专利名称：塑料导爆管拉制机安全连锁及在线药量显示自动控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种塑料导爆管拉制机，特别涉及一种塑料导爆管拉
制机安全连锁及在线药量显示自动控制系统。
技术背景塑料导爆管拉制机一般由挤塑机、搅拌加药机、振动机、成型冷却水 池、收管机等组成。挤塑机将塑料二级加热溶化经螺旋挤出到机头的模具中，成型①3mm塑 料管，在机头处通过空心下药针管插入机头模具中，再经加药斗内的搅拌机和机架上的振 动机使加药器中的导爆药剂匀速的加入到空心下药针管内，由于收管机的不断拉动，机头 处的塑料管成孔状，从而形成真空将空心下药针管内的导爆药剂带入到塑料管中，比较均 匀的粘附在塑料管内壁上，再通过冷却水池冷却成型、收管机收成盘以制成导爆塑料管。 导爆管拉制机机头堵药是引起爆炸事故的主要原因。 导爆管拉制机堵药检测分析 1)堵药现象引起的爆炸事故 由于拉制机、收管机不断的收管工作(只要挤塑机不断料)，机头模具加入导爆药 处，空心下药针管内的药剂受气候、药剂流散性等因素的影响有不下药(堵药)的情况，此 时机头加热线圈不断加热，空心下药针管内药温不断上升积聚，经试验达到20(TC时，12s 时间即可发生爆炸事故。 2)堵药现象的检测 加热线圈的温控检测，并未检测到空心针管的药剂温度，其温度检测传感器 (PtlOO热电阻)只是点检测，并不能反映空心下药针管处的真实温度，同时由于热惯性，其 温控器温度报警设置值(真实温度一般经折算成报警温度)很难设置准确，它不能作为堵 药时的主要温度检测安全控制装置。因此检测堵药现象(无危险药量在该处存在)就成了 解决问题的关键。 根据拉制机的工作原理，一旦空心下药针管堵药，机头到冷却水池入水处的一段 (图1中A段)导爆管内必定无药，即只要检测到该段导爆管内无药剂，就能反映出空心下 药针管内有堵药的情况。 发明内容本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种采用SAB数字 光纤传感器与对每台导爆管拉制机机头堵药状态进行检测，并在爆管拉制机机头堵药时停 止加药、振动，以及加热器断电，同时进行声光报警及在线显药量示等控制，提高了导爆管 拉制生产的本质化安全程度，对多台导爆管拉制机机头堵药的同时控制组成安全连锁自动 控制系统。 为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案 —种塑料导爆管拉制机安全连锁及在线药量显示自动控制系统，包括塑料导爆管 拉制机、拉制机机头电源、设有加药搅拌机的加药箱、连接在加药箱底部的加料管、振动头 置于加料管上的振动机、上端与加料管连接的空心针管、成型冷却水池、导向滑轮、收管机， 空心针管的下端置于由挤塑机的机头挤出的导爆管中，其特征在于所述的塑料导爆管拉 制机自动控制系统还包括数字光纤传感器、光纤放大变送器、PLC可编程逻辑控制器、交流 接触器、在线药量LED显示器、声光报警器；所述数字光纤传感器设在挤塑机的机头与成型
3冷却水池之间，数字光纤传感器的数字光纤发射管和数字光纤接收管相对的设置在导爆管 A段的左右两侧，数字光纤传感器发射端和数字光纤传感器接收端分别与光纤放大变送器 连接，光纤放大变送器与PLC可编程逻辑控制器联接；PLC可编程逻辑控制器分别与在线 药量LED显示器、交流接触器联接；交流接触器分别与拉制机机头电源、声光报警器连接； PLC可编程逻辑控制器根据其内部的控制模块，对数字光纤传感器的测量数据进行分析处 理后，指令所述的LED显示器进行当前导爆管内在线药量数据显示，指令所述的声光报警 器是否报警，指令所述的拉制机机头电源是否断开。 检测A段导爆管内有无药剂的传感器无外乎是光电传感器、接近传感器等。根据 检测对象的特性，塑料管具有透光性而药剂无透光性，选择光电传感器有实现检测出信号 的可能。但经试验，因管内壁药剂量较少、较薄(内壁仅0.2ym厚药剂)，一般的光电传感 器不能检测出有无药剂的信号；虽然导爆管内的药剂有金属粉末，但经试验用电感或电容 式接近传感器也不能检测出有无药剂的信号。 