梯恩梯蒸汽倒药自动化控制系统研究.pdf

3 8 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第4 l 卷第1 期 梯恩梯蒸汽倒药自动化控制系统研究 黄英珂郭胜强李惠明谢俊磊 武汉军械士官学校 湖北武汉，4 3 0 0 7 5 [ 摘要] 介绍了梯恩梯蒸汽倒药技术的现状，提出利用P L C 来实现自动化控制蒸汽倒药的生产过程。介绍了 控制系统的硬件组成和软件结构，将蒸汽倒药温度控制为9 5 9 r 7 ℃、保温沉淀温度控制为8 5 9 0 。C ，并精确控制倒 药时间。提高了生产效率、安全水平和产品品质。 [ 关键词]自动控制梯恩梯蒸汽倒药 [ 分类号] T J 4 1 0 ．8 9 引言 梯恩梯炸药性质稳定、感度适中、爆炸性能好、 加工制作成本较低，是通用弹药当中常用的一种装 药⋯。梯恩梯炸药熔点为8 0 ．8 。C [ 2 1 ，且熔化后不分 解，能够回收再利用，因此在报废通用弹药处理领 域，梯恩梯炸药的倒空作业开展得十分广泛。目前 在弹药销毁机构较常用的梯恩梯倒药方法是蒸汽加 热倒药法。 根据对各大销毁机构调研情况分析，目前尚无 制式、统- 的蒸汽加热倒药设备，并存在一些突出问 题 目翻 1 一般利用手推车或吊装设备将弹药输入倒 药间，工作效率低，容易发生摔弹等安全事故； 2 依靠熟练工人掌握倒药间加热时间和加热 温度，如加热时间过短容易出现倒空不彻底、炸药挂 流等问题；加热时间过长则浪费能源，影响工作效 率； 3 原系统无法做到隔离操作，而7 I M 炸药在熔 融状态下感度大幅度提高，极易发生爆炸，存在较大 安全隐患； 4 在保温分层阶段，不能精确控制保温温度， 药液温度过高会剧烈沸腾，温度过低则耵汀会提前 凝固，都会影响分层效果，降低产品品质。 本文利用P L C P r o g r a m m a b l eL o g i cC o n t r o l l e r ， 可编程逻辑控制器，通过数字或模拟式输入／输出控 制各种类型的机械或生产过程【3 1 反应速度快、控 制精度高、稳定性强、能够实现远程控制等特点，来 设计一种梯恩梯炸药自动化蒸汽倒药系统。 1 系统控制方案 实际进行蒸汽倒药作业时，首先进行弹1 2 1 检查 和去除油污，以保证炸药能够顺利地由弹口流出并 减少油污对产品的污染。然后将弹体按弹口朝下的 姿态装入盛弹栏，送人倒药间内。打开蒸汽输入阀 门，通入蒸汽锅炉送来的蒸汽对倒药间内弹体供气 加热。加热蒸汽的温度可由蒸汽的压力来控制，其 压力和温度的关系如表1 所示，一般取0 ．1 4 3 0 ．1 9 9 M P a 范围内，压力太低延长加热时间，影响工 作效率；压力太高则对设备要求大大提高。倒药间 内被加热弹体装药熔化后，流入倒药间底部的倾斜 沟槽内，经管道注入保温沉淀槽中。此时保温沉淀 槽中的液体为液态炸药和凝结水的混合液，经过保 温静置后分层，上层为水及油污，下层为液态炸药。 液态炸药经管道流至制片机进行制片回收，制成鳞 片状的炸药产品H J 。 表l 蒸汽温度与蒸汽压的关系 蒸汽压_ ／M P a 0 ．1 0 10 ．1 4 30 ．1 9 90 ．2 7 10 ．3 6 2 蒸汽温度／℃ 1 0 01 1 01 2 01 3 01 4 0 在系统工作时需要进行控制的过程包括利用 气压传感器测量蒸汽压力，精细控制蒸汽温度；利用 温度传感器采集倒药间和保温沉淀槽温度数据；利 用气动球阀控制加热蒸汽的通断。