基于智能控制的粉塵濃度超限噴霧降塵裝置

王長建

（山西馬堡煤業有限公司， 山西 長治 046000）

引言

根據《煤礦安全規程》規定:“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”[1]。然而煤礦井下的工作環境令人憂心，粉塵密布，工作人員長期吸入很容易得塵肺病，對生命健康造成很大的傷害；一旦粉塵濃度達到某一閾值，一絲火星也能夠引爆粉塵，造成不可估計的后果。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到降塵要求，較為節能。

1 礦井粉塵概述

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

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實時檢測礦井下的粉塵濃度，并且經過網絡輸入到監控室，使監控人員能夠實時查看粉塵濃度數據。當粉塵濃度達到一個限定值時，會啟動聲光報警器，同時，電磁閥打開，進行噴霧降塵。當有人通過時，紅外熱釋感應器會感應到有人，停止噴水，等待人通過之后，檢查到無人狀態，繼續噴霧降塵。

圖1 工作原理示意圖

3 降塵設備組成

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，可以滿足該裝置的資源及實時性需求[3]。總體方案圖如下圖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裝備的核心部件，十分關鍵，相當于電腦的CPU——中央處理器。控制箱采用STC89C52的單片機，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圖

STC89C52RC 是STC 公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有8 kB 字節系統可編程Flash 存儲器。STC89C52 使用經典的MCS-51內核，但是由于做了很多改進，使得其具備了很多傳統的51 芯片不具有的功能。STC89C52 帶有8 kB Flash，512 B RAM，32 位I/O 口線看和門狗定時器，內置有3 個16 位定時器或者叫計數器，有4 個外部中斷，一個7 向量4 級中斷結構全雙工串行口。另外STC89C52 可降至0 Hz，可進行靜態邏輯操作，而且可選擇是否支持節電模式。在空閑模式下，CPU 會停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。

內置程序編寫的結構系統流程如圖4 所示。

3.2 粉塵濃度傳感器

粉塵濃度檢測需要用到粉塵濃度傳感器，粉塵濃度傳感器能夠長時間連續顯示煤礦井下的粉塵濃度，同時輸出與煤礦監控系統相適應的頻率信號和電流信號。先預置一個粉塵濃度閾值，一旦監測到實際粉塵濃度超出這個值，就放出警告，自動或者手動進行噴霧降塵。而濃度傳感器中最重要的就是一個光敏電阻，通過外界光線的強弱改變電阻大小，從而使相關儀器進行工作。

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或專用于爆炸性危險場所,特別適用于煤礦井下工作。防爆電磁閥不僅工作壽命更長，而且有分期工作制：長期、反復短時、短時，種類豐富，方便選購。

圖4 系統流程圖

4 結語

基于智能控制的粉塵濃度超限噴霧降塵裝置不僅能夠實現礦井濃度的實時監測，還能夠根據粉塵濃度分析是否需要進行噴霧降塵或者進行報警處理，能夠減少水資源的浪費，而且加入了紅外傳感，有工作人員在的地方不進行噴水處理，等人離開這個區域再進行噴水處理，也更加人性化。