基于PLC的粉状工业炸药包装工艺设计研究.pdf

2 0 1 2 年1 2 月基于P L c 的粉状工业炸药包装工艺设计研究范国勇等 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s m ．1 0 0 1 8 3 5 2 ．2 0 1 2 ．0 6 ．0 惦 基于P L C 的粉状工业炸药包装工艺设计研究 范国勇①李晓龙⑦王文胜⑦范晓洁④ ①中北大学机电工程学院 山西太原，0 3 0 0 5 1 ②山西江阳兴安民爆器材有限公司 山西太原，0 3 0 0 4 1 ③晋西工业集团有限责任公司 山西太原，0 3 0 0 2 7 [ 摘要] 设计由可编程逻辑控制器 P r o g r a m m a b l eL D 西cc o n t r o u e r ，P L c 控制，传感器和执行器件组成的新型粉． 状工业炸药包装生产线。各种传感器向P L c 发出信号，P M 向各个执行机构回发指令，实现自动送料、装小袋、称 重、缝口等工艺过程。改进后的包装工艺自动化程度高，作业人员由1 2 人减至6 人．劳动强度低，包装质量高。 [ 关键词] 可编程逻辑控制器传感器炸药包装 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 lT Q 5 6 06 引言 火炸药的生产从原材料的投放到制成成品 包 装前 ，已逐步实现半连续化或全连续化作业⋯。 但是，粉状工业炸药在制成成品之后的包装工艺却 非常滞后，企业通常采用的粉状炸药包装工艺和定 岗人员如图l 所示。混药罐混好的炸药由车拉人后 投放到装药槽，工人用药铲将粉状炸药装入塑料袋 中，台秤称重，质量合格后扎口，小袋组合装大袋缝 包机缝口，成品转出。 f 圆案崦酣怒目稠 图1粉状工业炸药包装工艺和定岗人员示意图 ．由该工艺可以看出，工艺技术较为落后。包装 过程仅用简单的铲子、台秤、手动缝包机，配以人工 辅助完成整个包装过程。基本为纯人工作坊式生 产。劳动强度大，生产条件恶劣，效率低下。以年产 量为5 0 0 0t 左右为例，仅包装工序人员至少需要1 0 名以上。由于民爆生产企业其产品的爆炸特性和生 产过程极易发生爆炸、燃烧事故而成为高危企业，重 大危险源点多面广j 风险等级高，一旦发生事故，将 造成群体伤亡，安全隐患非常大”1 ，因此，行业“十 一五”规划中明确提出要彻底解决炸药装药包装自 动化问题9 1 。 1 P L c 的粉状工业炸药包装工艺设计思路 首先，民爆行业是高危行业，所以民爆生产企业 的安全管理处于各项管理工作的首位。装药包装自 动化设计必须坚定不移地贯彻“安全第一、预防为 主”的安全生产方针。要确保生产过程安全，设计 的工艺、选用的设备、产品的传送与各种控制装置必 须安全可靠，并且应设有安全控制和预防措施，严防 事故发生”- 。 其次，粉状工业炸药包装工艺的发展方向应是 整体工艺水平有较大的提高。采用先进的电子元器 件，着力推广人机隔离、在线监测监控、自动化控制 等安全工艺技术，提高设备的自动化水平。结合我 国工艺的技术现状和各企业的具体情况，设计适合 我国国情、厂情的工艺过程、人机隔离和自动监控包 装生产线。改善工作环境，降低劳动强度，提高产品 的包装质量”⋯。 ～。再次，包装生产线要经济实用和耐用。在保证 技术先进的前提下，工艺要尽量简单，设备制造要物 美价廉，且具有推广价值。设备与控制系统应具有 很好的实际使用价值，操作简单，维护方便。 总之，设计的包装工艺应是安全、可靠、连续、自 动、高效、经济，且具有较高技术含量，并与之科技进 步相适应的新型系统“1 。 2P L c 的粉状工业炸药包装工艺 ’ 根据工艺改进设计思路，贯彻“安全第一、预防 为主”的安全生产方针。在确保安全生产前提下， 充分应用当今的高科技电器产品，利用企业自身优 势，非标件自己设计制造。制造出了由可编程逻辑 控制器 P m g m m m a b l eL o g i cc o n t m l l e r ，P L c 控制， 各种传感器和执行器件组成的包装生产线”J 。包 装生产线组成如图2 所示。 收稿日期2 0 1 2 瞒- 0 6 作者简介范国勇 1 9 5 6 一 ，男，高级工程师。研究方向民爆先进制造技术。E 圳鲥f 别y 1 3 5 ⋯e d uc n 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e i a l 8第4 1 卷第6 期 l 一螺旋送药机；2 一投料口3 一变频电机；4 一药位传感 器；5 一下料小螺旋杆；6 一接近开关；7 一夹紧气缸；8 一 光电传感器；9 一称重传感器；1 0 一大传送带；1 1 一光电 传感器 计数 1 2 推袋气缸；1 3 ．