間完成卸料；（2）整個卸料工位密封，防止粉狀物掉出；（3）整個結(jié)構(gòu)簡單緊湊安全，便于保養(yǎng)和維修。

卸料機構(gòu)工作原理，其動作順序如下：（1）當(dāng)接到卸料指令后開門氣缸前伸；（2）小車移動到卸料工位，移動過程中開門氣缸前端的拉桿頭與周轉(zhuǎn)箱的門結(jié)合；（3）小車到位后，定位托架氣缸頂升，通過定位塊使周轉(zhuǎn)箱定位；（4）開門氣缸返回，使門打開；（5）開門氣缸前伸使門關(guān)閉，同時間隙氣缸前伸補償拉桿頭與門的間隙，使門保持原位；（6）定位托架氣缸下降，小車返回上料工位；（7）開門氣缸返回原位。

5 控制系統(tǒng)設(shè)計

5.1 主控設(shè)備

主控設(shè)備主要包括可編程控制器、主令控制器、工控機和顯示器等。控制系統(tǒng)采用PLC集中管理和分散控制，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制和安全保護；配置可視化人機界面，可實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)和工藝參數(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程信息采集、顯示、記錄和控制；配置機械聯(lián)鎖控制和電器聯(lián)鎖控制，提供設(shè)備安全運行保護，并設(shè)有聲光報警裝置。控制系統(tǒng)配置如圖6所示。

5.2 電氣操作

5.2.1 人機界面操作

人機界面是在操作人員和機器設(shè)備之間作雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來處理或監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時可能變化信息的多功能顯示屏幕；可實現(xiàn)設(shè)備的啟動、停止、手動操作等功能。各動作功能如表1所示。

5.2.2 上料部分手動操作

各動作功能如下：

自動：當(dāng)上料設(shè)備需要連續(xù)運行時，轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至自動狀態(tài)。

手動：當(dāng)上料設(shè)備需要人工作業(yè)時，轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至手動狀態(tài)；然后再操作其他按鈕。

召喚：當(dāng)需要料桶回到上料正位置時，請將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動”狀態(tài)，再按“召喚”按鈕約3秒鐘，此時“召喚”按鈕指示燈閃爍，松開按鈕，料桶會慢速移動至上料正位置，按鈕指示燈停止閃爍。

急停：設(shè)備故障或出現(xiàn)異常情況時，請速按下，確保安全。

滑車正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動”狀態(tài)，按下“滑車正轉(zhuǎn)”按鈕，料桶前進移動；按下“滑車反轉(zhuǎn)”按鈕，則料桶反方向運動。

180度旋轉(zhuǎn)啟動/停止：轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動”狀態(tài)，按下“180度旋轉(zhuǎn)啟動”按鈕，上料轉(zhuǎn)盤料桶則旋轉(zhuǎn)180度，此時一個循環(huán)完成，繼續(xù)按下則連續(xù)運行。

90度旋轉(zhuǎn)啟動/停止：此按鈕主要是在進行料桶清理時使用，轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動”狀態(tài)，按下“90度旋轉(zhuǎn)啟動”按鈕，上料轉(zhuǎn)盤料桶則旋轉(zhuǎn)90度，進行料桶人工清理，此時一個循環(huán)完成，繼續(xù)按下則連續(xù)運行。

料桶上升/下降：轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動”狀態(tài)，按下“料桶上升”按鈕，料桶上升定位，反之下降。

出料口打開/關(guān)閉：轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動”狀態(tài)，按下“出料口打開”按鈕，落料口打開，藥落入料桶內(nèi)，反之關(guān)閉。

集合式指示燈：懸掛輸送線運行狀態(tài)及故障指示，根據(jù)集合式指示燈的內(nèi)容，可以了解料桶的運行狀態(tài)、移動位置，故障現(xiàn)象等。

5.2.3 卸料部分手動操作

各動作功能如下：

自動：當(dāng)卸料設(shè)備需要連續(xù)運行時，轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至自動狀態(tài)。

手動：當(dāng)卸料設(shè)備需要人工作業(yè)時，轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至手動狀態(tài)；然后再操作其它按鈕。

召喚：當(dāng)需要料桶回到卸料正位置時，請將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動”狀態(tài)，再按“召喚”按鈕約3秒鐘，此時“召喚”按鈕指示燈閃爍，松開按鈕，料桶會慢速移動至用戶需要的卸料正位置，按鈕指示燈停止閃爍。