根据检测对象特性圆柱状空心白色塑料管的内壁极薄浅黑色含金属粉末，本实 用新型采用数字光纤传感器，数字光纤传感器有以下特点本质防爆适合于易燃、易爆等 危险物品检测；对电绝缘适合于高电压场合检测无感应性适合于强电磁场干扰环境下 检测；化学稳定性适合于环保、医药、食品工业检测；时域变换性适合于多点分布测量； 低损耗；大容量；高精度；尺寸小；重量轻；非接触式。 在安装使用时，将导爆管内无药剂时的检测信号设为基准值，以此作为光纤放大 变送器记忆值，有药剂时，检测信号小于此基准值，此时传感器输出控制信号。 数字光纤传感器检测A段导爆管内有无药，其检测出的信号经配套的光纤放大变 送器放大，并通过PLC可编程逻辑控制器进行运算比较，当检测信号小于基准值的无药剂 信号经设置输出"0N"，并通过交流接触器将该信号发送到拉制机的机头电源、加药搅拌机、 机头的加热器等主电源的接触器控制线圈，断开电源，从而使机头空心下药管内的药剂不 会被继续加热，并停止加药及振动；同时通过声光报警器发出声光报警提示该拉制机有堵 药故障。此时收管机、拉制机仍然工作，达到了系统堵药安全连锁自动控制的要求。 优选的，所述的PLC可编程逻辑控制器采用EC20-2012BRA为主模块，通过该主模 块的串行端口串联了至少2个EC20-4AM模拟量输入/输出模块，每个EC20-4AM模拟量输 入/输出模块的输出端分别与一台导爆管拉制机的LED显示器连接；每个EC20-4AM模拟 量输入/输出模块的输入端分别与一台导爆管拉制机的数字光纤传感器连接；所述每个 EC20-4AM模块均配置有为数字光纤传感器提供电力的电源。 由于EC20PLC本身带有2个串行通信口 (1个RS232 口 ，集成自由协议/编程协议 /M0DBUS从站协议，1个RS232/485 口 ，集成自由协议/M0DBUS主站/从站协议)，EC20PLC 利用C0M0 口和PC进行通信(EC20PLC做从站，设置成MODBUS从站协议)，利用C0M1和多台 导爆管拉制机、数字光纤传感器组成网络进行集中控制(EC20PLC的C0M1设置成MODBUS主 站协议)。 进一步优选的，所述的PLC可编程逻辑控制器的EC20-2012BRA的主模块与第一 EC20-4AM模拟量输入/输出模块之间通过串行端口联接有EC20-0808ERN输出端口扩展模 块；所述的EC20-4AM模拟量输入/输出模块为依次串联的15块。 EC20-2012BRA的主模块的输出端口 一般只有12个，当要控制的导爆管拉制机多
4于12个时，需要用EC20-0808ERN输出端口扩展模块，以达到多于12台导爆管拉制机时的 要求； 优选的，所述的数字光纤传感器为SAB数字光纤传感器。 采用SAB数字光纤传感器(SA-V系列)检测A段导爆管内有无药剂成为可能。该 数字传感器以三基色原理为基础，小光束点(0. 9 3. 5mm)对导爆管内微小药剂变化进行 识别，以300ii s高速反映。 优选的，所述的光纤放大变送器为GFA18124V数字光纤放大变送器。 优选的，所述的在线药量LED显示器为4位LED显示器。 优选的，所述的拉制机机头电源包括下药机电源、振动机电源、机头加热器电源。 本实用新型塑料导爆管拉制机安全连锁及在线药量显示自动控制系统的有益效
果是，控制系统同时可以控制多台塑料导爆管拉制机，采用SAB数字光纤传感器对每台导
爆管拉制机机头堵药状态进行检测，在导爆管拉制机机头堵药时停止加药、振动，以及断开
加热器电源，同时进行声光报警，提高了导爆管拉制生产的安全本质化程度，杜绝了因该事
故带来的企业财产损失和人员丧亡，该系统安全、可靠、经济、合理。
图1是本实用新型塑料导爆管拉制机的结构示意图； 图2是本实用新型自动控制系统的结构示意框图； 图3是本实用新型单台导爆管拉制机自动控制系统的电路结构示意图； 图4是本实用新型多台导爆管拉制机自动控制系统的电路结构示意图； 图5本实用新型塑料导爆管拉制机安全连锁自动控制系统的控制程序逻辑框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明，但并不因此将本实
