物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)場混裝工業(yè)炸藥監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

仲 峰,黃顯杭

(葛洲壩易普力股份有限公司， 重慶 400023)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)場混裝工業(yè)炸藥監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

仲 峰,黃顯杭

(葛洲壩易普力股份有限公司， 重慶 400023)

根據(jù)多年的現(xiàn)場混裝系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，從安全生產(chǎn)、質(zhì)量控制、智能化水平等方面科學(xué)系統(tǒng)分析了國內(nèi)現(xiàn)場混裝系統(tǒng)技術(shù)存在的問題，并針對存在的問題，從提高現(xiàn)場混裝裝備智能化水平出發(fā)，提出了應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改進(jìn)現(xiàn)場混裝技術(shù)的措施和方法。

現(xiàn)場混裝車;工業(yè)炸藥；智能監(jiān)管;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)以其高效、安全、節(jié)約、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)今國內(nèi)外炸藥與爆破領(lǐng)域的主要發(fā)展方向[1]，民爆行業(yè)“十二五”規(guī)劃中明確指出：“工業(yè)炸藥向安全高效，系列化方向發(fā)展，大力發(fā)展現(xiàn)場混裝型產(chǎn)品”[2]。然而，目前國內(nèi)現(xiàn)場混裝系統(tǒng)(包括現(xiàn)場混裝車以及地面制備站)在生產(chǎn)過程中仍存在著自動(dòng)化程度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、安全條件差、測控儀表可靠性差，生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測少、信息化管理水平低等問題，制約著現(xiàn)場混裝技術(shù)的應(yīng)用。《關(guān)于民用爆炸物品行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的指導(dǎo)意見》和《關(guān)于推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》明確提出，通過鼓勵(lì)民爆企業(yè)采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)改造傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式和管理模式，加快現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的升級換代，提高炸藥生產(chǎn)過程中的本質(zhì)安全性，以信息化技術(shù)提升民爆生產(chǎn)及管理水平。因此，對于現(xiàn)場混裝系統(tǒng)自動(dòng)化、信息化技術(shù)的研究就顯得尤為重要。本文針對目前現(xiàn)場混裝系統(tǒng)中包括安全生產(chǎn)、質(zhì)量控制以及智能化中存在的一些問題，提出應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[3￣4]改進(jìn)現(xiàn)場混裝技術(shù)的措施和方向。

1 現(xiàn)場混裝系統(tǒng)信息化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，在民爆行業(yè)主管部門大力推動(dòng)工業(yè)化與信息化融合的背景下，我國現(xiàn)場混裝系統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)營過程中已逐漸利用信息化、自動(dòng)化、智能化技術(shù)，建立智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程涉及的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、預(yù)警等，從而達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測、實(shí)時(shí)管控的目的，對于提高企業(yè)智能監(jiān)管、本質(zhì)安全水平具有重要意義。

目前，工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝系統(tǒng)中對混裝車的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)管的現(xiàn)場混裝車動(dòng)態(tài)監(jiān)控信息系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)了對混裝車的生產(chǎn)產(chǎn)量以及作業(yè)位置進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)管，但對混裝車作業(yè)過程以及地面站半成品制備過程，尤其是安全聯(lián)鎖數(shù)據(jù)、原材料數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的智能化遠(yuǎn)程監(jiān)管還遠(yuǎn)未做到，制約著現(xiàn)場混裝安全管理水平的提升和生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)本質(zhì)安全性的提高。

1.1 安全生產(chǎn)方面存在的主要問題

自動(dòng)控制系統(tǒng)的有效性是地面站與混裝車得以安全生產(chǎn)的重要保證，目前現(xiàn)場混裝系統(tǒng)中自動(dòng)控制系統(tǒng)的有效性判定主要是基于構(gòu)建相應(yīng)的安全聯(lián)鎖裝置。安全聯(lián)鎖裝置是對生產(chǎn)過程中重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)如溫度、壓力、流量等進(jìn)行監(jiān)控，并判斷其是否工作在合理范圍內(nèi)，如果監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)異常，超出合理范圍便會(huì)自動(dòng)報(bào)警或者強(qiáng)制停機(jī)以保證生產(chǎn)安全。目前的現(xiàn)場混裝系統(tǒng)中，安全聯(lián)鎖裝置的建立并沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，安全聯(lián)鎖硬件設(shè)備的類型、數(shù)量、安裝位置以及安全聯(lián)鎖軟件參數(shù)的含義、取值等都不盡相同，因此安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性得不到保證，導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)不完善、不合理，從而給生產(chǎn)過程帶來安全隱患。

