物聯網技術在現場混裝工業炸藥監控系統中的應用研究

仲 峰,黃顯杭

(葛洲壩易普力股份有限公司， 重慶 400023)

物聯網技術在現場混裝工業炸藥監控系統中的應用研究

仲 峰,黃顯杭

(葛洲壩易普力股份有限公司， 重慶 400023)

根據多年的現場混裝系統實際應用經驗，從安全生產、質量控制、智能化水平等方面科學系統分析了國內現場混裝系統技術存在的問題，并針對存在的問題，從提高現場混裝裝備智能化水平出發，提出了應用物聯網技術改進現場混裝技術的措施和方法。

現場混裝車;工業炸藥；智能監管;物聯網技術

工業炸藥現場混裝技術以其高效、安全、節約、環保等優點成為當今國內外炸藥與爆破領域的主要發展方向[1]，民爆行業“十二五”規劃中明確指出：“工業炸藥向安全高效，系列化方向發展，大力發展現場混裝型產品”[2]。然而，目前國內現場混裝系統(包括現場混裝車以及地面制備站)在生產過程中仍存在著自動化程度低、勞動強度大、生產效率低、安全條件差、測控儀表可靠性差，生產數據監測少、信息化管理水平低等問題，制約著現場混裝技術的應用。《關于民用爆炸物品行業技術進步的指導意見》和《關于推進工業機器人產業發展的指導意見》明確提出，通過鼓勵民爆企業采用自動化、信息化技術改造傳統的生產方式和管理模式，加快現有生產工藝的升級換代，提高炸藥生產過程中的本質安全性，以信息化技術提升民爆生產及管理水平。因此，對于現場混裝系統自動化、信息化技術的研究就顯得尤為重要。本文針對目前現場混裝系統中包括安全生產、質量控制以及智能化中存在的一些問題，提出應用物聯網技術[3￣4]改進現場混裝技術的措施和方向。

1 現場混裝系統信息化技術應用現狀

近年來，在民爆行業主管部門大力推動工業化與信息化融合的背景下，我國現場混裝系統生產經營過程中已逐漸利用信息化、自動化、智能化技術，建立智能遠程監控系統，實現對生產過程涉及的關鍵數據進行自動采集、存儲、預警等，從而達到遠程監測、實時管控的目的，對于提高企業智能監管、本質安全水平具有重要意義。

目前，工業炸藥現場混裝系統中對混裝車的生產數據進行遠程監管的現場混裝車動態監控信息系統，基本實現了對混裝車的生產產量以及作業位置進行遠程監管，但對混裝車作業過程以及地面站半成品制備過程，尤其是安全聯鎖數據、原材料數據、生產數據、質量檢測數據等關鍵數據的智能化遠程監管還遠未做到，制約著現場混裝安全管理水平的提升和生產經營活動本質安全性的提高。

1.1 安全生產方面存在的主要問題

自動控制系統的有效性是地面站與混裝車得以安全生產的重要保證，目前現場混裝系統中自動控制系統的有效性判定主要是基于構建相應的安全聯鎖裝置。安全聯鎖裝置是對生產過程中重要的生產數據如溫度、壓力、流量等進行監控，并判斷其是否工作在合理范圍內，如果監控數據異常，超出合理范圍便會自動報警或者強制停機以保證生產安全。目前的現場混裝系統中，安全聯鎖裝置的建立并沒有統一標準，安全聯鎖硬件設備的類型、數量、安裝位置以及安全聯鎖軟件參數的含義、取值等都不盡相同，因此安全聯鎖系統設計的合理性得不到保證，導致監測數據不完善、不合理，從而給生產過程帶來安全隱患。

1.2 質量控制方面存在的主要問題

1.2.1 原材料計量誤差大

現場混裝系統中所使用的原材料主要包括硝酸銨、乳化劑、柴油等。水相制備中，對于硝酸銨投入量的計量主要是根據投入硝酸銨的包數進行計量(包數較多人工數數易出錯)。油相制備中，對于乳化劑投入量的計量主要是根據乳化劑桶裝額定量進行計量，對于柴油投入量的計量主要是根據體積流量計進行計量(鑒于液體溫度對密度影響較大，體積流量計計量質量誤差較大)。在實際生產過程中，上述計量方式對于半成品按照工藝配方進行制備時將產生一定誤差，導致生產人員需要在制備過程中根據質量檢測結果來反復調節原材料的投入量，給質量控制增加不確定性。

