卢晓雨-毕业设计
中国矿业大学银川学院 本 科 毕 业 设 计（2014 届）题 目 乳化剂炸药生产自动控制系统设计 系 别 机电动力与信息工程系 专 业 机械制造及自动化 年 级 2010 级机械（2）班 学生姓名 卢 晓 雨 指导教师 丁 玲 2014 年 年 4 4 月 月 0 30 日
乳化剂炸药生产自动控制系统设计 毕业设计共 41 页 完成日期 2014 年 4 月 30 号 答辩日期 2014 年 5 月 8 号
I 摘要 乳化炸药作为一种新型环保炸药，具有抗水性强、爆轰性能优良、生产工艺流程简单、产能大、生产成本低等特点，在我国民爆行业得到了广泛应用。由于乳化炸药生产的特殊性，乳化炸药连续化、自动化生产成为国家民爆行业确定的发展方向。
本文首先简要介绍了乳化炸药生产的工艺流程，对乳化炸药生产各工段的工作原理及工艺控制要求做了详细介绍与分析；在此基础上介绍了本系统使用的仪表、传感器、阀门的基本原理，完成了仪表、各采集元器件如流量、温度、压力、液位、重量及密度等传感器和执行元器件及阀门型号选择，完成了整个控制系统的设计与实现，对乳化炸药生产线控制系统的硬件结构、上位机监控软件及视频监控系统进行了设计，实现了各工段以及整个系统的自动控制。
关键词：乳化炸药；生产线；自动控制系
目 录 引言..........................................................................................................................1 1.绪论......................................................................................................................2 1.1 课题意义............................................................................................................2 1.2 国内外发展状况...............................................................................................2 1.3 本设计的主要内容...........................................................................................4 2．乳化炸药生产工艺及控制需求分析................................................................5 2.1 乳化炸药生产工艺流程简介............................................................................5 2.2 原料配置的工艺及控制....................................................................................5 2.2.1 原料配制工艺.................................................................................................5 2.2.2 原料配制的控制要求.....................................................................................6 2.3 乳化工艺及控制................................................................................................6 2.3.1 乳化工艺.........................................................................................................7 2.3.2 乳化工艺的控制要求.....................................................................................7 2.4 冷却工艺及控制................................................................................................8 2.4.1 冷却工艺过程.................................................................................................8 2.4.2 冷却工艺的控制要求.....................................................................................8 2.5 敏化工艺及控制................................................................................................9 2.5.1 敏化工艺过程.................................................................................................9 2.5.2 敏化工艺的控制要求.....................................................................................9 2.6 装药、包装工序..............................................................................................10
