基于智能控制的粉塵濃度超限噴霧降塵裝置

王長(zhǎng)建

（山西馬堡煤業(yè)有限公司， 山西 長(zhǎng)治 046000）

引言

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定:“礦井必須采取綜合防塵措施，并建立完善的防塵灑水管路系統(tǒng)”[1]。然而煤礦井下的工作環(huán)境令人憂心，粉塵密布，工作人員長(zhǎng)期吸入很容易得塵肺病，對(duì)生命健康造成很大的傷害；一旦粉塵濃度達(dá)到某一閾值，一絲火星也能夠引爆粉塵，造成不可估計(jì)的后果。基于智能控制的粉塵濃度超限降塵噴霧裝置能夠有效地達(dá)到降塵要求，較為節(jié)能。

1 礦井粉塵概述

粉塵一般分為煤塵和巖塵這兩種，是煤礦生產(chǎn)中的物料在輸送、裝卸、堆放過(guò)程中所產(chǎn)生的各種礦物的細(xì)微顆粒。粉塵直徑在0.1～0.5 μm 之間的飄塵，可長(zhǎng)期漂浮在空氣中[2]。這就大大增加了工作中清理的難度，工作人員沒(méi)有有效的辦法清理這些飄塵，只能任其漂浮，或者覆蓋在機(jī)械設(shè)備的表面，還有一部分會(huì)被吸入人體。礦井中的粉塵有如下幾種危害：不僅會(huì)導(dǎo)致工作場(chǎng)所的能見(jiàn)度降低，使工作人員行動(dòng)困難，從而導(dǎo)致工作效率的下降；粉塵覆蓋在零件或者設(shè)備表面，還會(huì)加速機(jī)械磨損，縮短設(shè)備的壽命；更有甚者，引發(fā)塵肺病和爆炸事件，會(huì)造成不可估計(jì)的后果。

2 基于智能控制的粉塵濃度超限噴霧降塵裝置工作原理（見(jiàn)圖1）

基于智能控制的粉塵濃度超限噴霧降塵裝置大致由硬件部分和軟件部分兩部分構(gòu)成。這里主要介紹硬件部分的工作原理。粉塵濃度傳感器能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)礦井下的粉塵濃度，并且經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)輸入到監(jiān)控室，使監(jiān)控人員能夠?qū)崟r(shí)查看粉塵濃度數(shù)據(jù)。當(dāng)粉塵濃度達(dá)到一個(gè)限定值時(shí)，會(huì)啟動(dòng)聲光報(bào)警器，同時(shí)，電磁閥打開，進(jìn)行噴霧降塵。當(dāng)有人通過(guò)時(shí)，紅外熱釋感應(yīng)器會(huì)感應(yīng)到有人，停止噴水，等待人通過(guò)之后，檢查到無(wú)人狀態(tài)，繼續(xù)噴霧降塵。

圖1 工作原理示意圖

3 降塵設(shè)備組成

裝置的硬件主要由控制箱、粉塵濃度傳感器、紅外熱釋的光控傳感器、防爆的電磁閥以及噴霧裝置組成，控制箱采用89C52 單片機(jī)，可以滿足該裝置的資源及實(shí)時(shí)性需求[3]?？傮w方案圖如下圖2 所示。

圖2 總體方案圖

3.1 控制箱

基于智能控制的粉塵濃度超限噴霧降塵裝置的控制箱是整個(gè)裝備的核心部件，十分關(guān)鍵，相當(dāng)于電腦的CPU——中央處理器?？刂葡洳捎肧TC89C52的單片機(jī)，工作頻率為25 MHz，能夠滿足此裝置的需求。

控制箱與光控傳感器、粉塵濃度傳感器相連，連接圖如下圖3 所示。

圖3 控制箱的電路連接簡(jiǎn)圖

STC89C52RC 是STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有8 kB 字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。STC89C52 使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但是由于做了很多改進(jìn)，使得其具備了很多傳統(tǒng)的51 芯片不具有的功能。STC89C52 帶有8 kB Flash，512 B RAM，32 位I/O 口線看和門狗定時(shí)器，內(nèi)置有3 個(gè)16 位定時(shí)器或者叫計(jì)數(shù)器，有4 個(gè)外部中斷，一個(gè)7 向量4 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)全雙工串行口。另外STC89C52 可降至0 Hz，可進(jìn)行靜態(tài)邏輯操作，而且可選擇是否支持節(jié)電模式。在空閑模式下，CPU 會(huì)停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。

內(nèi)置程序編寫的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)流程如圖4 所示。

3.2 粉塵濃度傳感器

粉塵濃度檢測(cè)需要用到粉塵濃度傳感器，粉塵濃度傳感器能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)顯示煤礦井下的粉塵濃度，同時(shí)輸出與煤礦監(jiān)控系統(tǒng)相適應(yīng)的頻率信號(hào)和電流信號(hào)。先預(yù)置一個(gè)粉塵濃度閾值，一旦監(jiān)測(cè)到實(shí)際粉塵濃度超出這個(gè)值，就放出警告，自動(dòng)或者手動(dòng)進(jìn)行噴霧降塵。而濃度傳感器中最重要的就是一個(gè)光敏電阻，通過(guò)外界光線的強(qiáng)弱改變電阻大小，從而使相關(guān)儀器進(jìn)行工作。

3.3 防爆的電磁閥

防爆電磁閥其線圈外殼不但具有承受氣體爆炸壓力的隔爆作用，而且對(duì)氣體爆炸能量傳遞具有阻滯作用，安全性能更高。適用于傳輸易燃易爆介質(zhì)或?qū)Ｓ糜诒ㄐ晕ｋU(xiǎn)場(chǎng)所,特別適用于煤礦井下工作。防爆電磁閥不僅工作壽命更長(zhǎng)，而且有分期工作制：長(zhǎng)期、反復(fù)短時(shí)、短時(shí)，種類豐富，方便選購(gòu)。

圖4 系統(tǒng)流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

基于智能控制的粉塵濃度超限噴霧降塵裝置不僅能夠?qū)崿F(xiàn)礦井濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，還能夠根據(jù)粉塵濃度分析是否需要進(jìn)行噴霧降塵或者進(jìn)行報(bào)警處理，能夠減少水資源的浪費(fèi)，而且加入了紅外傳感，有工作人員在的地方不進(jìn)行噴水處理，等人離開這個(gè)區(qū)域再進(jìn)行噴水處理，也更加人性化。