CN1062984A - 乳化炸药混装车微机计量控制装置 - Google Patents

Abstract

乳化炸药混装车微机计量控制装置。属于流量 配比微机计量控制系统。由微机装置、流量传感器、 放大器、电液比例阀和液压马达构成，能测量炸药各 组分的瞬时流量、炮孔装药量和爆区装药总量；有五 条闭环控制回路，以定值自动调节炸药配方和制药速 率，能程序控制炮孔分层装填不同配方和不同数量的 炸药。

Description

本发明属于流量配比微机计量控制装置。

70年代末以后，瑞典、美国、加拿大、中国相继发展了乳化炸药装药车和混装车，为大中型矿山、采石场和建筑工地的爆破工程提供了一种安全、高效和省力的装备，但迄今为止的装药车、混装车和乳化炸药生产线技术均采用间接转速法计量流量，只有单炮孔装药完毕的自动停车功能，没有解决配比调节和程控装孔等生产工艺的自动控制问题。以目前具有代表性的美国埃列克化学公司（IRECO）制造的PP型乳化炸药混装车为例（参见该装药车的产品样本和使用说明书），它采用转速传感器和玻璃转子流量计计量显示炸药各相组份的流量，凭人工调节液压系统中节流阀的开度来控制泵的转速，从而调节各相组份的配比;在炸药计量方面，用检测螺杆计量泵转数的方法换算得炸药的体积流量，再靠经常性标定确定其质量流量，最后通过可预置电磁计数器累积计量泵的转数获得炮孔装药量，并在单炮孔装完后自动停车。这种方法由于泵磨损、工况变化和流体密度的不稳定，炸药及其各组份的流量测量误差较大，经常标定给使用带来不便，虽能制造3～4种炸药，但配方是固定的，不能在线修改，而且人工调节不能保证所需炸药的配比精度，更无法做到在一个炮孔中分层连续装填不同配方的炸药，以获得最佳爆破效果。

本发明的目的在于提供一种以单片微型计算机为核心，集数字式检测仪表和以电液比例阀为执行元件的电液伺服控制系统为一体的微机装置，实现炸药混装车生产过程中炸药各相组份流量的自动计量，对组份配比进行精确控制以保证炸药质量的稳定，并按照爆破设计的要求，对爆区内各个炮孔分层装填不同数量和不同配方的炸药进行程序自动控制。

本发明由微机装置、流量传感器、电液比例阀放大器、电液比例阀和液压马达构成，包括五个流量测量通道和五条闭环控制回路。图1是本发明的系统结构示意图，图1是微机装置，6和9是电磁流量计，7是椭圆齿轮流量计或旋转活塞流量计，8是涡轮流量计，10是电磁脉冲式转速传感器，由它们分别测量水相、钾铵盐、油相、发泡剂和干料等各相组份的瞬时流量。这些测量结果经微机装置1巡回采样、数字滤波处理、仪表常数和密度换算后，在数字显示器101上显示出来。另外，操作人员可以事先在微机装置键盘105上输入预定的制药速率Q_Z和各相组份的配比K_i（即第i相组份在炸药中含量的百分比），计算机按下式计算第i相（i＝1.2.3.4.5）组份的给定流量Q_i

Q_i＝K_i·Q_Z

微机装置将各相组份的给定流量Q_i与对应流量计测得的实际流量q_i相比较，比较后的误差值按积分分离PID控制算法输出控制量，此控制量经比例阀放大器2放大后，输出电流激励电液比例阀3的线圈，由电液比例阀3控制液压管路的油量，进而控制液压马达4，亦即各相组份输送泵5的转速，以调节各相组份的瞬时流量，使其与给定值的误差极小，达到各相流量值在工况变化的条件下自动维持恒定的目的，从而使装药车的炸药配方和制药速率得到自动控制，以保证炸药性能的稳定和装药速率的稳定。鉴于乳化炸药的制造基本上是一种物理过程，其各相组份在炸药中的含量不会丧失，因此，通过微机装置1对存入的各相组份瞬时流量数据进行加法运算，便可获得炸药流量。对装填入每个炮孔的炸药流量按时间进行积分运算，可动态地获得该炮孔的即时装药量，其运算式是

$N={\∫}_0^t\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{q}_i\mathrm{dt}$