3．控制系统硬件设计..........................................................................................11 3.1 仪表的选型......................................................................................................11 3.1.1 称重显示仪...................................................................................................11 3.1.2 温度仪表.......................................................................................................12 3.1.3 PID 调节器..................................................................................................13 3.1.4 可编程序控制器...........................................................................................14 3.1.5 工业触摸屏...................................................................................................15 3.1.6 变频调速器...................................................................................................16 3.2 传感器选型研究..............................................................................................17 3.2.1 液位计..........................................................................................................17 3.2.2 质量流量计...................................................................................................17 3.2.3 电磁流量计...................................................................................................18 3.2.4 压力传感器...................................................................................................18 3.2.5 密度计...........................................................................................................19 3.2.6 温度计...........................................................................................................19 3.3 阀门的选型......................................................................................................19 3.3.1 电动下料阀...................................................................................................20 3.3.2 蒸汽调节阀...................................................................................................21 3.3.3 电磁阀...........................................................................................................21 4．控制系统软件设计..........................................................................................23 4.1 系统菜单.........................................................................................................24 4.2 通讯模块.........................................................................................................24
4.3 报警模块.........................................................................................................24 4.4 实时监控模块.................................................................................................24 4.5 运算控制模块..................................................................................................25 5．乳化炸药生产自动控制系统的实现..............................................................25 5.1 PID 数字控制器的设计...................................................................................26 5.1.1 连续 PID 控制器微分方程的数字化...........................................................26 5.1.2PID 参数的整定.............................................................................................30 5.2 控制系统的组成..............................................................................................31 5.2.1 微机控制系统...............................................................................................32 5.2.2 四相流量控制系统.......................................................................................33 5.2.3 温度、显示控制系统...................................................................................33 5.2.4 原料制备系统...............................................................................................34 5.2.5 系统故障报警系统.......................................................................................34 5.2.6 顺序控制系统...............................................................................................34 5.2.7 视频监视控制系统.......................................................................................35 5.3 系统的实现......................................................................................................36 5.3.1 水相制备.......................................................................................................36 5.3.2 油相制备.......................................................................................................36 5.3.3 炸药制备.......................................................................................................36 5.3.4 参数设定.......................................................................................................37 5.3.5 报警...............................................................................................................37 6．总结..................................................................................................................38
致谢........................................................................................................................39 参考文献................................................................................................................40 附录 A....................................................................................................................41
