工业雷管自动装填线分布式控制系统.pdf

1 8 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第3 7 卷第4 期 工业雷管自动装填线分布式控制系统。 陈朝春吴为民 新疆大学电气工程学院 新疆鸟鲁木齐，8 3 0 0 0 8 [ 摘要] 介绍了一种工业雷管自动装填线分布式控制系统，该系统采用R S 4 8 5 总线将上位计算机与各个工艺控 制模块连接起来。上位计算机采用以M C G S 软件包开发的监控软件，实现对各装填工艺单元集中监控、信息处理、 雷管类型选择等操作，各个工艺控制模块均采用可编程控制器进行控制。 [ 关键词]工业雷管分布式控制可编程控制器 [ 分类号] T Q 5 6 0 ．5 1 引言 普通基础火雷管装配生产工艺，一般是由排管、 一遍装药、一遍压药、二遍装药、二遍压药、装起爆 药、扣帽、压合、去底模、点漆、抖浮药、拔管等工序组 成，而我国的爆破器材生产厂家的设备大多是气动 传动装填线。气动顺序控制一般需要控制的点数 多，信息处理速度慢，不易对复杂信息快速处理和传 输，因此增加了控制难度与故障率。由于工业雷管 的大规模生产基本上都是简单重复式动作，易实现 机电一体化自动生产。自动化生产能够提高生产效 率，降低生产成本，因此结合新疆雪峰民爆公司雷管 装填生产线设计出了工业雷管自动装填线分布式控 制系统‘。 2 系统结构与工作原理 具体工程要求对分散的工艺单元进行自动控 制，为了保证系统的可靠性、准确性，决定采用分布 式控制系统。雷管自动装填线分布式控制系统由工 艺单元、可编程控制器、工业计算机组成，其流程如 图1 所示L 2 ．3 J 。 图1 分布式系统结构图 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 P L C 控制，P L C 可以独立地根据现场的数据对本工艺单 元进行自动控制H 】。通过R S 4 8 5 串口实现P L C 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、雷管类型选择等进行操 收稿日期2 0 0 8 - 0 3 - 2 5 基金项目乌鲁木齐市科技局资助项目 Y 0 5 3 1 1 0 0 2 。 作。正常状态下，各工艺单元的控制由P L C 完成， 计算机只显示各个工艺单元的各个工序运行状态， 整个自动装填生产线是一种流水作业的过程；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 通过监控界面直观地判断是哪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P L C 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 哪个工艺单元出现了故障。下一级工艺单元出现报 警情况时，上一级工艺单元将停止运行，以便操作人 员排除故障；由于完成各个工艺过程的工序所需的 时间不同，那么在各个工艺过程之间将会出现板条 多的情况，因此需要将下一级工艺单元的板条多信 号送向上一级工艺单元的可编程控制器，一旦下一 级工艺单元出现了板条多时，上一级工艺单元将停 止运行；当第一个工艺单元出现板条多时，本工艺 控制器将产生一个输出，用于驱动指示灯亮，提示排 管人员板条多了，以便停止放板条。 3 工艺控制模块设计及工作过程 工艺控制模块采用P L C 控制，整个自动装填生 产线的分布式控制系统包括一遍装药控制、一遍压 力控制、二遍装药控制、二遍压力控制、装起爆药控 制、引压加强帽控制、扣模控制、压加强帽控制、压延 期体控制、抖浮药控制、点漆控制、退模控制1 2 个工 艺单元组成。每个工艺单元的工序运行状态都是通 过安装在气缸上的行程开关进行判断，以确认各个 万方数据 2 0 0 8 年8 月 工业雷管自动装填线分布式控制系统陈朝春等 1 9 工序是否动作到位。一个气缸能否正常工作取决于 通过行程开关返回一个信号，P L C 的相应输入端口 将接收到信号。当P L C 的相应输人端口接收到信 号后，P L C 将输出一个信号控制下一个工序的电磁 阀，从而控制下一个工序的气缸运动，完成下一个工 序的动作。每个工艺单元都有进模工序、侧推工序、 出模工序、拖板工序、防爆门工序。就一遍装药和二 遍装药控制而言，还有扣引药板工序、装药工序。一 遍和二遍装药控制的方框图如图2 所示。 一遍装药和二遍装药的工艺结构简图如图3 所 示。 邀鲢堡腿 搦灏丽 蓬西麴 逦匿囹 j 爆门电磁阀 引药扳电磁6 图2 一遍和二遍装药工艺控制方框图 图3 一遍装药和二遍装药结构简图 根据工艺过程编写的程序控制下一遍装药和二 遍装药的工作过程如下自动装药时，模具由传送带 传送到装药工位，迸模伸出气缸动作叶侧推伸出气 缸动作_ 扣引药板伸出气缸动作． 防爆门缩回气缸 动作_ 拖板缩回气缸动作_ 模具进入装药抗爆间动 作_ 扣引药板缩回气缸动作_ 防爆门伸出气缸动 作。定量板在气缸推动下移动一定距离，通过引药 板的导引作用使定量板装药孔与模具中的5 0 发雷 管装药孔对齐，将定量板孔中的药装入雷管壳中。 然后定量板复位I 防爆门缩回气缸动作． 拖板伸出 气缸动作_ 出模缩回气缸动作，将已装完药的模具 由传输机构推至下一工位。 其它的各个工艺单元也有和自己工艺过程相关 的工序步骤，由P L C 中不同的程序进行控制。 4 上位计算机监控部分设计 采用北京昆仑通态自动化软件科技有限公司的 工控组态软件M C G S ，在M C G S 组态环境上进行二 次开发，组成了上位计算机的监控部分‘副。b I C G S 上一个动作的完成情况。