一種干粉滅火劑自動化生產線設計

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外現在應用量較大的干粉滅火劑產品，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火災以及液體、氣體、電器等A、B、C三類火災[1]。

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

因此干粉滅火劑工業化大規模自動化生產線建設亟待解決。滿足自動化生產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反應的復雜的混配過程，也要依據輸出的信息自動有序進行，混配過程中所需熱量自動調節，混配結束時發出信號，巡檢人員采樣檢測，依據檢測結果，物料或進入下道工序，或繼續混配，直到符合要求再進入下道工序；其次是采用自動化封閉式生產以避免人工的操作誤差，同時滿足環保要求，降低勞動強度。

1 生產工藝流程設計

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小顆粒。產品生產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。生產工藝流程圖如圖1所示。

自動化生產線設計首先是工藝流程的設計，研制的自動化生產線巧妙地將四個工藝操作單元組合起來，實現自動化連續生產。在混合機混合物料的同時，粉碎機也在進行物料粉碎，粉碎的物料暫貯入原料貯料斗中，達到一個批量生產用量后，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，篩分機允許連續工作，不受混合機放料的影響。分裝和篩分同步進行，中間不必加緩沖料斗。粉碎、混合、篩分和分裝同時進行。

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

2 自動化生產線設計

2.1 總體方案

依據工藝流程設計要求，自動化生產線設計圍繞混合烘干的核心工藝環節及設備，合理設計配置粉碎系統、供料系統、排熱系統、篩分系統、包裝系統、集中除塵系統、控制及監控系統等設備，研制開發核心的高效粉體混合烘干系統，改進輔料自動添加系統，并選型或設計相關配套設備，通過微機控制系統使各設備子系統間有機聯系形成自動化生產線，最終達到按批次自動循環完成物料的粉碎、混合硅化烘干、篩分、包裝實現自動化連續生產。

2.2 主要技術經濟指標

主要技術經濟指標如表1所示。

表1 主要技術經濟指標

2.3 工藝過程實現

ABC磷酸銨鹽干粉滅火劑自動化生產線系統采用塔式結構、設備上下布局方式，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、集中除塵系統等七部分組成。

2.3.1 原料碎化與提升

原料經粉碎機粉碎后進入提升機，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

此環節是生產線設計的重點。設備最高層是主、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的低轉速旋轉攪拌，側邊飛刀由電機直接驅動做高速旋轉攪拌。筒內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面的法線方向飛散進行浮游式擴散混合。物料流經高速旋轉的飛刀時被高速剪碎和強烈擴散，進行剪斷擴散混合。物料在犁刀和飛刀復合作用下，不斷更疊擴散，在較短時間內達到均勻混合。配套的循環加熱系統自動控制加熱溫度，硅油自動噴加系統將硅油霧化添加給干料。由于物料在混合機內做高速湍流運動，使得每一粒子都能與霧滴充分接觸，高速旋轉的飛刀還有切散團塊的作用，物料混合均勻度高。當添加的液體含量超過物料的粒化點時許多微粒將相互結合成球形顆粒。

2.3.3 篩分與包裝

控制調節閥開度，使合格顆粒以合適速率進入緩沖排料倉降溫，經篩分后由自動包裝機控制下料稱量包裝，成品經輸送帶運至成品庫，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，在生產線中設計了集中除塵系統，在粉碎、提升、下料、混合、篩分、包裝等環節收集含塵空氣，除塵過濾后經除塵機出風口排出，保持生產環境符合環保和人身安全要求。

2.4 控制系統

控制系統采用PLC+PC的模式來實現。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，極大地提高了自動控制系統總體的安全性和可靠性，另一方面又相互進行信息與數據的交換，操作人員可通過控制室實現對整個自動控制系統的管理和調整[2]。

2.4.1 上位機系統

考慮到系統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，與工業中常用的組態軟件相比，自主開發軟件具有響應速度快、編程靈活、可自定義開發等優勢。上位機軟件采用MC協議，通過PC端以太網接口與PLC模塊通訊。系統主界面如圖2所示。

圖2 系統主界面

圖3 原輔料粉體混合烘干控制流程圖

軟件系統分為主界面、查詢統計、管理界面、聯動控制界面等四部分組成。主界面主要包括生產線全貌圖、實時參數圖表、數據圖表以及故障報警記錄等等；查詢統計部分主要包括上述的實時參數、歷史數據、經濟參數和故障報警數據的查詢統計；管理部分主要包括人員管理、設備管理、備輔料管理和維修管理以及系統操作指導等；聯動控制部分主要包括霧化器油噴射量控制和其他設備的邏輯控制部分。

2.4.2 下位機控制

下位機的控制主要由PLC模塊完成生產線的自動控制，具有自動、手動兩種模式，負責生產過程的邏輯處理、速度控制、報警停機等多種響應，采用Q02HCPU高速模組，基本處理速度達到0.034μs，內部支持100M以太網[3]，可通過網絡連接PLC，進行程序監控、讀寫等。PLC輸出信號加入繼電器隔離，可兼容不同電壓，防止干擾信號進入到PLC中，提升系統的穩定性。系統的安全性設計，除必要的防護網措施外，將急停按鈕串入在電源中，發生意外時可即時停機。

系統中的原輔料粉體混合烘干、加熱棒循環加熱、液體自動霧化等重要環節的控制流程圖如圖3所示。

3 結語

通過對ABC磷酸銨鹽干粉滅火劑工藝過程的分析，生產工藝的規劃，進行了批投料量3噸的自動化生產線設計，重點對生產線總體布局、高效粉體混合烘干系統、循環加熱器、自動液體霧化器及微機控制系統等關鍵技術環節進行了設計，已應用于實際工程項目中，經多年生產運行，達到了提高產品產量質量、減少環境污染，提高生產效率的目的，具有推廣應用價值。