一翻转气缸；1 4 一光 电传感器 气缸回程 ；1 5 一小传送带；1 6 一工业缝包 机1 7 一光电传感器 料包到位 ；1 8 一药包整形气缸； 1 9 一P L c ；2 0 一下料大螺旋杆 图2P L c 控制的包装生产线组成图 改进后的工艺路线为投料一送料- 装药二 称 重一扎口一挤压整形一装大袋一缝口一转出。主要 分三大部分装药、称重和挤压整形。 工艺过程简述如下 1 投料混制好的火炸药由周转车或传送带送 人投料口。 2 送料料粉经投料口2 倒人后，由螺旋送药 机l 送人料斗，药位传感器4 控制药面高度，若高出 规定上限，药位传感器4 向P L C 发出信号，P L C 控 制变频电机3 暂停送料。 3 装药料粉装袋时，由人工将药袋套在料斗 出口的夹袋料筒上。同时，操作者的手指触摸光电 传感器8 两个 ，光电传感器8 向P L c 发出信号， P L c 向夹紧气缸7 两个 发出指令，夹紧气缸7 两 个 动作，夹紧药袋。准备接料。 料粉装药过程中会出现粉尘污染，这个现象不 论在手工装药还是在机械装药中都会出现。其原因 是由于料粉倒入包装袋内的瞬间，它与袋内的原有 空气有一个换位过程，并且料粉下落会带人一部分 空气。这两个因素最终导致包装袋内空气压力瞬间 升高，并从包装袋口部边缝逸出。料粉会被这部分 气流带出包装袋，在包装袋口部周围产生粉尘污染。 根据以上分析，对装药过程中芹生药粉粉尘的 控制应首先从产生的机理上人手，然后再采用改进 料斗出口结构加以控制。1 ． 在粉尘产生的机理上，采用两个步骤加以控制 一是减少每个袋子装药量。也就是将大药袋换成小 药袋。即将原每袋4 0k g 分为4 个小袋分装，每小 袋1 0k g 。二是套药袋时不是将药袋通长全部张开， 只张开口部 过去为了装药方便，使粉料直接装入 袋底部，是将药袋通长全部用气体打开 。这两个 步骤的目的都是为了减少药袋内空气的体积在料 斗出口结构上，将夹袋料筒做成双层结构。这样，既 能使料粉进入包装袋内与原有气体换位产生的压力 气体排放，又可防止含料粉气体逸出袋外。还可对 料粉粉尘进行捕捉。其结构及原理如图3 所示。 l 一排气口；2 一内层料筒；3 一外层料筒；4 一夹袋机构； 5 一物料流；6 一药袋；7 一带人气体流；8 一袋内原有气体流 X图3 夹袋料筒双层结构示意图 ＼ 料粉装袋过程中，包装袋内料粉落人时带入的 空气和袋丙原有空气在进料的同时向口部运动，通 过内、外层料筒的间隙向上并经上部排气口排出。 在排气口上加装一块密度高、透气性好的滤网，靠包 装袋内空气的向上流动和料粉的自然沉降，用滤网 的过滤作用排走空气而将料粉留下”J 。 4 称重过去的工艺方法，是静态的机械称重， 效率低下，而此时采用的是由称重传感器控制的动 态电子称重。在快速生产过程中，动态称重精度是 一个关键工序。物料流量大小决定着物料对称重系 统冲击力的大小，物料下料流量大时，称重速度快， 但计量精度难以保证。下料流量小时，称重的计量 精度可以保证，但称重效率很低 为兼顾系统称重 的计量精度和称重速度两方面要求，在给料速率上 采用两级控制方式，即由P L c 控制下料大流量的大 螺旋杆和下料小流量的小螺旋杆”1 。 此时，夹紧气缸7 两个 触发了接近开关6 ，接 近开关6 向P L c 发出信号，P L c 控制下料大螺旋杆 2 0 和下料小螺旋杆5 同时启动下料。当质量达到 称重传感器9 的第一设定值时，称重传感器9 向 P L c 传达信号，P L c 程序控制下料大螺旋杆2 0 停止 下料，下料小螺旋杆5 继续下料。当质量达到称重 传感器9 的第二设定值时，称重传感器9 向P L c 发 出信号，P L c 控制下料小螺旋杆5 停止下料，同时 P L c 、控制夹紧气缸7 回程，松开药袋，药袋落到了大 传送带l O 上。 5 扎口、挤压整形小袋由大传送带1 0 送至顶 端。在大传送带l o 中部安装有光电传感器 计数 万方数据 2 0 1 2 年1 2 月 基于P L c 的粉状工业炸药包装工艺设计研究范国勇等 1 1 。小袋在传送过程中由人工进行扎口。当两小袋 药到达大传送带1 0 顶端，光电传感器 计数 1 l 向 P L c 发出信号，P L c 控制大传送带1 0 暂停，停止传 送，并控制推袋气缸1 2 将两小袋药推人整形装袋 机。当推袋气缸1 2 回程后，光电传感器 气缸回 程 1 4 向P L c 发出信号，P L c 控制大传送带1 0 恢复 传送。同时控制药包整形气缸1 8 动作，对进人整形 装袋机中的两小袋药进行挤压、整形。当第二次两 小袋药到达大传送带l o 顶端，重复推药袋程序。在 整形装袋机中与前次的两小袋药再进行一次挤压整 形。 6 装大袋光电传感器 气缸回程 1 4 向P L c 发出次数信息，P L C 控制翻转气缸1 3 翻转整形装袋 机。