用新型限制在所述的实施例范围之中。 参见图1、图2、图4、图5，一种塑料导爆管拉制机安全连锁及在线药量显示自动控 制系统，包括塑料导爆管拉制机1、拉制机机头电源12、设有加药搅拌机21的加药箱2、连接 在加药箱2底部的加料管3、振动头置于加料管3上的振动机4、上端与加料管3连接的空 心针管5、成型冷却水池7、导向滑轮71、收管机8，空心针管5的下端置于由挤塑机1的机 头挤出的导爆管6中，所述的塑料导爆管拉制机自动控制系统还包括数字光纤传感器91、 光纤放大变送器92、 PLC可编程逻辑控制器93、交流接触器94、 LED显示器95、声光报警器 96 ;所述数字光纤传感器91设在挤塑机1的机头11与成型冷却水池7之间，数字光纤传感 器91的数字光纤传感器发射管911和数字光纤传感器接收管912相对的设置在导爆管6A 段的左右两侧，数字光纤传感器发射端911和数字光纤传感器反射端912分别与光纤放大 变送器92连接，光纤放大变送器92与PLC可编程逻辑控制器93联接；PLC可编程逻辑控 制器93分别与LED显示器95、交流接触器94联接；交流接触器94分别与拉制机机头电源 12、声光报警器96连接；PLC可编程逻辑控制器93根据其内部的控制模块，对数字光纤传 感器91的测量数据进行处理后，指令所述的LED显示器95进行数据显示，指令所述的声光 报警器96是否报警，指令所述的拉制机机头电源12是否断开。 参见图2、图4，所述的PLC可编程逻辑控制器93采用EC20-2012BRA为主模块，通 过该主模块的串行端口串联了至少2个EC20-4AM模拟量输入/输出模块，每个EC20-4AM 模拟量输入/输出模块的输出端分别与一台导爆管拉制机1的LED显示器95连接；每个 EC20-4AM模拟量输入/输出模块的输入端分别与一台导爆管拉制机1的数字光纤传感器91连接；所述每个EC20-4AM模块均配置有为数字光纤传感器91提供电力的电源。 参见图4，所述的PLC可编程逻辑控制器93的EC20-2012BRA的主模块与第一
EC20-4AM模拟量输入/输出模块之间通过串行端口联接有EC20-0808ERN输出端口扩展模
块；所述的EC20-4AM模拟量输入/输出模块为依次串联的15块。 所述的数字光纤传感器91为SAB数字光纤传感器。 所述的光纤放大变送器92为GFA18124V数字光纤放大变送器。 所述的LED显示器95为4位LED显示器。 所述的拉制机机头电源12包括下药机电源、振动机电源、机头加热器电源。 工作原理 安装在A段导爆管的传感器检测对管(①2mm)数字光纤传感器发射管911和数字 光纤传感器接收管912，将导爆管6内有无药剂的检测信号传输到SAB数字光纤放大变送 器，经运算比较，检测信号小于基准值的无药剂信号经设置输出"ON"，该信号将拉制机1的 机头电源12、加药搅拌机21、机头11的加热器等的主电源接触器控制线圈断电，从而使机 头空心下药管内的药剂不会被继续加热，并停止加药及振动，同时通过声光报警器96发出 声光报警，此时收管机8、拉制机1仍然工作，达到了系统堵药安全连锁自动控制的要求。 3)控制系统需解决的误动作问题 根据检测原理可知，由于导爆管内药剂的不均匀性，收管机8不断地将导爆管6从 A段通过光纤传感器91拉出，即出现管内有药剂时的检测值较大波动而判断为无药剂的情 况，造成系统误动作。为解决此问题，将SAB光纤放大变送器92的输出信号延迟一定时间 才有效(试验时，空心下药管中的导爆药剂加热到20(TC时，持续12s时间就会爆炸)，以避 开该不准确的误动作信号，即如果检测到连续时间的无药剂信号，该系统停止工作并声光 报警。 4)控制系统需解决拉制机开机无药剂的问题 从拉制机1工作原理可知，系统开机时操作人员将挤塑机的导爆管6经冷却水池 7中的沉水定向滑轮71、机架定向滑轮拉到收管机8的收盘后，再开机头11的加药搅拌机 21、振动机4。因此在每次开机时，A段导爆管6内是无药剂的，此时堵药检测系统应判断为 正常情况，故在开启机头11的加药搅拌机21、振动机4的一段时间内再开启SAB数字光纤 传感器91检测系统，以解决开机无药剂而使系统不能工作的问题。 多台导爆管拉制机堵药安全连锁自动控制系统原理 将15X2台导爆管拉制机1的SAB数字光纤传感器91与PLC可编程逻辑控制器93 组成导爆管拉制机堵药安全连锁及在线药量显示系统。 因为采用了PLC可编程逻辑控制器93作为控制器，故控制方式上可比单台导爆管 拉制机堵药安全连锁自动控制系统采取更先进的方式。 