乳化炸藥生產線安全監測系統

以AT89C55WD為核心的乳化炸藥超限報警儀， 採用相應的監測參數採集模組設計了乳化炸藥生產線安全監測系統， 該系統可實現乳化炸藥生產線電流、轉速、溫度、壓力等參數的自動採集以及生產線和監測中心的聲光報警。 給出了系統的軟硬體設計框圖和詳細工作原理， 為乳化設備的安全可靠運行提供了保障。

乳化炸藥是一種油包水型含水工業炸藥， 目前生產工藝已基本定型。 它具有優良的爆炸性能和抗水能力, 它不僅組分簡單, 原料來源廣泛, 加工不複雜, 不含具有炸藥性能的敏化劑, 而且生產成本較其它炸藥低。

自60年代末, 乳化炸藥作為新型的工業含水炸藥問世以來, 得到了世界各國工業炸藥界的重視並競相研究推廣。

但是， 在生產過程中， 由於螺杆泵所泵送的介質具有爆炸性， 所以螺杆泵的空運轉會引起泵中定子和螺杆的直接磨擦發熱， 使殘餘在泵中的基質升溫， 導致乳化基質的分解和爆炸[1]。 因此， 為了防止操作人員操作失誤、發現問題不及時或停車不及時， 採取電子監控手段是十分必要的。 本系統已經在2007年1月在阜新聖諾化工有限責任公司投入使用， 運行情況良好。

1 生產工藝

乳化炸藥生長過程主要分為原料準備、水相和油相的乳化、發泡及製冷三個階段。 原料準備工作做完以後， 順序啟動乳化器、油相和水相輸送泵，

使水相和油相材料按一定比例在乳化器中乳化， 經膠體泵將乳膠輸送到冷卻器中進行冷卻並啟動發泡劑泵， 將發泡劑注入到乳膠中， 在混合發泡劑中進行混合， 最後通過炸藥輸送泵送到包裝機中進行包裝[2]。

2 系統組成

本系統主要實現對乳化炸藥生產線驅動螺杆泵電機的運行狀態、各點工藝壓力以及螺杆泵泵體溫度進行即時監測， 並將監測到的參數反映到上位機動態畫面上， 可以實現動態顯示、即時報警、資料儲存、列印、歷史資料查詢等功能。

2.1 硬體設計

本系統硬體主要由乳化炸藥生產線超限報警儀（下位機）和監測中心（上位機）兩部分組成， 其原理結構框圖如圖1所示。

其中下位機部分以AT89C55WD單片機為核心， 主要由監控參數採集模組、A/D轉換電路、串口通信電路、鍵盤參數設定、液晶顯示和聲光報警電路組成。 參數採集模組主要包括溫度變送器、壓力變送器和EDA9033G電參數採集模組。

2.1.1 壓力、溫度信號的採集

由於在採集信號需要遠距離傳輸或使用環境中電網干擾較大的場合，

電流輸出型感測器比電壓輸出型傳感器具有更好的抗干擾能力[3]。 因此， 壓力變送器和溫度變送器均採用電流輸出型， 輸出範圍4～20mA。 溫度變送器和壓力變送器輸出的4～20mA的類比信號經過採樣電阻（R=200Ω）的採樣轉換成1～5V的類比信號送到A/D轉換器， 輸出數位信號再送至89C55WD單片機進行處理。

2.1.2 電流、轉速信號的採集

EDA9033G是山東力創科技有限公司生產的智慧型三相電參數資料綜合採集模組， 能夠準確測量三相三線制或三相四線制交流電路中的三相電流、三相電壓（真有效值）、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、正反向有功電度、正反向無功電度等電參數。 其輸入為三相電壓（0-500V）、三相電流（0-1000A）；輸出為RS-485 或RS-232 介面的數位信號，

支援的通訊規約有3 種：（ASCII 碼）研華ADAM 相容通訊協定、十六進位LC-04 協定、MODBUS-RTU 協定。 EDA9033G 模組是一款高性價比的智慧電參數變送器， 他能替代過去的電流、電壓、功率、功率因數、電量等一系列變送器及測量這些變送器標準輸出信號的模入模組， 可大大降低系統成本, 方便現場佈線， 提高系統的可靠性。

本設計利用EDA9033G對螺杆泵驅動電機的電流和轉速進行即時採集， 採集數位信號經RS232串口直接送AT89C55WD單片機。 首次使用時， 根據標示接入DC或AC電源， 將RS-232或RS-485通過轉換器接到微機COM1口， 用隨機提供的“EDA90系列模組測試軟體”設置(通過廣播命令)儀器的通訊協定、位址、串列傳輸速率等參數[4]。

2.1.3 採集信號的處理

單片機對數位信號進行分析、計算， 將所得計算結果送到液晶顯示器顯示並與鍵盤輸入的參數上限值進行比較， 如果測量數值超過上限值，擴展I/O介面輸出高電平，通過光電耦合器驅動聲光報警電路報警。提示現場的工作人員處理。此外超限報警儀通過RS485中繼器與監測中心的工控機通訊，利用組態王系統在工控機開發良好的人機互動介面，實現遠端監測和聲光報警。

2.2 軟體設計

本系統軟體主流程圖如圖2所示,其工作原理是：系統上電後單片機首先對各個部分初始化，並把鍵盤設定的系統運行參數上限值保存到時鐘。然後開始系統的即時監測，即系統自動採集來自被測控點的電流、轉速、壓力、溫度。單片機完成對採集資料的計算並送到液晶顯示器，並與鍵盤輸入的上限值比較，最後，按照組態王與單片機通信協議（ASCII碼），完成下位機與上位機的通訊。資料CRC自動校驗,誤碼率極低,無需跟蹤調校[5]。

3 結束語

該安全監測系統已經在阜新聖諾化工有限責任公司乳化炸藥生產線投入使用，通過近半年時間的連續生產監測，結果證明，該系統有效解決了生產設備監測難問題，保證了生產設備的安全、穩定、經濟運行，減輕管理人員的勞動強度。實現了監測的自動化，也使生產管理向現代化邁進了一大步。

（摘編自《電氣技術》，原文標題為“乳化炸藥生產線安全監測系統”，作者為李文江、李斌、康微微、鄭岩松。）

如果測量數值超過上限值，擴展I/O介面輸出高電平，通過光電耦合器驅動聲光報警電路報警。提示現場的工作人員處理。此外超限報警儀通過RS485中繼器與監測中心的工控機通訊，利用組態王系統在工控機開發良好的人機互動介面，實現遠端監測和聲光報警。

2.2 軟體設計

本系統軟體主流程圖如圖2所示,其工作原理是：系統上電後單片機首先對各個部分初始化，並把鍵盤設定的系統運行參數上限值保存到時鐘。然後開始系統的即時監測，即系統自動採集來自被測控點的電流、轉速、壓力、溫度。單片機完成對採集資料的計算並送到液晶顯示器，並與鍵盤輸入的上限值比較，最後，按照組態王與單片機通信協議（ASCII碼），完成下位機與上位機的通訊。資料CRC自動校驗,誤碼率極低,無需跟蹤調校[5]。

3 結束語

該安全監測系統已經在阜新聖諾化工有限責任公司乳化炸藥生產線投入使用，通過近半年時間的連續生產監測，結果證明，該系統有效解決了生產設備監測難問題，保證了生產設備的安全、穩定、經濟運行，減輕管理人員的勞動強度。實現了監測的自動化，也使生產管理向現代化邁進了一大步。

（摘編自《電氣技術》，原文標題為“乳化炸藥生產線安全監測系統”，作者為李文江、李斌、康微微、鄭岩松。）