王樹祥,張建丹,魏碧波

(葛洲壩易普力股份有限公司, 重慶 400023)

乳化現(xiàn)場(chǎng)混裝車制藥自動(dòng)控制系統(tǒng)

王樹祥,張建丹,魏碧波

(葛洲壩易普力股份有限公司, 重慶 400023)

針對(duì)乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝車制藥控制系統(tǒng)存在的問題,利用流量計(jì)、PLC和工業(yè)控制屏對(duì)原有控制系統(tǒng)進(jìn)行改造,實(shí)現(xiàn)了乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝車的自動(dòng)控制。

乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝車;自動(dòng)控制系統(tǒng);流量;PLC;工業(yè)控制屏

1 乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝車工作原理

集原材料運(yùn)輸、炸藥現(xiàn)場(chǎng)混制及機(jī)械化裝藥于一體的炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝車消除了商品炸藥在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及裝藥過程中的不安全因素,在大中型露天礦山開采及水電工程施工等爆破工程中得到了廣泛的應(yīng)用,炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)已成為我國(guó)民爆行業(yè)確定的發(fā)展方向。

乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝車上配備有原料貯存箱及水相輸送泵、油相輸送泵、乳化器、混合器、乳膠輸送泵等制裝藥設(shè)備。所有的制裝藥設(shè)備均由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng),運(yùn)行速度由安裝在液壓管路的流控閥控制。制藥時(shí)在水相輸送泵和油相輸送泵的作用下,水相和油相進(jìn)入乳化器,通過乳化器的高速剪切,形成乳膠基質(zhì),乳膠基質(zhì)和發(fā)泡劑在混合器里進(jìn)行混合形成炸藥,混合后的炸藥靠自重落入乳膠輸送泵漏斗內(nèi),通過乳膠輸送泵將炸藥由輸藥膠管送入炮孔。乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝車工作原理見圖1。

圖1 乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝車工作原理

2 目前存在的問題

目前國(guó)內(nèi)使用的乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝車電氣控制系統(tǒng)絕大部分是手動(dòng)或半自動(dòng)控制,在制裝藥過程中不能完全保證炸藥質(zhì)量安全生產(chǎn)管理,不足之處主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥組份的配比控制不準(zhǔn)確。由于流量控制閥是手控閥,在生產(chǎn)過程中不能夠自動(dòng)按照設(shè)定值調(diào)整,操作工只有通過觀察現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)的讀數(shù),通過手動(dòng)調(diào)節(jié)流量控閥的開度來調(diào)整水相和油相流量。這樣在生產(chǎn)過程中操作工需要經(jīng)常調(diào)節(jié)流量控閥,增加了操作的難度,操作工的責(zé)任心和操作熟練程度對(duì)混裝炸藥的質(zhì)量起關(guān)鍵作用。

(2)裝藥量是通過控制裝藥時(shí)間實(shí)現(xiàn)的,計(jì)量誤差較大,最高達(dá)到20%左右。

(3)系統(tǒng)的保護(hù)措施欠缺,沒有乳化器超溫報(bào)警停機(jī)、水相與油相斷流報(bào)警停機(jī)、螺桿泵超壓報(bào)警停機(jī)等功能,不符合行業(yè)規(guī)范的要求。

因此,研究和開發(fā)自動(dòng)化程度高的乳化現(xiàn)場(chǎng)混裝車自動(dòng)控制系統(tǒng),有利于穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量和安全生產(chǎn)管理,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

新設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)以工程機(jī)械上專用的SPT -K控制器及工業(yè)控制屏為核心,主要包括流量檢測(cè)及控制、乳化器轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)及控制、安全連鎖保護(hù)及故障停機(jī)處理等部分。

3.1 SPT-K系統(tǒng)控制器

控制系統(tǒng)采用的SPT-K控制器是一種高性能工程機(jī)械專用控制器,它的硬件可靠性遠(yuǎn)高于同類通用型PLC產(chǎn)品,可長(zhǎng)期在惡劣環(huán)境下可靠工作,特別適合用于現(xiàn)場(chǎng)混裝車控制系統(tǒng)。與通用型PLC相比,它具有如下特點(diǎn):

(1)工作溫度范圍寬,可長(zhǎng)期在-40～+70℃范圍工作;

(2)防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP67;

(3)耐振和防摔,墜落實(shí)驗(yàn)通過IEC60068-2 -29的標(biāo)準(zhǔn)Eb,振動(dòng)測(cè)試通過IEC60068-2-64的標(biāo)準(zhǔn)Fh。

3.2 流量監(jiān)測(cè)及配比控制

目前現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥主要由水相、油相和發(fā)泡劑3種組分混制而成,其中水相和油相占到了99.9%,發(fā)泡劑只占0.1%左右,因此水相和油相在制藥過程中的配比準(zhǔn)確性直接決定著炸藥的性能。

