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   1   引言

    硝酸銨的膨化大致經(jīng)歷“減壓升溫、高度沸騰、強(qiáng)制析晶、汽化干燥”四個(gè)過程。我國的爆破器材廠家的生產(chǎn)設(shè)備大多采用人工或半自動的膨化硝銨生產(chǎn)線。過多的人員參與生產(chǎn)，造成人力成本過高，安全隱患過高，同時(shí)由于人本身的勞動強(qiáng)度，使得產(chǎn)量無法提高，不能滿足社會日益增長的產(chǎn)品需求。現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)建設(shè)對工業(yè)炸藥的需求日益增長和以人為本的社會觀念要求必須采用自動化的生產(chǎn)設(shè)備，做到人機(jī)分離，以期達(dá)到危險(xiǎn)工序無人工作，在減小人員傷亡幾率的同時(shí)增加產(chǎn)品產(chǎn)量和提高產(chǎn)品性能，這樣就使得生產(chǎn)方式必然從手工、半自動發(fā)展到自動化生產(chǎn)過程控制，因此結(jié)合新疆雪峰民爆公司膨化硝銨生產(chǎn)線設(shè)計(jì)出了膨化硝銨生產(chǎn)線的自動控制系統(tǒng)。

   2   系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作過程

    膨化硝銨生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)硬件部分由計(jì)算機(jī)和可編程控制器（PLC）組成分布式控制系統(tǒng)，軟件部分采用工控組態(tài)軟件、PLC軟件，在組態(tài)環(huán)境上進(jìn)行二次開發(fā)，組成了上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

    生產(chǎn)工藝過程包括溶化罐、儲液罐、膨化罐。在控制室內(nèi)的上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上，能夠完成對現(xiàn)場的工藝參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行觀察和操作。生產(chǎn)工藝為連續(xù)化生產(chǎn)，即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，又可實(shí)現(xiàn)就地控制，通過參數(shù)設(shè)置，自動控制投料量、濃度、溫度及硝銨膨化真空度，還可以實(shí)現(xiàn)低料位報(bào)警。膨化硝銨生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)由工藝單元、可編程邏輯控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成，其流程^[1,2,3]如圖1所示。

              

圖1  膨化硝銨生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

    工藝控制模塊是系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，每一個(gè)工藝單元都用一個(gè)小點(diǎn)數(shù)的可編程控制器（PLC）控制，PLC可以獨(dú)立的根據(jù)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)對本工藝單元進(jìn)行自動控制^[4]。通過RS485串口實(shí)現(xiàn)PLC與監(jiān)控室計(jì)算機(jī)的通訊，計(jì)算機(jī)只對各個(gè)工藝單元運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視、信息處理等操作。正常狀態(tài)下，各工藝單元的控制由PLC完成，計(jì)算機(jī)只顯示各個(gè)單元的各個(gè)工序運(yùn)行狀態(tài)；現(xiàn)場出現(xiàn)報(bào)警和緊急情況時(shí)，工作人員可在監(jiān)控室進(jìn)行消除報(bào)警、繼續(xù)運(yùn)行、急停等操作，能夠保證工作人員安全，增強(qiáng)了安全性，并且監(jiān)控室的工作人員可以通過監(jiān)控界面直觀的判斷是那個(gè)工藝單元出現(xiàn)了故障，從而能快速排除故障，提高生產(chǎn)效率；任何節(jié)點(diǎn)的故障都不互相影響，監(jiān)控室癱瘓時(shí)，各單元的PLC都能獨(dú)立對工藝單元進(jìn)行控制。任何工藝單元出現(xiàn)故障時(shí)，都會以報(bào)警的形式來提示工作人員具體是那個(gè)工藝單元出現(xiàn)了故障。

    3                上位機(jī)監(jiān)控部分設(shè)計(jì)及PLC控制過程

上位機(jī)監(jiān)控部分設(shè)計(jì)采用工控組態(tài)軟件，在組態(tài)環(huán)境上進(jìn)行二次開發(fā)，組成了上位計(jì)算機(jī)的監(jiān)控部分。通過PLC對溶化罐、儲液罐、膨化罐等工藝進(jìn)行自動控制。

    3.1    溶化罐的自動控制

    溶化罐工藝過程主要完成硝酸銨溶解于水，制成飽和的硝酸銨溶液。硝銨膨化自動控制系統(tǒng)溶化罐組態(tài)窗口如圖2所示。

圖2  硝銨膨化自動控制系統(tǒng)溶化罐組態(tài)窗口

    在硝銨膨化自動控制系統(tǒng)溶化罐組態(tài)窗口中包括手動控制方式和自動控制方式。手動控制方式包括主螺旋電機(jī)啟動與停止、分螺旋電機(jī)啟動與停止、攪拌電機(jī)啟動與停止、溶化進(jìn)料閥啟動與停止、溶化蒸汽閥啟動與停止、溶化進(jìn)水控制閥啟動與停止、溶化出料閥啟動與停止等手動控制按鈕，以供操作人員在操作需要時(shí)進(jìn)行手動操作。

    若采用自動控制方式，控制溶化罐的PLC將按照編寫的程序完成溶化罐工藝內(nèi)的主螺旋電機(jī)的啟動與停止，分螺旋電機(jī)的啟動與停止，攪拌電機(jī)的啟動與停止，溶化進(jìn)料閥的啟動與停止，溶化蒸汽閥的啟動與停止，溶化進(jìn)水控制閥的啟動與停止，溶化出料閥的啟動與停止等工序操作。同時(shí)PLC能完成對溫度上下限的監(jiān)控，對通信狀態(tài)的監(jiān)控，通過“報(bào)警指示燈”與“通信狀態(tài)指示燈” 顯示在組態(tài)窗口中，從而反饋給工作人員。PLC還能完成對加水重量、加硝銨重量的控制，并能計(jì)算出每天溶化硝銨的罐數(shù)。

