乳化炸藥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究

陳勇

中國(guó)葛洲壩集團(tuán)易普力股份有限公司萬(wàn)州分公司 重慶 404047

乳化炸藥作為新一代的工業(yè)炸藥，以其良好的性能廣泛應(yīng)用于各種民用爆破工作中，在有水和潮濕的爆破場(chǎng)合更顯示其優(yōu)越性。在乳化炸藥的生產(chǎn)過(guò)程中，各組分配比、溫度的穩(wěn)定是保證乳化炸藥質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 主要功能

乳化炸藥生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)由制藥、裝藥、包裝三個(gè)控制系統(tǒng)組成，三個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行控制相對(duì)獨(dú)立而又互相聯(lián)系，在三個(gè)系統(tǒng)之間又形成一個(gè)大的閉環(huán)控制。生產(chǎn)過(guò)程的設(shè)備的電機(jī)、氣動(dòng)閥和電動(dòng)閥等由監(jiān)控主機(jī)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)控制主要生產(chǎn)過(guò)程的順序運(yùn)行的任務(wù)。生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的任何工序出現(xiàn)故障，與之對(duì)應(yīng)的上級(jí)工序和下級(jí)工序都將自動(dòng)實(shí)現(xiàn)能力匹配，智能調(diào)節(jié)保護(hù)，避免了因物料堆積、設(shè)備空轉(zhuǎn)等造成的安全隱患，實(shí)現(xiàn)了全線一體化控制[1]。

在關(guān)鍵部位設(shè)有自動(dòng)化儀器儀表，可以檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的溫度、壓力、流量、電流、液位等信號(hào)，設(shè)有完善的安全連鎖保護(hù)系統(tǒng)，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備設(shè)有超溫、超壓、介質(zhì)斷流等一系列安全保護(hù)措施，操作人員可以通過(guò)監(jiān)控主機(jī)修改系統(tǒng)的工作方式，檢查系統(tǒng)的工作狀態(tài)，監(jiān)控主機(jī)還提供故障報(bào)警和緊急處理等操作，保證了生產(chǎn)線的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 乳化炸藥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)

2.1 水相溶液配置

硝酸銨水溶液由罐車運(yùn)到卸料站臺(tái)，通過(guò)卸料泵泵入硝酸銨水溶液儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。經(jīng)流量計(jì)自動(dòng)定量硝酸銨水溶液通過(guò)氣動(dòng)閥門(mén)控制加入相應(yīng)的水相罐；經(jīng)過(guò)過(guò)濾處理的水，流經(jīng)加水電磁流量計(jì)時(shí)，控制系統(tǒng)同步對(duì)所加水統(tǒng)計(jì)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定量后，儀表給出信號(hào)自動(dòng)關(guān)閉加水的自動(dòng)閥；當(dāng)罐里的溶液升高到工藝溫度后，將硝酸鈉稱量后倒入加料料斗，開(kāi)啟破碎機(jī)、輸送螺旋和分料螺旋，硝酸鈉通過(guò)分料螺旋正反轉(zhuǎn)控制，被加入到對(duì)應(yīng)的罐中，邊加料邊升溫邊攪拌，過(guò)程中溫度由自動(dòng)控溫閥閉環(huán)控制，使其達(dá)到工藝溫度值。

2.2 油相溶液配制

油相材料由原材料庫(kù)運(yùn)入乳化油相材料間，油相材料經(jīng)稱量后加入油相熔蠟槽，通蒸汽間接加熱，通過(guò)自動(dòng)控溫閥自動(dòng)進(jìn)行加熱熔化，待全部熔化并達(dá)到規(guī)定的溫度后放入油相罐，攪拌使其混合均勻，通過(guò)自動(dòng)控溫閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)，保持溫度備用。

2.3 連續(xù)乳化

（1）預(yù)乳。生產(chǎn)前對(duì)工藝管路用熱水保溫，具備生產(chǎn)條件后，首先開(kāi)啟同時(shí)開(kāi)啟油相泵，隨后5s 開(kāi)啟水相泵。水相油相溶液經(jīng)過(guò)濾器、管路及流量計(jì)，泵送進(jìn)入預(yù)乳罐，在預(yù)乳攪拌由慢即快的作用下，水油相相互滲透，并形成油包水透亮的乳化基質(zhì)。水相油相的流量設(shè)定值由上位機(jī)給定，通過(guò)PID 自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)，使流量自動(dòng)穩(wěn)定控制。預(yù)乳攪拌的轉(zhuǎn)速在水油相剛加入時(shí)，轉(zhuǎn)速是280，隨著加入量的增大，速度逐步加快，最終維持在600 轉(zhuǎn)左右。預(yù)乳過(guò)程有超溫、超壓、料位安全聯(lián)鎖保護(hù)，以保證安全。