1.2 質(zhì)量控制方面存在的主要問題

1.2.1 原材料計(jì)量誤差大

現(xiàn)場混裝系統(tǒng)中所使用的原材料主要包括硝酸銨、乳化劑、柴油等。水相制備中，對于硝酸銨投入量的計(jì)量主要是根據(jù)投入硝酸銨的包數(shù)進(jìn)行計(jì)量(包數(shù)較多人工數(shù)數(shù)易出錯(cuò))。油相制備中，對于乳化劑投入量的計(jì)量主要是根據(jù)乳化劑桶裝額定量進(jìn)行計(jì)量，對于柴油投入量的計(jì)量主要是根據(jù)體積流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量(鑒于液體溫度對密度影響較大，體積流量計(jì)計(jì)量質(zhì)量誤差較大)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，上述計(jì)量方式對于半成品按照工藝配方進(jìn)行制備時(shí)將產(chǎn)生一定誤差，導(dǎo)致生產(chǎn)人員需要在制備過程中根據(jù)質(zhì)量檢測結(jié)果來反復(fù)調(diào)節(jié)原材料的投入量，給質(zhì)量控制增加不確定性。

1.2.2 質(zhì)量檢測不準(zhǔn)確

對于現(xiàn)場混裝炸藥而言，原材料、半成品以及成品乳化炸藥的質(zhì)量檢測尤為重要，直接影響著混裝炸藥的爆速等性能參數(shù)，決定著乳化炸藥質(zhì)量的優(yōu)劣。在目前的質(zhì)量檢測中，在生產(chǎn)現(xiàn)場對于水油相以及成品乳化炸藥檢測的最主要的參數(shù)是溫度與密度，所采用的檢測工具主要是酒精溫度計(jì)、玻璃密度計(jì)以及密度杯等計(jì)量精度并不高的儀器，所測量的數(shù)據(jù)與實(shí)際值存在一定偏差。在管理上，對于質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)并未要求以電子表格形式上傳到單位主管部門，更多由生產(chǎn)各單位自行負(fù)責(zé)質(zhì)量檢測后的填報(bào)工作，在監(jiān)管上并不夠嚴(yán)格，因此一定程度上會(huì)導(dǎo)致質(zhì)檢員在質(zhì)檢工作上的疏忽，從而引起質(zhì)量事故。

1.3 智能化方面存在的主要問題

1.3.1 關(guān)鍵工序智能化設(shè)備不到位

在地面制備站中，作為現(xiàn)場混裝乳化炸藥半成品制備的關(guān)鍵點(diǎn)之一，水、油相密度檢測直接決定水油相配比是否準(zhǔn)確。但目前仍采用線下檢測，即通過人工取樣后測量，在此過程中由于受環(huán)境溫度以及人工操作等因素的影響，其測量值與實(shí)際值存在一定誤差。如果采用高精度的密度傳感器等智能裝備加裝在水油相罐中，通過數(shù)據(jù)采集及分析處理系統(tǒng)對水油相密度進(jìn)行線上檢測，必將提升質(zhì)量控制智能化水平。無疑，這是一個(gè)發(fā)展方向。

在現(xiàn)場混裝乳化炸藥車中，對于關(guān)鍵工序乳膠基質(zhì)的計(jì)量仍采用轉(zhuǎn)速測量的方式，但該方式在測量過程中并不能保證乳膠基質(zhì)流入量與泵送裝置的轉(zhuǎn)速成線性比例關(guān)系，空轉(zhuǎn)時(shí)也同樣會(huì)繼續(xù)計(jì)量，因此對于乳膠基質(zhì)測量值誤差較大，一定程度上影響爆破效果和精細(xì)化程度。

