基于PLC的乳化炸藥生產(chǎn)安全聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)研究

胡圣邦，郭佳甲

(江西吉安國泰特種化工有限責(zé)任公司,江西 吉安 343136)

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基于PLC的乳化炸藥生產(chǎn)安全聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)研究

胡圣邦，郭佳甲

(江西吉安國泰特種化工有限責(zé)任公司,江西 吉安 343136)

摘要：乳化炸藥生產(chǎn)安全聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)以PLC控制器為核心，通過對(duì)乳化炸藥生產(chǎn)線設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)、采集和分析，實(shí)現(xiàn)乳化炸藥生產(chǎn)線的設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制，使乳化制藥和裝藥的速度與包裝效率匹配。該系統(tǒng)建立了裝藥機(jī)控制系統(tǒng)和制藥控制系統(tǒng)的聯(lián)系，讀取裝藥機(jī)每分鐘裝藥根數(shù)、設(shè)備狀態(tài)信號(hào)、電機(jī)和溫度等數(shù)據(jù)，在包裝出現(xiàn)故障的情況下，根據(jù)不同的情況遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié)裝藥機(jī)裝藥能力，實(shí)現(xiàn)了乳化炸藥生產(chǎn)全線的安全聯(lián)鎖，保障了生產(chǎn)線的安全生產(chǎn)及生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：乳化炸藥可編程控制器安全聯(lián)動(dòng)

乳化炸藥是借助乳化劑的作用，使氧化劑鹽類水溶液的微滴均勻分散在含有分散氣泡或空心玻璃微珠等多孔物質(zhì)的油相連續(xù)介質(zhì)中，形成一種油包水型的乳膠狀炸藥，是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的新型工業(yè)炸藥[1]。近幾年，乳化炸藥發(fā)展迅速，生產(chǎn)線自動(dòng)化程度有了大幅提高，但是有些設(shè)備適用能力低，連續(xù)化、自動(dòng)化程度不高，甚至出現(xiàn)失控，一些炸藥生產(chǎn)廠家監(jiān)控形同虛設(shè)[2]。基于PLC的乳化炸藥生產(chǎn)安全聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)以S7-300 PLC控制器為核心，對(duì)乳化炸藥生產(chǎn)線設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)、采集和分析，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和監(jiān)控中心兩地監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，有效提高了生產(chǎn)線本質(zhì)安全水平及生產(chǎn)效率。

1乳化炸藥工藝簡述

乳化炸藥生產(chǎn)主要包括水相溶液制備、油相溶液制備、油水相溶液儲(chǔ)備、連續(xù)乳化、敏化、裝藥、涼藥、包裝等工序，其工藝流程如圖1所示。

圖1　乳化炸藥生產(chǎn)工藝流程示意

根據(jù)乳化炸藥生產(chǎn)工藝，將液態(tài)硝酸銨輸入水相溶解罐，并加入適量的水，達(dá)到工藝要求后放入水相儲(chǔ)罐待用；油相熔化后達(dá)到工藝要求時(shí)放入油相儲(chǔ)罐待用。水油相儲(chǔ)罐中介質(zhì)由輸送泵按工藝要求配比輸入預(yù)乳機(jī)乳化，預(yù)乳液由基質(zhì)泵輸入精乳器進(jìn)行精乳，精乳基質(zhì)經(jīng)連續(xù)敏化后裝藥，藥卷經(jīng)水池冷卻后進(jìn)入包裝，裝完箱后轉(zhuǎn)運(yùn)到中轉(zhuǎn)庫或成品庫里[3]。

2聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)方案

2.1基本功能

實(shí)現(xiàn)乳化炸藥生產(chǎn)線的設(shè)備聯(lián)動(dòng)，乳化和裝藥的速度與包裝效率匹配： 包裝產(chǎn)能降低，涼藥皮帶減速，裝藥機(jī)產(chǎn)能降低，乳化產(chǎn)能降低；包裝故障或者停機(jī)，皮帶和裝藥自動(dòng)停止，乳化延時(shí)停機(jī)。產(chǎn)能匹配可在控制室界面顯示，系統(tǒng)能檢測(cè)在線存藥量，當(dāng)在線存藥量超量時(shí)，控制室提示報(bào)警，延時(shí)或停止制藥工序。

2.2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)線由獨(dú)立的水、油相制備間，預(yù)乳間，裝藥間，冷卻水池，包裝間組成。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　乳化炸藥生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

系統(tǒng)采用S7-300 PLC控制器進(jìn)行核心控制，上位機(jī)采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信，觸摸屏、變頻器、遠(yuǎn)程控制點(diǎn)采用Profibus總線通信技術(shù)，這種工業(yè)通信方法可以快速傳送溫度壓力等數(shù)據(jù)信號(hào)和設(shè)備開關(guān)等控制信號(hào)[4]。不同工序的控制器通過建立通信后進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，當(dāng)一個(gè)工序的設(shè)備出現(xiàn)問題后，各個(gè)工序的設(shè)備能根據(jù)預(yù)先定義的處理步驟，對(duì)相應(yīng)的設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。

