乳化炸藥生產(chǎn)線全線安全監(jiān)測系統(tǒng)研究

李長安，韓培君

(廣東宏大民爆集團有限公司，廣東 廣州 511300)

乳化炸藥，作為一種W/O型含水工業(yè)炸藥，不僅具有組分簡單，原材料來源廣，加工簡便及成本較低等特點，而且還具有較好的爆轟性能及抗水特性，因此，自20世紀70年代問世以來，得到世界各國民爆行業(yè)的競相研究與推廣[1-2]。目前，乳化炸藥生產(chǎn)線已基本實現(xiàn)連續(xù)自動化生產(chǎn)，但在某些生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)控方面仍存在薄弱環(huán)節(jié)，如溫度、液位、壓力及流量等生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)測方面自動化程度及集成度不高，有些仍需人工輔助看守[3-7]。當生產(chǎn)線某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時，國內(nèi)外生產(chǎn)企業(yè)對整條生產(chǎn)線通常采取人工停機的方式來對故障點進行處理，故障排除后，再采用人工開機方式來恢復(fù)生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)。這種靠人工停機和開機方式不僅無法在故障發(fā)生時第一時間采取有效行動，造成資源浪費，甚至出現(xiàn)安全隱患，而且需要生產(chǎn)線時刻有人值守，增大企業(yè)人工成本，更不符合企業(yè)生產(chǎn)線向自動化、智能化方向發(fā)展的趨勢。因此，研究乳化炸藥生產(chǎn)線全線安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)對防止人工操作失誤或操作不及時等引起的安全生產(chǎn)事故，提升乳化炸藥生產(chǎn)線本質(zhì)安全水平具有重要意義[8- 9]。

1 生產(chǎn)工藝

以廣東宏大民爆集團有限公司本部車間JWL-III型乳化炸藥連續(xù)化自動生產(chǎn)線為例，采用高溫靜態(tài)乳化技術(shù)，其生產(chǎn)工藝[10]為：

1)水相配制：將氧化劑硝酸鈉與水按比例溶解混合，通蒸汽間接加熱和保溫。過程中溫度由自動控溫閥閉環(huán)控制，使其達到工藝溫度值。

2)油相配制：油相材料、乳化劑按比例泵送至油相儲罐，通蒸汽間接加熱和保溫，由控溫閥調(diào)節(jié)來保持溫度備用。

3)泵送預(yù)乳：生產(chǎn)前對工藝管路用熱水保溫，具備生產(chǎn)條件后，同時開啟水相泵、油相泵。水相油相溶液經(jīng)過濾器、水相管路、閥、泵及流量計，送入預(yù)乳罐，在預(yù)乳攪拌由慢即快的作用下,水油相相互滲透，形成油包水透亮的乳化基質(zhì)。

4)靜態(tài)混合：預(yù)乳后的膠體基質(zhì)由基質(zhì)泵打入靜態(tài)混合器。在基質(zhì)泵的壓力下，基質(zhì)在靜態(tài)混合器里，充分混合，沒有任何機械的作用，沒有任何摩擦，從根本上消除了乳膠制造的危險因素。通過基質(zhì)泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，能保持預(yù)乳罐的料位較穩(wěn)定的高度，以便充分乳化。

5)敏化：基質(zhì)從靜態(tài)混合器出來后進入乳膠泵的料倉，乳膠泵在裝藥機允許開機的條件下才可以開機，乳膠泵往裝藥機泵送乳膠的過程中，發(fā)泡劑泵同時啟動，發(fā)泡劑的加入量為按照比例自動跟蹤乳膠泵泵送的乳膠流量。

2 監(jiān)測參數(shù)

乳化炸藥生產(chǎn)工藝流程主要分為水/油相制備、乳化及敏化工藝三部分。其中，涉及到生產(chǎn)工藝安全管控方面的參數(shù)主要包括物料溫度及液位、泵送壓力及流量、電機轉(zhuǎn)速和基質(zhì)流動速率參數(shù)。上述參數(shù)不僅關(guān)系到生產(chǎn)線的安全生產(chǎn)，而且對產(chǎn)品質(zhì)量及性能也具有較大影響。因此，本文設(shè)計的乳化炸藥生產(chǎn)線安全監(jiān)測系統(tǒng)涉及的監(jiān)測參數(shù)主要包括水相/油相儲罐的液位、水相/油相儲罐的溫度、水相/油相輸送泵的壓力、水相/油相管道內(nèi)的輸送流量、乳化器的轉(zhuǎn)速、軸流泵內(nèi)基質(zhì)輸送的壓力、敏化溫度及管道內(nèi)敏化基質(zhì)流動速率等生產(chǎn)工藝參數(shù)。

3 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要實現(xiàn)對乳化炸藥生產(chǎn)線油/水相儲罐液位及溫度、各環(huán)節(jié)工藝泵送壓力、乳化機轉(zhuǎn)速、油/水相流量、敏化溫度、基質(zhì)密度及溫度等生產(chǎn)工藝狀況進行實時監(jiān)測，并將監(jiān)測信息遠程傳輸至監(jiān)控端，同時，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)乳化炸藥生產(chǎn)工藝動態(tài)顯示、實時報警、數(shù)據(jù)存儲及歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。

