基于PLC控制的智能卷簾噴霧裝置研究

張 朋 薛 鋒

（大同煤礦集團(tuán)四老溝礦，山西 大同 037000）

1 回風(fēng)巷基本情況

四老溝礦C3-5#層8101工作面位于南羊路回風(fēng)立井東南部1120m處，地表沖溝發(fā)育，蓋山厚度536～574m，平均為555m。

8101工作面走向長(zhǎng)度850m，傾向長(zhǎng)度200m，煤層厚度為9.6～20.5m，平均煤層厚度13.5m，煤層傾角為5°，采高為3.5m，放煤厚度10m，采放比約為1:2.86?？刹蓛?chǔ)量8024294t。煤層中含夾矸4～16層夾矸，夾矸總厚度在0.68～6.86m之間，平均2.15m，單層厚度在0.10～2.90m之間變化。夾矸巖性為：灰褐色高嶺巖、灰白色高嶺質(zhì)泥巖、灰黑色炭質(zhì)泥巖、灰色砂質(zhì)泥巖、泥巖、局部夾有深灰色粉砂巖。

巷道斷面為矩形，寬×高=5.5m×3.5m。巷道頂板采用錨桿、錨索結(jié)合W型鋼帶、菱形金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。兩幫采用錨桿結(jié)合W型鋼帶、菱形金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。巷道內(nèi)管線設(shè)備布置采取回風(fēng)順槽兼作材料、設(shè)備的運(yùn)輸巷。

在采煤幫吊掛各種監(jiān)測(cè)監(jiān)控線，全巷布置。一趟660V及各種監(jiān)測(cè)監(jiān)控線吊掛在巷幫上。本安電源：型號(hào)KDW660/24BJ，數(shù)量為4臺(tái)，為監(jiān)控分站和瓦斯等各類傳感器提供電源。

在非采煤幫吊掛Φ50mm排水管、Φ76mm供水管、Φ108mm排水管、Φ108mm風(fēng)管、Φ108mm注漿管、Φ159mm注氮管及DN600抽排瓦斯管各一趟。噴霧降塵水源可通過Φ76mm供水管提供?；仫L(fēng)巷道每100m設(shè)一個(gè)三通閥門。

2 智能卷簾裝置布置

該裝置布置在回風(fēng)巷并距工作面切巷200m處，往外每300m布置一套，并靠近三通閥，方便為噴霧管供水。

電控箱：為電機(jī)及傳感器供電，接收傳感器信號(hào)并控制電機(jī)及電磁閥。電控箱布置在噴霧管上風(fēng)側(cè)，減少水霧淋濕電控箱。

噴霧水管：材質(zhì)為鋼管，長(zhǎng)為4.8m，每200mm安一個(gè)噴霧嘴，距頂板200mm，巷道居中布置，電磁閥安裝在三通閥出口處，電壓為24V。

卷軸及卷簾：卷軸長(zhǎng)度4.8m，直徑60mm，端部與電機(jī)軸相連，并安裝限位開關(guān)。電機(jī)額定電壓為660V。卷簾纏繞在卷簾上，寬度4.5m，長(zhǎng)度為3m，有效防塵長(zhǎng)度為2.8m，升降速度0.5m/s。卷軸及卷簾安裝在噴霧水管上風(fēng)側(cè)，距水管1m，距頂板22mm。

粉塵濃度傳感器：安裝在水管上風(fēng)側(cè)，距噴霧水管2m，距頂板500mm，供電電壓為24V。通過預(yù)置粉塵濃度警告點(diǎn)的值，當(dāng)測(cè)量的粉塵濃度達(dá)到該值時(shí)，輸出一個(gè)警告信號(hào)，并將警報(bào)信號(hào)送入PLC數(shù)字量輸入端，通過PLC控制程序輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，從而控制電機(jī)及電磁閥動(dòng)作，完成下降卷簾和噴霧灑水的動(dòng)作。下表為國(guó)家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)對(duì)粉塵濃度的規(guī)定，警報(bào)值可參照該表格設(shè)定，也可根據(jù)實(shí)際情況修改。