如果上一个动作完成了， 系统包括组态环境和运行环境两部分。所有的组态 配置过程都在组态环境中进行，最后组态生成的组 态结果数据库就可以在运行环境中进行独立运行 了。而组态环境又包括5 个部分主控窗口、设备窗 口、用户窗口、实时数据库、运行策略。 上位监控部分的建立包括以下步骤 1 在用户窗口中对监控界面进行组态； 2 在实时数据库中对全部数据变量进行定 义； 3 设备窗口对P L C 进行组态。在使用R S 4 8 5 总线与上位计算机相连时，P L C 需要进行设置，设置 的内容包括波特率、数据位长度、停止位长度、起始 位长度、奇偶校验。该分布式控制系统采用计算机 与多台P L C 通讯，则P L c 需进行地址设置，P L C 的 地址设置范围从2 到1 6 。一遍装药监控组态框图 如图4 所示。 侧维工序 出模工序 装药工序 拖扳工序 进模工序 引药板工序 控制指示i 通信指示 报警指示I 报警消除 复位继续 图4 一遍装药监控组态框图 在一遍装药组态监控界面中包括板条到位、板 条多余、通讯指示、控制指示、报警指示、侧推伸出、 侧推缩回、进模伸出、进模缩回、出模伸出、出模缩回 等标签与报警消除、继续、复位按键。其他各个工艺 单元也有与其工艺过程相关的监控组态框图。该分 布式控制系统把所有工艺单元的工序状态显示在一 个监控界面上，便于工作人员的观察分析。 组态结果数据库在运行环境中被执行，每个工 艺单元运行状态都对应在组态界面上，在组态监控 界面上可以看到每个工艺单元的各个工序的运行情 况。若工艺单元正常运行，则报警指示标签的颜色 不会改变，此时报警消除、复位、继续按键都不能点 击。若工艺单元运行出现问题，则组态界面的报警 指示标签的颜色发生改变，将会变化成另外一种颜 色，此时报警清除、继续、复位按键都是可点击的，并 拦勰 ．卅．卜 卜．卜 卜 卜 可编程控制器 墼美墼型i i 幽避迸避一一 万方数据 2 0 爆破器材E x p l o s l v eM a t e r i a l s第3 7 卷第4 期 且从界面上能知道是哪个工艺单元的哪个工序出现 了故障，从而能快速地排出故障，提高工作效率。 5 结束语 分布式雷管自动装填控制系统不仅具有对各个 工艺单元的控制功能，而且通过R S 4 8 5 总线将分散 的工艺单元连接起来，可以在上位计算机上进行集 中监控，具有结构灵活、人机界面好的特点。通过在 新疆雪峰民爆公司雷管自动装填生产线的运行证 明，系统功能全面，工作稳定可靠，具有推广价值。 本项目得到了乌鲁木齐科技局资助、新疆雪峰 民用爆破器材有限责任公司的投资，在此一并表示 感谢。 参考文献 [ 1 ]郭兆正．基于4 8 5 总线在计算机通信系统中的可靠性 研究[ J ] ．长春师范学院学报，2 0 0 7 ，2 6 1 ．7 3 - 7 5 ． [ 2 ] 毛德平。凌有铸．一种基于R S 4 8 5 总线的温度、湿度测 控系统[ J ] ．现代电子技术，2 0 0 7 ， 2 1 6 8 1 7 0 ． [ 3 ] 杜尚丰，赵兴炳，李迎霞．基于R S 4 8 5 总线的温室环境 控制系统研制[ J ] ．控制系统，2 0 0 3 ，1 9 9 2 3 2 4 ． [ 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，2 0 0 4 ，3 3 5 6 5 - 6 9 ． [ 5 ] 杨小英．基于组态王的温度分布式控制系统[ J ] ．江苏 工业学院学报，2 0 0 4 ，1 6 2 ．5 1 5 3 ． D i s t r i b u t i o n a lC o n t r o lS y s t e mo fI n d u s t r yD e t o n a t o rA u t o l o a d i n g C h e nC h a o c h u n 。W uW e i m i n E l e c t r i c a lE n g i n e e r i n gD e p m m a e n to fX i n j i s s l gU n i v e r s i t y X i n j i a n gW u l u m u q i ，8 3 0 0 0 8 [ A B s l r I 认C r ] O n ed i s t r i b u t i o n a lc o n t r o ls y s t e mf o ri n d u s t r yd e t o n a t o ra u t o l o a d i n g “ r 时f l , 8i n t r o d u c e d ．1 ’l l et l S 4 8 5b u sW a l l u s e dt oc O l l n e e tt h eh o s tc o m p u t e rw i t he a c hc r a f tc o n t r o lm o d u l e ．M C G Ss o f t w a r ep a c k a g eW a Su s e d0 1 1t h eh o s tc o m p u t e rt o d e v d o pm o n i t o r i n gs o f t w a r et or e a l i z ec e n t r a l i z e dm o n i t o r i n g ，i n f o r m a t i o np r o c e s s i n ga n dd e t o n a t o rt y p es e l e c t i o no fe a c h l o a d i n gp r o e e g Bm o d u l e ，a n dS Oo n ．