散裝乳化炸藥裝藥器的自動化設(shè)計

周 平

（湖南長斧眾和科技有限公司，湖南 長沙 410012）

1 引言

散裝乳化炸藥裝藥器主要運用于井下、礦區(qū)爆破的裝藥任務(wù)?，F(xiàn)場工況條件比較復(fù)雜，所選用的電氣自動控制設(shè)備必需達到國家防爆防塵防水的等級要求。

傳統(tǒng)裝藥器的控制主要由人工來操作。其缺點是智能程度低、靈活性差，無法完成自動計量與查詢記錄功能。隨著新工藝的發(fā)展，結(jié)合現(xiàn)場的裝藥特點，為了提高裝藥器的系統(tǒng)性能，彌補這些不足，本文采用自動化設(shè)計系統(tǒng)實現(xiàn)了自動裝藥與計量、查詢與記錄、定速卷管控制的新功能。大大提高了系統(tǒng)的智能化，具有精確的流量控制與高穩(wěn)定性。滿足了現(xiàn)在的井下、礦區(qū)爆破的高標(biāo)準(zhǔn)裝藥要求。并在實際運用中得到良好的發(fā)揮。

2 自動化系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)設(shè)計說明

裝藥器的作業(yè)是將已生產(chǎn)的乳膠體與發(fā)泡劑按照一定的工藝配方，通過專用輸送管泵送到混合器內(nèi)進行敏化，形成炸藥然后裝入到井下的爆孔。井下裝藥距離一般在10－50m之間，并且爆孔多為向上的。根據(jù)現(xiàn)場的裝藥特點與工藝需要，本文設(shè)計的系統(tǒng)方案主要由電力拖動、自動控制兩部分組成。

裝藥器的自動控制主要由S7－200PLC程序?qū)崿F(xiàn)。通過采集現(xiàn)場儀器、儀表的實時模擬數(shù)據(jù)，在觸摸屏上顯示。裝藥時可根據(jù)設(shè)定的裝藥速度與爆孔裝藥量，自動完成裝藥工作。并可以查詢與存儲歷史的裝藥數(shù)據(jù)。日常清洗工作一般由電氣操作臺的手動按鈕來實現(xiàn)。

2.2 系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)主要由S7－200PLC、觸摸屏、變頻器、儀器儀表等組成。

（1）S7－224CN：程序存儲器 12KB，具有 PID 控制器與浮點運算，6＊30kHz高速計數(shù)器，并具有Profibus DP從站和／或AS－i接口主站／以太網(wǎng)／互聯(lián)網(wǎng)／調(diào)制解調(diào)器通信功能。

（2）MP277觸摸屏：分辨率為640＊480象素，用戶內(nèi)存6MB，具有功能強大的VBS腳本開發(fā)語言。

（3）FR－E740變頻器，進口膠體流量計，一體化壓力變送器，熱電阻溫度變送器，電容式物位計。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括PLC程序設(shè)計與觸摸屏畫面組態(tài)。PLC程序由主程序、高速計數(shù)子程序、PID子程序、中斷程序等組成。本文將重點介紹如何有效采集高數(shù)脈沖、PID調(diào)節(jié)原理、觸摸屏的VBS腳本語言開發(fā)運用。

（1）流量計的高速脈沖采集主要由中斷程序和子程序組成。通過PLC高速計數(shù)通道在每個1s時間內(nèi)累加采集到的脈沖個數(shù)，脈沖個數(shù)存放在VD24存儲單元中。再進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與計算，可得到流量計的實時頻率值與單位時間內(nèi)的總裝藥量。具體實現(xiàn)流程如圖1所示。具體的系統(tǒng)程序如下。

圖1 PLC采集高速脈沖流程框圖

通過對測量介質(zhì)的標(biāo)定，結(jié)果表明該設(shè)計方法計算到的實時流量值與標(biāo)定的實際值誤差在1%以內(nèi)。符合工藝的精度要求。從而實現(xiàn)了裝藥流量的精確測量與自動計量。

（2）PID調(diào)節(jié)主要實現(xiàn)膠體流量的自動控制。根據(jù)設(shè)定的流量，與現(xiàn)場反饋的流量計實際高速脈沖信號，通過程序計算，進行比例微積分調(diào)節(jié)，計算出控制器的輸出量，控制執(zhí)行機構(gòu)去影響被控對象的變化。從而達到流量的精確控制與自動調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)的調(diào)節(jié)原理如圖2所示。

圖2 調(diào)節(jié)原理框圖

PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定有兩大類：一是理論計算整定法，它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)；二是工程整定法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，在工程實際中被廣泛采用。

本文主要采用的是工程整定法與S7－200的PID調(diào)節(jié)控制面板法。先由經(jīng)驗公式算出調(diào)節(jié)器參數(shù)。然后可以在PID調(diào)節(jié)面板上，根據(jù)工藝要求為調(diào)節(jié)回路選擇快速響應(yīng)、中速響應(yīng)、慢速響應(yīng)或極慢速響應(yīng)。PID自整定會根據(jù)響應(yīng)類型而計算出最優(yōu)化的比例、積分、微分值，并可應(yīng)用到控制中。在裝藥器的流量調(diào)節(jié)當(dāng)中運用此方法實現(xiàn)了精確的流量控制。經(jīng)驗公式可參考一種增量式PID算法：

式中：T為采樣周期，Td為微分時間，Ti為積分時間。

（3）觸摸屏的VBS腳本語言開發(fā)運用。MP系列觸摸屏的組態(tài)軟件為WinCC Flexible，該軟件提供了類似于VB語言的腳本開發(fā)功能，可以實現(xiàn)復(fù)雜工業(yè)控制的編程。本文設(shè)計的系統(tǒng)主要運用于裝藥時間、裝藥孔號、裝藥量等數(shù)據(jù)的存儲與查詢功能。運行時界面如圖3所示。

本系統(tǒng)的程序由 Button＿Visible、Read＿Line、Script＿1、Scroll＿To＿End Script＿Storage＿Path、Storage＿Tag＿V1、Storage＿Tag＿V2 等腳本語言組成。

圖3 觸摸屏運行系統(tǒng)

其中存儲數(shù)據(jù)的部分腳本函數(shù)如下：

3 結(jié)束語

本文設(shè)計的自動化系統(tǒng)，在散裝乳化炸藥裝藥器實際生產(chǎn)當(dāng)中得到了良好的運用，已經(jīng)在礦山、井下投入運行。具備操作靈活可靠，裝藥流量自動調(diào)節(jié)與標(biāo)定，裝藥總量自動設(shè)定與控制，裝藥的重要歷史數(shù)據(jù)自動保存與查詢，定速卷管等特點，從而實現(xiàn)了高質(zhì)量、高效率的裝藥生產(chǎn)。該系統(tǒng)在散裝乳化炸藥裝藥器上具有廣泛的推廣價值。

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