（2）精乳。預(yù)乳后的膠體基質(zhì)由基質(zhì)泵打入靜態(tài)乳化器，靜態(tài)乳化器為無(wú)動(dòng)力的靜態(tài)分散器，在基質(zhì)泵的壓力下，管道壓差在0.6～1.0MPa，基質(zhì)在靜態(tài)乳化器里充分混合，分散混合過(guò)程中相對(duì)剪切速度最大不超過(guò)1.5 米/秒，對(duì)乳膠幾乎沒(méi)有損傷，儲(chǔ)存性能和爆炸性能均明顯優(yōu)于機(jī)械攪拌敏化后的炸藥，也從根本上消除了乳膠制造的危險(xiǎn)因素。通過(guò)基質(zhì)泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，能保持預(yù)乳罐的料位較穩(wěn)定的高度，以便充分乳化[2]。

（3）冷卻?；|(zhì)從靜態(tài)乳化器出來(lái)后進(jìn)入回轉(zhuǎn)式鋼帶冷卻機(jī)，根據(jù)裝藥溫度，不同產(chǎn)能條件，自動(dòng)調(diào)整鋼帶速度和水量，使裝藥溫度滿足工藝要求。

2.4 敏化、裝藥、包裝

基質(zhì)經(jīng)鋼帶冷卻后進(jìn)入乳膠中轉(zhuǎn)料倉(cāng)，在開(kāi)啟乳膠中轉(zhuǎn)泵的同時(shí)開(kāi)啟酸劑泵，通過(guò)分散器將混合乳膠基質(zhì)和酸劑混合后進(jìn)入乳膠料倉(cāng)，達(dá)到一定量后，裝藥機(jī)才可以開(kāi)機(jī)。乳膠泵往裝藥機(jī)泵送乳膠的過(guò)程中，發(fā)泡劑泵同時(shí)啟動(dòng)，發(fā)泡劑的加入量是按照比例自動(dòng)跟蹤乳膠泵泵送的乳膠的流量的。乳膠泵的轉(zhuǎn)速是因裝藥需要而給定和控制的，但當(dāng)乳膠料倉(cāng)的料位到達(dá)下限時(shí)，乳膠將會(huì)自動(dòng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，以防止空轉(zhuǎn)。同時(shí)料位的上限和下限都會(huì)引起聲光報(bào)警器的動(dòng)作，裝藥間和乳化間控制室都能得到警示。敏化后的乳化炸藥經(jīng)乳膠泵送到混合器，進(jìn)一步均化和混合后進(jìn)入裝藥機(jī)裝藥。裝藥過(guò)程是，首先檢查準(zhǔn)備裝藥機(jī)，具備條件后設(shè)定好乳膠泵的轉(zhuǎn)速，并在觸摸屏輸出乳膠泵可以開(kāi)啟命令。現(xiàn)場(chǎng)即可以開(kāi)啟乳膠泵、發(fā)泡劑泵、混合器。如果裝藥機(jī)中途出現(xiàn)故障，在觸摸屏上點(diǎn)擊乳膠泵停止命令，乳膠泵、發(fā)泡劑泵、混合器立即會(huì)停止。裝藥機(jī)包裝好的乳化炸藥經(jīng)皮帶運(yùn)輸并浸泡冷卻，再風(fēng)干和包裝。冷卻皮帶的轉(zhuǎn)速可根據(jù)需要在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定。最新的MGEPL-R 機(jī)器人包裝線采用機(jī)器人視覺(jué)識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了理料包裝的無(wú)人化。MGEPL-R 的信號(hào)通過(guò)有線接入到PLC，機(jī)器人實(shí)時(shí)記錄和累積抓取藥卷的根數(shù)并把數(shù)據(jù)傳送到PLC，PLC 據(jù)此掌握包裝的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，同時(shí)聯(lián)控裝藥和制乳過(guò)程，通過(guò)這種集成控制和智能調(diào)節(jié)，包裝-裝藥-乳化過(guò)程智能動(dòng)態(tài)匹配，達(dá)到三者之間的產(chǎn)能動(dòng)態(tài)平衡[3]。

該乳化線的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使用的是比較穩(wěn)定可靠的傳感器和控制設(shè)備，關(guān)鍵控制器均采用國(guó)外進(jìn)口。有了可靠的檢測(cè)設(shè)備，可以采集真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)PLC 的編程控制和連鎖保護(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，該控制結(jié)構(gòu)是多年在炸藥生產(chǎn)線上實(shí)踐的積累和總結(jié)，功能完善，使用人性化。該系統(tǒng)保證了乳化炸藥生產(chǎn)的本質(zhì)安全性，保證了乳化炸藥質(zhì)量和性能的穩(wěn)定性，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，具有性能可靠、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。