全自動工業炸藥懸掛軌道輸送系統的設計與應用

摘 要：文章結合全自動工業炸藥懸掛軌道輸送系統的開發背景意義，闡述了系統的工藝技術路線、主要機械組件結構設計及工作原理和控制系統，并介紹了系統在生產實際中的運用情況，無論從功能上還是效率上都滿足了用戶需求，有很高的應用性。

關鍵詞：控制系統；工業炸藥；軌道懸掛輸送線系統；應用性

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

隨著科學技術的不斷發展，對工業炸藥的生產線的生產效率、質量和安全可靠性提出了更高的要求。工業和信息部在2010年已經開始推廣人機隔離、在線監測監控和自動化控制等安全工業技術，同年5月，出臺《工信部關于民用爆炸物品行業技術進步的指導意見》，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，具有可靠防傳爆設施。[3]實現對工業炸藥分建線的連續化和自動化作業，對減少生產線人工操作崗位、提高輸送系統安全性和提高生產效率具有重要意義。

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]，結束了工業炸藥生產工房之間的炸藥輸送只能依靠人工運輸的歷史，PLC控制技術和遠程控制技術的應用，實現了全自動化無人控制。

文章設計的全自動化懸掛軌道輸送系統采用PLC集中管理和分散控制，系統設有可靠的電氣安全連鎖控制，提高了生產線的連續化和自動化水平和生產過程的安全可靠性，為工業炸藥生產全線連續化全自動化奠定基礎。

1 懸掛式軌道輸送系統設計原則和工藝簡介

1.1 懸掛式軌道輸送系統設計原則

根據相關標準對工業炸藥運輸線的有關要求，并結合各生產企業的具體情況，軌道懸掛運輸線的設計在滿足系統功能的前提下遵循下列基本原則：（1）結構簡單，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、液態物品等多種產品的輸送，也可根據廠房靈活布置，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 系統工藝

本系統為全自動化無人輸送系統，系統提供各種狀態信息及參數，可以通過操作盒，對設備進行手動/自動操作。系統采用先進的控制技術，系統分自動操作模式和人工手動操作兩種模式，實現了生產運行過程中的無人化自動控制，系統控制采用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，工位之間的關聯部位，系統都有聯鎖裝置的功能，同時也整體的提高了系統的先進、安全、可靠性。系統工藝流程如圖1所示。

1.2.2 懸掛式軌道輸送系統主要技術參數

工作環境：適應易燃、易爆、劇毒等惡劣環境。

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）。

轉彎半徑：≥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 輸送線設備布局

生產線布局以現場勘測并結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 系統主要組件機械結構設計與工作原理

全自動懸掛輸送系統分為機械部分和控制部分。機械部主要分為物料儲存箱、上料旋轉機構、懸掛軌道輸送機構、卸料機構和周轉箱機構等。

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 上料旋轉機構及工作原理

上料旋轉機構機構如圖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，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機構旋轉90C°空桶掉換，由舉升機構將已經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 懸掛軌道輸送系統結構特點及工作原理

懸掛軌道輸送系統結構如圖4所示，懸掛軌道輸送系統由懸掛軌道，輸送小車，驅動部分、鋼絲繩等組成，其結構特點：（1）懸掛軌道是兩條平行軌道，運行中平穩，不會脫軌，上面裝有若干傳感器，可實現輸送小車的速度轉化和停車動作；（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，同時采用了變頻調速、光點傳感等技術，自動化程度高，實現遠程操作；（3）驅動部分及其他元件都采用摩擦不打火材料。系統動作原理：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動部分的鋼絲繩驅動輪上，鋼絲繩驅動輪與減速機和電機連接，電機旋轉時，帶動減速機與鋼絲繩驅動輪一起旋轉，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，輸送小車可根據懸掛軌道的各個路段實現輸送小車的快慢速間轉換以及停車等動作，驅動電機的正反轉可實現輸送小車來回走動。

4 卸料機構特點及動作原理

將懸掛輸送車輸送過來的裝滿乳化藥的周轉箱卸料至接料斗內。卸料機構如圖5所示，其結構特點：（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）整個結構簡單緊湊安全，便于保養和維修。

卸料機構工作原理，其動作順序如下：（1）當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箱的門結合；（3）小車到位后，定位托架氣缸頂升，通過定位塊使周轉箱定位；（4）開門氣缸返回，使門打開；（5）開門氣缸前伸使門關閉，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 控制系統設計

5.1 主控設備

主控設備主要包括可編程控制器、主令控制器、工控機和顯示器等。控制系統采用PLC集中管理和分散控制，實現生產過程自動控制和安全保護；配置可視化人機界面，可實現設備運行狀態和工藝參數，實現生產過程信息采集、顯示、記錄和控制；配置機械聯鎖控制和電器聯鎖控制，提供設備安全運行保護，并設有聲光報警裝置。控制系統配置如圖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、數字等來處理或監控管理及應付隨時可能變化信息的多功能顯示屏幕；可實現設備的啟動、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：當上料設備需要連續運行時，轉換開關旋至自動狀態。

