1   引言

    硝酸铵的膨化大致经历“减压升温、高度沸腾、强制析晶、汽化干燥”四个过程。我国的爆破器材厂家的生产设备大多采用人工或半自动的膨化硝铵生产线。过多的人员参与生产，造成人力成本过高，安全隐患过高，同时由于人本身的劳动强度，使得产量无法提高，不能满足社会日益增长的产品需求。现代经济建设对工业炸药的需求日益增长和以人为本的社会观念要求必须采用自动化的生产设备，做到人机分离，以期达到危险工序无人工作，在减小人员伤亡几率的同时增加产品产量和提高产品性能，这样就使得生产方式必然从手工、半自动发展到自动化生产过程控制，因此结合新疆雪峰民爆公司膨化硝铵生产线设计出了膨化硝铵生产线的自动控制系统。

   2   系统结构与工作过程

    膨化硝铵生产线自动控制系统硬件部分由计算机和可编程控制器（PLC）组成分布式控制系统，软件部分采用工控组态软件、PLC软件，在组态环境上进行二次开发，组成了上位计算机监控系统。

    生产工艺过程包括溶化罐、储液罐、膨化罐。在控制室内的上位计算机系统上，能够完成对现场的工艺参数和设备状态进行观察和操作。生产工艺为连续化生产，即可实现远程监控，又可实现就地控制，通过参数设置，自动控制投料量、浓度、温度及硝铵膨化真空度，还可以实现低料位报警。膨化硝铵生产线自动控制系统由工艺单元、可编程逻辑控制器、工业控制计算机组成，其流程^[1,2,3]如图1所示。

              

图1  膨化硝铵生产线自动控制系统组成结构图

    工艺控制模块是系统构成的基础与关键，每一个工艺单元都用一个小点数的可编程控制器（PLC）控制，PLC可以独立的根据现场的数据对本工艺单元进行自动控制^[4]。通过RS485串口实现PLC与监控室计算机的通讯，计算机只对各个工艺单元运行状态的监视、信息处理等操作。正常状态下，各工艺单元的控制由PLC完成，计算机只显示各个单元的各个工序运行状态；现场出现报警和紧急情况时，工作人员可在监控室进行消除报警、继续运行、急停等操作，能够保证工作人员安全，增强了安全性，并且监控室的工作人员可以通过监控界面直观的判断是那个工艺单元出现了故障，从而能快速排除故障，提高生产效率；任何节点的故障都不互相影响，监控室瘫痪时，各单元的PLC都能独立对工艺单元进行控制。任何工艺单元出现故障时，都会以报警的形式来提示工作人员具体是那个工艺单元出现了故障。

    3                上位机监控部分设计及PLC控制过程

上位机监控部分设计采用工控组态软件，在组态环境上进行二次开发，组成了上位计算机的监控部分。通过PLC对溶化罐、储液罐、膨化罐等工艺进行自动控制。

    3.1    溶化罐的自动控制

    溶化罐工艺过程主要完成硝酸铵溶解于水，制成饱和的硝酸铵溶液。硝铵膨化自动控制系统溶化罐组态窗口如图2所示。

图2  硝铵膨化自动控制系统溶化罐组态窗口

    在硝铵膨化自动控制系统溶化罐组态窗口中包括手动控制方式和自动控制方式。手动控制方式包括主螺旋电机启动与停止、分螺旋电机启动与停止、搅拌电机启动与停止、溶化进料阀启动与停止、溶化蒸汽阀启动与停止、溶化进水控制阀启动与停止、溶化出料阀启动与停止等手动控制按钮，以供操作人员在操作需要时进行手动操作。

    若采用自动控制方式，控制溶化罐的PLC将按照编写的程序完成溶化罐工艺内的主螺旋电机的启动与停止，分螺旋电机的启动与停止，搅拌电机的启动与停止，溶化进料阀的启动与停止，溶化蒸汽阀的启动与停止，溶化进水控制阀的启动与停止，溶化出料阀的启动与停止等工序操作。同时PLC能完成对温度上下限的监控，对通信状态的监控，通过“报警指示灯”与“通信状态指示灯” 显示在组态窗口中，从而反馈给工作人员。PLC还能完成对加水重量、加硝铵重量的控制，并能计算出每天溶化硝铵的罐数。