式中N是时刻t的炮孔装药量，q_i是第i相组份的实测流量。炮孔装药量在数字显示器102上读出，与此同时，对应的炮孔序号在显示器103上读出。微机装置1还对整个爆区的全部炮孔的装药量进行累加，获得爆区装药总量，在显示器104上显示。图2是微机装置的硬件框图，图中100是单片微机芯片，在EPROM程序存贮器106中存贮测量和控制的应用程序，RAM随机存贮器107用于存贮数据。109是双向总线驱动器，用于扩充输出口的负载能力。110是地址总线驱动器。111和112是可编程外设接口，它通过字形、扫描数据驱动电路113和114与数字显示器101、102、103、104相连，以显示各相瞬时流量、炮孔装药量、炮孔序号和爆区装药总量。112还通过键盘译码逻辑电路115与键盘105相连，以便通过键盘输入制药速率、各相配比、仪表常数、PID控制参数等数据;并通过开关量I/O通道116接收或输出系统的状态信号。模拟输入量经八路A/D转换器117，脉冲输入量经光电隔离器119和可编程定时/计数器118，与双向总线驱动器109相连，输入各相流量计和转速传感器的测量数据。计算机通过单向数据总线驱动器120、A/D转换器121和功率放大电路122输出五路模拟信号，用以作为电液比例阀放大器的控制信号。123是片选译码器，用以产生片选信号。124是控制线驱动器，用以输出控制线信号。当系统出现故障时，故障信号由各输入通道被采样进入故障数据区，由软件完成故障诊断，再通过报警逻辑驱动电路125点亮对应的报警发光二极管126，并使喇叭127鸣响，故障类型代码由二位LED数码管显示。为了保证电源掉电时，贮存在RAM中的数据不致丢失，设有掉电保护备用电池108和相应的保护电路。本装置的应用程序采用模块化结构，对通用的数据处理、变换子程序还采用了可重入的公用模块化技术，以便于程序的设计、修改和调试。应用程序主要包括：初始化程序、键盘管理系统程序、定时中断服务程序、输入数据处理及滤波程序、瞬时量及累积量刷新子程序、主控预处理子程序、系统故障诊断程序、PID运算子程序、报警处理程序、装药结束自动停机子程序、暂态稳态过程鉴别程序、外部中断服务程序及公用模块程序库。主程序流程参见图3。装置通电后即进入初始化程序1，按下操作面板上的键盘启用按钮，使程序进入键盘管理状态，即运行至初始化程序2。初始化程序1、2完成各输出通道、暂态数据区的清零，以及系统运行所需各参数、各外围可编程芯片控制字、单片机各特殊功能寄存器内容的设置。图4是键盘管理系统程序流程。本程序对键盘操作采用程控随机扫描方式识别其状态，在查询到功能代码后，转入相应的功能模块完成要求的输入和编辑功能。按照爆破优化设计，炮孔中可能要求装填几种配方不同的炸药。本发明采用软件设计的方法，可对各个炮孔分层装填不同配方的炸药实行程序自动控制。在本装置的存贮器内包含一炸药配方数据库和一炮孔排列参数存贮器，在炮孔排列参数存贮器内存有每个炮孔的分层装药量和配方。每个炮孔均有一个依据键入数据建立的装药量标度尺，标度尺上设有分层切换标志。在装药过程中，计算机按当前执行的炮孔序号、装药层次的炸药配方索引号从配方数据库中调出各相组分的配比参数，并依据配比参数和键入的制药速率计算出各相组分的给定流量，由各相回路的闭环电液伺服系统自动控制生产出规定配方的炸药，装填入炮孔。一旦主控程序执行到检测出分层切换标志，即本层预定炸药量装填完毕，计算机即发出切换命令，自动转向下一层或下一炮孔的装药。图5是主控程序流程。在主控程序设计中，为了克服积分饱和现象，减少超调，采用了积分分离增量式PID算法，而输出控制量仍采用位置算式，即

U_i＝U_i-1+P[△e_i+Ie_i+D（△e_i-△e_i-1）]

本装置的操作面板上设置了一个暂停/重启动按钮，它通过相应电路中断计算机的正常运行，迫使程序进入“陷阱”，各控制回路按工艺要求顺序停机，各显示量保持暂停前的瞬时值，装置处于“冻结”待命状态。若再按一下此按钮，则系统重新从断点启动运行，其程序流程如图6所示。

本发明具有如下特点和优点：根据炸药各种组份的物理性质选择适用的流量计，分别测量乳化炸药各相组份的瞬时流量，借助于计算机采集、处理和运算它们输入的数据，分别显示各相组份的瞬时流量、各炮孔的装药量和爆区的总装药量，成功地解决了乳化炸药混装车生产过程中工艺参数的计量显示问题，与已有技术相比，具有精确度高、显示直观、使用方便等优点。采用以单片微型计算机为核心，以电液比例阀为执行元件的电液伺服系统，对炸药混装车的炸药各相组份实行流量配比的自动调节，精确控制炸药配方，从而保证了炸药产品质量指标，并可在炸药混装车上制造多种炸药，随时在线改变炸药品种，使混装车具有多功能;而已有技术则没有炸药配方的定值自动调节功能，更不能根据需要改变所制造的炸药品种。采用计算机软件实现爆区内所有炮孔分层装填不同配方的炸药，使整个装药过程按程序自动进行，避免人工操作差错，提高装药效率和装药质量;更重要的是可按照爆破优化设计参数进行炮孔装药，以获得最佳爆破效果。本发明可以用键盘方式方便地在线修改各个检测仪表的仪表常数，各条控制回路的PID参数、装药速率、各个炮孔的分层装药量和炸药配方;并具有掉电数据保护功能，以及完善的计量失效、控制失调等故障自诊断和报警功能。

