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   1   引言

    硝酸銨的膨化大致經歷“減壓升溫、高度沸騰、強制析晶、汽化干燥”四個過程。我國的爆破器材廠家的生產設備大多采用人工或半自動的膨化硝銨生產線。過多的人員參與生產，造成人力成本過高，安全隱患過高，同時由于人本身的勞動強度，使得產量無法提高，不能滿足社會日益增長的產品需求。現代經濟建設對工業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設備，做到人機分離，以期達到危險工序無人工作，在減小人員傷亡幾率的同時增加產品產量和提高產品性能，這樣就使得生產方式必然從手工、半自動發展到自動化生產過程控制，因此結合新疆雪峰民爆公司膨化硝銨生產線設計出了膨化硝銨生產線的自動控制系統。

   2   系統結構與工作過程

    膨化硝銨生產線自動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軟件、PLC軟件，在組態環境上進行二次開發，組成了上位計算機監控系統。

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

              

圖1  膨化硝銨生產線自動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鍵，每一個工藝單元都用一個小點數的可編程控制器（PLC）控制，PLC可以獨立的根據現場的數據對本工藝單元進行自動控制^[4]。通過RS485串口實現PLC與監控室計算機的通訊，計算機只對各個工藝單元運行狀態的監視、信息處理等操作。正常狀態下，各工藝單元的控制由PLC完成，計算機只顯示各個單元的各個工序運行狀態；現場出現報警和緊急情況時，工作人員可在監控室進行消除報警、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監控界面直觀的判斷是那個工藝單元出現了故障，從而能快速排除故障，提高生產效率；任何節點的故障都不互相影響，監控室癱瘓時，各單元的PLC都能獨立對工藝單元進行控制。任何工藝單元出現故障時，都會以報警的形式來提示工作人員具體是那個工藝單元出現了故障。

    3                上位機監控部分設計及PLC控制過程

上位機監控部分設計采用工控組態軟件，在組態環境上進行二次開發，組成了上位計算機的監控部分。通過PLC對溶化罐、儲液罐、膨化罐等工藝進行自動控制。

    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溶化罐組態窗口如圖2所示。

圖2  硝銨膨化自動控制系統溶化罐組態窗口

    在硝銨膨化自動控制系統溶化罐組態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啟動與停止、分螺旋電機啟動與停止、攪拌電機啟動與停止、溶化進料閥啟動與停止、溶化蒸汽閥啟動與停止、溶化進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進行手動操作。

    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的主螺旋電機的啟動與停止，分螺旋電機的啟動與停止，攪拌電機的啟動與停止，溶化進料閥的啟動與停止，溶化蒸汽閥的啟動與停止，溶化進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PLC能完成對溫度上下限的監控，對通信狀態的監控，通過“報警指示燈”與“通信狀態指示燈” 顯示在組態窗口中，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。

    該溶化罐組態窗口能實時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間。組態窗口還能顯示出溫度隨時間的變化曲線，并能生成組態結果數據庫，記錄溫度數據，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儲液罐組態窗口如圖3所示。

          
 圖3  硝銨膨化自動控制系統儲液罐組態窗口

    在硝銨膨化自動控制系統儲液罐組態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進行手動操作。

    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的攪拌電機的啟動與停止，以防止硝酸銨沉淀，有助于硝酸銨的溶解；當溫度達到下限時打開儲液蒸汽閥，達到溫度上限時關閉儲液蒸汽閥。同時PLC能完成對溫度上下限的監控，對通信狀態的監控，通過“報警指示燈”與“通信狀態指示燈” 顯示在該組態窗口中，從而反饋給工作人員。該儲液罐組態窗口能顯示實時溶化罐內的溫度。還能顯示出溫度隨時間的變化曲線，并能生成組態結果數據庫，記錄溫度數據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，減壓蒸發強制析晶。硝銨膨化自動控制系統膨化罐組態窗口如圖4所示。

            
                圖4  硝銨膨化自動控制系統膨化罐組態窗口

    在硝銨膨化自動控制系統膨化罐組態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、儲液罐進料閥啟動與停止、膨化刮板電機啟動與停止等手動控制按鈕，以供操作人員在操作需要時進行手動操作。

    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閉→膨化罐真空泵停止→膨化刮板電機啟動→膨化刮板電機停止。同時PLC還完成了對溫度上下限的監控，對通信狀態的監控，通過“報警指示燈”與“通信狀態指示燈” 顯示在該組態窗口中，從而反饋給工作人員。該膨化罐組態窗口能實時顯示膨化罐內真空度、膨化罐內的溫度、吸料時間、膨化時間。還能顯示出溫度隨時間的變化的溫度曲線，以及真空度隨時間變化的真空度曲線，并能生成組態結果數據庫，記錄溫度數據和真空度數據，以便工作人員的觀察分析。

    4    結束語

    膨化硝銨生產線自動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，降低了勞動強度，極大提高了生產效率。通過在新疆雪峰民爆器材有限責任公司硝銨膨化自動生產線的實際應用證明，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現[J].化工自動化及儀表,2003,30(1):52~54.

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

     [3] 杜尚豐,趙興炳,李迎霞.基于RS485總線的溫室環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,2004,33(5):65