自动化技术在炸药生产中的应用及发展

杨 坚 任将华 吴智平

（广东省南海化工总厂有限公司 广东 佛山 528231）

随着国民经济的发展，工业炸药在我国工业生产和工程建设中的应用越来越广泛，其中乳化炸药、多孔胺油炸药等新型炸药显示出了强大的生命力，受到越来越多的企业和用户所欢迎[1]。

乳化炸药连续化生产线是近几年来经过工艺、机械、自动化科研人员多方努力研制成功的先进的炸药生产线系列。各种炸药连续化生产线的创建，使连续乳化、连续敏化、连续冷却、连续装药等关键技术有了突破性的进展，生产效率得到了很大的提高。根据民爆行业的发展要求，切实提高在线监控设备的实时性、可靠性和准确性，提高整体自动化水平，最大限度地减少操作人员和加强生产过程的本质安全，成为乳化炸药在行业推广中急需解决的问题。我国于上世纪70年代开始乳化炸药的研究，在汪旭光及同行的努力下，先后研制了EL、CLH等多个系列产品，有些产品的主要性能指标基本达到国外同类产品的水平。与发达国家相比，在生产工艺、设备和自动控制技术等方面还存在一定差距[2][3]。本文结合本公司（广东天诺民爆）连续乳化自动化生产线谈谈对自动化技术在民爆行业的应用。

乳化炸药主要由水相、油相、发泡剂按一定比例乳化、混合发泡而成。整个工艺大体可分原料准备、水相和油相的乳化及冷却发泡三个工段。原料准备工作完毕后，顺序启动乳化器、油相和水相输送泵，使水相和油相材料按一定比例在乳化器中乳化，经胶体泵将乳胶输送到冷却器中进行冷却，并启动发泡剂泵，将发泡剂注入乳胶中，在混合发泡器中进行混合，最后通过炸药输送泵，输送到包装机进行包装[4]。

1 天诺民爆公司生产线自动控制系统简介

1.1 采用了上、下位机的控制系统。下位机使用三菱FX2N系列PLC执行各部件的动作，上位机（组态王）用于监控下位机，保持整个生产线的正常运转。

1.2 在生产一线安装了高清摄像头，实现了中控室的远程监控，摄像可实时通过互联网发送到公安厅实现监控。

1.3 对油相、水相流量由流量计、PLC、变频器和温控器实时进行PID闭环控制，实现了油相、水相的准确配比。

1.4 乳化器有电机电流检测、断水断流检测、温度监测等多重安全联锁保护装置，一旦超温、超电流或断水断流，即可自动切断电源，保护人身安全。

1.5 中控台可以在自动与手动之间自由切换，在多种情况下能灵活开机生产。

1.6 装药线采用石家庄晓进科技有限公司生产的自动包装机及十头机，其中十头机是针对小药卷的包装，对比以前的装药机，装药速度有了明显的提高。

1.7 打包机采用梅州振声科技的自动化技术，采用了大量的传感器及气缸，对比之前的人工打包，自动化水平大为提高，装箱速度提高了很多，大大降低了工人的劳动量。

2 炸药生产中的关键自动化技术

2.1 水相油相流量的配比

上世纪90年代，乳化炸药水、油相流量的控制方式以模拟屏为代表，其主要特点是中控室内设有模拟屏，将现场仪表采集的信号通过模数变送器送到模拟屏上显示。操作人员通过观察模拟屏上显示的流量过程、参数和电机、阀门的开启状态，手动对生产过程进行监控，这种控制方式的缺点是精度不高，实时性差，随着计算机技术的发展，出现了连续乳化生产线。连续乳化是指水相材料和油相材料分别制备后，按照配方要求，通过各自的计量系统其连续不断地按比例加入到连续乳化机中形成基质，主要特点是由自控系统完成从配料到生产整个过程的控制，操作人员在控制室内即可完成生产控制[5]。

天诺民爆公司采用日本横河的流量计对水相及油相分别进行计量，将测量到的流量转换成4～20mA的电流信号送到中控室的PID温控器，通过与设定值的比较后经过比例积分控制变频器的输出频率，进而控制流量输送泵的转速从而达到水相与油相在乳化器的合理配比，使乳化基质具有良好的性能。

