一種高效、安全型工業(yè)雷管激光編碼線的研發(fā)

廖 強(qiáng)，李劍光，尹志宏，張文平

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一種高效、安全型工業(yè)雷管激光編碼線的研發(fā)

廖 強(qiáng)，李劍光，尹志宏，張文平

（國(guó)營(yíng)9634廠，湖南 岳陽(yáng)，414100）

為解決原有雷管激光編碼機(jī)控制系統(tǒng)落后，機(jī)械動(dòng)作部分氣缸多、動(dòng)作多，以及爆炸后編碼臺(tái)不能泄爆的缺陷，通過改進(jìn)PLC程序控制部分、機(jī)械動(dòng)作部分、安全防護(hù)設(shè)計(jì)等，研制出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、能有效提高生產(chǎn)安全性和產(chǎn)品質(zhì)量可靠性，并大幅度提高編碼生產(chǎn)效率的雷管激光編碼線。

雷管激光編碼機(jī)；控制系統(tǒng)；機(jī)械動(dòng)作；安全

工業(yè)雷管激光編碼采用激光雕刻機(jī)，利用專用軟件在工業(yè)雷管管殼表面燒蝕字符，是國(guó)家對(duì)危爆物品管理的要求。傳統(tǒng)的激光編碼線存在以下缺陷：（1）控制系統(tǒng)采用繼電器控制模式，故障多、安全隱患大；（2）氣缸多、機(jī)械動(dòng)作多、編碼效率低，且在激光編碼時(shí)，用氣缸直接推或勾裝有50發(fā)雷管的模具，慣性大，模具碰撞使模具中的雷管跳出模具，易被激光引爆；（3）編碼臺(tái)幾乎封閉，不能泄爆，容易引起皮帶線上的雷管殉爆，會(huì)對(duì)激光打標(biāo)頭造成毀滅性損壞，同時(shí)激光編碼爆炸，激光頭幾乎炸毀，損失較大。

因此，筆者對(duì)其控制系統(tǒng)部分、機(jī)械動(dòng)作部分及安全防護(hù)部分進(jìn)行了改進(jìn)，研制了高效、安全型工業(yè)雷管激光編碼線，使其生產(chǎn)效率、安全性和穩(wěn)定性得到提高。

1 高效、安全型工業(yè)雷管激光編碼線

1.1 主要功能與性能

（1）生產(chǎn)效率：每班編碼11×104發(fā)；（2）安全性：減少了編碼過程中的爆炸頻率；萬(wàn)一發(fā)生爆炸，向下的能量從編碼臺(tái)下釋放，向上的沖擊波被45°鋼板反射到空中，減少殉爆發(fā)生的頻率和爆炸對(duì)設(shè)備造成的危害；（3）具有自動(dòng)保護(hù)功能，當(dāng)激光編碼機(jī)因?yàn)楣收鲜辜す饩劢褂谝稽c(diǎn)，能自動(dòng)切斷激光電源。

1.2 主要工作原理

通過PLC編程器、感應(yīng)器控制電磁閥，電磁閥控制氣缸動(dòng)作，機(jī)械設(shè)計(jì)部分采用最簡(jiǎn)潔的動(dòng)作模式，通過上模氣缸、定位氣缸、關(guān)門氣缸、橫推氣缸、下模氣缸5個(gè)氣缸完成全部編碼動(dòng)作。由于上模氣缸、定位氣缸、下模氣缸被設(shè)計(jì)為三缸并聯(lián)，1個(gè)動(dòng)作的時(shí)間即可完成3個(gè)動(dòng)作，故5個(gè)氣缸只用了3個(gè)動(dòng)作就完成了激光編碼全部過程。高效安全型激光編碼線示意圖如圖1所示。

圖1 高效安全型激光編碼線示意圖

編碼線工作過程為：裝有雷管的模具運(yùn)行到上模光電管時(shí)，上模氣缸上模，將編碼模具推入編碼工作臺(tái)；關(guān)門后激光器開始激光編碼，編碼完成信號(hào)使橫推氣缸將模具推到下模光電管處，開啟安全門，等待下一模進(jìn)入編碼工作臺(tái)。

