散装乳化炸药装药器的自动化设计

周 平

（湖南长斧众和科技有限公司，湖南 长沙 410012）

1 引言

散装乳化炸药装药器主要运用于井下、矿区爆破的装药任务。现场工况条件比较复杂，所选用的电气自动控制设备必需达到国家防爆防尘防水的等级要求。

传统装药器的控制主要由人工来操作。其缺点是智能程度低、灵活性差，无法完成自动计量与查询记录功能。随着新工艺的发展，结合现场的装药特点，为了提高装药器的系统性能，弥补这些不足，本文采用自动化设计系统实现了自动装药与计量、查询与记录、定速卷管控制的新功能。大大提高了系统的智能化，具有精确的流量控制与高稳定性。满足了现在的井下、矿区爆破的高标准装药要求。并在实际运用中得到良好的发挥。

2 自动化系统方案

2.1 系统设计说明

装药器的作业是将已生产的乳胶体与发泡剂按照一定的工艺配方，通过专用输送管泵送到混合器内进行敏化，形成炸药然后装入到井下的爆孔。井下装药距离一般在10－50m之间，并且爆孔多为向上的。根据现场的装药特点与工艺需要，本文设计的系统方案主要由电力拖动、自动控制两部分组成。

装药器的自动控制主要由S7－200PLC程序实现。通过采集现场仪器、仪表的实时模拟数据，在触摸屏上显示。装药时可根据设定的装药速度与爆孔装药量，自动完成装药工作。并可以查询与存储历史的装药数据。日常清洗工作一般由电气操作台的手动按钮来实现。

2.2 系统硬件组成

系统主要由S7－200PLC、触摸屏、变频器、仪器仪表等组成。

（1）S7－224CN：程序存储器 12KB，具有 PID 控制器与浮点运算，6＊30kHz高速计数器，并具有Profibus DP从站和／或AS－i接口主站／以太网／互联网／调制解调器通信功能。

（2）MP277触摸屏：分辨率为640＊480象素，用户内存6MB，具有功能强大的VBS脚本开发语言。

（3）FR－E740变频器，进口胶体流量计，一体化压力变送器，热电阻温度变送器，电容式物位计。

2.3 系统软件设计

系统软件设计主要包括PLC程序设计与触摸屏画面组态。PLC程序由主程序、高速计数子程序、PID子程序、中断程序等组成。本文将重点介绍如何有效采集高数脉冲、PID调节原理、触摸屏的VBS脚本语言开发运用。

（1）流量计的高速脉冲采集主要由中断程序和子程序组成。通过PLC高速计数通道在每个1s时间内累加采集到的脉冲个数，脉冲个数存放在VD24存储单元中。再进行相应的数据转换与计算，可得到流量计的实时频率值与单位时间内的总装药量。具体实现流程如图1所示。具体的系统程序如下。

图1 PLC采集高速脉冲流程框图

通过对测量介质的标定，结果表明该设计方法计算到的实时流量值与标定的实际值误差在1%以内。符合工艺的精度要求。从而实现了装药流量的精确测量与自动计量。

（2）PID调节主要实现胶体流量的自动控制。根据设定的流量，与现场反馈的流量计实际高速脉冲信号，通过程序计算，进行比例微积分调节，计算出控制器的输出量，控制执行机构去影响被控对象的变化。从而达到流量的精确控制与自动调节。本系统的调节原理如图2所示。

图2 调节原理框图

PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定有两大类：一是理论计算整定法，它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数；二是工程整定法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，在工程实际中被广泛采用。

本文主要采用的是工程整定法与S7－200的PID调节控制面板法。先由经验公式算出调节器参数。然后可以在PID调节面板上，根据工艺要求为调节回路选择快速响应、中速响应、慢速响应或极慢速响应。PID自整定会根据响应类型而计算出最优化的比例、积分、微分值，并可应用到控制中。在装药器的流量调节当中运用此方法实现了精确的流量控制。经验公式可参考一种增量式PID算法：

式中：T为采样周期，Td为微分时间，Ti为积分时间。

（3）触摸屏的VBS脚本语言开发运用。MP系列触摸屏的组态软件为WinCC Flexible，该软件提供了类似于VB语言的脚本开发功能，可以实现复杂工业控制的编程。本文设计的系统主要运用于装药时间、装药孔号、装药量等数据的存储与查询功能。运行时界面如图3所示。

本系统的程序由 Button＿Visible、Read＿Line、Script＿1、Scroll＿To＿End Script＿Storage＿Path、Storage＿Tag＿V1、Storage＿Tag＿V2 等脚本语言组成。

图3 触摸屏运行系统

其中存储数据的部分脚本函数如下：

3 结束语

本文设计的自动化系统，在散装乳化炸药装药器实际生产当中得到了良好的运用，已经在矿山、井下投入运行。具备操作灵活可靠，装药流量自动调节与标定，装药总量自动设定与控制，装药的重要历史数据自动保存与查询，定速卷管等特点，从而实现了高质量、高效率的装药生产。该系统在散装乳化炸药装药器上具有广泛的推广价值。

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