一種干粉滅火劑自動化生產(chǎn)線設(shè)計

王建楹，劉靜濤，胡揚超

0 引言

ABC磷酸銨鹽干粉滅火劑是國內(nèi)外現(xiàn)在應(yīng)用量較大的干粉滅火劑產(chǎn)品，它滅火效能高、滅火范圍寬，能以噴射云式撲滅木材、紡織品、紙張等可燃固體物質(zhì)火災(zāi)以及液體、氣體、電器等A、B、C三類火災(zāi)[1]。

目前，國內(nèi)干粉滅火劑生產(chǎn)均為間歇式中小批量生產(chǎn)，批投料量≥1噸的生產(chǎn)線僅有幾條，且自動化程度低，檢測項目與生產(chǎn)同步性差，難以滿足批生產(chǎn)需要；尤其是現(xiàn)有生產(chǎn)線設(shè)備均未考慮生產(chǎn)的密閉性，而干粉滅火劑生產(chǎn)的全部過程都是粉體在運動，粉體粒徑小到幾微米，極易隨設(shè)備中流動的空氣以粉塵方式外逸，造成生產(chǎn)車間嚴(yán)重的粉塵污染。

因此干粉滅火劑工業(yè)化大規(guī)模自動化生產(chǎn)線建設(shè)亟待解決。滿足自動化生產(chǎn)要求首先是要按程序控制，各工序間自動有序銜接，即使是包括物理混合和化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜的混配過程，也要依據(jù)輸出的信息自動有序進(jìn)行，混配過程中所需熱量自動調(diào)節(jié)，混配結(jié)束時發(fā)出信號，巡檢人員采樣檢測，依據(jù)檢測結(jié)果，物料或進(jìn)入下道工序，或繼續(xù)混配，直到符合要求再進(jìn)入下道工序；其次是采用自動化封閉式生產(chǎn)以避免人工的操作誤差，同時滿足環(huán)保要求，降低勞動強度。

1 生產(chǎn)工藝流程設(shè)計

ABC磷酸銨鹽干粉滅火劑是由滅火基料（如碳酸銨、磷酸銨鹽等）和適量潤滑劑（硬脂酸鎂、云母粉、滑石粉等）、少量防潮劑（硅膠）混合后共同研磨制成的細(xì)小顆粒。產(chǎn)品生產(chǎn)過程大致可分為四步：第一步是將磷酸銨鹽等原料粉碎；第二步是將粉碎的原料與硅油等混合，使硅油均勻地覆蓋在固體粒子表面，并加熱聚合固化；第三步是篩分出不符合要求的顆粒；第四步是成品分裝。生產(chǎn)工藝流程圖如圖1所示。

自動化生產(chǎn)線設(shè)計首先是工藝流程的設(shè)計，研制的自動化生產(chǎn)線巧妙地將四個工藝操作單元組合起來，實現(xiàn)自動化連續(xù)生產(chǎn)。在混合機混合物料的同時，粉碎機也在進(jìn)行物料粉碎，粉碎的物料暫貯入原料貯料斗中，達(dá)到一個批量生產(chǎn)用量后，停止粉碎;待混合機混合完畢，且放入半成品貯料斗后，原料貯料斗中原料放入混合機，再次開始混合物料;同時粉碎機重新開始粉碎物料。粉碎機的粉碎能力要大于混合機混合能力。因為有半成品貯料斗，使得混合和篩分可同時進(jìn)行。批混合物料總量的容積決定半成品貯料斗容積，半成品貯料斗容積要大于批混合物料總量的容積，篩分機允許連續(xù)工作，不受混合機放料的影響。分裝和篩分同步進(jìn)行，中間不必加緩沖料斗。粉碎、混合、篩分和分裝同時進(jìn)行。

一個批量的生產(chǎn)周期，是物料混合時間、原料進(jìn)入混合機時間、混合機排料時間三者之和。

2 自動化生產(chǎn)線設(shè)計

2.1 總體方案

依據(jù)工藝流程設(shè)計要求，自動化生產(chǎn)線設(shè)計圍繞混合烘干的核心工藝環(huán)節(jié)及設(shè)備，合理設(shè)計配置粉碎系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)、包裝系統(tǒng)、集中除塵系統(tǒng)、控制及監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備，研制開發(fā)核心的高效粉體混合烘干系統(tǒng)，改進(jìn)輔料自動添加系統(tǒng)，并選型或設(shè)計相關(guān)配套設(shè)備，通過微機控制系統(tǒng)使各設(shè)備子系統(tǒng)間有機聯(lián)系形成自動化生產(chǎn)線，最終達(dá)到按批次自動循環(huán)完成物料的粉碎、混合硅化烘干、篩分、包裝實現(xiàn)自動化連續(xù)生產(chǎn)。

2.2 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)如表1所示。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

2.3 工藝過程實現(xiàn)

ABC磷酸銨鹽干粉滅火劑自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)采用塔式結(jié)構(gòu)、設(shè)備上下布局方式，主要由粉碎機、提升機、原料輔料存貯斗、混合機、篩分機、包裝機、集中除塵系統(tǒng)等七部分組成。

