基于PLC的煤礦降塵監控系統的設計

摘 要：為了實現煤礦井下煤塵的實時監測，達到自動降塵的要求。應用西門子S7-300型PLC對礦井的煤塵進行降塵自動控制，并能與上位機進行通訊，實現遠程監控、無人值守，提高了礦井生產的安全性和自動化程度，減低了運行成本，具有較好的經濟效益和實用價值。

關鍵詞：降塵；可編程控制器PLC；自動控制

中圖分類號：TD76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 12-0000-01

在井下煤礦生產過程中，采煤、掘進、放煤、運輸、轉載等環節都會產生大量的粉塵。并且隨著煤礦開采強度和機械化水平的不斷提高，粉塵量越來越大。一方面粉塵污染嚴重危害工人的身體健康；另一方面粉塵濃度過高使機械磨損，甚至會有潛伏爆炸的危險。因此，煤礦降塵自動控制系統是煤礦建設和生產中不可缺少的，這對保證礦井安全生產起著非常重要的作用。

目前，煤礦降塵檢測主要采用人工檢測和自動檢測兩種方法，人工檢測完全依賴于工人的對降塵設備進行開停或者[1]，自動檢測監控系統存在可靠性低和報警信號不明顯等缺點。本文設計了一種煤塵實時檢測控制系統。該系統具有以下特點：煤塵濃度實時在線檢測與顯示，降塵設備自動啟動與停止；噴灑水霧時提前對正在操作面的工人提前預警，避免噴灑到身上；自動控制噴灑的水量與礦井監控系統聯網；實現煤塵濃度的控制，實現遠程監控、無人化值守，大大提高礦井生產的安全性和自動化程度，降低煤礦安全事故。

一、降塵監控系統的設計

降塵系統主要有高壓水泵，電動機，啟動設備，儀表，管路及其管路附件組成。系統采用降塵效率高的高壓噴霧方法，主要是由于霧粒速度快，霧粒粒徑小[2]。降塵效果特別明顯。

圖1 PLC降塵監控系統

降塵監控系統如圖1，主要傳感器，防爆電動閘閥，防爆閘閥控制箱，噴霧泵，現場監控站（從站），井下監控主站（防爆PLC箱），地面監控中心等。粉塵濃度傳感器測量綜采面、運輸巷道和回風巷道的粉塵濃度，送給檢測系統處理。如果濃度超過設定值，經過PLC的中央處理器模塊處理后，發出指令信號，開啟高壓噴霧并報警。采用熱釋電紅外傳感器感知是否有人員經過。

從井下PLC到地面控制中心，系統采用了以太網與光線傳輸技術實現監控終端之間的通信，電信號與光信號的相互轉化通過以太網-光線收發器實現，不僅能增加抗干擾性能，而且大大提高了數據信號傳輸速率。本系統設置了兩臺工業計算機，兩臺計算機采用冗余技術，互為備用，以防數據意外丟失。監控系統所有的功能可在上位機完成操作。主站采用西門子S7-300 PLC來控制。主站和遠程控制站之間采用西門子Profibus總線通信，既可提高系統的可靠性，又可減少系統布線，方便維護。

（1）地面監控中心。地面監控中心可以對井下降塵裝置進行集中監控，通過豐富的監控畫面監控井下煤塵檢測設備和降塵設備的運行狀況、控制降塵設備的啟停、參數設置和井下降塵控制系統數據庫的存儲和管理等；（2）井下監控主站。井下監控主站是整個系統的控制核心，它由可編程控制器，中間繼電器，本安電源和隔離模塊等組成防爆PLC箱。主要完成對信號的接受、變換、放大，并由PLC判斷發出各種控制信號。監測系統的運行工況實現礦井降塵的自動控制。主站負責設置工作方式。管理各個分站的運行；主站配置液晶顯示屏，能清晰明確地顯示水泵電控系統各設備運行狀況、工藝流程、系統參數，并具有漢字顯示功能。PLC控制箱具備工業以太網接口模式，可通過以太網模塊接入工業以太網，實現煤塵自動降塵自動控制系統和全礦井的監控系統信息共享[3]；（3）現場控制站（PLC從站）。負責井下每個區域檢測信息，主要包括粉塵濃度的檢測，水箱的水位和壓力，噴霧泵的噴霧流量；噴霧泵的電動機電流、電壓和軸間溫度，噴灑水霧時有無人員等。

二、上位機監控軟件設計

系統采用國際上著名Wonderware公司的組態軟件Intouch進行上位機監控系統開發應用。它具有世界領先的HMI（人機接口界面）和面向對象的圖像開發環境，便于高效、快捷地配置用戶的應用程序組態軟件。Intouch程序設計首先根據PLC點表建立標記名字典，然后設置通信參數以及建立InSQL數據庫等。PLC系統同上位機組態軟件之間是通過OPC服務器實現通訊[4]。上位機監控主要有主監控界面，運行數據，通信網絡和參數設置等界面組成。在地面監控中心用戶需要登錄后才可以進行系統操作，主監控界面可以實時顯示各個設備的運行狀態，當發生故障時實時報警，保證了系統運行的可靠性；運行數據界面對高壓水泵的流量以及運行狀態等進行監控，還可對報警事件和操作事件查詢等；參數設置功能主要是對系統設備參數以及運行參數的設置，滿足現場不同的需求。

三、結束語

以西門子S7-300 PLC為核心的煤礦降塵自動控制系統。通過合理設計，實現根據煤塵的濃度變化，系統自動啟動噴霧泵進行降塵。減少工人的勞動強度，提高井下降塵系統的可靠性。該系統采用西門子S7-300 PLC，性能穩定，故障率低，并具有完善的故障診斷和保護功能。該系統的使用將提高煤礦生產的自動化水平，對煤礦安全生產具有重要的經濟效益和實用價值。

參考文獻：

[1]李東曉.煤礦粉塵監測技術探討[J].工礦自動化，2011（04）：54-55.

[2]馬勝利，李高峰.綜采工作面高壓自動噴霧降塵技術研究[J].礦山機械，2009.

[3]王新環，周飛，張宏偉.一種煤礦井下中央水泵房的自動控制系統[J].煤礦機電，2012（03）：88-92.

[4]劉金寧，孟晨，楊鎖昌.基于LabVIEW實現對OPC服務器的訪問[J].計算機工程與設計，2005（10）.

[作者簡介]朱建斌（1966-），男，安徽靈泉人，本科，皖北集團恒源煤礦副總工程師，研究方向：礦井機電設備。