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[摘要]针对目前国内乳化炸药移动式地面站控制系统存在的问题，设计一套自动控制系统，通过采用先进的控制方式，对生产过程中的参数进行自动检测与控制，并结合视频监控，解决系统参数易变、时延大的控制难题，极大提高了系统的安全性和可靠生。
[关键词]乳化炸药 自动控制 集散控制 安全
中图分类号：TJ5文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）0420059－01
一、引言
随着民爆行业和采矿业的不断发展，许多大型爆破工程的投入和爆破水平的不断提高，散装乳化炸药的市场需求量逐年攀升，使得以大量生产散装乳化炸药为主的乳化炸药移动式地面站应运而生，然而目前全国范围内的乳化炸药移动式地面站其生产自动化水平低，存在手工操作多、劳动强度大、生产效率低、安全条件差、测控仪表的精度和可靠性差等问题。根据民爆行业的发展要求，切实提高在线测控设备的实用性、可靠性和准确性，提高整体自动化控制水平，最大限度地减少操作人员，加强生产过程的本质安全化，不断提高产品质量，成为目前乳化炸药移动式地面站在行业中急需解决的问题。本文结合民爆行业的发展要求和市场的需要，以及散装乳化炸药乳胶基质生产的特点，从我国国情出发，，对乳化炸药移动式地面站的控制系统进行设计。
二、乳化炸药移动式地面站生产工艺介绍
移动式地面站乳胶基质生产线主要工艺设备由垂直螺旋输送机，油、水相溶化罐，油、水相储存罐，油、水相输送泵，乳化器，基质输送泵，强冷器等组成，其生产工艺流程和设备布置如图1所示。按工艺要求，先向水相溶化罐加入一定量的水，并加热，一定量的多孔粒硝酸铵经垂直螺旋输送机送入水相溶化罐进行溶化，达到工艺要求时放入水相储存罐待用；油相溶化达到工艺要求时放入油相储罐待用。油、水相储罐中的介质由油、水相输送泵按工艺要求的配比送入乳化器乳化，然后经过基质泵送入强冷器冷却达一定温度后经输药软管输入装药车，完成基质的生产。生产过程中，油、水相溶化罐要不断重复溶化过程，确保生产线的连续性。
三、乳化炸药移动式地面站自动控制系统设计
控制系统采用集散控制系统结构。本系统选用可靠性高、功能强大的西门子可编程控制器作为下位机主控制器，选用西门子品牌工控机作为上位机，计算机与PLC之间通过MPI进行数据通讯，检测仪表和执行机构选用国内外知名品牌，且均为防爆型结构，以保证整个生产线的安全可靠。
（一）控制系统软件设计
1.操作系统。操作系统为WindowsXP。
2.上位机工业组态软件。上位机软件在WindowsXP环境下，选用组态王Version6.50编写，实现全汉化用户界面。“组态王”是建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包，充分利用了Windows的完备图形功能，友好界面及易学易用的特点。它由工程浏览器、画面运行系统以及驱动程序三部分组成，前两者可单独使用又相互依存，它主要用来建立图形监控画面和各图形的内部管理。驱动程序则是相对独立的，它主要用来驱动下位机（即各种现场控制设备）以及接受下位机的数据信号，它不需要具体的通讯协议，只要在组态王的设备库中选择设备的类型，安装好该设备的驱动程序即可。界面显示如生产工艺流程图、实时趋势曲线、历史趋势曲线、参数设置、报警、历史报表等多种画面，实现上位机对生产过程进行监控，并为提高生产管理水平提供了技术手段。
（二）控制系统硬件设计
1.上位机系统。上位机系统是集散控制系统硬件人机对话的平台，为保证整个控制系统的可靠性，本文选用西门子品牌工控机作为监控计算机（上位机）。采用常用的RS-232通讯协议，将用户配方通过RS-232接口与PLC进行通信。
2.下位机系统。本系统采用西门子PLC作为下位机，它是整个控制系统的核心，具备开关量控制、模拟量控制、运动控制、数据处理、通讯联网等功能，完成对自动控制系统的设计及实现。由于可编程控制器PLC内部采用了多种滤波器，而且CPU与I/O光电隔离具有很强的抗干扰能力，因此可在各种恶劣的工业环境下工作。
