基于PLC技术的掘进巷道除尘装置设计

戚克才

摘要： 除尘装置在矿井掘进巷道施工过程中必不可少。该系统可靠与否，对于矿井的安全、矿井其他设备的正常使用以及井下工人的身心健康都起到了至关重要的作用。基于PLC在掘进巷道设计的自动控制除尘装置，具有较高的除尘效率，粉尘控制效果良好。

Abstract： The dust removal device is indispensable in the construction of mine driving roadway. Whether the system is reliable or not has played a crucial role for the safety of the mine， the normal use of other equipment in the mine and the physical and mental health of underground workers. The automatically controlled dust removal device based on PLC has a high dust removal efficiency and good dust control effect.

关健词： 掘进除尘；除尘装置；自动控制

Key words： driving dust removal；dust removal device；automatic control

中图分类号：TD63+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）24-0144-02

0 引言

掘进施工时设备多、人员多、空间狭窄。在这样的情况下除尘能否高效，控制能否彻底，对确保矿井安全具有非常重要的意义，基于PLC设计的掘进巷道自动控制除尘装置有利于实现矿井生产的自动化，以便有效降低矿井下巷道的粉尘浓度，从而满足矿井下掘进生产的需要。

1 选型与工作方式

在选型上选用西门子S7-200可编程逻辑控制器。西门子PLC的基本工作方式是顺序执行用户程序，每一时钟周期执行一条指令。对用户程序的执行通常包括循环扫描和定时扫描两类，扫描过程分三步，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段，见图1。

①输入采样阶段。PLC在输入采样阶段用扫描方式顺序读入所有输入端子的状态，存入输入寄存器，接着转入程序执行阶段。

②程序执行阶段。PLC在程序执行阶段中顺序逐条扫描各个指令。先从输入寄存器读入所有输入端子的状态。

③輸出刷新阶段。按照各种指令落实相关工作后，将输出寄存器中所有的输出状态送到输出电路，作为PLC的实际输出。

监控操作与现场控制通过Profibus-DP总线网络实现信号连接。系统结构如图2所示。

2 运行与调试

在此PLC控制系统进行运行与调试之前，首先用 万用表检查面板上按钮、指示灯、转换开关到端子排的接线；端子排到PLC输入输出端子的接线；电源到PLC、触摸屏的接线；PLC之间以及PLC和触摸屏之间的通讯线缆制作和插接。

①确保做到以下几点：

1）所有接线牢固、无松动，无短路；所有电源正（L）接点不得与电源负（N）相导通，无断路；所有同一回路中不经过触点和用电器的线接点应导通，线号正确，标识便于理解。

2）电源正负（L和N）接线正确并无颠倒，所有电源电压应符合用电器电压允许范围。

3）传感器和用电器回路接线正确：保证回路由电源正（L）到触点或IO接口再到用电器或传感器（包括端子排预留接口）再回到电源负（N）。

4）各类传感器或用电器接线方式正确：两线制和四线制电流信号传感器、热电阻传感器，继电器线圈和触点等接线符合接线标准和电气原理。发现接线有不当或错误之处，立即纠正。

②对系统依次操作并进行以下检查：

1）测量电源输入电压在允许范围内后，系统上电。

2）测量开关电源输出电压是否正常。

3）观察PLC电源指示灯是否正常，触摸屏是否正常开机并显示。

4）按下按钮、转动转换开关、短接相应触点或端子排开关量输入预留接口，观察PLC模块的DI对应指示灯是否点亮，亮度是否正常，有无闪烁。

5）短接PLC模块DO输出接口和电源漏极或源极模拟DO输出，观察对应继电器是否吸合，吸合是否可靠。

6）将端子排模拟量输入接口接入信号源（四线制电流）或测试用传感器（两线制电流、热电阻等），用万用表测量信号是否正常，是否符合信号范围，线性变化是否正常。

③要将编写好的PLC控制程序和触摸屏及上位机组态画面用仿真软件和编写的模拟运行程序进行仿真测试。

1）PLC程序IO变量与实际PLC模块地址对应正确。

2）PLC程序各子程序功能可行且可靠，模拟能考虑到的各种现场情况并测试它们对程序运行产生的影响，修改完善子程序功能。模拟并排查程序运行一段时间可能产生的问题（如数据溢出，寻址错误，死循环等）。尽量使子程序代码健壮，重用性强，同时优化程序执行时间。

3）按照现场可能遇到的各种情况模拟测试整个控制程序的运行，包括手动单独控制、手动一键控制、自动控制等，确保程序运行可靠、稳定。

4）触摸屏和上位机组态画面建立的外部变量地址与PLC程序中的相应变量对应正确，最好将组态项目集成到PLC项目中，这样PLC的变量可以导入到组态项目中，避免重复工作，减少错误（不适用于小型触摸屏）。

5）结合PLC程序和仿真软件模拟测试组态画面中的动画效果和数值、文字显示以及各种按钮、控件的功能。测试报表、趋势、报警信息等功能是否正常。

④最后，下载程序和组态画面并调试通讯。

1）检查上位机与PLC的通讯设置是否正确，向PLC下载程序。检查PLC之间的通讯设置和PLC模块的地址拨码开关设置和DP插头上拉电阻设置，观察PLC通讯指示灯是否正常。通过上位机监控测试PLC之间通讯是否成功。

2）检查上位机与触摸屏的通讯设置是否正确，向触摸屏传输组态画面。检查触摸屏组态项目中与相应PLC的通讯设置，测试PLC与触摸屏通讯是否成功。

3）检查上位机组态项目与PLC的通讯设置，测试PLC与上位机监控画面通讯是否成功。

3 控制系统检验

在掘进巷道进行除尘时，经PLC控制系统信号检测，发现粉尘浓度超限后。首先进行喷雾，将粉尘气体与雾水充分混合，各种粒径的粉尘颗粒通过吸湿并高速碰撞后形成大颗粒的泥粒。以设定的切向速度进入旋流密度分离装置；然后在旋流密度分离装置中，高速旋转的气、水、泥三相混合气体在离心力场中根据粒径和密度分层，泥粒、大颗粒的水珠加速雾化，最终達到空气净化效果。在某矿井掘进巷道安置除尘装置后，进行了试用。从测尘结果上看，掘进巷道各地点粉尘含量均较低，控制粉尘浓度效果较好。

4 结语

PLC控制系统可使除尘自动化水平、控制性能和智能化方面都有显著提高。现场操作和维护工作量大大减少，设备故障率也大大降低。PLC控制系统有利于实现除尘装置运行的自动化和管理智能化，能监控除尘装置的运行情况和提高除尘装置的除尘效率。除尘装置应用此PLC控制系统后最重要的是减小了作业现场的粉尘浓度和节约了一定的能源。这不仅有利于延长作业设备的使用寿命，而且对于改善矿井下的工作条件和提高作业效率都具有直接影响和现实意义。

参考文献：

[1]田甜.霍尔辛赫选煤厂除尘系统改造[J].煤炭工程，2014，46（07）：24-26.

[2]奚青松.实用新型煤矿机掘工作面捕尘器系统的应用[J]. 能源技术与管理，2013，38（3）：110-111.

[3]周建.CFT除尘系统在全岩综掘开拓大巷中的应用[J].煤矿开采，2012，17（6）：46-47.

[4]卢春锋.煤矿掘进工作面除尘系统的优化[J].山东工业技术，2014，14（14）：71-72.