将4 小袋药装入套在整形装袋机口部的大袋中， 并放在小传送带1 5 上，大袋药由小传送带1 5 送至 工业缝包机1 6 ”⋯。 7 缝口在工业缝包机1 6 前面有光电传感器 料包到位 1 7 ，向P L C 发出料包到位信息，P L c 指 令工业缝包机1 6 工作，对大袋药进行缝口，缝口后 由人工转出。 3 改进前后的工艺比较 1 改进后的包装工艺应用了先进的电子元器 件，提高了工艺和设备的自动化和连续化水平。把 原手工装药、装大袋及缝口工序均改为自动装药、装 大袋及缝口，提高了安全系数和作业效率。 2 改进后的包装工艺和定岗人员如图4 所示。 l 投料l 送丰| l{ 装药l{ 称噩l{ 扎n 1 r 巧_ 广冲百硼一- j 1 天一} 一1 订i 罚i 一下i 万1 爵{ H 疆 图4 改进后包装工艺和定岗人员示意图 原包装工艺作业共需1 2 人，改进后仅需6 人。减少 了危险工房在线作业人数。在需要情况下可在大传 送带1 0 上安排检验人员或复称药包质量。 3 由于实现了包装过程的自动作业，改变了纯 人工作坊生产方式，并增加了挤压、整形工序，降低 了工人的劳动强度，提高了包装质量。 4 结论 ‘ ， ／粉状炸药包装工艺改进后，经过近一年的使用， 效果良好，系统工作稳定可靠。不但能够有效减少 危险工房在线作业人数，包装质量大为提高，还大大 降低了在线作业人员的劳动强度，并提高了企业的 年产量。工艺改进后取得了良好的经济效益和社会 效益。 参考文献 [ 1 ] 杨民刚工业炸药包装工艺设备现状及发展方向[ J ] ． 煤矿爆破，2 0 0 4 2 2 3 _ 2 5 ． [ 2 ]肖师宇．民爆物品生产企业安全管理实践探讨[ J ] ．大 科技科技天地，2 0 1 1 9 6 6 - 6 7 [ 3 ] 张进．工业炸药中包包装生产线关键技术的研究与设 计[ D ] ．武汉武汉工业学院，2 0 0 8 ． [ 4 ] 常新岩，谢永言，郑永芬．工业炸药自动包装线的安全 性探讨[ J ] ．爆破器材，2 0 0 9 ，3 8 1 8 - 1 0 ． [ 5 ] 窦岩，姜洪亮．信息技术在工业炸药生产领域的应用 与展望[ J ] ．中国高新技术企业，2 0 1 1 3 4 6 1 _ 6 2 ． [ 6 ]国防科学技术工业委员会．G B 5 0 0 8 9 2 0 0 7 民用爆破 器材工程设计安全规范[ s ] 2 0 0 7 ． [ 7 ] 刘忠山．全自动中包一装箱生产线传送部分电控系统 设计[ J ] 现代机械，2 0 1 1 4 4 2 4 5 [ 8 ] 吴建章面粉打包秤粉尘的产生和控制[ J ] 粮食与饲 料工业．2 0 0 8 3 6 ，9 ． [ 9 ] 缪刚，韩震宇，温显超．电子定量包装秤系统设计[ J ] 机械设计与制造，2 0 1 1 3 2 5 - 2 7 ． 1 1 0 ] 宋少云，张国金，巫纯辉，等．工业炸药裹包装置上翻 包机构的图解法设计[ J ] 爆破器材，2 0 0 9 ，3 8 4 3 3 3 5 R e s e a r c hD e S i 驴o nt h eP a c k a g t n gT e c h n o l o 盱o fP o w d e r 、I n d u s Ⅲa lE x p I o s i v eB a s e do nP L C F 明G “o y o “g ，“x i a o l o n g 。，w a “gw e n s h e “g 。，F A N GX i a o j i e ④ ①c o u 。g eo f M e c h a I I i c a lE 吲n ∞d “g ，N o 曲u I I i v e r s i ‘yo fc I l i n a s h a n x f T a i Y u 蛐，0 3 0 0 5 1 ②s h a 弧iJ i a n 盯a “gx i “g ’明I n d u s t d a lE x P l o s i v e l N a t e d a lc oL t d s h a n x iT 缸Y u a n ，0 3 0 0 4 1 ③J i l l ] 【iI n d u s t d e sG r o u pc o ．L t d s h a I l x iT 8 i Y u a n ，0 3 0 0 2 7 [ A BS T I 认c T ] An e wp o w d e ri n d u s t d a le x p l o s j v ep a c k a 舀“gP r o d u c t i o nl i n ei sd 幅i g I l 。d ，w I l i c hi sc o n t r o u e d b yP m 胛m - 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