3.控制操作台及配电柜。由空气开关、接触器、热继电器等组成的强电控制柜能实现各种设备运转的驱动和短路保护、电机过载保护。操作台上有转换开关、各种功能按钮、开关、指示灯及急停按钮。整个操作台上的各种功能按钮和开关组成了一个工艺流程模拟屏，自动操作时，各种设备和生产流程由PLC控制，操作台上的工艺流程模拟屏具有显示设备运行状态的功能。操作台可用来调试设备或手动生产。
4.智能仪器仪表。本控制系统采用SR系列智能仪器仪表，该系列智能仪表能完成高性能的PID控制、可抑制控制超调，运行稳定，可在测量过程中对数据进行加工和处理，减少测量过程中产生的随机误差和系统误差，能实现手/自动无扰切换、带RS232通信接口，有丰富的控制输出。
（三）生产过程参数检测与控制
乳化炸药移动式地面站乳胶基质自动化生产线集散控制系统结构如图2所示。
生产中要检测和控制的工艺参数较多，包过油、水相原材料的称重及配比量；油水相溶解过程温度、液位；油、水相输送的压力、流量、温度；乳胶基质组分的比例配比关系及流量控制；乳胶基质的输送压力及温度；生产线超温、超压、冷却水断流等安全工艺参数，以及各台设备的安全连锁和开、停机控制参数等。
（四）控制系统采取的安全生产保护措施
1.现场除了主控柜外，还设置了两个现场操作控制箱，用于显示相应工作平台上的主要工作参数和相应按钮操作，以便于巡检人员和岗位工人及时发现和处理问题，避免生产事故的发生。
2.控制室中的上位机（工控机）和操作台按钮指示能正确显示反映整个生产线的工艺参数、设备运行状态，具有监控参数超限报警功能（声光报警），以便于操作员观察生产状况。
3.对生产线上的重大危险点进行重点监控，以避免危险事故的发生：保证乳化器、基质泵等关键设备不空转，断料时控制系统自动实行紧急停车；对基质泵的压力及出料温度进行实时监控，超出设定值时系统自动报警并停车。
4.控制室中的视频监控系统对生产线中的关键环节进行视频监控和录像，便于操作员观察生产现场状况，及时发现问题，避免生产事故发生。
5.控制系统中的历史数据记录和视频图像记录为强化安全生产管理提供了技术手段。
四、控制系统完成的功能特点
控制系统完成的主要功能特点：实现了生产过程计算机控制；实现了对生产工艺中的主要设备既能集中控制又能单机操作；实现了生产工艺中的主要参数实时检测和控制；强化了监控、报警、连锁保护手段，提高了生产的安全性；实现了调整系统中各参数方便，适应能力强；对工艺设备的状态及工艺参数实时采集并自动记录，形成历史数据库，可随时查询、打印、分析任何时间段的生产情况，为强化生产管理提供了科学手段；采用集散控制结构，具有组态灵活，安装调试方便，可扩展和联网、人机界面友好、运行安全可靠、性价比高等许多优点；采用通信技术和多媒体视频监控系统，提高了生产的安全性和科学管理水平。
五、结语
该自动控制系统应用于湖北昌泰化工有限责任公司和山东平邑化工有限责任公司的乳化炸药移动式地面站中，运行结果表明：该控制系统有很好的控制能力，实现了乳化炸药移动式地面站自动化生产，有效提高了散装乳化炸药乳胶基质生产的安全性和产品质量，大大降低了工人的劳动强度，系统运行可靠，控制精度高，操作方便、实用，用户界面友好，受到了用户的好评。该地面站顺利通过了山东国防科工办组织的技术鉴定，其技术水平达国内先进水平。
参考文献：
[1]陈永化，赵本宾 可编程控制器技术与应用系统设计[M].北京:机械工业出版社，2002.
[2]童进秋，吴燕 乳化炸药生产线集散控制系统的研究和应用[J].煤矿破破，2005，71（4）:21-23.
[3]王日旭等，乳化铵油炸药生产线自动控制系统设计[J].工程爆破与器材，2008，16（1）:12-14.
[4]刘建芳.PLC控制变频器调速系统 [J] . 青岛科技大学学报，2003，9（24）: 114-115.