中国矿业大学银川学院毕业设计 1 引言 乳化炸药作为一种新型环保炸药，具有抗水性强、爆轰性能优良、生产工艺流程简单、产能大、生产成本低，以其良好的性能正在采矿工业中得到较广泛的应用。乳化炸药加工工艺生产设备相对不多。但是由于炸药厂的特殊环境和炸药产品的特殊性。乳化炸药对生产过程各组份的量值，各过程点的温度，各生产设备中物料的供应和生产过程的协调都有较高的要求。由于生产过程中需要控制的工作参数较多。因此人工操作的传统工艺不仅工人劳动强度大，而且因人工作业不能及时、准确地跟踪生产过程。也对乳化炸药的性能和质量产生了不良的影响，甚至会引起爆炸等危险。因此为了提高乳化炸药生产线的本质安全和技术水平，有效降低劳动强度，乳化炸药连续化、自动化生产成为国家民爆行业确定的发展方向。选择了这个设计课题加深了我对机电一体化的认识，为自己即将步入该行业打下了更好的基础。
中国矿业大学银川学院毕业设计 2 1.绪论 1.1 课题意义 工业炸药在工业生产和工程建设中的应用越来越广泛，乳化炸药作为一种新型环保炸药更显示出强大的生命力，其生产工艺流程简单、产能大、生产成本低，在我国民爆行业得到了大量的推广应用。由于乳化炸药生产的特殊性，乳化炸药连续化、自动化生产成为国家民爆行业确定的发展方向。为了提高了生产参数的控制精度和产品质量，针对乳化炸药连续化、自动化、可靠性生产要求，本文设计了一套乳化炸药生产线自动控制系统。
1.2 国内外发展状况 乳化炸药技术并不是在我国本土产生的，最早是美国人首次在文献中透露的，当时的乳化炸药使用极为不便，因为它需要借助其他的炸药包来进行引爆。在整个发展过程中不同时期的人进行了不同的探索，在 1977 年美国的一家公司提出了用粒度适宜的空心玻璃球作为敏化剂增加了乳化炸药的雷管感应度，并与 1978 年申请了专利，标志着乳化炸药进入了大规模的工业化生产时期。进入 20 世纪末的时候，关于乳化炸药的一系列理论开始完善。1985 年美国专利 U．S．P4，525，255 中公布的美国阿特拉斯火药公司(AtlaS Powder)的固态乳化炸药，它是利用硝酸铵等硝酸盐或高氯酸盐以及它的混合物为水相，醇、尿素、甲胺和碳水化合物为辅助燃烧剂，以油质衍生形成的固体碳质燃烧剂为连续相，而形成的具有整体结构的固态柔性乳化炸药，并将此产品进行料化粉碎而制成的颗粒状乳化炸药：1987 年专利 CN87 102707A 中提到英国帝国化学工业公司(ICI)研制出了固态乳化炸药；1989年专利 CN l 034264A 中也公布了粒状乳化炸药等 [1]。在这些理论的指导下人们研究出的乳化炸药的品种越来越多，超过百余种，并还在不断地增多。
我国自 20 世纪 70 年代末开始研制乳化炸药，北京矿冶研究研究院率先发明了 EL 系列乳化炸药。经过 30 多年的发展，我国先后生产了露天矿用、地下矿用、水下爆破用和石油震源弹用等多品种乳化炸药，从工艺准备、产品种类到产品质量都有了长足的发展和和很大的进步。产品品种和质量能基本满足国内各种工程爆破的需要；在工艺设备和原材料开发等方面取得了重大进展，生产技术已开始向国外转让；生产量逐年增加，乳化炸药已成为我国工业炸药的主要生产品种。与发达国家相比，在理论水平上，我已经没有很大的差距了，但在生产工艺、设备和自动控制技术等方面还存在一定的差距 [2]。
中国矿业大学银川学院毕业设计 3 1.间断型 间断式工艺形式使用带搅拌器的反应罐作为乳化器，乳化基质采用风冷却，分次重复计量、加料、搅拌、出料等。我国早期乳化炸药生产线采用的都是间断式生产工艺。间断式生产工艺，从水、油箱的制备到乳化、敏化、装药包装等工序，各个设备单独完成某一工艺单元操作，设备与物料之间不发生直接的有机联系。生产过程中的参数如温度、压力、液位等多采用指针式现场仪表，有的甚至靠人工观察。此生产工艺基本上谈不上自动控制，机器开停频繁，技术水平、装备和生产水平都较低，劳动强度大，运行的安全可靠性差，难以保证产品质量的稳定性 [3]。
2.半制动控制方式 乳化炸药半制动控制方式以模拟品为代表，其主要特点是控制室内设有模拟屏，现场仪表采集的温度、压力、液位、流量等信号通过变送器送到模拟屏 上进行显示；在模拟屏上设有设备的操作按钮和显示设备的运行状态指示灯，阀门多采用气动或电动自动阀门。操作人员通过观察模拟屏上显示的各种温度、流量、压力、液位等过程参数和电机、阀门的开启状态对生产过程进行监控；生产中的关键数据由人工记录。生产过程中，操作人员将显示的现场参数与工艺要求参数进行对比，在模拟屏或操作台上遥控设备的启停从而满足工艺要求。但由于需要操作人员的频繁介入，其乳化炸药的质量波动较大，工人的劳动强度也比较大，目前国内中小型乳化炸药厂较多采用。
3.连续乳化型 进入 20 世纪 90 年代，随着计算机的高速发展和工艺技术与设备水平的进步，自动化控制技术引入乳化炸药生产成为可能，出现了连续型的生产线。连续乳化是指水相材料和油箱材料分别制备后，按照配方要求通过各自的计算量系统连续不断地按比例加入到连续乳化集中形成基质，基质可通过风冷、冷却盘冷却、自动冷却机或连续冷却机进行冷却。其主要特点是由自控系统完成从配料、生产到包装的整个过程的控制，操作人员在控制室内即可完成生产控制。控制室内的计算机能全程显示生产过程中的温度、流量、压力、液位等运行数据，并能保存数据和报表输出；同时可发出不同的控制命令控制设备的运行，这种方式已经逐渐被广大厂家采用。
目前，国内乳化炸药生产自动控制技术发展很快，但由于乳化炸药生产的特殊性，炸药本身的性质，系统存在许多不足。主要表现在 [4] ：
1)高粘度乳化基质流量的检测。由于乳化炸药基质的高粘度，目前还没有一种较好的中国矿业大学银川学院毕业设计 4 检测办法，存在着一定的延时性。
