基于PLC控制的智能卷簾噴霧裝置研究

張 朋 薛 鋒

（大同煤礦集團四老溝礦，山西 大同 037000）

1 回風巷基本情況

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

8101工作面走向長度850m，傾向長度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。可采儲量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、灰白色高嶺質泥巖、灰黑色炭質泥巖、灰色砂質泥巖、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、錨索結合W型鋼帶、菱形金屬網聯合支護。兩幫采用錨桿結合W型鋼帶、菱形金屬網聯合支護。巷道內管線設備布置采取回風順槽兼作材料、設備的運輸巷。

在采煤幫吊掛各種監測監控線，全巷布置。一趟660V及各種監測監控線吊掛在巷幫上。本安電源：型號KDW660/24BJ，數量為4臺，為監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。回風巷道每100m設一個三通閥門。

2 智能卷簾裝置布置

該裝置布置在回風巷并距工作面切巷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：為電機及傳感器供電，接收傳感器信號并控制電機及電磁閥。電控箱布置在噴霧管上風側，減少水霧淋濕電控箱。

噴霧水管：材質為鋼管，長為4.8m，每200mm安一個噴霧嘴，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：卷軸長度4.8m，直徑60mm，端部與電機軸相連，并安裝限位開關。電機額定電壓為660V。卷簾纏繞在卷簾上，寬度4.5m，長度為3m，有效防塵長度為2.8m，升降速度0.5m/s。卷軸及卷簾安裝在噴霧水管上風側，距水管1m，距頂板22mm。

粉塵濃度傳感器：安裝在水管上風側，距噴霧水管2m，距頂板500mm，供電電壓為24V。通過預置粉塵濃度警告點的值，當測量的粉塵濃度達到該值時，輸出一個警告信號，并將警報信號送入PLC數字量輸入端，通過PLC控制程序輸出信號，驅動繼電器動作，從而控制電機及電磁閥動作，完成下降卷簾和噴霧灑水的動作。下表為國家職業衛生標準對粉塵濃度的規定，警報值可參照該表格設定，也可根據實際情況修改。

表1 國家職業衛生標準對粉塵濃度的的規定

人體紅外感應模塊：工作電壓范圍: DC4.5V-24V，采用本安電源。具有感應封鎖時間(默認設置：10s)，感應模塊在每一次感應輸出后，可以緊跟著設置一個封鎖時間段，在此時間段內感應器不接受任何感應信號。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 設計原理

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，為電機提供動力電，同時通過變壓器變換為AC220V交流電，為PLC和本安模塊提供電源。本安電源為紅外感應模塊、粉塵監測傳感器、電磁閥以及繼電器提供電源。PLC是該裝置的控制中心，接收紅外感應模塊、粉塵傳感器的信號，并發出動作信號控制電磁閥和接觸器線圈，從而控制噴霧及卷簾電機。當卷簾升到最高時，上限限位開關動作，信號送入PLC，PLC發出動作信號斷開接觸器使電機停轉；當卷簾下降到下限時，下限限位開關動作，信號送入PLC，PLC發出動作信號斷開接觸器使電機停轉。

圖2 智能卷簾裝置原理圖

3.2 PLC控制程序的實現

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

4 效果驗證

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，電磁閥處于關閉狀態。生產時煤量增加，煤塵濃度升高，當粉塵濃度超過最高允許濃度值時，粉塵濃度傳感器發出警報，卷簾電機正轉至下限開關動作，同時電磁閥打開，噴霧水管開始噴水降塵；當行人通過噴霧區域時，距離紅外傳感器8m左右時傳感器動作，卷簾電機開始反轉升起至上限開關動作，同時電磁閥關閉。當人員通過1min后，卷簾裝置自動放下，電磁閥自動打開，水管繼續噴水降塵。當粉塵濃度恢復正常值后，卷簾電機反轉升起至上限開關動作，并關閉電磁閥，噴霧水管停止噴水。

5 結語

該裝置采用PLC控制，接收與輸出信號準確可靠，紅外傳感器、粉塵濃度傳感器、電磁閥及限位開關信號動作準確可靠，整個工作過程的實時性、準確性以及可靠性均能滿足現場需求并可實現智能化自動噴霧降塵，有效地降低巷道煤塵。