基于PLC的乳化炸药生产安全联动控制系统研究

胡圣邦，郭佳甲

(江西吉安国泰特种化工有限责任公司,江西 吉安 343136)



基于PLC的乳化炸药生产安全联动控制系统研究

胡圣邦，郭佳甲

(江西吉安国泰特种化工有限责任公司,江西 吉安 343136)

摘要：乳化炸药生产安全联动控制系统以PLC控制器为核心，通过对乳化炸药生产线设备运行参数进行在线检测、采集和分析，实现乳化炸药生产线的设备联动控制，使乳化制药和装药的速度与包装效率匹配。该系统建立了装药机控制系统和制药控制系统的联系，读取装药机每分钟装药根数、设备状态信号、电机和温度等数据，在包装出现故障的情况下，根据不同的情况远程自动调节装药机装药能力，实现了乳化炸药生产全线的安全联锁，保障了生产线的安全生产及生产效率。

关键词：乳化炸药可编程控制器安全联动

乳化炸药是借助乳化剂的作用，使氧化剂盐类水溶液的微滴均匀分散在含有分散气泡或空心玻璃微珠等多孔物质的油相连续介质中，形成一种油包水型的乳胶状炸药，是20世纪70年代发展起来的新型工业炸药[1]。近几年，乳化炸药发展迅速，生产线自动化程度有了大幅提高，但是有些设备适用能力低，连续化、自动化程度不高，甚至出现失控，一些炸药生产厂家监控形同虚设[2]。基于PLC的乳化炸药生产安全联动控制系统以S7-300 PLC控制器为核心，对乳化炸药生产线设备运行参数进行在线检测、采集和分析，生产现场和监控中心两地监控，实现生产线设备联动控制，系统稳定可靠，有效提高了生产线本质安全水平及生产效率。

1乳化炸药工艺简述

乳化炸药生产主要包括水相溶液制备、油相溶液制备、油水相溶液储备、连续乳化、敏化、装药、凉药、包装等工序，其工艺流程如图1所示。

图1　乳化炸药生产工艺流程示意

根据乳化炸药生产工艺，将液态硝酸铵输入水相溶解罐，并加入适量的水，达到工艺要求后放入水相储罐待用；油相熔化后达到工艺要求时放入油相储罐待用。水油相储罐中介质由输送泵按工艺要求配比输入预乳机乳化，预乳液由基质泵输入精乳器进行精乳，精乳基质经连续敏化后装药，药卷经水池冷却后进入包装，装完箱后转运到中转库或成品库里[3]。

2联动控制系统方案

2.1基本功能

实现乳化炸药生产线的设备联动，乳化和装药的速度与包装效率匹配： 包装产能降低，凉药皮带减速，装药机产能降低，乳化产能降低；包装故障或者停机，皮带和装药自动停止，乳化延时停机。产能匹配可在控制室界面显示，系统能检测在线存药量，当在线存药量超量时，控制室提示报警，延时或停止制药工序。

2.2控制系统结构

生产线由独立的水、油相制备间，预乳间，装药间，冷却水池，包装间组成。整个系统的结构如图2所示。

图2　乳化炸药生产联动控制系统结构示意

系统采用S7-300 PLC控制器进行核心控制，上位机采用工业以太网进行通信，触摸屏、变频器、远程控制点采用Profibus总线通信技术，这种工业通信方法可以快速传送温度压力等数据信号和设备开关等控制信号[4]。不同工序的控制器通过建立通信后进行数据交换，当一个工序的设备出现问题后，各个工序的设备能根据预先定义的处理步骤，对相应的设备自动进行调整。

2.3设计方案

使生产过程中的冲洗、过滤器排污、基质泵调速、粗乳器调速等过程通过气动阀实现自动控制。包装系统的运转、故障、停止及产能信号通过通信电缆传输到PLC系统[5]。包装系统传送过来的信号主要包括机械手状态信号、机械手每分钟抓取速度、包装要求减产信号、包装要求停机信号以及普通报警信号等。