急停：設(shè)備故障或出現(xiàn)異常情況時，請速按下，確保安全。

滑車正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動”狀態(tài)，按下“滑車正轉(zhuǎn)”按鈕，料桶前進移動；按下“滑車反轉(zhuǎn)”按鈕，則料桶反方向運動。

料桶定位上升/下降：轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動”狀態(tài)，按下“料桶定位上升”按鈕，上升氣缸動作，將料桶頂起定位，反之則料桶下降。

長氣缸伸出/返回：轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動”狀態(tài)，按下“長氣缸伸出”按鈕，長氣缸伸出勾住料桶的底板，然后按下“長氣缸返回”按鈕，料桶底板打開，藥料落入裝藥機斗內(nèi)，卸料完成。

短氣缸伸出/返回：主要是用于料桶底板在關(guān)閉時，可能產(chǎn)生間隙，將底板密閉進行設(shè)置的動作；轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動”狀態(tài)，首先讓長氣缸伸出勾住料桶底板將其關(guān)閉，再按下“短氣缸伸出”按鈕，料桶底板密閉，此時料桶方可移動進行再作業(yè)裝料。

集合式指示燈：懸掛輸送線運行狀態(tài)及故障指示，根據(jù)集合式指示燈的內(nèi)容，可以了解料桶的運行狀態(tài)、移動位置，故障現(xiàn)象等。

5.2.4 電氣安全聯(lián)鎖控制

設(shè)備安全運行保護有機械聯(lián)鎖控制和電氣聯(lián)鎖控制兩種保護方式，機械保護方式一般采用過載保護器及防護欄桿。電氣保護方式主要包括以下幾個方面：各上料、卸料工位裝有緊急停止按鈕，當(dāng)異常情況發(fā)生時壓下，給出停機信號；在通道兩側(cè)裝有雙向拉繩開關(guān)，是用于輸送設(shè)備緊急事故停機的一種保護裝置。當(dāng)緊急事故發(fā)生時，在現(xiàn)場任意處啟動拉繩開關(guān)，均可發(fā)生停機信號；在懸掛兩端設(shè)有兩極限位保護裝置，一級限位采用近接傳感器保護，二級限位保護切斷控制主電源，確保系統(tǒng)的安全可靠性；編碼、程序軟件智能保護，通過絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器、可編程序的邏輯運算，實現(xiàn)對懸掛輸送距離的過程保護；裝有BBJ系列防爆聲光報警器，高亮LED光源，聲音強度高達90dB。

6 懸掛軌道工業(yè)炸藥輸送系統(tǒng)的應(yīng)用性

全自動工業(yè)炸藥軌道懸掛輸送系統(tǒng)已經(jīng)通過技術(shù)成果驗收，并在浙江凱特震凱分公司、河南松光民爆輝縣公司等民爆企業(yè)成功投入使用，通過2年來的現(xiàn)場運行檢驗，軌道懸掛輸送系統(tǒng)解決了三個問題：（1）整個輸送系統(tǒng)材料和元件都是摩擦不打火防爆型材料，動力機構(gòu)及控制系統(tǒng)位于防爆區(qū)，實現(xiàn)自動化輸送，提高了炸藥本質(zhì)安全性；（2）原來手工作業(yè)同樣產(chǎn)量需3個人推車完成，現(xiàn)只需1人巡檢，減少了現(xiàn)場操作人員用工多、勞動強度大，同時當(dāng)不可預(yù)見性事故發(fā)生時，減少人員傷亡；（3）為工業(yè)炸藥生產(chǎn)全線實現(xiàn)連續(xù)化、全自動奠定基礎(chǔ)。軌道懸掛輸送線作為一種物料自動輸送設(shè)備，它的系統(tǒng)工藝、機械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)等在生產(chǎn)運行中禁得起檢驗，性能良好，各項指標(biāo)都達到了設(shè)計要求，實現(xiàn)了制藥工房與裝藥工房之間的安全化、自動化、連續(xù)化運輸，無論從功能上還是效率上都滿足了用戶需求，具有很高的應(yīng)用性。

7 結(jié)束語

懸掛軌道輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，功能性強，采用了先進的PLC集散控制技術(shù)和可視化人機界面，系統(tǒng)有自動操作和人工操作兩種模式，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程中的全自動化控制和遠程監(jiān)控。在工位之間的關(guān)聯(lián)部位，系統(tǒng)都設(shè)有機械聯(lián)鎖控制和電氣聯(lián)鎖控制裝置，提高了系統(tǒng)的安全可靠性，同時通過對懸掛軌道輸送系統(tǒng)的應(yīng)用效果分析，證明了它有較高的適用價值和推廣價值。

參考文獻

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