CN102180752B

CN102180752B - 现场混装炸药车控制系统

Info

Publication number: CN102180752B
Application number: CN2011100771195A
Authority: CN
Inventors: 王国峰; 赵永生; 孙伟博; 佟彦军; 赵浛; 田学雷; 王金涛; 李治明; 万国杨; 郑世聪; 赵吉峰
Original assignee: Beijing North Norcin Technology Co Ltd; Dalian Maritime University
Current assignee: NORCIN TECH OF CHINA NORTH INDUSTRIES Group Corp.; Dalian Maritime University
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: CN102180752A

Abstract

本发明是对现场混装炸药车的工艺控制和管理，是由混装炸药车上的电液比例阀、电磁阀、传感器、电动开关和控制装置所组成。所述的控制装置是由工艺控制模块、视频监控模块、数据通讯模块和GPS定位模块所组成。所述的数据通讯模块通过数据线分别和工艺控制模块、视频监控模块、GPS定位模块相连接，并通过无线通讯模块与地面站控制中心通讯。本发明所述的工艺控制模块具有生产过程系统数据采集、生产过程自动控制、监测报警等功能。本发明具有故障自诊断功能、视频监控、GPS定位、数据通讯等功能。具备实现对现场混装炸药车远程监控的必备条件。

Description

现场混装炸药车控制系统

技术领域

本发明所述的现场混装炸药车控制系统属于自动化控制系统，具体地说是现场混装炸药车的工艺控制和管理。

背景技术

现场混装炸药车是一种装载炸药原材料在爆破现场生产炸药的装备。在国外大型矿山、水利水电工程方面得到了广泛的应用。我国在20世纪80年代从美国引入这种装备，经过近30年的不断发展，已经将工艺控制由最初引进时的手动控制，逐步发展到了自动控制，控制精度、自动化程度进一步提高。

现有现场炸药混装车的各动力元件均为液压元件，控制系统主要由PLC(或单片机)、显示屏、键盘、按钮、机箱等组成。功能包括根据人工输入的装药量手动控制液压电磁阀开关或者通过PLC(或单片机)按工艺要求联动控制液压电磁阀开关；PLC(或单片机)接收温度、流量、压力传感器发来的信号并在显示显示屏上显示并具有超温、超压等保护措施等；PLC(或单片机)控制散热器风扇根据液压系统温度启动停止。

随着时代的发展，控制系统逐渐由自动化向智能化发展，现有的现场混装炸药车控制系统还停留在实现工艺功能自动化的阶段，智能化程度低。主要表现在：

(1)没有闭环控制功能，无法通过自动跟踪的方式调整系统按设定要求工作。

(2)没有GPS定位、视频监控和网络通讯功能，无法实现远程监控。

(3)没有故障诊断系统，一旦控制系统出现故障，在没有专业技术人员的工作现场会对正常的生产工作造成影响。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的现场混装炸药车控制系统，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的现场混装炸药车载控制系统，从而解决由于没有闭环控制功能，无法通过自动跟踪的方式调整系统按设定要求工作；没有GPS定位、视频监控和网络通讯功能，无法实现远程监控；没有故障诊断系统，一旦控制系统出现故障，在没有专业技术人员的工作现场会对正常的生产工作造成影响等问题。

本发明所述的现场混装炸药车载控制系统是由混装炸药车上的电液比例阀、电磁阀、传感器、电动开关和控制装置所组成。所述的控制装置是由工艺控制模块、视频监控模块、数据通讯模块和GPS定位模块所组成。所述的数据通讯模块通过数据线分别和工艺控制模块、视频监控模块、GPS定位模块相连接，并通过无线通讯模块与地面站控制中心通讯。

本发明所述的工艺控制模块是由控制器、触摸显示屏和按钮组成。所述的触摸显示屏和按钮通过信号线连接到控制器上，所述的控制器通过连接线连接混装炸药车上的电液比例阀、电磁阀、传感器、电动开关，所述的控制器还通过数据线与数据通讯模块相连接。

本发明所述的视频监控模块是由图像数据存储传送模块、数据压缩模块和摄像头调控模块所组成。摄像头调控模块连接到摄像头，摄像头返回信号到数据压缩模块，图像数据存储传送模块分别与数据压缩模块和摄像头调控模块相连接，并通过数据线与数据通讯模块连接。