1.2.2 質量檢測不準確

對于現場混裝炸藥而言，原材料、半成品以及成品乳化炸藥的質量檢測尤為重要，直接影響著混裝炸藥的爆速等性能參數，決定著乳化炸藥質量的優劣。在目前的質量檢測中，在生產現場對于水油相以及成品乳化炸藥檢測的最主要的參數是溫度與密度，所采用的檢測工具主要是酒精溫度計、玻璃密度計以及密度杯等計量精度并不高的儀器，所測量的數據與實際值存在一定偏差。在管理上，對于質量檢測數據并未要求以電子表格形式上傳到單位主管部門，更多由生產各單位自行負責質量檢測后的填報工作，在監管上并不夠嚴格，因此一定程度上會導致質檢員在質檢工作上的疏忽，從而引起質量事故。

1.3 智能化方面存在的主要問題

1.3.1 關鍵工序智能化設備不到位

在地面制備站中，作為現場混裝乳化炸藥半成品制備的關鍵點之一，水、油相密度檢測直接決定水油相配比是否準確。但目前仍采用線下檢測，即通過人工取樣后測量，在此過程中由于受環境溫度以及人工操作等因素的影響，其測量值與實際值存在一定誤差。如果采用高精度的密度傳感器等智能裝備加裝在水油相罐中，通過數據采集及分析處理系統對水油相密度進行線上檢測，必將提升質量控制智能化水平。無疑，這是一個發展方向。

在現場混裝乳化炸藥車中，對于關鍵工序乳膠基質的計量仍采用轉速測量的方式，但該方式在測量過程中并不能保證乳膠基質流入量與泵送裝置的轉速成線性比例關系，空轉時也同樣會繼續計量，因此對于乳膠基質測量值誤差較大，一定程度上影響爆破效果和精細化程度。

對于目前應用較為廣泛、技術較成熟的智能化設備，質量流量計是否可以應用于乳膠基質的測量可作為研究方向。

1.3.2 缺乏生產數據遠程集中管理系統

現場混裝乳化炸藥生產數據主要包括水油相生產量，水油相上車量、水油相返料量以及混裝乳化炸藥生產量。目前，對于水油相生產量、上車量、返料量的采集主要是通過質量流量計實現，然后通過人工進行紙質檔數據填報，上述數據并沒有進行電子歸檔并上傳到相關主管部門。現場混裝乳化炸藥生產過程中的安全聯鎖數據主要包括水油相溫度、壓力、液位、流量數據，乳化器、螺桿泵溫度、壓力、轉速數據等，對于上述安全聯鎖數據可實現現場級的遠程監控，但并沒有實現公司級的遠程監管，公司主管部門并不能及時了解現場生產情況。

綜上所述，建立現場混裝乳化炸藥生產數據以及安全聯鎖數據公司級甚至行業級集中遠程監管系統，不僅能解決生產數據監管的滯后性問題，還有助于提高企業生產質量管控以及應急處理能力，對于提高生產本質安全水平具有重要意義。

2 智能化現場混裝系統應用研究

2.1 總體架構

綜合運用傳感器技術、RFID技術、計算機技術、通信技術等物聯網技術，構建原材料出入庫數據、質量檢測數據、生產數據、安全聯鎖數據以及位置數據等采集系統(結構見圖1)，建立企業主管部門以及行業主管單位數據監控、遠傳、查詢、分析等監管系統。

圖1 現場混裝工業炸藥監控系統中的物聯網技術應用流程結構

2.2 設計方案

2.2.1 原材料數據采集系統

原材料數據采集系統[5]主要用于地面制備站半成品生產過程中對所使用的原材料數量進行自動采集，同時該系統具備對采集的數據進行記錄、存儲、報警、查詢、上傳等功能。原材料數據主要包括現場混裝乳化炸藥生產過程中所涉及到的水相、油相、敏化劑等半成品所使用的材料，其中包括硝酸銨、乳化劑、柴油、亞硝酸鈉、檸檬酸等。在生產過程中，對消耗的原材料數據進行智能采集，并實時上傳到智能監管平臺以實現數據備案和分析處理。