對于目前應(yīng)用較為廣泛、技術(shù)較成熟的智能化設(shè)備，質(zhì)量流量計(jì)是否可以應(yīng)用于乳膠基質(zhì)的測量可作為研究方向。

1.3.2 缺乏生產(chǎn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程集中管理系統(tǒng)

現(xiàn)場混裝乳化炸藥生產(chǎn)數(shù)據(jù)主要包括水油相生產(chǎn)量，水油相上車量、水油相返料量以及混裝乳化炸藥生產(chǎn)量。目前，對于水油相生產(chǎn)量、上車量、返料量的采集主要是通過質(zhì)量流量計(jì)實(shí)現(xiàn)，然后通過人工進(jìn)行紙質(zhì)檔數(shù)據(jù)填報(bào)，上述數(shù)據(jù)并沒有進(jìn)行電子歸檔并上傳到相關(guān)主管部門?，F(xiàn)場混裝乳化炸藥生產(chǎn)過程中的安全聯(lián)鎖數(shù)據(jù)主要包括水油相溫度、壓力、液位、流量數(shù)據(jù)，乳化器、螺桿泵溫度、壓力、轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)等，對于上述安全聯(lián)鎖數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場級的遠(yuǎn)程監(jiān)控，但并沒有實(shí)現(xiàn)公司級的遠(yuǎn)程監(jiān)管，公司主管部門并不能及時(shí)了解現(xiàn)場生產(chǎn)情況。

綜上所述，建立現(xiàn)場混裝乳化炸藥生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及安全聯(lián)鎖數(shù)據(jù)公司級甚至行業(yè)級集中遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)，不僅能解決生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)管的滯后性問題，還有助于提高企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量管控以及應(yīng)急處理能力，對于提高生產(chǎn)本質(zhì)安全水平具有重要意義。

2 智能化現(xiàn)場混裝系統(tǒng)應(yīng)用研究

2.1 總體架構(gòu)

綜合運(yùn)用傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建原材料出入庫數(shù)據(jù)、質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、安全聯(lián)鎖數(shù)據(jù)以及位置數(shù)據(jù)等采集系統(tǒng)(結(jié)構(gòu)見圖1)，建立企業(yè)主管部門以及行業(yè)主管單位數(shù)據(jù)監(jiān)控、遠(yuǎn)傳、查詢、分析等監(jiān)管系統(tǒng)。

圖1 現(xiàn)場混裝工業(yè)炸藥監(jiān)控系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用流程結(jié)構(gòu)

2.2 設(shè)計(jì)方案

2.2.1 原材料數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

原材料數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[5]主要用于地面制備站半成品生產(chǎn)過程中對所使用的原材料數(shù)量進(jìn)行自動(dòng)采集，同時(shí)該系統(tǒng)具備對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)、報(bào)警、查詢、上傳等功能。原材料數(shù)據(jù)主要包括現(xiàn)場混裝乳化炸藥生產(chǎn)過程中所涉及到的水相、油相、敏化劑等半成品所使用的材料，其中包括硝酸銨、乳化劑、柴油、亞硝酸鈉、檸檬酸等。在生產(chǎn)過程中，對消耗的原材料數(shù)據(jù)進(jìn)行智能采集，并實(shí)時(shí)上傳到智能監(jiān)管平臺以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備案和分析處理。

2.2.2 質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要用于對地面制備站的原材料、半成品和現(xiàn)場混裝車生產(chǎn)的成品乳化炸藥的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)、查詢、上報(bào)等。其中，硝酸銨的檢測數(shù)據(jù)主要有含水量、含氮量，水相的檢測數(shù)據(jù)主要有溫度、密度、pH值，油相的檢測數(shù)據(jù)主要有溫度、密度，現(xiàn)場混裝乳化炸藥的檢測數(shù)據(jù)主要有密度、溫度、爆速、猛度、殉爆距離等。