本发明所述的数据通讯模块是由数据收发模块、通讯格式转换模块和无线通讯模块所组成。数据收发模块通过数据线分别连接工艺控制模块的控制器、视频监控模块的图像数据存储传送模块、GPS定位模块，数据收发模块还和通讯格式转换模块连接。通讯格式转换模块和无线通讯模块相连接。无线通讯模块外接天线。

本发明所述的无线通讯模块是由3G模块、GPRS模块、CDMA模块和WIFI模块所组成。通过外接天线和网络与地面站控制中心通讯。

本发明所述的工艺控制模块内的控制器中装有现场混装炸药车的控制程序，控制程序打开后检测到地面站控制中心发来的允许生产信号后，启动程序对现场混装炸药车进行控制，其控制步骤如下：

第一步接收控制中心发来的允许生产的指令。

第二步操作员登录。

第三步操作员根据屏幕提示输入或者选择直接从存储卡读入工作参数。

第四步操作员选择工作方式：全自动、自动、半自动、手动。

第五步系统根据工作参数自动设定各种原料给定值。

第六步进入所选的工作方式，根据炸药类型启动相应的马达。

第七步以闭环控制方式控制调节各执行元件。

第八步存储装药量及传感器测量数据。

第九步根据液压系统温度启停散热风扇。

第十步检查反馈参数是否超越报警限，如果有参数超过报警限，则进行声光报警，如果超过停机限，则输出停机信号。

第十一步进行故障诊断，对生产过程的各环节的设备和部件进行诊断，如有故障发生，给出故障提示信息，发生严重故障时自动输出停机信号。

第十二步对比设定装药量与实际装药量，若已完成，则停止装药，转第十四步，否则转第七步继续全自动装药过程。

第十三步上传数据，准备下一工作循环。

本发明所述的现场混装炸药车控制系统的工艺控制模块具有生产过程系统数据采集、生产过程自动控制、监测报警等功能，本发明还具有故障自诊断功能、视频监控、GPS定位、数据通讯等功能。

本发明所述的工艺控制模块由控制器、触摸显示屏和按钮等组成。控制器根据触摸显示屏、按钮发来的指令，通过内部程序对电液比例阀、电磁阀等发出控制指令，并根据各类传感器的反馈信号与设定值做对比实时修正指令信号，实现对炸药车生产过程的参数采集、装药过程的自动控制。

操作员可通过人机界面给出的指令以及设定的炸药和炮孔参数，也可通过数据输入端口读入工程技术人员的爆破设计参数，自动设定各炮孔对应的装药量、炸药种类等。

本发明所述的工艺控制模块通过接收各传感器发来的信号实时检测生产过程的各种状态和参数，发现异常时及时报警或自动停车。故障诊断系统根据出现的故障代码查找故障数据库，在人机界面上显示解决方法，指导操作人员排除故障，故障代码同时通过数据通讯模块发送至地面监管中心。

本发明所述的工艺控制模块的控制器带有数据通讯接口，通过指令将必要的各种传感器信息、数据信息通过指令传送给数据通讯模块，同时，数据通讯模块通过数据通讯接口将地面管理中心发来的指令发送给工艺控制模块。

本发明所述的GPS定位模块与数据通讯模块连接，可以将现场混装炸药车的位置传输到地面监管中心。

本发明所述的视频监控系统可接收摄像头传来的视频信号，并可控制摄像头转向。摄像头传来的视频信号经压缩后存入存储卡并通过接口传输到数据通讯模块。

本发明所述的数据通讯模块通过接口接收工艺控制模块、视频监控模块和GPS模块发送来的数据信号，通过数据格式转化后通过各种通讯模块将转化后的数据发送到地面管理中心，同时接收地面管理中心传来的控制信号并转发到工艺控制模块和视频监控模块。

本发明所述的现场混装炸药车载控制系统的效果在于，采用该控制系统的现场混装炸药车较采用传统控制系统的现场混装炸药车具有更高的智能性。本系统采用闭环控制，可实现整个生产的过程控制。本系统可以接收设计输入直接将爆破设计导入的系统中，根据炮孔布置自动设定装药量，避免了操作过程中的输入失误。具有炸药配方库，炸药配方转换更加方便智能。具有故障自诊断系统，能够根据出现的故障从数据库中查找相应的解决方案并显示，指导工人进行故障排除，通过网络通讯接口还可以将故障信息传递到生产企业，能够实现远程故障诊断。具有GPS定位系统、视频监控系统和网络传输系统，通过各种无线网络，可以实时显示车辆的具体位置以及工作时的各种工艺参数，具备了远程监控的能力。本发明使现场混装炸药车由自动化向智能化迈出了巨大的一步。