表1 國(guó)家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)對(duì)粉塵濃度的的規(guī)定

人體紅外感應(yīng)模塊：工作電壓范圍: DC4.5V-24V，采用本安電源。具有感應(yīng)封鎖時(shí)間(默認(rèn)設(shè)置：10s)，感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后，可以緊跟著設(shè)置一個(gè)封鎖時(shí)間段，在此時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)器不接受任何感應(yīng)信號(hào)。布置在噴霧卷簾裝置前后10m范圍，布置示意圖如下。

圖1 智能卷簾噴霧裝置布置示意圖

3 設(shè)計(jì)原理

3.1 原理分析

原理圖如下圖2，分為主電路和控制電路，主電源采用AC660V，為電機(jī)提供動(dòng)力電，同時(shí)通過變壓器變換為AC220V交流電，為PLC和本安模塊提供電源。本安電源為紅外感應(yīng)模塊、粉塵監(jiān)測(cè)傳感器、電磁閥以及繼電器提供電源。PLC是該裝置的控制中心，接收紅外感應(yīng)模塊、粉塵傳感器的信號(hào)，并發(fā)出動(dòng)作信號(hào)控制電磁閥和接觸器線圈，從而控制噴霧及卷簾電機(jī)。當(dāng)卷簾升到最高時(shí)，上限限位開關(guān)動(dòng)作，信號(hào)送入PLC，PLC發(fā)出動(dòng)作信號(hào)斷開接觸器使電機(jī)停轉(zhuǎn)；當(dāng)卷簾下降到下限時(shí)，下限限位開關(guān)動(dòng)作，信號(hào)送入PLC，PLC發(fā)出動(dòng)作信號(hào)斷開接觸器使電機(jī)停轉(zhuǎn)。

圖2 智能卷簾裝置原理圖

3.2 PLC控制程序的實(shí)現(xiàn)

PLC采用三菱FX系列PLC，裝置包括6路數(shù)字量輸入信號(hào)，分別為紅外傳感器信號(hào)、粉塵上下限信號(hào)、上下限限位開關(guān)信號(hào)。3路數(shù)字量輸出信號(hào)，分別控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)及電磁閥通斷。

4 效果驗(yàn)證

綜采工作面檢修過程中，煤量少，煤塵濃度低，卷簾裝置處于卷起狀態(tài)，電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)。生產(chǎn)時(shí)煤量增加，煤塵濃度升高，當(dāng)粉塵濃度超過最高允許濃度值時(shí)，粉塵濃度傳感器發(fā)出警報(bào)，卷簾電機(jī)正轉(zhuǎn)至下限開關(guān)動(dòng)作，同時(shí)電磁閥打開，噴霧水管開始噴水降塵；當(dāng)行人通過噴霧區(qū)域時(shí)，距離紅外傳感器8m左右時(shí)傳感器動(dòng)作，卷簾電機(jī)開始反轉(zhuǎn)升起至上限開關(guān)動(dòng)作，同時(shí)電磁閥關(guān)閉。當(dāng)人員通過1min后，卷簾裝置自動(dòng)放下，電磁閥自動(dòng)打開，水管繼續(xù)噴水降塵。當(dāng)粉塵濃度恢復(fù)正常值后，卷簾電機(jī)反轉(zhuǎn)升起至上限開關(guān)動(dòng)作，并關(guān)閉電磁閥，噴霧水管停止噴水。

5 結(jié)語

該裝置采用PLC控制，接收與輸出信號(hào)準(zhǔn)確可靠，紅外傳感器、粉塵濃度傳感器、電磁閥及限位開關(guān)信號(hào)動(dòng)作準(zhǔn)確可靠，整個(gè)工作過程的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性以及可靠性均能滿足現(xiàn)場(chǎng)需求并可實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)噴霧降塵，有效地降低巷道煤塵。