2.3.1 原料碎化與提升

原料經(jīng)粉碎機粉碎后進(jìn)入提升機，將物料提升送至最高層原料貯料斗中。

2.3.2 下料、混合與加熱

此環(huán)節(jié)是生產(chǎn)線設(shè)計的重點。設(shè)備最高層是主、輔原料貯料斗，粉碎后符合粒度要求的半成品粉子及輔料按照工藝配比經(jīng)斗式輸送機送至振動料斗，振動下落至混合烘干機，混合烘干機主軸犁刀以適當(dāng)?shù)牡娃D(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)攪拌，側(cè)邊飛刀由電機直接驅(qū)動做高速旋轉(zhuǎn)攪拌。筒內(nèi)物料受犁刀作用而拋起，一部分沿筒壁做周向湍動，另一部分被拋向筒體中心或沿犁刀兩側(cè)面的法線方向飛散進(jìn)行浮游式擴散混合。物料流經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的飛刀時被高速剪碎和強烈擴散，進(jìn)行剪斷擴散混合。物料在犁刀和飛刀復(fù)合作用下，不斷更疊擴散，在較短時間內(nèi)達(dá)到均勻混合。配套的循環(huán)加熱系統(tǒng)自動控制加熱溫度，硅油自動噴加系統(tǒng)將硅油霧化添加給干料。由于物料在混合機內(nèi)做高速湍流運動，使得每一粒子都能與霧滴充分接觸，高速旋轉(zhuǎn)的飛刀還有切散團塊的作用，物料混合均勻度高。當(dāng)添加的液體含量超過物料的粒化點時許多微粒將相互結(jié)合成球形顆粒。

2.3.3 篩分與包裝

控制調(diào)節(jié)閥開度，使合格顆粒以合適速率進(jìn)入緩沖排料倉降溫，經(jīng)篩分后由自動包裝機控制下料稱量包裝，成品經(jīng)輸送帶運至成品庫，可以由碼垛機自動堆垛；不合格的顆粒或料渣重新返回粉碎機中，重新粉碎利用。

另外，在生產(chǎn)線中設(shè)計了集中除塵系統(tǒng)，在粉碎、提升、下料、混合、篩分、包裝等環(huán)節(jié)收集含塵空氣，除塵過濾后經(jīng)除塵機出風(fēng)口排出，保持生產(chǎn)環(huán)境符合環(huán)保和人身安全要求。

2.4 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用PLC+PC的模式來實現(xiàn)。這種模式將工藝流程的自動控制過程與操作管理人員對自動控制過程的管理相對分離。工藝流程的自動控制過程由PLC和電氣柜獨立地自動完成，而操作人員對自動控制過程的管理通過控制室的PC來完成。PLC與PC的相對獨立運行，一方面可將故障限制在局部范圍內(nèi)，極大地提高了自動控制系統(tǒng)總體的安全性和可靠性，另一方面又相互進(jìn)行信息與數(shù)據(jù)的交換，操作人員可通過控制室實現(xiàn)對整個自動控制系統(tǒng)的管理和調(diào)整[2]。

2.4.1 上位機系統(tǒng)

考慮到系統(tǒng)軟件的靈活性和可拓展性，上位機端（PC端）軟件采用C#.NET開發(fā)，與工業(yè)中常用的組態(tài)軟件相比，自主開發(fā)軟件具有響應(yīng)速度快、編程靈活、可自定義開發(fā)等優(yōu)勢。上位機軟件采用MC協(xié)議，通過PC端以太網(wǎng)接口與PLC模塊通訊。系統(tǒng)主界面如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)主界面

圖3 原輔料粉體混合烘干控制流程圖

軟件系統(tǒng)分為主界面、查詢統(tǒng)計、管理界面、聯(lián)動控制界面等四部分組成。主界面主要包括生產(chǎn)線全貌圖、實時參數(shù)圖表、數(shù)據(jù)圖表以及故障報警記錄等等；查詢統(tǒng)計部分主要包括上述的實時參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)、經(jīng)濟參數(shù)和故障報警數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)計；管理部分主要包括人員管理、設(shè)備管理、備輔料管理和維修管理以及系統(tǒng)操作指導(dǎo)等；聯(lián)動控制部分主要包括霧化器油噴射量控制和其他設(shè)備的邏輯控制部分。

2.4.2 下位機控制

下位機的控制主要由PLC模塊完成生產(chǎn)線的自動控制，具有自動、手動兩種模式，負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程的邏輯處理、速度控制、報警停機等多種響應(yīng)，采用Q02HCPU高速模組，基本處理速度達(dá)到0.034μs，內(nèi)部支持100M以太網(wǎng)[3]，可通過網(wǎng)絡(luò)連接PLC，進(jìn)行程序監(jiān)控、讀寫等。PLC輸出信號加入繼電器隔離，可兼容不同電壓，防止干擾信號進(jìn)入到PLC中，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)的安全性設(shè)計，除必要的防護(hù)網(wǎng)措施外，將急停按鈕串入在電源中，發(fā)生意外時可即時停機。

系統(tǒng)中的原輔料粉體混合烘干、加熱棒循環(huán)加熱、液體自動霧化等重要環(huán)節(jié)的控制流程圖如圖3所示。

3 結(jié)語

通過對ABC磷酸銨鹽干粉滅火劑工藝過程的分析，生產(chǎn)工藝的規(guī)劃，進(jìn)行了批投料量3噸的自動化生產(chǎn)線設(shè)計，重點對生產(chǎn)線總體布局、高效粉體混合烘干系統(tǒng)、循環(huán)加熱器、自動液體霧化器及微機控制系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行了設(shè)計，已應(yīng)用于實際工程項目中，經(jīng)多年生產(chǎn)運行，達(dá)到了提高產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量、減少環(huán)境污染，提高生產(chǎn)效率的目的，具有推廣應(yīng)用價值。