经济安全型煤矿炸药自动中包机及其控制技术

我国煤矿许用炸药大多为小药卷〔1〕,直径规格外径(32±1)mm、(35±1) mm,质量规格为(150±3)g、(200±5)g,使用中包包装,一中包为3 kg,要将15卷(200±5)g或20卷(150±3)g炸药整齐排列置入PVC塑料袋中。传统工艺是药卷收集、抹齐、沾腊、中包装填、封口等,主要靠人工完成,效率低下,安全事故时有发生〔2〕。为此,国防科工委民爆局出台了“大力发展炸药中包自动生产线”的行业政策,相关科研院所加大此项研发力度,已取得了阶段性成果。

2　安全型炸药中包自动封口机

该设备的关键是将张袋和抽真空工序设计成一个机构并由一个复合运动完成,其特点是结构简单、工效高,采用隔爆技术,安全性好,可以作为现有炸药中包自动包装生产线封口热合的配套设备。

2. 1　设计依据和实现的功能

炸药爆炸特性中的热感度和静电感度,决定了炸药及其粉尘环境用电气设备的防爆要求。总体方案设计依据GB50089-2007“民用爆破器材工程设计安全规范”。实现功能是对经过码堆、沾蜡、套袋后的药卷中包,实现张紧抽气机构插入中包→张紧中包→抽真空→热合→退中包的功能。

2. 2　设计内容

(1)隔爆自控热棒。其主要功能是提供炸药中包材料PVC封口热源,并能自动控制热合温度130~140℃范围,由大量发热件和电子元器件组成,是一个典型的引爆源。为了防止易爆气体进入到发热元件和杜绝引爆源的可能危害,在该设备中设计了一个隔爆腔,结构如图1所示。该外壳能承受内部爆炸性混合物的爆炸压力,阻止向周围爆炸性混合物的继续传爆。热棒在正常工作条件下不会产生电弧、火花或可能点燃爆炸性混合物。

热棒的自动控制装置置入上述隔爆腔内,并选择热保险的规格为160℃、2A开关,控制热量。选择热电偶温度为0~500℃,装配前各隔爆面涂204-1防锈油。设计主空腔净容积为0. 44 L,接线腔净容积为0. 11 L,电气间隙≥6 mm,后端盖设计有“EX”字样并涂红漆。热保险玻璃套管与保险相连处用504胶封固。

(2)隔爆气泵。气泵主要功能是给炸药中包抽真空,中包尺寸约250 mm×150 mm×100 mm,装填完炸药剩余净空间约216 mL,贮存空气量200 mL左右。按照设计4. 24 t/h生产能力核定,选择气泵功率为500W,抽真空时间约2 s。电动机为隔爆型三相异步电动机。

(3)张紧、抽气复合机构〔3〕。对炸药中包抽真空、热合封口是自动包装关键工序,对于套袋式的工艺,抽真空前要将袋张开,为了做到结构简单,工效高,可靠性好,张袋和抽真空工序设计成一个机构并由一个复合运动完成,结构原理见图2。

抽管前的鸭嘴7可以兼顾张袋和抽真空功能,张口尺寸较小,约4 mm,鸭嘴的另一端经过过滤器5、防爆体接入500W的防爆真空泵。此外,为安全起见,设计有与之相适应的隔爆和卸爆腔,印刷电路板和电子元器件通过接线盘置入隔爆和卸爆腔。

本设计克服了现有炸药中包热合机的缺陷,张袋和抽真空共同由一个机构的复合运动完成,结构紧凑、简单、效率高。隔爆的设计技术提高了包装的安全性。

3　工业炸药自动中包机的自动控制系统该自动控制系统采用CC-link现场总线、分散控制、变频定位控制等技术,对炸药药卷进行自动排列、中包包装、装箱等工序自动控制。保证了生产线稳定、可靠的运行。

3. 1　控制对象

控制对象主要是中包机生产线若干相对独立的功能块,具体为:①中包功能块:用于将前段输送而来的药条进行排列整理,并用塑料膜包装成真空袋;

②装箱功能块:用于接受包装完成的中包袋,将其装入纸箱,控制辅助设备自动封箱捆扎;③输送功能块:用于完成物料的转移输送。

3. 2　控制系统硬件配置

(1)系统配置。全系统含数字IO约350点,变频器5~11台,独立温度控制回路12~18路。主控制单元采用X2NPLC,约100点数字IO,负责控制电机。中包控制单元采用FX1NPLC,约80点数字IO,负责单台中包的控制。装箱控制单元采用FX2NPLC,约80点数字IO,负责装箱机的控制。每个单元使用一个站,各单元采用CC-link现场总线

进行连接,整个网络采用2. 5Mbps的运行速度。

(2)CC-link网络配置。主站设置为: STATION NO(站号): 0 ;MODE(模式): 0; B RATE(通讯速度): 2(2. 5M);中包设置为: STATION NO: 0(站号为1); OCCUPY STATION: 1(占用站数为站);B RATE: 2(传送速度为2. 5 );装箱模块设置为: STATION NO: 03 (站号为3); OCCUPY STATION: 1(占用站数为1站); RATE: 2(传送速度为2. 5M)

3. 3　软件配置

全系统采用分散控制、集中管理的思路。

(1)主站软件功能。为保证生产线的安全性,避免接触器、变频器及电机启动器接触到包装材料,使用1台X2NPLC作为网络主控站,控制整个CClink网络,并放置在远离爆炸危险环境的控制室内,用于协调生产线数十台电机运行,搜集各从站的工作数据,提供生产统计,故障报警及系统调试诊断等功能。

(2)从站软件功能。基于包装材料、炸药的易爆特性,要求在爆炸可能出现的前期,生产线即使在通讯失效的情况下机器也要能安全停止,因此每个独立的功能单元在现场采用单独PLC进行信号采集与逻辑运算,同时此PLC通过软件检测网络运行状态,一旦异常,自动启动急停程序。

(3)生产线组态。由1台F940GOT完成,通过触摸屏可以向中包线任何设备发送测试指令,并能实时监测中包线的工作状态。

(4)其它软件功能及软件特点。对于不需要实时响应的数据采用每个从站仅配1个站。配置软件换点功能,若PLC输出点发生损坏,无需配备编程工具就可替换损坏的点。配备现场PLC监视功能由于防爆、防腐需要,将此置入全密封控制柜中,可监视现场任意PLC的IO状态。

4　结论

(1)张袋和抽真空由2个鸭嘴式的金属抽管(左右各1个)的复合机构完成,简化了结构。

(2)张袋机构的前端形状是鸭嘴型,且较长的边水平方向放置,能提高张袋的平稳性。

(3)实现张袋、抽气杆系的“X”叉结构形式(如图3),在气缸的带动下能够复合运动,提高工效。

(4)隔爆的结构设计,提高了炸药生产的本质安全性。

(5)中包机自动控制系统采用CC-link现场总线、分散控制、变频定位控制等技术,对炸药药卷进行自动排列、中包包装、装箱等工序自动控制。保证了生产线稳定、可靠的运行。