2 控制系統(tǒng)部分的改進(jìn)

原有編碼線控制系統(tǒng)采用繼電器控制模式，觸點(diǎn)容易打火，不能復(fù)位，故障率高，為此設(shè)計(jì)了PLC程序控制模式。PLC模塊控制模式如圖2所示。

圖2中，光電管0.0感應(yīng)到打碼模，SB0信號(hào)使上下模氣缸動(dòng)作將皮帶上的打碼模推到工作臺(tái)上，當(dāng)上下模到位SB3使上下模氣缸縮回，同時(shí)使關(guān)門氣缸伸出（關(guān)安全門）；關(guān)門到位信號(hào)SB5給PLC輸出一個(gè)打標(biāo)開始信號(hào)0.3給電腦，電腦指揮激光器輸出激光開始打標(biāo)，電腦的打標(biāo)完成信號(hào)SB7使橫推氣缸將打完碼的模推到下模光電管0.1，有了SB1信號(hào)；SB1下模信號(hào)使安全門打開，同時(shí)使橫推氣缸縮回，依次循環(huán)。

PLC編程控制器的運(yùn)用使控制系統(tǒng)部分簡(jiǎn)潔、高效，也避免了繼電器打火的不安全隱患。由于取消了繼電器，故障率也大大地降低，生產(chǎn)線運(yùn)行的穩(wěn)定性得到提高。

圖2 PLC模塊控制圖

3 機(jī)械動(dòng)作的改進(jìn)

過去的機(jī)械部分是用長(zhǎng)磁性氣缸（1 200mm）將裝有雷管的模具送到激光編碼區(qū)，再由磁性氣缸（500 mm）勾到激光編碼臺(tái)上，激光臺(tái)兩端關(guān)門后，激光器開始對(duì)雷管進(jìn)行編碼，編完碼后原路返回到皮帶運(yùn)輸線上，下一模雷管才能進(jìn)入到編碼臺(tái)上編碼。在這個(gè)過程中雷管等待時(shí)間長(zhǎng)，完成1模編碼要9個(gè)動(dòng)作，控制動(dòng)作多，勾模氣缸上的彈簧鉤容易壞，2d要更換1次，且模具經(jīng)常勾不到位，嚴(yán)重影響雷管編碼質(zhì)量與編碼效率。

改進(jìn)設(shè)計(jì)的機(jī)械動(dòng)作部分包括防靜電皮帶運(yùn)輸線、編碼工作臺(tái)、編碼模具、擋條、上模光電管、上模氣缸、定位氣缸、安全門與門氣缸、激光編碼頭、橫推磁性氣缸、下模光電管、下模氣缸，如圖1所示。

經(jīng)改進(jìn)后，由于PLC模塊自動(dòng)控制模具運(yùn)行，并且氣缸動(dòng)作由過去的9個(gè)減少到3個(gè)，模具運(yùn)行時(shí)間減少，每模由原來(lái)9s減少到3s，班產(chǎn)量編碼由原來(lái)的3.5×104發(fā)到現(xiàn)在的11×104發(fā)，編碼效率大大提高。且由于定位氣缸的設(shè)計(jì)，模具運(yùn)行的穩(wěn)定性提高，編碼時(shí)模具定位平穩(wěn)，編碼質(zhì)量提高，減少了模具側(cè)翻、雷管散落的現(xiàn)象。

4 安全防護(hù)設(shè)計(jì)

原有雷管激光編碼線打標(biāo)容易爆炸，平均1個(gè)季度發(fā)生1~2次爆炸，為防止爆炸及爆炸后發(fā)生殉爆對(duì)操作人員和設(shè)備造成危害，設(shè)計(jì)了自動(dòng)保護(hù)盒和45°安全防護(hù)鋼板等防護(hù)措施。