所有传感器信号 的采集、数据处理和设备动作都用P L C 控制。整个 系统工作在较高环境温度之下，而熔融状态下的梯 恩梯炸药有易燃易爆特性，因此所有采用的设备和 元器件要求防爆等级达到di iB T 4 ，防护等级达到 I P 6 5 t 5 剐。 控制系统具有计算机控制和人工手动控制功 能，可根据生产需求进行切换。控制用工控机设置 在危险区之外，做到隔离操作，保证操作人员和设备 ●收稿日期2 0 1 1 - 0 7 - 0 7 作者简介黄英珂 1 9 8 1 一 ．男，讲师。从事弹药维修、弹药销毁方面的研究和教学工作。E - m a i l h y k 9 3 3 1 6 3 ．c o i n 万方数据 2 0 1 2 年2 月 梯恩梯蒸汽倒药自动化控制系统研究黄英珂等 3 9 ． 的安全。 2 系统结构 2 ．1 硬件配置 该系统的硬件组成和控制如下。 蒸汽锅炉蒸汽锅炉用于产生加热倒药问和保 温沉淀槽所需的高温蒸汽，安装蒸汽压力传感器测 量实时蒸汽压力供工控机显示，设置限压阀控制输 出蒸汽最大压力。 轨道车用于在倒药时承载弹丸，使弹丸口部朝 下，熔化状态下的炸药能顺利流出弹丸，经过网格状 车体底部流人倒药间的沟渠当中。使用带行程开关 的电机将轨道车牵人和拉出倒药闻。 倒药间采用钢筋混凝土浇注，防护等级达到 I _ P 6 5 。一般情况下要求一次倒药的梯恩梯当量不超 过3 0 0k g ，并与周围其它建筑物之间要留有足够的 安全距离。通过与蒸汽锅炉相连的蒸汽管向内送入 高温蒸汽对弹丸进行加热，熔化炸药。倒药问底部 设有倾斜的排药管道，用于将熔化后的炸药引入保 温沉淀槽。 保温沉淀槽保温沉淀槽采用双层薄钢板焊接 而成，夹层中通入蒸汽以保温，使流入保温沉淀槽的 混合溶液保持在8 5 9 0 。E 之间，以保证炸药处于液 态。液态炸药沉淀于槽的底部，中部为水，油脂则浮 于混合溶液上层。 制片机在制片机的炸药槽上方安装有内部通 人流动冷却水的滚筒，当保温在8 5 9 0 。O 的熔化炸 药流入制片机炸药槽内与滚动着的滚筒接触时，药 液被粘结在滚筒表面形成一薄层固态梯恩梯 7 】。 在制片机正面利用紧贴在滚筒表面的铜质刮刀将薄 片状炸药刮下，制得鳞片状的回收炸药。 温度传感器采用铠装热电阻温度传感器。测量 精度1 ．5 。O ，防爆要求为dI IB T 5 ，防护等级为 I P 6 5 ，用于测量倒药间温度和保温沉淀槽温度，并向 P L O 输送模拟信号。 监视器系统用于监视整个作业现场情况，并在 倒药间外以一定角度摄取倒药间内图像，辅助控制 轨道车送入和牵出倒药问，防爆等级达到dI IB T 5 。 称重传感器采用尤梯尔B Z H 8 3 4 0 型传感 器，称量精度0 ．0 2k g ，用以测量制片机收集的单 包炸药质量，并将信号送人P L C 。 气压传感器用于测量蒸汽锅炉输出的蒸汽压 力，供操作人员参考加热温度。 整个控制系统采用西门子S 7 - - 3 0 0 P L C ，安装在 与现场隔离的电控柜里，用于处理各传感器输人的 数字量和模拟量信号，按照程序控制来实现自动化 蒸汽倒药。 2 ．2 软件系统结构 控制系统使用西门子S I M A T I CS T E P7 V 5 ．3 控 制程序和西门子W i n C C V 6 ．0 软件作为编程基础。 利用西门子S I M A T I CS T E P7 v 5 ．3 控制程序实现系 统的程序控制。以西门子W i n C C V 6 ．0 软件作为人 机交互界面软件，实时显示系统工作过程中的蒸汽 压力、倒药间温度、保温沉淀槽温度各控制阀门状态 和炸药回收量等参数。