質(zhì)量檢測分別用精度較高的密度測試儀、pH測試儀、溫度測試儀取代傳統(tǒng)精度較低、使用不方便的酒精溫度計(jì)、玻璃密度計(jì)和pH試紙。質(zhì)檢員將采集后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸入到質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，通過與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比分析，系統(tǒng)自動(dòng)判斷所采集的數(shù)據(jù)是否合格。

2.2.3 生產(chǎn)及安全聯(lián)鎖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

生產(chǎn)及安全聯(lián)鎖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要用于對地面制備站和現(xiàn)場混裝車的生產(chǎn)及安全聯(lián)鎖相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)、報(bào)警、查詢、上報(bào)等。生產(chǎn)數(shù)據(jù)主要包括水油相產(chǎn)量、乳膠基質(zhì)產(chǎn)量、乳化炸藥產(chǎn)量。安全聯(lián)鎖數(shù)據(jù)主要包括水油相溫度及液位，水油相泵流量及壓力，乳化器溫度、轉(zhuǎn)速及壓力，螺桿泵溫度及壓力等。在生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集并監(jiān)測，通過與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，實(shí)時(shí)判斷生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及安全聯(lián)鎖數(shù)據(jù)是否在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定范圍內(nèi)。如果數(shù)據(jù)與設(shè)定范圍值不匹配，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)報(bào)警或者停機(jī)以保證安全生產(chǎn)。

2.2.4 作業(yè)信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

作業(yè)信息采集系統(tǒng)[6]主要用于對現(xiàn)場混裝車的運(yùn)行參數(shù)以及現(xiàn)場混裝乳化炸藥生產(chǎn)、安全聯(lián)鎖等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到集中遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)。主管單位通過該系統(tǒng)有效分析現(xiàn)場混裝乳化炸藥車的生產(chǎn)運(yùn)行情況，對混裝車運(yùn)行以及生產(chǎn)作業(yè)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，加強(qiáng)對混裝車炸藥流向的管控，減少不必要的意外生產(chǎn)事故。混裝車的運(yùn)行參數(shù)主要包括運(yùn)行路徑、運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行距離等?，F(xiàn)場混裝乳化炸藥生產(chǎn)數(shù)據(jù)主要包括水油相使用量、敏化劑使用量以及現(xiàn)場混裝乳化炸藥生產(chǎn)量等?，F(xiàn)場混裝乳化炸藥安全聯(lián)鎖數(shù)據(jù)主要包括水油相流量，乳化器溫度、壓力、轉(zhuǎn)速以及軸徑向位移，螺桿泵溫度、壓力等。

2.2.5 集中遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)

集中遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)主要用于對現(xiàn)場混裝系統(tǒng)中的原材料、質(zhì)量檢測、生產(chǎn)及安全聯(lián)鎖以及作業(yè)信息等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行整體集成并統(tǒng)一管理，對現(xiàn)場混裝系統(tǒng)中所涉及的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視、查詢、預(yù)警、對比、修正、提醒等，實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)時(shí)監(jiān)控、在線指揮、管控一體，確保安全、高效生產(chǎn)。

3 結(jié) 論

目前應(yīng)用的現(xiàn)場混裝系統(tǒng)在安全生產(chǎn)、質(zhì)量控制、智能化等方面普遍存在安全聯(lián)鎖、原材料、質(zhì)量、生產(chǎn)等重要數(shù)據(jù)未能實(shí)時(shí)記錄并上傳到企業(yè)主管部門或者行業(yè)主管單位以進(jìn)行有效管控的問題。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立一套智能化現(xiàn)場混裝系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程中涉及的上述數(shù)據(jù)以及位置數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)、匹配、報(bào)警、查詢、上報(bào)等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控，提高安全管理和本質(zhì)安全水平。

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呂書平(1977-)，男，山西五臺人，工程師，主要從事礦山采礦工程設(shè)計(jì)、技術(shù)管理及安全管理工作，Email：lvshuping08@163.com。

2016￣11￣21)