以单位长度的A段导爆管6为单位，对其进行连续采样(高采样频率带来高精 度)，通过一系列复杂的控制和运算之后得出A段导爆管6内药量的大小，将其除以A段导 爆管内壁面积，得出单位面积内的药量值，此药量值与设定值比较、判断后输出，即可实现 对系统的控制。 控制器采用爱默生EC20-2012BTA主模块与EC20-4AM特殊功能模块，其输入/输 出点为20/12，输入为15X2台导爆管拉制机的SAB数字传感器模拟输出信号，共15X2组(其中传感器投入运行按钮信号分别与NPN开关信号并联)分别与PLC的模拟输入对应； 输出点为15X2台导爆管拉制机的电源接触器(机头加热器、加药机、振动机的电源控制) 线圈和在线药量LED显示器95，共15 X 2点分别与PLC的输出点与模拟输出对应，但PLC的 输出点只有12点，故加一只EC20-0808BTA型扩展模块即可。 PLC采用爱默生EC20-2012BTA型主模块的内置24VDC/C0M电源可外供电源 460mA，而15X2台SAB数字光纤传感器需45X 15X2 = 1350mA，故主模块不能满足系统所 需的要求，需外加24VDC电源。PLC采用爱默生EC20-2012BTA型的输出点负荷容量80VA/220VAC感性负载，而各 点驱动的接触器线圈为20VA/220VAC，能满足系统所需驱动的要求。 系统在线药量显示原理 由于采用SAB数字光纤传感器91模拟输出，可方便对当前单位长度的A段导爆管 6连续采样，并经一系列复杂的公式运算之后，便可与A段导爆管6内药量值相对应，通过 PLC可编程逻辑控制器93的模拟输出到LED显示器95上实时显示。 5) PLC可编程逻辑控制器93顺序功能图的设置 从顺序功能图中可看出，很容易地解决了由于导爆管6内药剂的不均匀性造成的 误动作和拉制机1开机无药剂(投运信号按钮AN)的问题，导爆管拉制机1机箱内不再设 时间继电器和24VDC电源，使系统更简洁，便于维修和查询故障。 与单台导爆管拉制机1的SAB光纤数字传感器91输出设置相反，即当A段导爆管 6有药剂时检测信号输出(设置时以检测到的有药剂为准)有效，作为PLC可编程逻辑控制 器93的输入信号，以保证安全连锁有效的前提下，提高导爆管拉制机的生产效率。 从顺序功能图中可知，15X2台拉制机1机头堵药用PLC可编程逻辑控制器93组 成系统后，当某台或几台拉制机1不使用时，应将其机箱内的总电源断路器断开，否则对应 的该机报警以提示也为正常。当某台或几台拉制机l在设定的时间内未使用，而中途需使 用时，可将PLC可编程逻辑控制器93电源转换开关复位后再使用。 6)PLC的梯形图编写 从艾默生EC20系列编程手册可知，定时器选用倍率100ms型，根据顺序功能图和 编程软件，采用以转换为中心的RS编程方法编写梯形图。特别注意编程时，要使下级步为 活动步时，其上级步必为活动步且装换的条件满足，装换后，要使上级步为不活动步，同时 注意定时器的清零。编写梯形图时输入信号可采用上升沿触发，以提高系统的抗干扰能力。 7)系统展望 采取PLC可编程逻辑控制器93之后，可将导爆管拉制机1原有温度传感器的值读 入控制器，通过PLC可编程逻辑控制器93对温度和药量的双重判断，提高系统稳定性。同 时，可采用PLC可编程逻辑控制器93的通信功能将温度、药量和控制信号上传至工控机，通 过工控机上传至Internet,实现远程监视与控制。 结论用SAB数字光纤传感器91与对单台导爆管拉制机机头堵药状态的停止加
药、振动及加热器断电、声光报警等的控制，提高了导爆管拉制生产的安全本质化程度，杜
绝了因该事故带来的企业财产损失和人员丧亡，系统安全、可靠、经济、合理。 虽然结合了附图描述了本实用新型的实施方式，但本领域的普通技术人员可以在
所附权利要求的范围内作出各种变形或修改。
