乳化炸药自动化智能化联锁安全控制

廖丽珍,李 蕾,易海伟

(江西萍乡国泰六六一科技有限公司,江西 萍乡 337042)

0 引言

目前,国内乳化炸药常见品种有1#岩石乳化炸药、2#岩石乳化炸药和一至三级煤矿许用乳化炸药5 个品种,大多数企业至少生产2 个品种;乳化炸药生产线水相配料工序至少使用2 台水相溶解罐交替配料。 生产时,配料工作人员按实时生产品种计划,在水相溶解罐内按比例添加相应品种的工艺材料配制水相溶液,配料完成后通过生产线主控室操作把配好料的水相溶解罐内的水相溶液输送到制药工序水相储罐内[1-3]。

在此过程中,一般是水相配料工作人员与主控室操作人员人工对接,存在一定的安全或质量事故隐患[4-5]:

1)单班生产多个品种时,主控室容易误操作,将不同品种的水相溶液输送至制药工序进行生产,如:将岩石炸药水相溶液输送至正在生产煤矿许用炸药的制药工序中,生产成煤矿许用炸药,使用时造成瓦斯爆炸等安全责任事故。

2)由于两台水相溶解罐交替配料后输送至水相储罐内,水相溶解罐在配料时主控室操作人员仍然可以进行操作输料,因此,容易造成误操作,将尚在配料中的水相溶液输送至水相储罐内,造成质量责任事故。

1 隐患问题改进方案

原有乳化炸药生产线控制系统主要由研华工控机、西门子S7-300 系列PLC、威纶触摸屏等硬件配置组成,实现实时信息数据交换,对整个乳化炸药生产线的设备进行控制和现场数据采集。

为了提高乳化炸药生产线的本质安全水平,在原控制系统硬件配置基础上,通过西门子S7314CPLC 设计编写控制程序。 在工控主机WINCC 组态系统的制备控制画面上,创建生产线生产品种信息与1#、2#水相溶解罐水相配料状态、品种类型显示以及控件;在水相工序操作系统威纶人机界面(HMI)的创建品种信息确认画面及控件用于信号给定;从而组成一套水相配料状态(是否配料完成)与品种(一级、二级、三级煤矿许用炸药和岩石炸药)信号给定,并与生产线生产品类匹配联锁控制系统程序,杜绝人员误操作造成的安全或质量事故[6-8]。

2 具体实施方案

1)利用西门子PLC 编程软件设计编写控制程序,增加1#、2#水相溶解罐品种信息确认以及显示信息联锁程序段;增加1#、2#水相溶解罐品种信息与生产线生产品种信息匹配联锁,到达控制1#、2#水相溶解罐放料阀(打开)控件隐藏或显示状态的程序段;完成乳化炸药生产线水相配料状态与品种信息给定、显示及水相配料品种与生产品种信息相匹配的联锁控制PLC 程序设计,如图1 所示。

图1 PLC 程序段

2)在水相配料工房的人机界面(HMI)操作画面上对应PLC 的新建程序,建立相对应的品种信息确认界面及编辑控件属性给定信号,如图2 所示。

图2 操作人机界面

人机界面的品种选择信息确认画面中,溶罐一与溶罐二标题下控件分别对应1#、2#溶解罐水相配料品种信息的给定与显示。 “1 号取消”“2 号取消”控件用于1#、2#溶解罐品种信息手动消除。 示例:水相配料工作人员1#水相溶解罐配料完成配方为岩石溶液,工作人员在品种选择信息确认画面中溶罐一标题下点击“岩石”控件确认给定信号,当“岩石”控件颜色转为绿色后表示信号给定成功,当前1#水相溶解罐配方为岩石溶液的信号已发送到PLC 进行品种匹配联锁控制及WINCC 组态系统上品种信息的显示,如果1#水相溶解罐配方信号给定出现错误或需临时更改配方,工作人员可以点击“1 号取消”来取消1#水相溶解罐配料信息;当画面中溶罐一标题下控件全部转为灰色表示配方信号已经取消,需要重新给定;当水相溶解罐各进料设备启动一次,其配料品种信息全部清除,需要水相工作人员根据现场情况重新给定信号。

3)在生产线主控室的工控机WINCC 组态系统上对应PLC 程序新建变量组、在制备控制画面中组态创建相对应的水相配料状态、品种信息界面及编辑控件对象属性,使之显示水相人机界面给定的信号,并创建编辑生产线生产品类信息确认控件,编辑1#、2#水相溶解罐放料阀(打开)的控件权限,如图3、图4 所示。

图3 主控室工控机SCADA

图4 信号给定联锁示意

3 方案实施结果

改进方案实现了在水相配料工序配料工作人员未在人机界面确认发送1#或2#水相溶解罐配料完成的品种信息时,主控室工控机WINCC 组态系统上的水相配料状态及品种信息界面上将会显示两台水相溶解罐“未配料”的状态,1#、2#水相溶解罐放料阀(打开)控件隐藏,监控室操作人员无权限将水相溶解罐内未确认发送配料品种信息的水相溶液输送至水相储罐内。

只有当水相配料工作人员配料完成后,并在水相人机界面上确认各个水相溶解罐配料完成的品种信息发送给PLC,PLC 反馈给主控室WINCC 组态系统,WINCC 接收信息在组态画面上显示两台水相溶解罐的配料完成的品种信息,并解锁与生产线现生产品类相同品种信息的水相溶解罐放料阀(打开)控件的操作权限,主控室获取相应的操作权限,才能将其罐内溶液输送至水相储罐内。

示例:配料工作人员确认发送1#水相溶解罐配料完成,品种信息“岩石”(Db503.dbx2.0=1),2#水相溶解罐配料完成,品种信息“3 级煤矿”(Db503.dbx2.7=1)。 现生产线生产品种信息为“3 级煤矿”(Db503.dbx5.3=1),主控室就只能获取与生产线现生产品种信息相同品类信息的2#水相溶解罐放料阀开启(Db503.dbx4.1=1)操作权限(2#水相溶解罐放料阀打开控件显示),而1#水相溶解罐放料阀开启(Db503.dbx4.0=0)无操作权限(1#水相溶解罐放料阀打开控件隐藏);只有生产线生产品种转换成与1#水相溶解罐配料完成品种信息“岩石”(Db503.dbx5.0=1)相符的信息(Db503.dbx4.0=1)时,主控室才能获取1#水相溶解罐放料阀开启操作权限(1#水相溶解罐放料阀打开控件显示)将1#水相溶解罐溶液输送到制药工序进行制药生产;1#或2#水相溶解罐进料设备每启动一次其溶解罐配料完成及品种信息全部清除,主控室显示该罐“未配料”状态,失去存在权限(1#、2#水相溶解罐放料阀打开控件隐藏),需配料工作人员再次配料完成后确认发送的配料完成的品种信息反馈给主控室获取相应的操作权限。

4 结语

通过对乳化炸药生产线控制程序设计编写及人机界面上创建品种信息确认界面,在主控室工控机WINCC 系统操作画面上显示组态1#、2#水相溶解罐的配料状态与品类信息,实现了主控室工作人员实时了解水相制备工序配料情况,组态1#、2#水相溶解罐放料阀(打开)控件的权限应用进行联锁控制,实现了生产线各工序间的闭环对接控制,有效杜绝了生产线主控室操作人员因误操作将未完成配料的溶液或将与实时生产品种不符的溶液输送至水相储罐内,造成安全或质量责任事故。 投入使用后有效提高了乳化炸药生产线的本质安全水平。