作者简介：
唐秀永，男，壮族，广西柳州人，硕士，工程师， 主要从事民爆设备的研究与开发工作。
[关键词]乳化炸药 自动控制 集散控制 安全
中图分类号：TJ5文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）0420059－01
一、引言
随着民爆行业和采矿业的不断发展，许多大型爆破工程的投入和爆破水平的不断提高，散装乳化炸药的市场需求量逐年攀升，使得以大量生产散装乳化炸药为主的乳化炸药移动式地面站应运而生，然而目前全国范围内的乳化炸药移动式地面站其生产自动化水平低，存在手工操作多、劳动强度大、生产效率低、安全条件差、测控仪表的精度和可靠性差等问题。根据民爆行业的发展要求，切实提高在线测控设备的实用性、可靠性和准确性，提高整体自动化控制水平，最大限度地减少操作人员，加强生产过程的本质安全化，不断提高产品质量，成为目前乳化炸药移动式地面站在行业中急需解决的问题。本文结合民爆行业的发展要求和市场的需要，以及散装乳化炸药乳胶基质生产的特点，从我国国情出发，，对乳化炸药移动式地面站的控制系统进行设计。
二、乳化炸药移动式地面站生产工艺介绍
移动式地面站乳胶基质生产线主要工艺设备由垂直螺旋输送机，油、水相溶化罐，油、水相储存罐，油、水相输送泵，乳化器，基质输送泵，强冷器等组成，其生产工艺流程和设备布置如图1所示。按工艺要求，先向水相溶化罐加入一定量的水，并加热，一定量的多孔粒硝酸铵经垂直螺旋输送机送入水相溶化罐进行溶化，达到工艺要求时放入水相储存罐待用；油相溶化达到工艺要求时放入油相储罐待用。油、水相储罐中的介质由油、水相输送泵按工艺要求的配比送入乳化器乳化，然后经过基质泵送入强冷器冷却达一定温度后经输药软管输入装药车，完成基质的生产。生产过程中，油、水相溶化罐要不断重复溶化过程，确保生产线的连续性。
三、乳化炸药移动式地面站自动控制系统设计
控制系统采用集散控制系统结构。本系统选用可靠性高、功能强大的西门子可编程控制器作为下位机主控制器，选用西门子品牌工控机作为上位机，计算机与PLC之间通过MPI进行数据通讯，检测仪表和执行机构选用国内外知名品牌，且均为防爆型结构，以保证整个生产线的安全可靠。
（一）控制系统软件设计
1.操作系统。操作系统为WindowsXP。
2.上位机工业组态软件。上位机软件在WindowsXP环境下，选用组态王Version6.50编写，实现全汉化用户界面。“组态王”是建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包，充分利用了Windows的完备图形功能，友好界面及易学易用的特点。它由工程浏览器、画面运行系统以及驱动程序三部分组成，前两者可单独使用又相互依存，它主要用来建立图形监控画面和各图形的内部管理。驱动程序则是相对独立的，它主要用来驱动下位机（即各种现场控制设备）以及接受下位机的数据信号，它不需要具体的通讯协议，只要在组态王的设备库中选择设备的类型，安装好该设备的驱动程序即可。界面显示如生产工艺流程图、实时趋势曲线、历史趋势曲线、参数设置、报警、历史报表等多种画面，实现上位机对生产过程进行监控，并为提高生产管理水平提供了技术手段。
（二）控制系统硬件设计
1.上位机系统。上位机系统是集散控制系统硬件人机对话的平台，为保证整个控制系统的可靠性，本文选用西门子品牌工控机作为监控计算机（上位机）。采用常用的RS-232通讯协议，将用户配方通过RS-232接口与PLC进行通信。
2.下位机系统。本系统采用西门子PLC作为下位机，它是整个控制系统的核心，具备开关量控制、模拟量控制、运动控制、数据处理、通讯联网等功能，完成对自动控制系统的设计及实现。由于可编程控制器PLC内部采用了多种滤波器，而且CPU与I/O光电隔离具有很强的抗干扰能力，因此可在各种恶劣的工业环境下工作。