從PLC程序上設(shè)計(jì)，關(guān)門后才允許打標(biāo)，打標(biāo)完成后才允許開門，萬(wàn)一在編碼工作臺(tái)爆炸，則實(shí)現(xiàn)了人機(jī)隔離；制作安全保護(hù)盒，當(dāng)編碼動(dòng)作出現(xiàn)異常，工控箱的保護(hù)電路自動(dòng)停止PLC輸出，模具停止運(yùn)行；在激光編碼時(shí)，出現(xiàn)功率過大、XY振鏡電機(jī)停止偏轉(zhuǎn)（死機(jī)）、激光輸出時(shí)間過長(zhǎng)等異?，F(xiàn)象時(shí)，保護(hù)盒均自動(dòng)斷開激光電源，停止激光輸出，以防止激光引爆雷管。

在激光編碼臺(tái)部分，將編碼工作臺(tái)設(shè)計(jì)為柵欄狀鋼筋支撐結(jié)構(gòu)（如圖1），當(dāng)某發(fā)雷管意外爆炸時(shí)，能量由柵欄狀臺(tái)面向下釋放，保護(hù)了激光頭及人身安全。編碼臺(tái)其上部防護(hù)鋼板設(shè)計(jì)為與水平面成45°向外角度（如圖3），當(dāng)爆炸發(fā)生時(shí)能量通過鋼板反射后向外釋放，使爆炸的威力大大減少。

圖3 編碼雷管爆炸后能量釋放示意圖

以上安全防護(hù)措施首先從控制部分盡量避免雷管發(fā)生爆炸的可能；其次，即使激光引爆的1發(fā)雷管引發(fā)了其余49發(fā)雷管發(fā)生殉爆，由于編碼工作臺(tái)下為可泄爆的柵欄狀結(jié)構(gòu)，以及編碼工作臺(tái)上防護(hù)鋼板向外反射破壞性能量，爆炸對(duì)激光編碼機(jī)的破壞僅限于激光頭部分；另外，由于編碼工作臺(tái)下可泄爆的柵欄狀結(jié)構(gòu)的作用，激光引爆的1發(fā)雷管沒能引發(fā)其余49發(fā)雷管發(fā)生殉爆，爆炸對(duì)激光頭的破壞很小，僅破壞激光頭的防護(hù)玻璃，稍為檢修即可繼續(xù)使用。

5 結(jié)論

由于采取了上述安全防護(hù)措施，極大地提高了雷管編碼的安全性，激光編碼過程中爆炸的概率與以前相比大大降低，很少發(fā)生爆炸；即使每次爆炸，損失也只限于激光頭部分的聚焦鏡，或者編碼時(shí)爆炸的雷管沒有引發(fā)其他雷管殉爆，破壞性小，對(duì)操作人員無(wú)任何傷害，對(duì)編碼機(jī)幾乎無(wú)損傷。

由于編碼動(dòng)作的精簡(jiǎn)、程序的改進(jìn)，機(jī)械動(dòng)作由過去大族激光公司設(shè)計(jì)的9個(gè)動(dòng)作減少為3個(gè)動(dòng)作，大大提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)量由每班3.5×104發(fā)提高到11×104發(fā)。

[1] 朱維璐,劉建業(yè),趙志廣,劉慶瑞.塑料導(dǎo)爆管數(shù)控剪切機(jī)及集散控制管理系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].火工品,2009(1):49-52.

[2] 孫承志,徐智,張家海，吉順平.西門子S7-200/300/400PLC基礎(chǔ)與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

Development for A Kind of Industrial Detonator Laser Coding Line with High Efficiency and Safety

LIAO Qiang，LI Jian-guang，YIN Zhi-hong，ZHANG Wen-pin

(State-run 9634 Factory，Yueyang，414100)

In order to solve the problems of original laser coding line for detonators, such as many cylinders and actions of mechanical action part, as well as no discharge way of explosion, the PLC program control part, mechanical action part and security design were improved. The application indicates that the new laser coding line has advantages of simple structure, low cost, high safety and reliability, and high efficiency.

Detonator laser coding machine；Control system；Mechanical action；Security

1003-1480（2014）05-0054-03

TJ450.5

B

2014-05-30

廖強(qiáng)（1973-），男，助理工程師，從事雷管激光編碼技術(shù)研究。