    该溶化罐组态窗口能实时显示溶化罐内溶液的重量，溶化罐内的温度，以及搅拌电机的搅拌时间。组态窗口还能显示出温度随时间的变化曲线，并能生成组态结果数据库，记录温度数据，以便工作人员的观察分析。

    3.2                储液罐的自动控制

  储液罐工艺过程主要完成存储硝酸铵溶液，利用输入的水蒸气控制硝酸铵溶液的温度，并向膨化罐输送硝酸铵溶液。硝铵膨化自动控制系统储液罐组态窗口如图3所示。

          
 图3  硝铵膨化自动控制系统储液罐组态窗口

    在硝铵膨化自动控制系统储液罐组态窗口中包括手动控制方式和自动控制方式。手动控制方式包括搅拌电机启动与停止、储液蒸汽控制阀启动与停止等手动控制按钮，以供操作人员在操作需要时进行手动操作。

    若采用自动控制方式，控制储液罐的PLC按照编写的程序完成储液罐内的搅拌电机的启动与停止，以防止硝酸铵沉淀，有助于硝酸铵的溶解；当温度达到下限时打开储液蒸汽阀，达到温度上限时关闭储液蒸汽阀。同时PLC能完成对温度上下限的监控，对通信状态的监控，通过“报警指示灯”与“通信状态指示灯” 显示在该组态窗口中，从而反馈给工作人员。该储液罐组态窗口能显示实时溶化罐内的温度。还能显示出温度随时间的变化曲线，并能生成组态结果数据库，记录温度数据以便工作人员的观察分析。

    3.3    膨化化罐的自动控制

    膨化罐工艺过程是在膨化剂作用下，一定温度，一定浓度的饱和硝酸铵溶液在一定的真空度条件下，减压蒸发强制析晶。硝铵膨化自动控制系统膨化罐组态窗口如图4所示。

            
                图4  硝铵膨化自动控制系统膨化罐组态窗口

    在硝铵膨化自动控制系统膨化罐组态窗口中包括手动控制方式和自动控制方式。手动控制方式包括膨化罐真空泵启动与停止、膨化罐真空控制阀启动与停止、储液罐进料阀启动与停止、膨化刮板电机启动与停止等手动控制按钮，以供操作人员在操作需要时进行手动操作。

    若采用自动控制方式，控制膨化罐的PLC按照编写的程序完成储液罐进料→膨化罐真空控制阀打开→膨化罐真空泵启动→膨化罐真空控制阀关闭→膨化罐真空泵停止→膨化刮板电机启动→膨化刮板电机停止。同时PLC还完成了对温度上下限的监控，对通信状态的监控，通过“报警指示灯”与“通信状态指示灯” 显示在该组态窗口中，从而反馈给工作人员。该膨化罐组态窗口能实时显示膨化罐内真空度、膨化罐内的温度、吸料时间、膨化时间。还能显示出温度随时间的变化的温度曲线，以及真空度随时间变化的真空度曲线，并能生成组态结果数据库，记录温度数据和真空度数据，以便工作人员的观察分析。

    4    结束语

    膨化硝铵生产线自动控制系统的控制效果符合工艺要求，完成了上位计算机的集中监控，人机界面效果好，降低了劳动强度，极大提高了生产效率。通过在新疆雪峰民爆器材有限责任公司硝铵膨化自动生产线的实际应用证明，系统功能全面，工作稳定可靠，具有很好的应用前景。

    参 考 文 献

     [1]熊伟利,徐保国.分布式控制系统中智能仪表串行通信的实现[J].化工自动化及仪表,2003,30(1):52~54.

     [2] 陈朝春,吴为民.工业雷管自动装填生产线分布式控制系统[J].爆破器材,2008,37(4):18~20．

     [3] 杜尚丰,赵兴炳,李迎霞.基于RS485总线的温室环境控制系统研制控制系统，2003，19（9）；23~29.

     [4]李耀刚,王天杰.利用串口通讯的分布式控制系统[J].机电工程技术,2004,33(5):65