2)油相、水相加温超调的问题。在水相、油相配料过程加温时，由于罐的加温惯性．使得系统存在着超调，要想抑制超调的话，就必须采用模糊控制方法实现。
3)小流量检测问题。由于化学发泡剂、催化剂的小流量。如何检测小流量是乳化炸药生产必须解决的问题。
4)乳化基质冷却自动控制问题。当乳化基质温度发生变化时．系统不能根据产能大小、冷却水的温度自动调整冷却水的流量，从而确保冷却后的基质温度符合敏化的要求。
5)在线检测问题。不能实现基质的粘度、炸药密度这些对成品质量影响较大的参数的在线检测。
6)操作使用欠直观方便，人机界面落后于现形的格式。
7)无网络通讯功能．不符合计算机信息集成和共享的原则。
8)设备的通用性不强，不适合以一体化生产设备的形式向同行推广。
1.3 本设计的主要内容 本设计通过乳化炸药生产自动控制系统的软件设计、硬件设计只和微机控制系统的设计，实现乳化炸药生产过程的自动控制。
中国矿业大学银川学院毕业设计 5 2．乳化炸药生产工艺及控制需求分析 我国乳化炸药生产工艺存在多种形式，现在主要是微机控制的连续式生产工艺。乳化炸药生产过程是一个复杂的工业工艺流程，涉及到许多工艺，其中原料配置、乳化、冷却及敏化的工业流程最为复杂，是典型的多变量、多扰动的工业过程；这就要求对控制系统能进行远程控制且具有较强的实时性、可靠性和传输性； 因此在实际生产中我们采用分级控制，完成从配料、生产、包装整个过程的控制，通过可编程控制器和智能仪表来控制现场设备的正常运行。
2.1 乳化炸药生产工艺流程简介 乳化炸药是通过复合油与硝酸氨的水溶液进行混合相容以后，通过高速的搅拌设备进行搅拌实现乳化，从而形成了一种油包水的物质,当这种油包水的物质进行冷却过程中，利用物理方法或者化学的方法在物料中均匀的产生具有稳定性的微小的气泡，从而使得物料具有爆轰的感度,乳化炸药是一种在民用炸药，在雷管等的引爆下能够发生爆炸。乳化炸药的生产工艺过程主要包括了原料的制备过程，油水相的计量过程,油水相的输送过程，进行连续的乳化过程，进行连续的冷却过程,进行连续的敏化过程，乳化炸药的装药过程,乳化炸药的包装过程等工段组成 [5]。乳化炸药生产工艺流程图如图 2-1 所示。
2.2 原料配置的工艺及控制 2.2.1 原料配制工艺 制造乳化炸药的主要的原料有两种,即水相和油相。乳化炸药制造的水相原料是在溶化罐中把硝酸钠，硝酸铵以及水,按照一定的比例进行配置，通过蒸汽加热的方法,充分搅拌后形成的，形成的水相溶液放置在水相储罐内。乳化炸药的油相原料是在溶化罐中把乳化剂以及复合油相按照一定的比例进行配置，通过蒸汽加热的方式,进行充分搅拌后形成的，形成的油相溶液放置到油相储罐内。为了满足工艺生产要求，水相密度要求在 1.44g/3cm ；油相配置过程中,控制复合油含量低于 1.55%，运动粘度要低于 32.5mm/m，采用复合油相其水油比为 94：6。
中国矿业大学银川学院毕业设计 6 图 2-1 乳化炸药生产工艺流程图 2.2.2 原料配制的控制要求 为了避免质量事故的发生，乳化炸药生产工艺中原料配置的最主要的控制因素是各种原料的比例以及温度。乳化炸药原料配置过程中采用蒸汽通过储罐的夹套实现了对物料的加热的加温方法，对于物料的温度需要进行严格的控制，预防因为存在滞后造成的温度超过要求。同时，为了预防原料用完或者溢出储罐，对于储罐的液位需要进行实时的检查。对配料罐里的原料的加入量要进行检测,检测的精度要在 1%以内，当加入量达到设定的数值时，就要自动停止原料的输送。乳化炸药的乳化温度需要严格控制在 80～90℃的范围内,一旦发生温度比上限高时，必须立刻停机并且立即报警 [6]。
2.3 乳化工艺及控制 油相原料和水相原料溶化好后，分别放入储罐，达到工艺条件要求后，即可开始乳化工段的生产，乳化工段是将配置好的油相原料和水相原料按一定比例混合进入乳化器，形成一种油包水的物质，即基质 [7]。
中国矿业大学银川学院毕业设计 7 2.3.1 乳化工艺 油箱原料和水相原料溶化好后，分别放入贮罐，达到工艺条件要求后，即可开始乳化的生产。乳化工艺是将配置好的油箱原料和水箱原料，在贮罐里按照工艺要求的比例通过泵送进入乳化器乳化，乳化后形成一种均匀稳定的油包水型物质，即基质。乳化工艺流程如图 2-2 所示。
图 2-2 乳化工艺流程 2.3.2 乳化工艺的控制要求 水相原料与油相原料的稳定性是乳化炸药乳化工艺中最关键的控制参数。通过显微镜进行观察基质呈现颗粒状态，这些颗粒的内部是水而外部是油。当通过输送泵进行基质的输送过程中，当水相的流量过大时，就会使得油包水的状态不能形成，就会造成乳化炸药乳化的失败。当对油相流量的控制不够时，会出现基质外部油膜厚度不均匀，出现过厚或
中国矿业大学银川学院毕业设计 8 者过薄的现象，从而使得乳化炸药的性能受到影响。基于此,在乳化炸药的乳化阶段，首先把油相原料输送到乳化机剂，当油相原料的流量稳定之后，将乳化机开启，此时将水相原料再输送到乳化机。油相原料和水相原料基于乳化机的高速搅拌生产膏状的物体。在乳化阶段，水相和油相的温度要求控制在 85℃～90℃范围内，同时要求在工艺要求的范围内，油相原料和水相原料的流量要稳定。一旦温度或者流量超出了设定的范围，应该立即停机工作，同时发出报警。一般情况下，在乳化炸药的生产过程中，乳化阶段通过两台变频器调节水相原料和油相原料的配比泵的转速，从而控制了水相原料和油相原料配比流量。
乳化工艺的关键是控制好油箱原料和水箱原料流量的稳定。在显微镜下，基质是一颗颗外部是油，内部是水的颗粒。在启动输送泵时，如果水相流量超调太大，导致形成不了油包水的状态，即乳化失败。油箱流量控制不好，会导致外部的油膜过厚或过薄，影响产品性能。因此，乳化时，先将油箱原料送入乳化机，流量稳定后，开启乳化机，再送入水相原料，在乳化机的高速搅拌下，形成膏状物体。此段工序要求油、水相温度稳定在 85℃～90℃，流量稳定在工艺要求的范围，超限能报警并同时停机。在此生产过程中我们采用两台变频器分别对油箱和水箱配比泵转速进行调节，实现水，油箱配比流量的控制。
2.4 冷却工艺及控制 冷却工段是一个相对简单的工段，将乳化好的基质通过冷却机，在经过冷却机与冷却水发生热交换，使基质温度下降到敏化工艺所需的工艺温度。