2.2.2 質量檢測數據采集系統

質量檢測數據采集系統主要用于對地面制備站的原材料、半成品和現場混裝車生產的成品乳化炸藥的質量檢測數據進行采集，并對采集的數據進行記錄、存儲、查詢、上報等。其中，硝酸銨的檢測數據主要有含水量、含氮量，水相的檢測數據主要有溫度、密度、pH值，油相的檢測數據主要有溫度、密度，現場混裝乳化炸藥的檢測數據主要有密度、溫度、爆速、猛度、殉爆距離等。

質量檢測分別用精度較高的密度測試儀、pH測試儀、溫度測試儀取代傳統精度較低、使用不方便的酒精溫度計、玻璃密度計和pH試紙。質檢員將采集后的數據實時輸入到質量檢測數據采集系統中，通過與標準數據庫進行對比分析，系統自動判斷所采集的數據是否合格。

2.2.3 生產及安全聯鎖數據采集系統

生產及安全聯鎖數據采集系統主要用于對地面制備站和現場混裝車的生產及安全聯鎖相關數據進行采集，并對采集數據進行記錄、存儲、報警、查詢、上報等。生產數據主要包括水油相產量、乳膠基質產量、乳化炸藥產量。安全聯鎖數據主要包括水油相溫度及液位，水油相泵流量及壓力，乳化器溫度、轉速及壓力，螺桿泵溫度及壓力等。在生產過程中，系統對上述數據進行自動采集并監測，通過與標準數據庫進行比對，實時判斷生產數據以及安全聯鎖數據是否在標準設定范圍內。如果數據與設定范圍值不匹配，系統將會自動報警或者停機以保證安全生產。

2.2.4 作業信息數據采集系統

作業信息采集系統[6]主要用于對現場混裝車的運行參數以及現場混裝乳化炸藥生產、安全聯鎖等進行數據采集，并將采集到的數據實時傳送到集中遠程管控系統。主管單位通過該系統有效分析現場混裝乳化炸藥車的生產運行情況，對混裝車運行以及生產作業情況進行實時監控，加強對混裝車炸藥流向的管控，減少不必要的意外生產事故。混裝車的運行參數主要包括運行路徑、運行時間、運行距離等。現場混裝乳化炸藥生產數據主要包括水油相使用量、敏化劑使用量以及現場混裝乳化炸藥生產量等。現場混裝乳化炸藥安全聯鎖數據主要包括水油相流量，乳化器溫度、壓力、轉速以及軸徑向位移，螺桿泵溫度、壓力等。

2.2.5 集中遠程管控系統

集中遠程管控系統主要用于對現場混裝系統中的原材料、質量檢測、生產及安全聯鎖以及作業信息等數據采集系統進行整體集成并統一管理，對現場混裝系統中所涉及的關鍵數據進行遠程監視、查詢、預警、對比、修正、提醒等，實現真正意義上的實時監控、在線指揮、管控一體，確保安全、高效生產。

3 結 論

目前應用的現場混裝系統在安全生產、質量控制、智能化等方面普遍存在安全聯鎖、原材料、質量、生產等重要數據未能實時記錄并上傳到企業主管部門或者行業主管單位以進行有效管控的問題。利用物聯網技術建立一套智能化現場混裝系統，對生產過程中涉及的上述數據以及位置數據進行記錄、存儲、匹配、報警、查詢、上報等，實現遠程智能監控，提高安全管理和本質安全水平。

[1]李國仲.乳化炸藥現場混裝技術安全性探討[C]//第十六屆中國科協年會,2014.

[2]萬紅彬.混裝車與混裝炸藥爆破應用技術的現狀及發展[J].中國礦業,2013,22(4):162￣167.

[3]匡治兵,占必文,彭文林,等.現場混裝炸藥物聯智能管控系統研究[C]//第十六屆中國科協年會,2014.

[4]劉瑞強.淺談信息化系統在民爆企業設備管理中的應用[J].煤礦爆破,2013,4(8):8￣10.

[5]楊光華,王德政.基于RFID遠程識別技術的涉密資產進出管理系統研究[J].物聯網技術,2012,2(1):48￣51.

[6]仲 峰.現場混裝炸藥車監控系統車載終端的開發與應用[J].礦業研究與開發,2014,34(2):89￣91.

呂書平(1977-)，男，山西五臺人，工程師，主要從事礦山采礦工程設計、技術管理及安全管理工作，Email：lvshuping08@163.com。

2016￣11￣21)