建立装药机控制系统和制药控制系统的联系，读取装药机每分钟装药根数、设备状态信号、电机和温度等数据，在包装出现故障的情况下，根据不同的情况远程自动调节装药机装药能力。凉药皮带由变频器控制，使皮带能根据产能匹配参数自动调速，当包装线出现故障或者收到要求皮带降速的请求后自动调节皮带速度。

2.4联动关键点

生产线的PLC控制系统能确保乳化、敏化装药和皮带的调速，关键在于包装系统如何提高综合的包装效率。包装是个大的综合性系统，涉及运转皮带、机械手、开箱机、说明书投放机、打包机等的运转。任何一个节点故障，都会造成包装速度的降低，因而包装信号的准确性将影响到整个生产线联动调节的性能。根据包装系统提供信息的类型，划分为以下几类信号，制药系统根据收到的不同信号，对前端制药和装药进行调节[6]。

1) 报警信号。对于可以短时间内解决的故障，控制室只报警，使皮带降速，但装药机及前面工序继续运行，同时在控制室增加语音报警提示，当包装线出现故障后提醒操作人员。

2) 减产信号。当出现要求降低产能的请求后，制药与装药间自动降低产能，降低产能的百分比由包装间请求来决定，同时控制室语音提示降低产能请求。降低产能请求分为3个等级： 降低正常产能的20%、降低正常产能的50%、正常生产产能。

3) 严重故障信号。已经明确故障短时间不能解决，需要全线停机处理，控制室接收到此信号后立即停止全线设备工作。

3保证系统可靠性采取的措施

系统主要采用了以下方法以提高其可靠性及安全性。

1) 在器件选型方面，使用稳定、可靠的元器件，降额使用电气元器件，减少偶然失效情况的发生。

2) 减少电磁干扰，通过滤波、屏蔽、隔离和接地等客观途径减少周围环境电磁干扰。

3) 采用PLC软件滤波抗干扰技术提高系统的抗干扰能力。

4) 急停按钮直接控制执行元件以迅速处理突发安全事故。

5) 重要开关量信号直接接入相应器件常闭触点，保证PLC即时做出反应。

6) 确保PLC输入、输出的短路及漏电保护措施有效[7]。

4结束语

采用以PLC为核心的自动控制系统，结合可靠的检测设备，可以采集真实的现场数据，通过PLC的编程控制和联锁保护，使设备可靠运行，工艺得以精确实现，加之组态软件的配合和报警，控制更加完善和多功能化。

参考文献:

[1]汪旭光.乳化炸药[M].北京： 冶金工业出版社,1993.

[2]苗战颖，董桂林，邵江华,等.浅谈影响我国乳化炸药发展的因素[J].煤矿爆破,2004(04)： 26-27.

[3]陈之功，吴龙祥，潘涛，等.自控技术在乳化炸药连续化生产线中的应用[J].金属矿山,2015(11)： 43-45.

[4]周鸣,曲凌.PROFIBUS总线技术及其应用[J].煤炭工程,2004(06)： 99-101.

[5]李绍铭,闫晖.基于S7300的行车电机状态数据采集系统设计[J].自动化与仪器仪表,2010(02)： 34-35.

[6]王朝夕,邓丽,费敏锐,等.分布式自动化生产线控制系统中上位机与PLC之间的通信方法[J].仪表技术,2013(11)： 24-28.

[7]段苏振.提高PLC控制系统可靠性的设计因素[J].电气传动,2003,33(05)： 45-49.

[8]田红芳,王欢.西门子300PLC及上位机控制系统在电线生产线的应用[J].仪表技术与传感器,2007(03)： 40-41.

作者简介：胡圣邦(1984—)，男，现就职于江西吉安国泰特种化工有限责任公司，主要从事工业炸药自动化技术工作，任自动化工程师。

中图分类号：TP273

文献标志码：B

文章编号：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。