李长安，韩培君

(广东宏大民爆集团有限公司，广东 广州 511300)

乳化炸药，作为一种W/O型含水工业炸药，不仅具有组分简单，原材料来源广，加工简便及成本较低等特点，而且还具有较好的爆轰性能及抗水特性，因此，自20世纪70年代问世以来，得到世界各国民爆行业的竞相研究与推广[1-2]。目前，乳化炸药生产线已基本实现连续自动化生产，但在某些生产参数监控方面仍存在薄弱环节，如温度、液位、压力及流量等生产参数监测方面自动化程度及集成度不高，有些仍需人工辅助看守[3-7]。当生产线某一环节出现故障时，国内外生产企业对整条生产线通常采取人工停机的方式来对故障点进行处理，故障排除后，再采用人工开机方式来恢复生产线的正常生产。这种靠人工停机和开机方式不仅无法在故障发生时第一时间采取有效行动，造成资源浪费，甚至出现安全隐患，而且需要生产线时刻有人值守，增大企业人工成本，更不符合企业生产线向自动化、智能化方向发展的趋势。因此，研究乳化炸药生产线全线安全生产监测系统对防止人工操作失误或操作不及时等引起的安全生产事故，提升乳化炸药生产线本质安全水平具有重要意义[8- 9]。

1 生产工艺

以广东宏大民爆集团有限公司本部车间JWL-III型乳化炸药连续化自动生产线为例，采用高温静态乳化技术，其生产工艺[10]为：

1)水相配制：将氧化剂硝酸钠与水按比例溶解混合，通蒸汽间接加热和保温。过程中温度由自动控温阀闭环控制，使其达到工艺温度值。

2)油相配制：油相材料、乳化剂按比例泵送至油相储罐，通蒸汽间接加热和保温，由控温阀调节来保持温度备用。

3)泵送预乳：生产前对工艺管路用热水保温，具备生产条件后，同时开启水相泵、油相泵。水相油相溶液经过滤器、水相管路、阀、泵及流量计，送入预乳罐，在预乳搅拌由慢即快的作用下,水油相相互渗透，形成油包水透亮的乳化基质。

4)静态混合：预乳后的胶体基质由基质泵打入静态混合器。在基质泵的压力下，基质在静态混合器里，充分混合，没有任何机械的作用，没有任何摩擦，从根本上消除了乳胶制造的危险因素。通过基质泵转速的调节，能保持预乳罐的料位较稳定的高度，以便充分乳化。

5)敏化：基质从静态混合器出来后进入乳胶泵的料仓，乳胶泵在装药机允许开机的条件下才可以开机，乳胶泵往装药机泵送乳胶的过程中，发泡剂泵同时启动，发泡剂的加入量为按照比例自动跟踪乳胶泵泵送的乳胶流量。

2 监测参数

乳化炸药生产工艺流程主要分为水/油相制备、乳化及敏化工艺三部分。其中，涉及到生产工艺安全管控方面的参数主要包括物料温度及液位、泵送压力及流量、电机转速和基质流动速率参数。上述参数不仅关系到生产线的安全生产，而且对产品质量及性能也具有较大影响。因此，本文设计的乳化炸药生产线安全监测系统涉及的监测参数主要包括水相/油相储罐的液位、水相/油相储罐的温度、水相/油相输送泵的压力、水相/油相管道内的输送流量、乳化器的转速、轴流泵内基质输送的压力、敏化温度及管道内敏化基质流动速率等生产工艺参数。

3 系统组成

本系统主要实现对乳化炸药生产线油/水相储罐液位及温度、各环节工艺泵送压力、乳化机转速、油/水相流量、敏化温度、基质密度及温度等生产工艺状况进行实时监测，并将监测信息远程传输至监控端，同时，该系统可以实现乳化炸药生产工艺动态显示、实时报警、数据存储及历史数据查询等功能。

3.1 硬件设计

本系统硬件组成可分为数据采集、中继处理和远程监控三部分，其运行原理示意图如图1所示。其中，数据采集部分主要包含温度、压力、液位、流量、转速及速率变送器；中继处理部分核心组成为AT89C55WD单片机，还包含电信号处理中继器、参数对照模块、液晶显示及声光报警模块；远程监控部分核心处理元件为工控机软件程序，其将从中继处理区块接收的电信号进行分析处理后向下分别传输至人机交互界面(方便人工做出决策)、数据存储模块、数据打印模块及声光报警模块。

图1 安全监测系统硬件组成示意图

3.1.1 监测信号的采集

随着乳化炸药生产线自动化程度的提高，生产区域内相关线路的铺设逐渐增多，同时，生产场所涉及到多处电机运转，造成乳化炸药生产环境中电磁干扰逐渐严重，且末端线路采集的监测信号通常需要远距离传输至控制器，因此，提高监测信号在电路中的抗干扰能力同样重要。通过查阅相关文献可知[7]，电流输出型传感器的抗电磁干扰能力较电压输出型更好，因此，本系统中涉及的监测参数传感器均采用电流输出型，工作范围为5～25 mA。监测传感器输出的电流采集信号经采样电阻转换为1～5 V 的采集信号传送至A/D转换器，A/D转换器处理后再输出数字信号至89C55WD单片机进行处理。

3.1.2 采集信号的处理

中继处理区块中89C55WD单片机对接收到的所有监测信号进行分析处理，将分析数据传送至液晶显示器实时显示，并将分析数据与乳化炸药生产工艺参数标定范围值进行对比。当监测数值处于标定范围值外部时，分析处理中心扩展I/O接口输出高电平，并通过光电耦合器驱动声光报警装置发出警报，提示现场工作人员对生产异常部位进行检查和处理。同时，单片机将信息处理结果通过中继器传输至远程监控区块中的工控机监测中心，并在工控机人机交互界面实时显示现场监测数据。另外，工控机对于异常数据信息也可启动声光报警装置，实现生产单元的远程监控及声光报警。

3.2 系统软件设计

本系统软件设计示意图如图2所示。具体工作原理为：系统连通后，中继处理区块中的单片机首先对系统组成各部分进行初始化设置，并保存乳化炸药生产工艺参数标定范围值。随着乳化炸药各生产工序的开始运转，系统同步开始对各主要生产参数进行监测，即系统数据采集区块通过布置于各工序点的传感器开始自动采集被监测点的温度、液位、压力、流量和转速等生产参数。各工序点传感器将采集到的电信号传输给单片机，单片机对接收的电信号进行分析计算后传输至液晶显示器，并将分析后的数据与生产工艺标定范围值进行对比。最后，单片机通过中继器与远程监控区块的工控机监测中心连接，实现生产现场的远程监控和报警。

图2 系统软件工作原理示意图

4 结语

该套安全监测系统已在广东宏大民爆集团有限公司本部车间乳化炸药生产线进行调试并投入运用。通过应用以来的连续监测和校对，乳化炸药生产线全线安全监测系统能够有效监测各主要工序的生产工况，对生产异常情况能够准确定位并发出警报，极大提高了乳化炸药生产线本质安全水平。同时，该套安全监测系统的投入应用有效减轻了现场工作人员的劳动强度，提高了生产效率，降低了生产安全事故发生率，有效提高了公司生产经营的经济效益和社会效益。