2.4.1 冷却工艺过程 冷却工艺是将乳化好的基质通过冷却机，在经过冷却机与冷却水发生热交换，使基质温度下降到敏化工艺所需的工艺温度。其作用是将乳化好的基质经过冷却机后能降到所需的工艺温度。乳化好的基质经过泵送进冷却机，基质在通过冷却机时在搅拌作用下均匀地与冷却水发生热交换，达到降温目的。
2.4.2 冷却工艺的控制要求 冷却工艺需监测乳化基质，实时检测各级冷却机出口的基质温度，冷却水进水和出水的温度，控制通过冷却机冷却水量的大小，使基质温度降到工艺要求范围。此工艺要求通过检测基质温度，基质的流量，环境温度，冷却水温度，来调节冷却水的大小，最终控制
中国矿业大学银川学院毕业设计 9 基质温度，使基质温度降到工艺要求范围，同时检测压力，能超限报警并同时停机。
2.5 敏化工艺及控制 敏化工段是乳化炸药生产中最为关键的工段，前段的乳化、冷却产生的基质是没有雷管感度的，经过敏化工段后具有了雷管感度，就是炸药了。
2.5.1 敏化工艺过程 敏化工艺是乳化炸药生产中最为关键的工艺，前段的乳化、冷却产生的基质是没有雷管感度的，经过敏化工段后具有了雷管感度，形成了炸药，敏化工艺流程如图 2-5 所示。敏化工艺是将前段冷却工艺冷却到工艺要求范围内的基质通过物理或化学方式在基质中生成均匀稳定的气泡。物理方式是往基质中按比例加入膨胀珍珠岩，膨胀珍珠岩是一种中间含有气孔的微小颗粒，通过混拌机的搅拌使膨胀珍珠岩均匀分布到基质中。化学方式是往基质中按比例加入敏化剂，敏化剂在进入过程中发生化学反应生成气体，这些气体通过敏化器的高速搅拌作用进入基质形成均匀稳定的气泡。
敏化工艺的好坏受乳化效果、冷却温度、压力、敏化剂加入量等因素影响，而判断敏化工艺好坏的方法就是检测敏化后的物料密度。
2.5.2 敏化工艺的控制要求 其工艺过程是将前段冷却工艺冷却到工艺要求范围内的基质通过物理或化学方式在基质中生成均匀稳定的气泡。敏化工艺的好坏受乳化效果、冷却温度、压力、敏化剂加入量等因素影响，而判断敏化工艺好坏的方法就是检测敏化后的物料密度。
敏化工艺的主要控制参数是物料的密度，密度的控制在物理方式时是控制膨胀珍珠岩的加入量，化学方式时是控制敏化剂的加入量和反映速度。物理方式和化学方式都受乳化效果、物料温度、压力因素影响。乳化效果影响气泡的稳定性，导致密度的稳定性差，进而影响炸药的性能和储存期。因此，敏化过程需通过检测冷却好的基质温度，流量，调节加入敏化剂的大小，化学敏化时需控制敏化剂反应的时间，最终控制物料的温度及密 度。工艺参数超限时能自动报警并同时停机。对此我们采用自适应 PID 控制，使得系统的密度、温度等工艺参数得到了有效控制，保证了炸药生产的稳定、可靠 [8]。
中国矿业大学银川学院毕业设计 10 2-3 敏化工艺流程如图 2.6 装药、包装工序 敏化好的炸药成品输送到分药皮带后，根据不同装药规格，分别卸入药卷装药机或大包机料斗内，由装药机装填成不同规格的药卷，经打包装箱后，成品送到仓库中贮存。
中国矿业大学银川学院毕业设计 11 3．控制系统硬件设计 先进的传感技术是获得精确和真实的现场数据的关键，采用稳定可靠的执行机构来控制生产工艺中的各关键参数，才能实现对乳化炸药生产过程的自动控制，保证乳化炸药产品质量的稳定和生产工艺过程的安全可靠。因此，研究各传感器、阀门的工作机理，选定合适的仪器对于整个系统的实现意义重大。乳化炸药生产自动控制系统设计的首要任务是要对当今市场上种类繁多的仪表、传感器及阀门进行选择。选择的标准是，首先要符合行业的特殊要求，即要有本质安全性，满足防爆要求。另外要满足工艺生产要求，即可靠性要高，耐高温等。
3.1 仪表的选型 智能仪表涉及微处理技术、显示技术、数据存储技术和控制技术。智能仪表系统选型通常需要考虑以下三个方面：
(1)提高仪表系统控制的精度。
(2)降低仪表系统控制的功耗。
(3)提高仪表系统的抗干扰能力。
在智能仪表选用时，为了提高仪表的测量精度，除了选择性能好、精度高的元器件外，同时也可以利用微处理器对测量数据进行加工与处理，以减小测量过程中产生的随机误差和系统误差，使测量系统在各种条件下都能获得较高的测量精度。
3.1.1 称重显示仪 本系统中一共有四套电子称，分别对水相 A、水相 B、油相 A、油相 B 中的物料进行计。每套电子称均由电子称传感器和称重显示仪组成。其中，水相罐 A 及水相罐 B 的称重传感器为轮幅式电阻应变片式传感器，油相 A、油相 B 罐的称重传感器为桥式电阻应变片 式传感器，称重显示仪采用 PT650D 称重显示控制器。
称重控制器主要参数：
(1)A/D 转换原理：积分式。
(2)采样速度：5～25 次/秒。
(3)传感器供桥电源：10VDC。
中国矿业大学银川学院毕业设计 12(4)分度值：l/ 2/ 5/ 10/ 20/ 50/ 100 可选。
(5)接传感器个数：4 个 350 传感器。
(6)接通信接口：RS485。
传感器与称重显示仪的连接：
(1)传感器的连接采用 9 芯插头座，连线方法如图 3-1 所示。
(2)使用四芯屏蔽电缆，无长线补偿。
(3)传感器与称重仪的联接必须可靠，他感器的屏蔽线必须可靠接地，不允许在仪表通电的情况下进行插拔。
称重传感器的连接法 引脚端子编号 讯号含义 EXC+ EXC-SIG+ SIG-SHD 激励电压输出+ 激励电压输出-讯号输入+ 讯号输入-屏蔽 图 3-1 传感器接线图 3.1.2 温度仪表 温度仪表的类型多种多样，主要包括自动平衡式温度表、动圈式温度表、数字温度表及温度变送器等，但就其测量机构而言所有温度表都不外乎配热电偶型和配热电阻型两种，其工作原理都是通过热电偶或热电阻测温产生感应电势，电势信号经转换然后显示出来或
中国矿业大学银川学院毕业设计 13 作为反馈量送到控制器。