控制系統(tǒng)對(duì)水相流量、油相流量分別采用電磁流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行檢測(cè),這兩種流量計(jì)均具有現(xiàn)場(chǎng)顯示和遠(yuǎn)傳功能。由PLC采集的流量信號(hào),經(jīng)程序處理后,輸出控制信號(hào)(PWM信號(hào))對(duì)電液比例控制閥的開度進(jìn)行調(diào)節(jié),從而使水相流量、油相流量達(dá)到配比要求值。

PLC根據(jù)混裝炸藥制備要求的水相、油相的配比,水相密度及設(shè)定裝藥流量(每分鐘的要求裝藥量),自動(dòng)計(jì)算出在此配比和裝藥量下水相、油相各自的要求流量作為給定流量,每相各自組成一個(gè)閉環(huán)回路,通過調(diào)節(jié)各自的電液比例調(diào)節(jié)閥的開度使每相輸出流量穩(wěn)定在給定值上,從而保證三相流量配比一定。對(duì)于流量控制,因系統(tǒng)滯后性和慣性都比較小,響應(yīng)速度快,控制算法采用帶死區(qū)的PI控制,為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,對(duì)PLC的控制輸出(電液比例閥的控制信號(hào))進(jìn)行限幅處理,使控制輸出值只能在一定范圍內(nèi)變化。

制藥過程中,PLC根據(jù)水相及油相的瞬時(shí)流量,計(jì)算出當(dāng)前炮孔已裝入的炸藥量,當(dāng)炮孔已裝炸藥量達(dá)到設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)停止制藥和裝藥。

系統(tǒng)具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種可選擇的工作方式,當(dāng)選擇手動(dòng)工作方式時(shí),只進(jìn)行瞬時(shí)流量顯示及流量累加計(jì)算,不進(jìn)行流量的自動(dòng)調(diào)節(jié),當(dāng)流量配比失調(diào)或者某流量低于報(bào)警流量時(shí),系統(tǒng)只報(bào)警和顯示故障原因,并不自動(dòng)順序停止,電液比例控制閥的開度可在工業(yè)控制屏上設(shè)定;當(dāng)選擇自動(dòng)工作方式時(shí),在進(jìn)行瞬時(shí)流量顯示、流量累加計(jì)算的同時(shí),進(jìn)行流量的自動(dòng)調(diào)節(jié),當(dāng)裝入的炸藥累加量達(dá)到要求裝藥量時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)停止制藥和裝藥,當(dāng)流量配比失調(diào)或者某流量低于報(bào)警流量時(shí),系統(tǒng)在報(bào)警和顯示故障原因的同時(shí)自動(dòng)順序停止制藥和裝藥。

工業(yè)控制屏上可顯示但不能修改的參數(shù)有:水相瞬時(shí)流量,油相瞬時(shí)流量,水相累加流量,油相累加流量,水相電液控制比例閥的開度,油相電液控制比例閥的開度,目前單孔裝藥量,總裝藥量等。

工業(yè)控制屏上可修改并顯示的參數(shù)有:單孔要求裝藥量,裝藥流量(每分鐘的要求裝藥量),水相比例,油相比例,水相密度,水相電液控制比例閥的初始開度,油相電液控制比例閥的初始開度,水相電液控制比例閥的最大開度,油相電液控制比例閥的最大開度,水相電液控制比例閥的最小開度,油相電液控制比例閥的最小開度等。

3.3 螺桿泵壓力和乳化器出口溫度的監(jiān)測(cè)

采用KYB3051型耐高溫膜片法蘭式智能壓力變送器對(duì)螺桿泵的壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè),當(dāng)壓力超過設(shè)定報(bào)警壓力時(shí),系統(tǒng)報(bào)警并在工業(yè)控制屏上顯示故障原因并順序停止。

對(duì)乳化器出口溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè),當(dāng)該溫度超過設(shè)定報(bào)警溫度時(shí),系統(tǒng)報(bào)警并在工業(yè)控制屏上顯示故障原因并順序停止。

4 結(jié) 論

上述新的控制系統(tǒng)從2009年起先后在葛洲壩易普力股份有限公司的攀枝花分公司、會(huì)理分公司、西昌分公司、平南分公司、向家壩分公司等項(xiàng)目部的乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝車上投入使用。使用結(jié)果表明,新控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定,產(chǎn)品配比準(zhǔn)確、質(zhì)量可靠,真正實(shí)現(xiàn)了乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝車的自動(dòng)控制,穩(wěn)定了混裝炸藥的質(zhì)量,提高了現(xiàn)場(chǎng)爆破效果。

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2012-06-26)

王樹祥(1975-),男,湖南湘鄉(xiāng)人,從事工程爆破技術(shù)研究及管理工作,Email:476067272@qq.com。