E a c hc r a f tc o n t r o lm o d u l ec o u l db ec o n t r o l l e db yu s i n gt h ep r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e r ． [ K E YW O R D S ] i n d u s t r i a ld e t o n a t o r ，d i s t r i b u t i o n a lc o n t r o l ，p r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e r 上接第1 7 页 2 ．6 温度的影响 贮存试验中发现，毫秒雷管的延期时间会随季节 的变更而产生波动性变化。从贮存试验结果可以推 论，温暖季节里定尺生产的毫秒雷管，到了寒冷季节 时使用，延期时间会增长；反之，寒冷季节里定尺生产 的毫秒雷管，到了温暖季节时使用，延期时间会缩短。 尽管这种季节性变化对普通毫秒雷管的延期时间及 精度的影响不是很大，但对2 5 瑚等间隔延期雷管来 说却不可忽视。因此，使用2 5 瑚等间隔延期雷管爆 破时，尽量将同批或同季节生产的雷管配段使用，可 能会使延时精度更高，爆破效果更好。 3 结论 1 延期药的种类和配比是影响2 5I l l s 等间隔延 期雷管延时精度的主要因素，不同种类的延期药其延 时精度的差别很大。因此，选择一种优质的延期药并 调整到最佳配比，是提高延时精度的关键。试验证 明，铅丹．硅系延期药可用于2 5m s 等间隔延期雷管。 2 延期体的制造工艺是影响2 5m 8 等间隔延期 雷管延时精度的又一个重要因素。试验证明，铅延期 体拉拔工艺适用于2 5m s 等间隔延期雷管的延期体 制造，但必须严格控制各项工艺参数。 3 控制导爆管芯药药量，从而保证导爆管匀速 传爆、无穿孔，是除延期体之外的又一个保证延时精 度的重要因素。 4 电引火元件的发火时间、药头大小及均匀程 度、气室大小、中印直径大小及是否一致等因素对延 时精度也有一定的影响，在生产过程中需严格控制工 艺条件。 参考文献 [ 1 ] 赵杰．高强度和高精度导爆管雷管的应用[ J ] ．爆破器 材，2 0 0 5 ，3 4 4 2 3 2 6 ． T e c h n i c a lR o u t et oI n c r e a s eD e l a yP r e c i s i o no f2 5m sU n 洳r m l y - s p a c e dD e l a yD e t o n a t o r C a oY u r o n g ，W a n gY a n h u a 。G u oY a r t h u a ，Z h a oJ i e ，L u oY i n g j i e N e wE r aC i v i lE x p l o B i v e 1 ．u x i n S c i e n c ea n dT e c h n o l o g yI n d u s t r yC O ．，L 1 [ D ． L i n o r t i n gF u r ．i n ，1 2 3 0 0 3 [ A B S T R A C T ] F a c t o r sa f f e c t i n gt h ed e l a yp r e c i s i o no fm i l l i s e c o n d 瑚 d e l a yd e t o n a t o rw e r es t u d i e di nt h i sp a p e r ．T e c h - n i e a lr o u t et oi n c r e a s ed e l a yp r e c i s i o nW 8 8d i s c u s s e dO i lt h e , , ．p o e t so fc o m p o s i t i o ns e l e e d o nf I fd e 蛔c o m p o s i t i o n ，p u r i t ya n d 印m u l a r i t y0 fl a Wm a t e r i a l s ，d i s t r i b u t i o n 征d e h yc o m p o s i t i o n ，s t l “ u e t u r ea n dm a 【】a u f a e t u r et e c h n i c so fd e l a ye l e m e n t ，d e t o n a - t o ra s s e m b l yc o n d i t i o na n dt e m p e r a t u r ei n f l u e n c ee t e ．，a n d c o r r e s p o n d i n gt e c h n o l o g yn l e a s I l r ∞w e r ep r o p o e e d ．S t u d y s h o w e dt h a t2 5l n 8u n i f o r m l y s p a c e dd e 蛔d e t o n a t o rh a dh i 【g l ld e l a yp r e c i s i o n ，w h i c hc o u l ds a d 毋t h ee n g i n e e r i n gn e e d s ． [ K E YW O R D S ] d e L a yd e t o n a t o r ，d e k I yp r e c i s i o n ，t e e h a i e a lr o u t e 万方数据