本发明的一个应用实例是乳化炸药混装车的计量和控制。该系统有两个模拟量输入通道、三个脉冲量输入通道和五个模拟量输出通道。中央处理器采用8031型单片微机芯片，程序存贮器容量为16KB，数据存贮器容量为4KB，模拟量输入接口采用ADC  0809型A/D转换器，脉冲量输入接口采用8253型可编程定时器/计数器，模拟量输出接口采用DAC  0832型D/A转换器，电液比例阀采用DYBQ-H16型二通调速阀。乳化炸药的生产能力可在9-17吨/小时范围内任意给定自动调节;五种组份的配比可根据需要任意改变以制造不同品种的炸药;装药量及各相组份流量的计量精度均在±2%以内，配比控制精度不大于±1%。

本发明用于连续乳化炸药生产线的计量和控制时，控制对象将是电气传动系统，而不是电液阀控伺服系统。下面以水相组份的电气控制系统为例进行说明，其控制回路框图如图7所示。电磁流量计14检测出的水相流量信号送入微机装置1，在微机装置1内与键盘输入的给定数据进行比较，其差值经PID运算和D/A转换后，变为直流模拟量控制信号，输送给调速控制器11，再由调速控制器控制交流电动机12的转速，亦即水泵13的转速，调节管道中的水相组份流量，使之自动维持于给定值。调速控制器根据所配电动机的类型可以采用变频调速器或电磁滑差离合器调速器。

本发明还可以用于其它类型的装药车和炸药生产线的生产过程参数计量和控制，以及其它类似化工、食品、轻工等生产过程的流量计量和配比控制，而只需根据具体对象稍作改动测量仪表类型和控制应用软件。

Claims (6)

1、一种乳化炸药混装车的计量和控制装置，其特征在于所说的装置以微型计算机为核心，以各种流量计为检测元件，以电液比例阀为执行元件，具有五个流量测量通道，通过计算机对流量信号采样、处理和运算，分别显示至少五种组份的瞬时流量、每个炮孔的累计装药量和整个爆区的装药总量；具有至少五个定值控制输出回路，通过计算机对键盘输入的给定参数和实测流量进行比较运算，发出控制信号驱动电液比例阀，进而调节液压马达的转速，使泵的流量维持恒定，从而精确控制炸药各相组份的配比；炮孔排列参数存贮器，通过键盘预先输入爆区内每个炮孔分层装药的炸药配方和每种配方的装药量，可依炮孔序号对爆区全部炮孔的装药过程实行程序自动控制。

2、根据权利要求1所述的微机装置，其特征在于其计量部份，根据炸药组份的物理性质选择适用的流量计分别进行各相组份的流量计量，如水相采用电磁流量计，油相采用椭圆齿轮流量计或旋转活塞流量计，发泡剂采用涡轮流量计，干料采用电磁脉冲式转速传感器等，这些流量信号分别通过A/D转换器（模拟信号通道）和可编程定时器/计数器（脉冲信号通道）输入计算机，计算机对输入数据巡回采集和运算处理，分别显示各相组份的瞬时流量值，并将各相组份流量相加获得炸药流量，动态显示每个炮孔的即时装药量和整个爆区的已装药量。

3、根据权利要求1所述的微机装量，其特征在于采用电液比例调速阀作为执行元件，五条闭环控制回路共用一台计算机，能根据键盘输入的制药速率和炸药配方，算出炸药各种组份的流量给定值，将这些给定值与对应组份的实测流量值相比较，获得每条控制回路的误差，按积分分离PID控制算法输出控制量，此控制量经D/A变换后输出模拟信号，再由电液比例阀放大器放大以驱动电液比例阀，由比例阀控制液压马达的转速，从而调节泵的流量，自动维持各相组份的流量恒定，达到精确控制制药速率和炸药配方的目的。

4、根据权利要求1和3所述的微机装置，其特征在于内含一个炸药配方数据库和一个炮孔排列参数存贮器，通过键盘事先输入爆区内每个炮孔的分层装药品种和装药量数据，计算机以当前装药的炮孔序号和层次为索引，从炸药配方数据库中调出配方数据，再由电液伺服控制系统按规定的配方数据控制装药车生产出合格的炸药;在存贮器中对每个炮孔都建立了一个装药量标度尺，并在标度尺上设立炸药分层切换标志，一旦装药过程进行到切换标志，计算机即发出切换命令，改变炸药配方，使装药过程进入下一个分层或下一个炮孔，实现程序自动控制。

5、按照权利要求1、2、3所述的微机装置，其特征是其应用程序采用模块化结构，其键盘管理系统采用程控随机扫描方式识别状态，在查询到功能代码后，即转入相应的功能模块完成要求的输入和编辑功能;在操作面板上有一个暂停/重启动按钮，可以中断计算机的正常运行，迫使程序进入“陷阱”，使装置处于“冻结”待命状态，并能在重按一次按钮时，使系统从断点重新启动运行。

6、按照权利要求1、2、3所述的微机装置，其特征在于能用键盘在线修改各个检测仪表的仪表常数，各条控制回路的PID参数、装药速率、各个炮孔的分层装药量和炸药配方，具有断电数据保护功能，以及计量失效、控制失调等故障自诊断和报警功能。

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