本发明所述的现场混装炸药车载控制系统的创新点在于

(1)本系统具有故障诊断系统，可进行远程故障诊断。

(2)本系统具有GPS定位、视频监控和网络通讯系统。

(3)本系统具有炸药配方数据库。

(4)本系统具有设计参数输入功能，可通过输入爆破设计参数设定炮孔号和装药量等参数。

附图说明

本发明共有九幅附图，其中：

图1是现场混装炸药车控制系统结构框图；

图2是现场混装炸药车控制系统总体程序主程序框图；

图3是现场混装炸药车控制系统全自动程序框图；

图4是现场混装炸药车控制系统自动程序框图；

图5是现场混装炸药车控制系统半自动程序框图；

图6是现场混装炸药车控制系统手动程序框图；

图7是现场混装炸药车控制系统温度控制程序框图；

图8是现场混装炸药车控制系统报警程序框图；

图9是现场混装炸药车控制系统故障诊断程序框图。

具体实施方式

本发明的具体实施例如附图所示，附图1所示现场混装炸药车载控制系统总体程序主程序框图。所述的现场混装炸药车载控制系统是由混装炸药车上的电液比例阀、电磁阀、传感器、电动开关和控制装置所组成。所述的控制装置是由工艺控制模块、视频监控模块、数据通讯模块和GPS定位模块所组成。所述的数据通讯模块通过数据线分别和工艺控制模块、视频监控模块、GPS定位模块相连接，并通过无线通讯模块与地面站控制中心通讯。

本发明所述的工艺控制模块是由控制器、触摸显示屏和按钮组成。所述的触摸显示屏采用西门子10”人机界面MP277，带有覆膜按键。所述的控制器采用西门子S7-200系列CPU S7-226，并配置有I/O扩展单元EM221、EM232、EM235、EM277。I/O扩展单元与混装炸药车上的电液比例阀、电磁阀、传感器、电动开关连接。所述的控制器与触摸显示屏采用MPI总线连接。所述的控制器还通过数据线与数据通讯模块相连接。

本发明所述的视频监控模块是由图像数据存储传送模块、数据压缩模块和摄像头调控模块所组成。摄像头调控模块连接到摄像头，摄像头返回信号到数据压缩模块，图像数据存储传送模块分别与数据压缩模块和摄像头调控模块相连接，并通过数据线与数据通讯模块连接，图像数据存储传送模块、数据压缩模块和摄像头调控模块采用视频采集模块DS4016HC。

本发明所述的数据通讯模块是由数据收发模块、通讯格式转换模块和无线通讯模块所组成。数据收发模块通过数据线分别连接工艺控制模块的控制器、视频监控模块的图像数据存储传送模块、GPS定位模块GPS模块GP4SF1109F2，数据收发模块还和通讯格式转换模块连接。通讯格式转换模块和无线通讯模块相连接。无线通讯模块外接天线，无线通讯模块采用MU103。数据收发模块和通讯格式转换模块采用研美全封闭式MINI盒式工控机ARK-1518A。

本发明所述的无线通讯模块是由3G模块、GPRS模块、CDMA模块和WIFI模块所组成，通过外接天线和网络与地面站控制中心通讯。

本发明所述的工艺控制模块内的控制器中装有现场混装炸药车的控制程序，地面站控制中心发来信号启动程序对现场混装炸药车进行控制。

一、总体程序主程序(见附图2)

1、判断是否允许生产(从通信模块接收到允许生产的指令)，如果不允许停止，如果允许，执行2。

2、等待用户输入启动命令。

3、输入炮孔号、配方号，或者直接从存储卡读入所需参数。

4、选择工作方式：全自动、自动、半自动、手动。

5、根据配方自动设定各种原料设定值。

6、根据工作方式调用对应的工作子程序。

7、判断是否完成装药，未完成则循环调用工作子程序。

8、完成装药则上传数据到数据通讯模块，返回到等待开始命令处2。

二、全自动子程序(见附图3)

1、根据炸药类型启动相应马达。

2、按设定值对各原料流量进行闭环控制。

3、执行报警及故障子程序。

4、对装药量进行计量。

5、判断是否完成装药，是转下一步，否则返回2。

6、判断是否需要补料，不需要补料返回主程序。

7、点动补料控制。

8、补料完成返回主程序，否则返回7。

三、自动子程序(见附图4)