辅以监控系统监视蒸汽锅炉 车间、倒药车间和炸药制片车间的工作状况。 3 系统控制流程 控制系统包含手动模式和自动模式两种生产模 式。其中手动模式用于系统调试和在控制系统出现 故障后继续生产使用，可以控制轨道车的拉进和牵 出、倒药问加热蒸汽的通断、保温沉淀槽加热蒸汽的 通断等。 3 ．1 倒药间蒸汽加热倒药程序 在正常生产的情况下，采用自动运行模式。准 备工作包括将需要倒药的弹丸进行摘除引信、头螺 和去除油污等预处理；将弹丸弹口朝下装入轨道车 内以保证熔化后的炸药能够顺利流出[ 8 1 ；加热蒸汽 锅炉，使其输出的加热蒸汽压力在0 ．1 4 3 0 ．1 9 9 M P a 范围内。 图l 是倒药间蒸汽加热程序。将轨道车送入倒 药间内，依据装药量的多少和弹丸外壁的厚薄程度 r 弹丸预处理装车、 落入然汽J qI 嵫定蕉汽加热时『| } J 】／ 铆齑鑫楚爻囊曩钱糕} ．j 温度二9 0 ℃ 计时歼始 锄齑箍笑蒸裟毖翼卜 试 减小 ．t 功比例 阀门J r 度 ．会搿哼 繁定少 终I i i 倒药终序， P L ．C 报警 回 图l 倒药间蒸汽加热程序 万方数据 爆破器材E x p l c e i v eM a t e r i a l s第4 l 卷第1 期 不同设定蒸汽加热倒药时间。操作人员在工作台观 察蒸汽压力，达到要求后，打开蒸汽加热管道进行加 热，当倒药间内温度达到9 0 ℃时开始计时并继续加 热。随着高温蒸汽的不断输入，温度持续上升，当温 度在9 5 9 r 7 ℃之间时减小比例阀的开度，减少通入 加热蒸汽的量，开始精细加热，降低温度变化幅度。 保证倒药间温度在9 5 9 7 ℃之间波动，直至达到预 设的倒药时间，此时完成蒸汽加热程序。 如果倒药过程中温度达到9 7 ℃，则完全关闭蒸 汽加热管道停止加热；若温度继续上升达到1 0 0 ℃。 则P L C 报警并终止倒药程序，防止温度过高发生危 险。 3 ．2 保温沉淀槽工作程序 当蒸汽倒药间开始倒药程序后，熔化后流出的 炸药与水、油脂等杂质组成混合液体，流人保温沉淀 槽，见图2 。保温沉淀槽的蒸汽加热管道比例阀打 开，使其温度开始上升。当达到8 5 ℃时，减小比例 阀开度，进行精细控制，降低温度变化幅度。当温度 超过9 0 ℃时，完全关闭比例阀，使温度回落，从而保 图2 保温沉淀槽保温程序 证保温沉淀槽温度在8 5 9 0 。C 之间波动。混合液 体在此环境下缓慢流动并分层，炸药由保温沉淀槽 底部的管道流出至制片机制片称重、包装回收【9 l 。 当制片机沟槽中不再流出液态梯恩梯炸药时，关闭 保温沉淀程序，结束倒药过程。为了确保安全，在保 温沉淀过程中，当温度超过9 5 。C 时，P L C 发出报警 信号并关闭保温沉淀槽加热程序，防止温度过高发 生爆炸危险。 4 结语 该自动化倒药系统能够做到远距离隔离操作， 可避免梯恩梯炸药处于高温熔融状态时感度极大提 高、危险性显著增加带来的安全隐患；精细控制倒药 间温度和加热时间，可有效提高生产效率，降低生产 消耗，防止出现炸药挂流、倒空不彻底，或温度过高 造成炸药自分解速度加快直至爆炸等问题；在保温 沉淀过程中引入温度控制，提高静止分层的效果，可 提高产品的品质。 参考文献 [ I ] 王儒策．弹药工程[ M 】．北京北京理工大学出版社， 2 0 0 2 2 0 1 - 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