3.控制操作台及配电柜。由空气开关、接触器、热继电器等组成的强电控制柜能实现各种设备运转的驱动和短路保护、电机过载保护。操作台上有转换开关、各种功能按钮、开关、指示灯及急停按钮。整个操作台上的各种功能按钮和开关组成了一个工艺流程模拟屏，自动操作时，各种设备和生产流程由PLC控制，操作台上的工艺流程模拟屏具有显示设备运行状态的功能。操作台可用来调试设备或手动生产。
4.智能仪器仪表。本控制系统采用SR系列智能仪器仪表，该系列智能仪表能完成高性能的PID控制、可抑制控制超调，运行稳定，可在测量过程中对数据进行加工和处理，减少测量过程中产生的随机误差和系统误差，能实现手/自动无扰切换、带RS232通信接口，有丰富的控制输出。
（三）生产过程参数检测与控制
乳化炸药移动式地面站乳胶基质自动化生产线集散控制系统结构如图2所示。
生产中要检测和控制的工艺参数较多，包过油、水相原材料的称重及配比量；油水相溶解过程温度、液位；油、水相输送的压力、流量、温度；乳胶基质组分的比例配比关系及流量控制；乳胶基质的输送压力及温度；生产线超温、超压、冷却水断流等安全工艺参数，以及各台设备的安全连锁和开、停机控制参数等。
（四）控制系统采取的安全生产保护措施
1.现场除了主控柜外，还设置了两个现场操作控制箱，用于显示相应工作平台上的主要工作参数和相应按钮操作，以便于巡检人员和岗位工人及时发现和处理问题，避免生产事故的发生。
2.控制室中的上位机（工控机）和操作台按钮指示能正确显示反映整个生产线的工艺参数、设备运行状态，具有监控参数超限报警功能（声光报警），以便于操作员观察生产状况。
3.对生产线上的重大危险点进行重点监控，以避免危险事故的发生：保证乳化器、基质泵等关键设备不空转，断料时控制系统自动实行紧急停车；对基质泵的压力及出料温度进行实时监控，超出设定值时系统自动报警并停车。
4.控制室中的视频监控系统对生产线中的关键环节进行视频监控和录像，便于操作员观察生产现场状况，及时发现问题，避免生产事故发生。
5.控制系统中的历史数据记录和视频图像记录为强化安全生产管理提供了技术手段。
四、控制系统完成的功能特点
控制系统完成的主要功能特点：实现了生产过程计算机控制；实现了对生产工艺中的主要设备既能集中控制又能单机操作；实现了生产工艺中的主要参数实时检测和控制；强化了监控、报警、连锁保护手段，提高了生产的安全性；实现了调整系统中各参数方便，适应能力强；对工艺设备的状态及工艺参数实时采集并自动记录，形成历史数据库，可随时查询、打印、分析任何时间段的生产情况，为强化生产管理提供了科学手段；采用集散控制结构，具有组态灵活，安装调试方便，可扩展和联网、人机界面友好、运行安全可靠、性价比高等许多优点；采用通信技术和多媒体视频监控系统，提高了生产的安全性和科学管理水平。
五、结语
该自动控制系统应用于湖北昌泰化工有限责任公司和山东平邑化工有限责任公司的乳化炸药移动式地面站中，运行结果表明：该控制系统有很好的控制能力，实现了乳化炸药移动式地面站自动化生产，有效提高了散装乳化炸药乳胶基质生产的安全性和产品质量，大大降低了工人的劳动强度，系统运行可靠，控制精度高，操作方便、实用，用户界面友好，受到了用户的好评。该地面站顺利通过了山东国防科工办组织的技术鉴定，其技术水平达国内先进水平。
参考文献：
[1]陈永化，赵本宾 可编程控制器技术与应用系统设计[M].北京:机械工业出版社，2002.
[2]童进秋，吴燕 乳化炸药生产线集散控制系统的研究和应用[J].煤矿破破，2005，71（4）:21-23.
[3]王日旭等，乳化铵油炸药生产线自动控制系统设计[J].工程爆破与器材，2008，16（1）:12-14.
[4]刘建芳.PLC控制变频器调速系统 [J] . 青岛科技大学学报，2003，9（24）: 114-115.
作者简介：
唐秀永，男，壮族，广西柳州人，硕士，工程师， 主要从事民爆设备的研究与开发工作。