本控制系统采用的温度控制仪表为 AutonicsTZ4H 型温度控制器，可支持 4 个可编程测量输入回路，支持 K、S、E、J、B、N、T、等多种规格热电偶输入，自动冷端补偿，可输 mV 线性信号，也可输 mA 线性信号，并可以自由进行刻度定义。各输入回路均具备数字滤波，且滤波强度可以独立调整或取消滤波。仪表使用高性能的元器件，大大降低温度漂移并使得 4 个通道之间相互干扰降低，使多路测量在精度及抗干扰性能上也达到与单路测量仪表相当的水准。每个回路都具备独立的上、下限报警功能，并且其报警输出位置可以编程指定。不同的输入回路的上限或下限报警信号及可编程为同一报警通道输出，也可从不同的通道输出。仪表具有 12 个现场参数设置，用户可按自己的使用习惯“定制”仪表。这种温度控制仪表还具备先进的与计算机通讯功能，同常用智能调节器/温度控制器通讯协议完全兼容，在通讯时可等同 4 台独立的测量仪表。温度仪表如图 3-2 所示。
图 3-2 温度仪表 3.1.3 PID 调节器 在控制理论和技术飞速发展的今天，工业过程控制领域仍有大多数的回路采用 PID 控制策略。PID 控制具有结构简单、稳定性能好、可靠性高等特点，尤其适用于建立了精确数学模型的确定性控制系统，传统的方法是在获取对象数学模型的基础上，根据某一整定原则来确定参数。其调节过程的品质取决于 PID 控制器各个参数的整定，但 PID 控制存在着参数难以整定，抗干扰能力差，调节性能差等诸多缺点，在比较复杂的工程上较难使用。
因此，本系统采用 SR90 系列高性能的单回路调节器。0.3 级精度、四位超大 LED 显示，带手动和模拟变送，双输出及二组专家 PID 参数，自校正 PID，输入采用数字校正系统，结合先进的人工智能调节算法。并采用先进的模块化结构，提供丰富的输出规格。在原 PID
中国矿业大学银川学院毕业设计 14 系统基础上加入自适应机构，可改善整个控制系统的适应能力，能够辨别来自外界的干扰，并自动校正控制动作，使系统尽可能达到大范围稳定和良好的控制效果。PID 调节器如图3-3 所示。
按键说明：
OUT1/OUT2:(绿)，亮时有调节输出 EV1/EV2:(红)，亮时事件报警输出 AT:(绿)，闪烁时自整定 MAN：
（绿），闪烁时为手动状态 SB/COM:（绿），亮时为两者之一的 图 3-3 PID 调节器 3.1.4 可编程序控制器 可编程序控制器(PLC)是我国 80 年代初开始从国外引进的一种新型控制装置，由于它集计算机和工业控制系统的优点于一身，具有很强的现场适应能力，且采用浅显易懂的继电器逻辑语言为软件编程的基础，所以应用十分广泛，深受电器与自动化专业技术人员的欢迎。经过 30 多年的发展，目前 PLC 己经广泛应用于冶金、石油、化工、建材、电力、矿山、机械制造、汽车、交通运输、轻纺、环保等各行各业。几乎可以说，凡是有控制系统存在的地方就有 PLC，在开关量控制、模拟量控制、运动控制、数据处理、通信联网等方面得到了广泛应用。PLC 具有很强的抗干扰能力，可在各种恶劣的工业条件环境下工作。
PLC 是采用周期工作方式，也即扫描工作方式，在一个扫描周期包括自诊断、与编程器和计算机的通讯、读入现场信号、执行用户程序、输出结果这五个基本步骤，PLC 结束一个扫描周期后，又从自诊断开始进行下一次扫描。直到接收到停止操作命令、停电、出错等才停止工作。PLC 的操作系统是一个小型的实时系统软件，具有自身的结构和特点，中国矿业大学银川学院毕业设计 15 PLC 在每次扫描期间，除了读入各输入点的状态，用户逻辑输出控制信号以外，PLC 还进行故障自诊断和处理与编程器、计算机等的通讯要求。
本系统采用西门子 S7-200 系列控制器，S7-200 具有极高的可靠性、丰富的指令集和内置的集成功能、强大的通信能力和品种丰富的扩展模块。S7-200 可以单机运行，用于替代继电器控制系统，也可以用与复杂的自动化系统。由于它有极强的通信功能，在网络控制系统中也能充分发挥其作用。S7-200 以极高的性能价格比，在我国占有很大的市场份额[9]。
S7-200 PLC 如图 3-4 所示。
图 3-4 S7-200 PLC 3.1.5 工业触摸屏 工业触摸屏具有方便性和可靠性好，适应环境能力强等特点。三菱公司的工业触摸屏创造了友好的人机界面，使用精简指令型 CPU,表现力强、处理速度快，其高性能的 GP 图形操作面板可以满足广大用户的需要。
本控制系统采用了三菱工业触摸屏，其高功能显示器能满足乳化炸药生产工艺的各种要求，其高功能显示器能满足乳化炸药生产工艺的各种要求。
中国矿业大学银川学院毕业设计 16 3.1.6 变频调速器 图 3-6 变频器接线原理图 由于异(同)步电动机的同频转数与电源频率成正比，所以改变电源频率就能改变同频转速，从而实现调速。本系统采用西门子变频器，它能够满足乳化炸药生产的工艺的特点和要求，具有如下特点：
(1)转子换向。在旋转电机中，转子正、反转换向是用任意两相互换实现的，而电动机要求换向平稳，所以特采用连续的位相控制，换向平稳，实现无冲击的换向过程。
(2)连续直流制动。为了保证转子运动在任何位置时都能停机而不会滑动，用软件实现直流制动，即给定子供直流电，把转子吸在所要求的位置。并通过外部端子进行连续制动。
(3)初始电压的任意调整。任意设定，并从停止位置平稳启动。启动电压在 0～300V 之间连续可调。
(4)运转信号的保持。在外部运转信号消失和中途停止再启动的情况下，自动记忆初始状态并按要求的方向进行运转。
(5)自动节能功能。根据负载的变化自动调节输出电压，以达到最大限度的节能效果。
(6)频率范围。启动频率 0Hz，运行频率 0～50Hz，连续可调。
西门子变频器在乳化炸药自动控制系统中运行良好，各项指标均满足用户要求。变频
中国矿业大学银川学院毕业设计 17 器接线原理图如图 3-6 所示。
3.2 传感器选型研究 传感器是自动化系统和信息系统的关键性基础器件。最广义地来说，传感器是一种能把物理量、化学量或生物量等转变成便于利用的电信号的器件。任何过程控制都需选用传感器以获取被控对象的信息，如流量、温度、压力、密度等。而由于民爆行业的特殊要求，传感器的选用水平将直接影响到整个自控系统的水平，传感器的选取成为系统设计的首要工作。由于传感器的使用范围都是普遍性的，因此在选型过程中，必须首先要考虑传感器的使用要求和环境，对每一种传感器的原理、优缺点及其各型号产品的适用场合进行深入了解与研究，在此基础上选择最适合乳化炸药生产工艺的产品与技术。
