1   引言

    硝酸銨的膨化大致經(jīng)歷“減壓升溫、高度沸騰、強制析晶、汽化干燥”四個(gè)過(guò)程。我國的爆破器材廠(chǎng)家的生產(chǎn)設備大多采用人工或半自動(dòng)的膨化硝銨生產(chǎn)線(xiàn)。過(guò)多的人員參與生產(chǎn)，造成人力成本過(guò)高，安全隱患過(guò)高，同時(shí)由于人本身的勞動(dòng)強度，使得產(chǎn)量無(wú)法提高，不能滿(mǎn)足社會(huì )日益增長(cháng)的產(chǎn)品需求。現代經(jīng)濟建設對工業(yè)炸藥的需求日益增長(cháng)和以人為本的社會(huì )觀(guān)念要求必須采用自動(dòng)化的生產(chǎn)設備，做到人機分離，以期達到危險工序無(wú)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(dòng)發(fā)展到自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程控制，因此結合新疆雪峰民爆公司膨化硝銨生產(chǎn)線(xiàn)設計出了膨化硝銨生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)控制系統。

   2   系統結構與工作過(guò)程

    膨化硝銨生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制系統硬件部分由計算機和可編程控制器（PLC）組成分布式控制系統，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(kāi)發(fā)，組成了上位計算機監控系統。

    生產(chǎn)工藝過(guò)程包括溶化罐、儲液罐、膨化罐。在控制室內的上位計算機系統上，能夠完成對現場(chǎng)的工藝參數和設備狀態(tài)進(jìn)行觀(guān)察和操作。生產(chǎn)工藝為連續化生產(chǎn)，即可實(shí)現遠程監控，又可實(shí)現就地控制，通過(guò)參數設置，自動(dòng)控制投料量、濃度、溫度及硝銨膨化真空度，還可以實(shí)現低料位報警。膨化硝銨生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制系統由工藝單元、可編程邏輯控制器、工業(yè)控制計算機組成，其流程^[1,2,3]如圖1所示。

              

圖1  膨化硝銨生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制系統組成結構圖

    工藝控制模塊是系統構成的基礎與關(guān)鍵，每一個(gè)工藝單元都用一個(gè)小點(diǎn)數的可編程控制器（PLC）控制，PLC可以獨立的根據現場(chǎng)的數據對本工藝單元進(jìn)行自動(dòng)控制^[4]。通過(guò)RS485串口實(shí)現PLC與監控室計算機的通訊，計算機只對各個(gè)工藝單元運行狀態(tài)的監視、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，計算機只顯示各個(gè)單元的各個(gè)工序運行狀態(tài)；現場(chǎng)出現報警和緊急情況時(shí)，工作人員可在監控室進(jìn)行消除報警、繼續運行、急停等操作，能夠保證工作人員安全，增強了安全性，并且監控室的工作人員可以通過(guò)監控界面直觀(guān)的判斷是那個(gè)工藝單元出現了故障，從而能快速排除故障，提高生產(chǎn)效率；任何節點(diǎn)的故障都不互相影響，監控室癱瘓時(shí)，各單元的PLC都能獨立對工藝單元進(jìn)行控制。任何工藝單元出現故障時(shí)，都會(huì )以報警的形式來(lái)提示工作人員具體是那個(gè)工藝單元出現了故障。

    3                上位機監控部分設計及PLC控制過(guò)程

上位機監控部分設計采用工控組態(tài)軟件，在組態(tài)環(huán)境上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，組成了上位計算機的監控部分。通過(guò)PLC對溶化罐、儲液罐、膨化罐等工藝進(jìn)行自動(dòng)控制。

    3.1    溶化罐的自動(dòng)控制

    溶化罐工藝過(guò)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(dòng)控制系統溶化罐組態(tài)窗口如圖2所示。

圖2  硝銨膨化自動(dòng)控制系統溶化罐組態(tài)窗口

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

    若采用自動(dòng)控制方式，控制溶化罐的PLC將按照編寫(xiě)的程序完成溶化罐工藝內的主螺旋電機的啟動(dòng)與停止，分螺旋電機的啟動(dòng)與停止，攪拌電機的啟動(dòng)與停止，溶化進(jìn)料閥的啟動(dòng)與停止，溶化蒸汽閥的啟動(dòng)與停止，溶化進(jìn)水控制閥的啟動(dòng)與停止，溶化出料閥的啟動(dòng)與停止等工序操作。同時(shí)PLC能完成對溫度上下限的監控，對通信狀態(tài)的監控，通過(guò)“報警指示燈”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，并能計算出每天溶化硝銨的罐數。

    該溶化罐組態(tài)窗口能實(shí)時(shí)顯示溶化罐內溶液的重量，溶化罐內的溫度，以及攪拌電機的攪拌時(shí)間。組態(tài)窗口還能顯示出溫度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)，并能生成組態(tài)結果數據庫，記錄溫度數據，以便工作人員的觀(guān)察分析。

    3.2                儲液罐的自動(dòng)控制

  儲液罐工藝過(guò)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(dòng)控制系統儲液罐組態(tài)窗口如圖3所示。

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

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

    若采用自動(dòng)控制方式，控制儲液罐的PLC按照編寫(xiě)的程序完成儲液罐內的攪拌電機的啟動(dòng)與停止，以防止硝酸銨沉淀，有助于硝酸銨的溶解；當溫度達到下限時(shí)打開(kāi)儲液蒸汽閥，達到溫度上限時(shí)關(guān)閉儲液蒸汽閥。同時(shí)PLC能完成對溫度上下限的監控，對通信狀態(tài)的監控，通過(guò)“報警指示燈”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)溶化罐內的溫度。還能顯示出溫度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)，并能生成組態(tài)結果數據庫，記錄溫度數據以便工作人員的觀(guān)察分析。

    3.3    膨化化罐的自動(dòng)控制

    膨化罐工藝過(guò)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)強制析晶。硝銨膨化自動(dòng)控制系統膨化罐組態(tài)窗口如圖4所示。

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

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

    若采用自動(dòng)控制方式，控制膨化罐的PLC按照編寫(xiě)的程序完成儲液罐進(jìn)料→膨化罐真空控制閥打開(kāi)→膨化罐真空泵啟動(dòng)→膨化罐真空控制閥關(guān)閉→膨化罐真空泵停止→膨化刮板電機啟動(dòng)→膨化刮板電機停止。同時(shí)PLC還完成了對溫度上下限的監控，對通信狀態(tài)的監控，通過(guò)“報警指示燈”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)顯示膨化罐內真空度、膨化罐內的溫度、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(xiàn)，以及真空度隨時(shí)間變化的真空度曲線(xiàn)，并能生成組態(tài)結果數據庫，記錄溫度數據和真空度數據，以便工作人員的觀(guān)察分析。

    4    結束語(yǔ)

    膨化硝銨生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制系統的控制效果符合工藝要求，完成了上位計算機的集中監控，人機界面效果好，降低了勞動(dòng)強度，極大提高了生產(chǎn)效率。通過(guò)在新疆雪峰民爆器材有限責任公司硝銨膨化自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)際應用證明，系統功能全面，工作穩定可靠，具有很好的應用前景。

    參 考 文 獻

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

     [2] 陳朝春,吳為民.工業(yè)雷管自動(dòng)裝填生產(chǎn)線(xiàn)分布式控制系統[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(xiàn)的溫室環(huán)境控制系統研制控制系統，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[J].機電工程技術(shù),2004,33(5):65