    該溶化罐組態(tài)窗口能實(shí)時(shí)顯示溶化罐內(nèi)溶液的重量，溶化罐內(nèi)的溫度，以及攪拌電機(jī)的攪拌時(shí)間。組態(tài)窗口還能顯示出溫度隨時(shí)間的變化曲線，并能生成組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，記錄溫度數(shù)據(jù)，以便工作人員的觀察分析。

    3.2                儲液罐的自動控制

  儲液罐工藝過程主要完成存儲硝酸銨溶液，利用輸入的水蒸氣控制硝酸銨溶液的溫度，并向膨化罐輸送硝酸銨溶液。硝銨膨化自動控制系統(tǒng)儲液罐組態(tài)窗口如圖3所示。

          
 圖3  硝銨膨化自動控制系統(tǒng)儲液罐組態(tài)窗口

    在硝銨膨化自動控制系統(tǒng)儲液罐組態(tài)窗口中包括手動控制方式和自動控制方式。手動控制方式包括攪拌電機(jī)啟動與停止、儲液蒸汽控制閥啟動與停止等手動控制按鈕，以供操作人員在操作需要時(shí)進(jìn)行手動操作。

    若采用自動控制方式，控制儲液罐的PLC按照編寫的程序完成儲液罐內(nèi)的攪拌電機(jī)的啟動與停止，以防止硝酸銨沉淀，有助于硝酸銨的溶解；當(dāng)溫度達(dá)到下限時(shí)打開儲液蒸汽閥，達(dá)到溫度上限時(shí)關(guān)閉儲液蒸汽閥。同時(shí)PLC能完成對溫度上下限的監(jiān)控，對通信狀態(tài)的監(jiān)控，通過“報(bào)警指示燈”與“通信狀態(tài)指示燈” 顯示在該組態(tài)窗口中，從而反饋給工作人員。該儲液罐組態(tài)窗口能顯示實(shí)時(shí)溶化罐內(nèi)的溫度。還能顯示出溫度隨時(shí)間的變化曲線，并能生成組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，記錄溫度數(shù)據(jù)以便工作人員的觀察分析。

    3.3    膨化化罐的自動控制

    膨化罐工藝過程是在膨化劑作用下，一定溫度，一定濃度的飽和硝酸銨溶液在一定的真空度條件下，減壓蒸發(fā)強(qiáng)制析晶。硝銨膨化自動控制系統(tǒng)膨化罐組態(tài)窗口如圖4所示。

            
                圖4  硝銨膨化自動控制系統(tǒng)膨化罐組態(tài)窗口

    在硝銨膨化自動控制系統(tǒng)膨化罐組態(tài)窗口中包括手動控制方式和自動控制方式。手動控制方式包括膨化罐真空泵啟動與停止、膨化罐真空控制閥啟動與停止、儲液罐進(jìn)料閥啟動與停止、膨化刮板電機(jī)啟動與停止等手動控制按鈕，以供操作人員在操作需要時(shí)進(jìn)行手動操作。

    若采用自動控制方式，控制膨化罐的PLC按照編寫的程序完成儲液罐進(jìn)料→膨化罐真空控制閥打開→膨化罐真空泵啟動→膨化罐真空控制閥關(guān)閉→膨化罐真空泵停止→膨化刮板電機(jī)啟動→膨化刮板電機(jī)停止。同時(shí)PLC還完成了對溫度上下限的監(jiān)控，對通信狀態(tài)的監(jiān)控，通過“報(bào)警指示燈”與“通信狀態(tài)指示燈” 顯示在該組態(tài)窗口中，從而反饋給工作人員。該膨化罐組態(tài)窗口能實(shí)時(shí)顯示膨化罐內(nèi)真空度、膨化罐內(nèi)的溫度、吸料時(shí)間、膨化時(shí)間。還能顯示出溫度隨時(shí)間的變化的溫度曲線，以及真空度隨時(shí)間變化的真空度曲線，并能生成組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，記錄溫度數(shù)據(jù)和真空度數(shù)據(jù)，以便工作人員的觀察分析。

    4    結(jié)束語

    膨化硝銨生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)的控制效果符合工藝要求，完成了上位計(jì)算機(jī)的集中監(jiān)控，人機(jī)界面效果好，降低了勞動強(qiáng)度，極大提高了生產(chǎn)效率。通過在新疆雪峰民爆器材有限責(zé)任公司硝銨膨化自動生產(chǎn)線的實(shí)際應(yīng)用證明，系統(tǒng)功能全面，工作穩(wěn)定可靠，具有很好的應(yīng)用前景。

    參 考 文 獻(xiàn)

     [1]熊偉利,徐保國.分布式控制系統(tǒng)中智能儀表串行通信的實(shí)現(xiàn)[J].化工自動化及儀表,2003,30(1):52~54.

     [2] 陳朝春,吳為民.工業(yè)雷管自動裝填生產(chǎn)線分布式控制系統(tǒng)[J].爆破器材,2008,37(4):18~20．

     [3] 杜尚豐,趙興炳,李迎霞.基于RS485總線的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)研制控制系統(tǒng)，2003，19（9）；23~29.

     [4]李耀剛,王天杰.利用串口通訊的分布式控制系統(tǒng)[J].機(jī)電工程技術(shù),2004,33(5):65