权利要求一种塑料导爆管拉制机安全连锁及在线药量显示自动控制系统，包括塑料导爆管拉制机(1)、拉制机机头电源(12)、设有加药搅拌机(21)的加药箱(2)、连接在加药箱(2)底部的加料管(3)、振动头置于加料管(3)上的振动机(4)、上端与加料管(3)连接的空心针管(5)、成型冷却水池(7)、导向滑轮(71)、收管机(8)，空心针管(5)的下端置于由挤塑机(1)的机头挤出的导爆管(6)中，其特征在于所述的塑料导爆管拉制机自动控制系统还包括数字光纤传感器(91)、光纤放大变送器(92)、PLC可编程逻辑控制器(93)、交流接触器(94)、在线药量LED显示器(95)、声光报警器(96)；所述数字光纤传感器(91)设在挤塑机(1)的机头(11)与成型冷却水池(7)之间，数字光纤传感器(91)的数字光纤传感器发射管(911)和数字光纤传感器接收管(912)相对的设置在导爆管(6)A段的左右两侧，数字光纤传感器发射端(911)和数字光纤传感器反射端(912)分别与光纤放大变送器(92)连接，光纤放大变送器(92)与PLC可编程逻辑控制器(93)联接；PLC可编程逻辑控制器(93)分别与在线药量LED显示器(95)、交流接触器(94)联接；交流接触器(94)分别与拉制机机头电源(12)、声光报警器(96)连接；PLC可编程逻辑控制器(93)根据其内部的控制模块，对数字光纤传感器(91)的测量数据进行处理后，指令所述的LED显示器(95)进行在线药量显示，指令所述的声光报警器(96)是否报警，指令所述的拉制机机头电源(12)是否断开。
2. 根据权利要求1所述的塑料导爆管拉制机安全连锁及在线药量显示自动控制系统， 其特征在于所述的PLC可编程逻辑控制器(93)采用EC20-2012BRA为主模块，通过该主模 块的串行端口串联了至少2个EC20-4AM模拟量输入/输出模块，每个EC20-4AM模拟量输入 /输出模块的输出端分别与一台导爆管拉制机(1)的LED显示器(95)连接；每个EC20-4AM 模拟量输入/输出模块的输入端分别与一台导爆管拉制机(1)的数字光纤传感器(91)连 接；所述每个EC20-4AM模块均配置有为数字光纤传感器(91)提供电力的电源。
3. 根据权利要求2所述的塑料导爆管拉制机安全连锁及在线药量显示自动控制系 统，其特征在于所述的PLC可编程逻辑控制器(93)的EC20-2012BRA的主模块与第一 EC20-4AM模拟量输入/输出模块之间通过串行端口联接有EC20-0808ERN输出端口扩展模 块；所述的EC20-4AM模拟量输入/输出模块为依次串联的15块。
4. 根据权利要求1 3任意一项权利要求所述的塑料导爆管拉制机安全连锁及在线药 量显示自动控制系统，其特征在于所述的数字光纤传感器(91)为SAB数字光纤传感器。
5. 根据权利要求1 3任意一项权利要求所述的塑料导爆管拉制机安全连锁及在线药 量显示自动控制系统，其特征在于所述的光纤放大变送器(92)为GFA18124V数字光纤放 大变送器。
6. 根据权利要求1 3任意一项权利要求所述的塑料导爆管拉制机安全连锁及在线药 量显示自动控制系统，其特征在于所述的LED显示器(95)为4位LED在线药量显示器。
7. 根据权利要求1 3任意一项权利要求所述的塑料导爆管拉制机安全连锁及在线药 量显示自动控制系统，其特征在于所述的拉制机机头电源(12)包括下药机电源、振动机 电源、机头加热器电源及控制。
专利摘要本实用新型公开了一种塑料导爆管拉制机安全连锁及在线药量显示自动控制系统，包括塑料导爆管拉制机、机头电源、加药箱、振动机、空心针管、成型冷却水池、导向滑轮、收管机，所述自动控制系统还包括数字光纤传感器、光纤放大变送器、可编程逻辑控制器、交流接触器、LED显示器、声光报警器；数字光纤传感器设置在导爆管A段的左右两侧，数字光纤传感器与光纤放大变送器连接，光纤放大变送器与可编程逻辑控制器联接；可编程逻辑控制器分别与在线药量LED显示器、交流接触器联接；交流接触器分别与拉制机机头电源、声光报警器连接。本实用新型对多台导爆管拉制机机头堵药状态的停止加药、振动及加热器断电、声光报警、在线药量LED显示等的控制，杜绝了因该事故带来的企业财产损失和人员伤亡。
文档编号G05B19/05GK201506756SQ20092012888
公开日2010年6月16日 申请日期2009年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者吴明胜, 唐书生, 唐胜, 夏禹, 李传和, 陈克华, 黄跃全 申请人:重庆顺安爆破器材有限公司