2.2 中控室系统

中控室是整条生产线的控制指挥中心，通过现场传感器和仪表采集参数并通过温控器、PLC、变频器进行实时控制。中控台装有弱电控制按钮，LED指示灯，温度、流量、压力、电流等显示调节仪表，PLC、打印机等。通过电脑屏幕可以观察到现场的图像以及各种仪表参数、动态曲线、历史数据等，并可修改流量、温度和温控器的PID参数[6]。

2.3 安全联锁系统

由于炸药生产的高危险性，必须保证在意外的情况下保护人身安全，因此必须有安全联锁装置。主要措施有：

2.3.1 联锁系统主要由三菱FX2N PLC综合控制，周期自检自身状态，当程序出现错误时，能自动停机。

2.3.2 油相搅拌机、油相储罐、水相储罐均有热电偶实时测温，当温度超过设定值时，能实现动态声音、窗口报警、瞬时设备参数记录，有关设备停机，自动打开相应设备的消防电磁阀喷水。

2.3.3 硝酸铵破碎机、输送螺旋、乳化器等主要设备设有电流检测和断水保护，当发生意外时，能自动声音报警、瞬时记录并自动停车。

2.3.4 操作台面板及生产现场都有急停按钮和消防栓，当任何部位发生故障时，可确保立即停车和开动消防电磁阀喷水。

由于民爆行业生产的特殊性，行业相关的自动化控制水平还不是很高，为了提高行业的本质安全性，因为有必要吸收国外的先进技术或自主开发新技术，大幅提高生产线的自动化水平。针对这个问题，汪旭光院士在综合分析国内外乳化炸药的基本动态后，就今后怎样向前发展提出如下的看法和展望[7]：

1）进行全连续化、全自动化生产新工艺、新设备和新技术的研究；

2）进行高效乳化器和连续乳化工艺及其相应冷却系统的研究；

3）进行高效率包装机及其计量控制系统的研究；

4）进行生产工艺合理参数及条件控制系统的操作可信度及动作执行可靠性的研究，当出现工艺参数异常时，保证自动调节的准确性及在线实时性；

5）提高自动控制程度，最大限度的减少操作人员，逐步实现生产过程的远程操作研究，以其实现最大的安全；

6）进行降低水相、油相、乳化过程的温度指标的研究；

7）进行减少乳化炸药工序级次，降低乳化器剪切速度的研究；

8）探索超声波乳化、静态乳化等无剪切乳化技术；

9）选用全自动装药机。有必要加强敞开式自动装药机的研究，采用大产能自动连续装药机、自动包装机，在危险工序实现无人操作。

作为一名民爆行业的工作者，认为非常有必要提高计算机自动控制系统和预警系统的可靠性，生产线的自动控制系统有必要设置用冗余系统，一旦中控台的计算机出现故障，能够马上切换到冗余系统，切实提高炸药生产的连续化和自动化水平。

［1］Song Jingpu,Peng Jinghua,M.Tanura.The Brief Review of Emulsion Explosives in China[J].Explosion，1997，7(2)：80-84.

［2］黎涛.乳化炸药生产线自动控制系统现状[J].机械管理开发，2009（8）：27-28.

［3］张祥荣，陈新高，张华栋，王滔.万州乳化炸药生产线自动控制系统浅析[J].重庆市工程爆破协会期刊，2009，(2)：86-89.

［4］汪旭光.乳化炸药[M].北京：冶金工业出版社,1986.

［5］黄文兆，颜事龙.炸药化学与制造[M].安徽：冶金工业出版社，2009.

［6］马方兴，王化彬.对乳化炸药全连续化生产线的认识和建议[J].煤矿爆破，2005(4)：26-27.

［7］汪旭光，李国仲.BGRI MM乳化炸药技术新进展[J].矿业工程，2003，1(1)：10-15.

［8］Wang Xuguang,Li Guozhong.The new progress in the BGRI MM emulsion explosives technology[J].Mining Engineering，2003，1(1)：10-15.