3.1 硬件設(shè)計

本系統(tǒng)硬件組成可分為數(shù)據(jù)采集、中繼處理和遠程監(jiān)控三部分，其運行原理示意圖如圖1所示。其中，數(shù)據(jù)采集部分主要包含溫度、壓力、液位、流量、轉(zhuǎn)速及速率變送器；中繼處理部分核心組成為AT89C55WD單片機，還包含電信號處理中繼器、參數(shù)對照模塊、液晶顯示及聲光報警模塊；遠程監(jiān)控部分核心處理元件為工控機軟件程序，其將從中繼處理區(qū)塊接收的電信號進行分析處理后向下分別傳輸至人機交互界面(方便人工做出決策)、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)打印模塊及聲光報警模塊。

圖1 安全監(jiān)測系統(tǒng)硬件組成示意圖

3.1.1 監(jiān)測信號的采集

隨著乳化炸藥生產(chǎn)線自動化程度的提高，生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)相關(guān)線路的鋪設(shè)逐漸增多，同時，生產(chǎn)場所涉及到多處電機運轉(zhuǎn)，造成乳化炸藥生產(chǎn)環(huán)境中電磁干擾逐漸嚴重，且末端線路采集的監(jiān)測信號通常需要遠距離傳輸至控制器，因此，提高監(jiān)測信號在電路中的抗干擾能力同樣重要。通過查閱相關(guān)文獻可知[7]，電流輸出型傳感器的抗電磁干擾能力較電壓輸出型更好，因此，本系統(tǒng)中涉及的監(jiān)測參數(shù)傳感器均采用電流輸出型，工作范圍為5～25 mA。監(jiān)測傳感器輸出的電流采集信號經(jīng)采樣電阻轉(zhuǎn)換為1～5 V 的采集信號傳送至A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器處理后再輸出數(shù)字信號至89C55WD單片機進行處理。

3.1.2 采集信號的處理

中繼處理區(qū)塊中89C55WD單片機對接收到的所有監(jiān)測信號進行分析處理，將分析數(shù)據(jù)傳送至液晶顯示器實時顯示，并將分析數(shù)據(jù)與乳化炸藥生產(chǎn)工藝參數(shù)標定范圍值進行對比。當監(jiān)測數(shù)值處于標定范圍值外部時，分析處理中心擴展I/O接口輸出高電平，并通過光電耦合器驅(qū)動聲光報警裝置發(fā)出警報，提示現(xiàn)場工作人員對生產(chǎn)異常部位進行檢查和處理。同時，單片機將信息處理結(jié)果通過中繼器傳輸至遠程監(jiān)控區(qū)塊中的工控機監(jiān)測中心，并在工控機人機交互界面實時顯示現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)。另外，工控機對于異常數(shù)據(jù)信息也可啟動聲光報警裝置，實現(xiàn)生產(chǎn)單元的遠程監(jiān)控及聲光報警。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件設(shè)計示意圖如圖2所示。具體工作原理為：系統(tǒng)連通后，中繼處理區(qū)塊中的單片機首先對系統(tǒng)組成各部分進行初始化設(shè)置，并保存乳化炸藥生產(chǎn)工藝參數(shù)標定范圍值。隨著乳化炸藥各生產(chǎn)工序的開始運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)同步開始對各主要生產(chǎn)參數(shù)進行監(jiān)測，即系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集區(qū)塊通過布置于各工序點的傳感器開始自動采集被監(jiān)測點的溫度、液位、壓力、流量和轉(zhuǎn)速等生產(chǎn)參數(shù)。各工序點傳感器將采集到的電信號傳輸給單片機，單片機對接收的電信號進行分析計算后傳輸至液晶顯示器，并將分析后的數(shù)據(jù)與生產(chǎn)工藝標定范圍值進行對比。最后，單片機通過中繼器與遠程監(jiān)控區(qū)塊的工控機監(jiān)測中心連接，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的遠程監(jiān)控和報警。

圖2 系統(tǒng)軟件工作原理示意圖

4 結(jié)語

該套安全監(jiān)測系統(tǒng)已在廣東宏大民爆集團有限公司本部車間乳化炸藥生產(chǎn)線進行調(diào)試并投入運用。通過應(yīng)用以來的連續(xù)監(jiān)測和校對，乳化炸藥生產(chǎn)線全線安全監(jiān)測系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測各主要工序的生產(chǎn)工況，對生產(chǎn)異常情況能夠準確定位并發(fā)出警報，極大提高了乳化炸藥生產(chǎn)線本質(zhì)安全水平。同時，該套安全監(jiān)測系統(tǒng)的投入應(yīng)用有效減輕了現(xiàn)場工作人員的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)安全事故發(fā)生率，有效提高了公司生產(chǎn)經(jīng)營的經(jīng)濟效益和社會效益。