手動：當上料設備需要人工作業時，轉換開關旋至手動狀態；然后再操作其他按鈕。

召喚：當需要料桶回到上料正位置時，請將轉換開關旋轉至“手動”狀態，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：設備故障或出現異常情況時，請速按下，確保安全。

滑車正轉/反轉：轉換開關旋轉至“手動”狀態，按下“滑車正轉”按鈕，料桶前進移動；按下“滑車反轉”按鈕，則料桶反方向運動。

180度旋轉啟動/停止：轉換開關旋轉至“手動”狀態，按下“180度旋轉啟動”按鈕，上料轉盤料桶則旋轉180度，此時一個循環完成，繼續按下則連續運行。

90度旋轉啟動/停止：此按鈕主要是在進行料桶清理時使用，轉換開關旋轉至“手動”狀態，按下“90度旋轉啟動”按鈕，上料轉盤料桶則旋轉90度，進行料桶人工清理，此時一個循環完成，繼續按下則連續運行。

料桶上升/下降：轉換開關旋轉至“手動”狀態，按下“料桶上升”按鈕，料桶上升定位，反之下降。

出料口打開/關閉：轉換開關旋轉至“手動”狀態，按下“出料口打開”按鈕，落料口打開，藥落入料桶內，反之關閉。

集合式指示燈：懸掛輸送線運行狀態及故障指示，根據集合式指示燈的內容，可以了解料桶的運行狀態、移動位置，故障現象等。

5.2.3 卸料部分手動操作

各動作功能如下：

自動：當卸料設備需要連續運行時，轉換開關旋至自動狀態。

手動：當卸料設備需要人工作業時，轉換開關旋至手動狀態；然后再操作其它按鈕。

召喚：當需要料桶回到卸料正位置時，請將轉換開關旋轉至“手動”狀態，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：設備故障或出現異常情況時，請速按下，確保安全。

滑車正轉/反轉：轉換開關旋轉至“手動”狀態，按下“滑車正轉”按鈕，料桶前進移動；按下“滑車反轉”按鈕，則料桶反方向運動。

料桶定位上升/下降：轉換開關旋轉至“手動”狀態，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：轉換開關旋轉至“手動”狀態，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，卸料完成。

短氣缸伸出/返回：主要是用于料桶底板在關閉時，可能產生間隙，將底板密閉進行設置的動作；轉換開關旋轉至“手動”狀態，首先讓長氣缸伸出勾住料桶底板將其關閉，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裝料。

集合式指示燈：懸掛輸送線運行狀態及故障指示，根據集合式指示燈的內容，可以了解料桶的運行狀態、移動位置，故障現象等。

5.2.4 電氣安全聯鎖控制

設備安全運行保護有機械聯鎖控制和電氣聯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，當異常情況發生時壓下，給出停機信號；在通道兩側裝有雙向拉繩開關，是用于輸送設備緊急事故停機的一種保護裝置。當緊急事故發生時，在現場任意處啟動拉繩開關，均可發生停機信號；在懸掛兩端設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，確保系統的安全可靠性；編碼、程序軟件智能保護，通過絕對值旋轉編碼器、可編程序的邏輯運算，實現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 懸掛軌道工業炸藥輸送系統的應用性

全自動工業炸藥軌道懸掛輸送系統已經通過技術成果驗收，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成功投入使用，通過2年來的現場運行檢驗，軌道懸掛輸送系統解決了三個問題：（1）整個輸送系統材料和元件都是摩擦不打火防爆型材料，動力機構及控制系統位于防爆區，實現自動化輸送，提高了炸藥本質安全性；（2）原來手工作業同樣產量需3個人推車完成，現只需1人巡檢，減少了現場操作人員用工多、勞動強度大，同時當不可預見性事故發生時，減少人員傷亡；（3）為工業炸藥生產全線實現連續化、全自動奠定基礎。軌道懸掛輸送線作為一種物料自動輸送設備，它的系統工藝、機械結構、控制系統等在生產運行中禁得起檢驗，性能良好，各項指標都達到了設計要求，實現了制藥工房與裝藥工房之間的安全化、自動化、連續化運輸，無論從功能上還是效率上都滿足了用戶需求，具有很高的應用性。

7 結束語

懸掛軌道輸送系統結構設計合理，功能性強，采用了先進的PLC集散控制技術和可視化人機界面，系統有自動操作和人工操作兩種模式，實現了生產過程中的全自動化控制和遠程監控。在工位之間的關聯部位，系統都設有機械聯鎖控制和電氣聯鎖控制裝置，提高了系統的安全可靠性，同時通過對懸掛軌道輸送系統的應用效果分析，證明了它有較高的適用價值和推廣價值。

參考文獻

[1]張嘉潔，于立志.以科技進步促進民爆器材行業的發展[J].爆破器材，2003，32（6）：1-4.

[2]陳中億.工業炸藥懸掛式軌道輸送車系統的安全性研究[J].爆破器材，2010，39（5）.

[3]工業和信息化部.工信部關于民用爆炸物品行業技術進步的指導意見[Z].工信部安[2010]227號.

[4]錢建兵.懸掛式軌道輸送裝置.中國200720037206.7[P].2008-5-7.