2.3設(shè)計(jì)方案

使生產(chǎn)過程中的沖洗、過濾器排污、基質(zhì)泵調(diào)速、粗乳器調(diào)速等過程通過氣動(dòng)閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。包裝系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)、故障、停止及產(chǎn)能信號(hào)通過通信電纜傳輸?shù)絇LC系統(tǒng)[5]。包裝系統(tǒng)傳送過來的信號(hào)主要包括機(jī)械手狀態(tài)信號(hào)、機(jī)械手每分鐘抓取速度、包裝要求減產(chǎn)信號(hào)、包裝要求停機(jī)信號(hào)以及普通報(bào)警信號(hào)等。

建立裝藥機(jī)控制系統(tǒng)和制藥控制系統(tǒng)的聯(lián)系，讀取裝藥機(jī)每分鐘裝藥根數(shù)、設(shè)備狀態(tài)信號(hào)、電機(jī)和溫度等數(shù)據(jù)，在包裝出現(xiàn)故障的情況下，根據(jù)不同的情況遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié)裝藥機(jī)裝藥能力。涼藥皮帶由變頻器控制，使皮帶能根據(jù)產(chǎn)能匹配參數(shù)自動(dòng)調(diào)速，當(dāng)包裝線出現(xiàn)故障或者收到要求皮帶降速的請(qǐng)求后自動(dòng)調(diào)節(jié)皮帶速度。

2.4聯(lián)動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)

生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)能確保乳化、敏化裝藥和皮帶的調(diào)速，關(guān)鍵在于包裝系統(tǒng)如何提高綜合的包裝效率。包裝是個(gè)大的綜合性系統(tǒng)，涉及運(yùn)轉(zhuǎn)皮帶、機(jī)械手、開箱機(jī)、說明書投放機(jī)、打包機(jī)等的運(yùn)轉(zhuǎn)。任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障，都會(huì)造成包裝速度的降低，因而包裝信號(hào)的準(zhǔn)確性將影響到整個(gè)生產(chǎn)線聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)的性能。根據(jù)包裝系統(tǒng)提供信息的類型，劃分為以下幾類信號(hào)，制藥系統(tǒng)根據(jù)收到的不同信號(hào)，對(duì)前端制藥和裝藥進(jìn)行調(diào)節(jié)[6]。

1) 報(bào)警信號(hào)。對(duì)于可以短時(shí)間內(nèi)解決的故障，控制室只報(bào)警，使皮帶降速，但裝藥機(jī)及前面工序繼續(xù)運(yùn)行，同時(shí)在控制室增加語音報(bào)警提示，當(dāng)包裝線出現(xiàn)故障后提醒操作人員。

2) 減產(chǎn)信號(hào)。當(dāng)出現(xiàn)要求降低產(chǎn)能的請(qǐng)求后，制藥與裝藥間自動(dòng)降低產(chǎn)能，降低產(chǎn)能的百分比由包裝間請(qǐng)求來決定，同時(shí)控制室語音提示降低產(chǎn)能請(qǐng)求。降低產(chǎn)能請(qǐng)求分為3個(gè)等級(jí)： 降低正常產(chǎn)能的20%、降低正常產(chǎn)能的50%、正常生產(chǎn)產(chǎn)能。

3) 嚴(yán)重故障信號(hào)。已經(jīng)明確故障短時(shí)間不能解決，需要全線停機(jī)處理，控制室接收到此信號(hào)后立即停止全線設(shè)備工作。

3保證系統(tǒng)可靠性采取的措施

系統(tǒng)主要采用了以下方法以提高其可靠性及安全性。

1) 在器件選型方面，使用穩(wěn)定、可靠的元器件，降額使用電氣元器件，減少偶然失效情況的發(fā)生。

2) 減少電磁干擾，通過濾波、屏蔽、隔離和接地等客觀途徑減少周圍環(huán)境電磁干擾。

3) 采用PLC軟件濾波抗干擾技術(shù)提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

4) 急停按鈕直接控制執(zhí)行元件以迅速處理突發(fā)安全事故。

5) 重要開關(guān)量信號(hào)直接接入相應(yīng)器件常閉觸點(diǎn)，保證PLC即時(shí)做出反應(yīng)。

6) 確保PLC輸入、輸出的短路及漏電保護(hù)措施有效[7]。

4結(jié)束語

采用以PLC為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)，結(jié)合可靠的檢測(cè)設(shè)備，可以采集真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，通過PLC的編程控制和聯(lián)鎖保護(hù)，使設(shè)備可靠運(yùn)行，工藝得以精確實(shí)現(xiàn)，加之組態(tài)軟件的配合和報(bào)警，控制更加完善和多功能化。

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[5]李紹銘,閆暉.基于S7300的行車電機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2010(02)： 34-35.

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作者簡介：胡圣邦(1984—)，男，現(xiàn)就職于江西吉安國泰特種化工有限責(zé)任公司，主要從事工業(yè)炸藥自動(dòng)化技術(shù)工作，任自動(dòng)化工程師。

中圖分類號(hào)：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1007-7324(2016)03-0087-02

稿件收到日期： 2015-12-19，修改稿收到日期： 2016-03-28。