3.2.1 液位计 液位计种类很多，有超声液位计，雷达液位计，浮球液位计等，本系统采用耐腐蚀、防爆 UHZ-50 型磁性浮球液位计。其采用连通器的原理，使容器内液体等高引入到液位计主体内。在主体内的漂浮的浮球组件，根据浮力原理和磁性藕合原理。在主体外附靠能反映磁现象的翻柱液面位置的显示。随主体内液位的变化，浮球组件的高低也相应变化，从而使主体外的翻柱 180 度的翻转。当液位上升时，翻柱由白色转为红色；当液面下降时，翻柱由红色转为白色。显示器的红，白界位处为容器内介质液位的实际高度。
UHZ-50 型磁性浮球液位计主要用于工业过程中各种承压(或敞开)贮液设备(塔、缸、槽、球形容器和锅炉)的液体介质的液位检测，能就地显示各种液体的工作情况和液位高度，配上液位变送器就能远距离传送液面的位置信号，通过一定的电气装置达到自动控制和测量液位的目的。该液位计是具有可靠的安全性检测仪表。由于具有磁性藕合的隔离密闭结构，尤其适用于易燃、易爆和腐蚀有毒液位检测，从而使原复杂环境的液位检测手段变得简单和可靠安全。液位计具有就地显示的直读式特性，不需多组液位计组合，有着单体进行全量程测量、设备开孔少、显示清晰、标志醒目、读数直观等优点。当液位计直接配带显示仪时可省去该系统信号检测的中间变送从而提高其传输精度。
3.2.2 质量流量计 在油相流量计的选型上，考虑到油相流量的计量精度和可靠性要求较高，使用环境恶
中国矿业大学银川学院毕业设计 18 劣，流体温度在 80℃～130℃，而且流体无导电性，因而本系统选用了高可靠性的 Micro Motion 质量流量计。Micro Motion 质量流量计是由传感器、变送器、显示仪表等组成。流体流过质量流量计的测速管时产生科氏力，在科氏力的作用下管子发生变形，传感器上的左、右检测线圈输出信号到变送器的输入电路，变送器把来自传感器的低电平信号利用流量校准系统和检测到的温度转换为 4～20mA 电流和频率输出量。驱动电路产生 1 个是管子振动的振荡电压。振荡频率即传感器的自然频率。因此，过程流体密度的测量可根据测出的传感器自振频率来计算。温度放大器把装在传感器的铂电阻温度装置(RTD)的电阻转化为线性电压(5Mv/cm)，以便于计算数字化，传感器的温度补偿和密度监测系统(DMS)的输出。温度补偿的分辨率为 0.1℃，温度范围 80～450℃ [10]。
3.2.3 电磁流量计 电磁流量计广泛用于测量导电的液体和固体两相流体的体积流量，测量结果与流体的温度、粘度、密度、压力及液固成分比无关，电导率在较大范围内变化时也不会影响测量结果。因此，只需经过普通水标定后，就可以用来测量其他导电性液体或液固二相流体介质的流量，而不需附加任何修正，所以电磁流量计是一种真正的体积流量计。
本系统设计的水相流量和敏化计流量的计量选用了横河 ADMAG AE 型电磁流量计。横河电机有限公司生产的 ADMAG AE 电磁流量计，它整体结构更加小巧，价格便宜，但其精确度高，使用和维护方便，ADMAG AE 外壳分为两腔，它将电器部分与周围隔开，以便于接线。并且可带 BRAIN 或 HART 通信。ADMAG AE 采用双频励磁，具有快速响应和消除输出噪声功能，有 PFA、聚氨脂和陶瓷等衬里可供选择，主要技术指标：通经范围从 15mm ～200mm，流速范围是 0～10m/s，测量精度为±5％，功耗为 10W。
3.2.4 压力传感器 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。
根据行业管理对生产安全的要求,本控制系统采用 BP8400 干式陶瓷压力传感器，它能够承受高温和相当高的湿度，适应不同工业现场，具备以下几个方面的特点：
(1)具有很强的耐磨损、抗冲击特性。
(2)零点、量程正负迁移可调，且调整时互不影响，操作方便。
中国矿业大学银川学院毕业设计 19(3)采用信号剥离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。
(4)稳定性好：≤0.2% FS∕年。
(5)线性度优于 0.1% FS。
(6)陶瓷膜片特强的耐腐蚀特性，可与绝大多数的介质直接接触。
(7)温度特性好，由于传感器是干式陶瓷的，无任何中介液，受温度影响极小。
(8)纯净的陶瓷基体无任何填充液，不产生工艺污染，能满足食品、医药行业要求。
(9)安装方便，安装方向不影响测量精度。
3.2.5 密度计 在线测量密度的设备有很多种，如振动管式密度计、γ 射线密度计、超声波密度计等。随着控制要求的不断提高，γ 射线密度计和超声波密度计越来越体现出其优越的性能。用 γ射线和超声波来测量液体密度,实现了测量的非接触性和连续性,与控制系统连接,可随时控制液体的密度,使其保持一定的均匀性，从而大大地节省时间,并提高了工艺精度。本控制系统采用 SC3000-D 型在线密度计。
3.2.6 温度计 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器，它测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的，大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造热电阻。本控制系统采用 WZP 系列铂热电阻元件，电气性能稳定，温度和电阻关系近于线性，精度高。
3.3 阀门的选型 在化工行业流体的输送和控制中，阀门是重要的执行机构，由于阀门种类繁多，性能各异，生产厂家众多，价格高低参差不齐，选型不当或质量不好小则影响质量，大则发生事故，因此，根据实际情况选择合适的阀门需要下很大功夫。
中国矿业大学银川学院毕业设计 20 3.3.1 电动下料阀 电动下料阀和调节阀通常由两大部分组成，一部分是阀体，根据物料的特性来确定阀体的结构形式、材质和口径，另一部分是执行机构，用来响应控制仪表输出的信号，通过转换单元将其转换成机械位移，以改变阀门的开度，最终达到调节的目的。
电动下料阀是用来作控制下料速度的执行机构，本系统采用的防爆电动下展式下料阀，配置 3810L 系列直行程电子式电动...