1、根据炸药类型启动相应马达。

2、按设定值对各原料流量进行闭环控制。

3、将手动偏移值加到比例阀输出。

4、执行报警及故障子程序。

5、对装药量进行计量。

6、判断是否完成装药，是转下一步，否则返回2。

7、判断是否需要补料，不需要补料返回主程序。

8、点动补料控制。

9、补料完成返回主程序，否则返回7。

四、半自动子程序(见附图5)

1、根据炸药类型启动相应马达。

2、各比例阀开至最大。

3、用户手工调节节流阀使各原料流量满足要求。

4、执行报警及故障子程序。

5、对装药量进行计量。

6、记录并存储流量、转速等信息。

7、判断是否需要补料，不需要补料返回主程序。

8、点动补料控制。

9、补料完成返回主程序，否则返回7。

五、手动程序框图(见附图6)

1、选择运行回路。

2、启动电磁阀。

3、读取显示流量、转速等参数数值。

4、执行报警及故障子程序。

5、记录并存储转速、流量等反馈信息。

6、判断是否完成装药，是则返回主程序，否则返回第2步。

六、温度控制程序(见附图7)

1、判断温度是否超上限，是则启动风扇。

2、判断温度是否低于下限，是则停止风扇。

3、返回主程序。

七、报警检测程序(见附图8)

1、判断参数是否超过报警限，是则发出声光报警。

2、判断参数是否超过停车限，是则发紧急停车信号。

3、返回主程序。

八、故障诊断程序(见附图9)

1、计算并提取故障特征。

2、对比故障诊断表。

3、判断是否发现故障，是则显示故障信息及解决办法。

4、返回。

Claims

1.一种现场混装炸药车控制系统，是由混装炸药车上的电液比例阀、电磁阀、传感器、电动开关和控制装置所组成；其特征在于所述的控制装置是由工艺控制模块、视频监控模块、数据通讯模块和GPS定位模块所组成；所述的数据通讯模块通过数据线分别和工艺控制模块、视频监控模块、GPS定位模块相连接，并通过无线通讯模块与地面站控制中心通讯；所述的工艺控制模块是由控制器、触摸显示屏和按钮组成；所述的触摸显示屏和按钮通过信号线连接到控制器上，所述的控制器通过连接线连接混装炸药车上的电液比例阀、电磁阀、传感器、电动开关，所述的控制器还通过数据线与数据通讯模块相连接；所述的视频监控模块是由图像数据存储传送模块、数据压缩模块和摄像头调控模块所组成；摄像头调控模块连接到摄像头，摄像头返回信号到数据压缩模块，图像数据存储传送模块分别与数据压缩模块和摄像头调控模块相连接，并通过数据线与数据通讯模块连接；所述的数据通讯模块是由数据收发模块、通讯格式转换模块和无线通讯模块所组成；数据收发模块通过数据线分别连接工艺控制模块的控制器、视频监控模块的图像数据存储传送模块、GPS定位模块，数据收发模块还和通讯格式转换模块连接；通讯格式转换模块和无线通讯模块相连接；无线通讯模块外接天线；所述的无线通讯模块是由3G模块、GPRS模块、CDMA模块和WIFI模块所组成，通过外接天线和网络与地面站控制中心通讯；所述的工艺控制模块内的控制器中装有现场混装炸药车的控制程序，控制程序打开后检测到地面站控制中心发来的允许生产信号后，启动程序对现场混装炸药车进行控制，其控制步骤如下：

第一步接收控制中心发来的允许生产的指令；

第二步操作员登录；

第三步操作员根据屏幕提示输入或者选择直接从存储卡读入工作参数；

第四步操作员选择工作方式：全自动、自动、半自动、手动；

第五步系统根据工作参数自动设定各种原料给定值；

第六步进入所选的工作方式，根据炸药类型启动相应的马达；

第七步以闭环控制方式控制调节各执行元件；

第八步存储装药量及传感器测量数据；

第九步根据液压系统温度启停散热风扇；

第十步检查反馈参数是否超越报警限，如果有参数超过报警限，则进行声光报警，如果超过停机限，则输出停机信号；

第十一步进行故障诊断，对生产过程的各环节的设备和部件进行诊断，如有故障发生，给出故障提示信息，发生严重故障时自动输出停机信号；

第十二步对比设定装药量与实际装药量，若已完成，则停止装药，转第十三步，否则转第七步继续全自动装药过程；

第十三步上传数据，准备下一工作循环。