基于PLC控制的智能卷帘喷雾装置研究

张 朋 薛 锋

（大同煤矿集团四老沟矿，山西 大同 037000）

1 回风巷基本情况

四老沟矿C3-5#层8101工作面位于南羊路回风立井东南部1120m处，地表冲沟发育，盖山厚度536～574m，平均为555m。

8101工作面走向长度850m，倾向长度200m，煤层厚度为9.6～20.5m，平均煤层厚度13.5m，煤层倾角为5°，采高为3.5m，放煤厚度10m，采放比约为1:2.86。可采储量8024294t。煤层中含夹矸4～16层夹矸，夹矸总厚度在0.68～6.86m之间，平均2.15m，单层厚度在0.10～2.90m之间变化。夹矸岩性为：灰褐色高岭岩、灰白色高岭质泥岩、灰黑色炭质泥岩、灰色砂质泥岩、泥岩、局部夹有深灰色粉砂岩。

巷道断面为矩形，宽×高=5.5m×3.5m。巷道顶板采用锚杆、锚索结合W型钢带、菱形金属网联合支护。两帮采用锚杆结合W型钢带、菱形金属网联合支护。巷道内管线设备布置采取回风顺槽兼作材料、设备的运输巷。

在采煤帮吊挂各种监测监控线，全巷布置。一趟660V及各种监测监控线吊挂在巷帮上。本安电源：型号KDW660/24BJ，数量为4台，为监控分站和瓦斯等各类传感器提供电源。

在非采煤帮吊挂Φ50mm排水管、Φ76mm供水管、Φ108mm排水管、Φ108mm风管、Φ108mm注浆管、Φ159mm注氮管及DN600抽排瓦斯管各一趟。喷雾降尘水源可通过Φ76mm供水管提供。回风巷道每100m设一个三通阀门。

2 智能卷帘装置布置

该装置布置在回风巷并距工作面切巷200m处，往外每300m布置一套，并靠近三通阀，方便为喷雾管供水。

电控箱：为电机及传感器供电，接收传感器信号并控制电机及电磁阀。电控箱布置在喷雾管上风侧，减少水雾淋湿电控箱。

喷雾水管：材质为钢管，长为4.8m，每200mm安一个喷雾嘴，距顶板200mm，巷道居中布置，电磁阀安装在三通阀出口处，电压为24V。

卷轴及卷帘：卷轴长度4.8m，直径60mm，端部与电机轴相连，并安装限位开关。电机额定电压为660V。卷帘缠绕在卷帘上，宽度4.5m，长度为3m，有效防尘长度为2.8m，升降速度0.5m/s。卷轴及卷帘安装在喷雾水管上风侧，距水管1m，距顶板22mm。

粉尘浓度传感器：安装在水管上风侧，距喷雾水管2m，距顶板500mm，供电电压为24V。通过预置粉尘浓度警告点的值，当测量的粉尘浓度达到该值时，输出一个警告信号，并将警报信号送入PLC数字量输入端，通过PLC控制程序输出信号，驱动继电器动作，从而控制电机及电磁阀动作，完成下降卷帘和喷雾洒水的动作。下表为国家职业卫生标准对粉尘浓度的规定，警报值可参照该表格设定，也可根据实际情况修改。

表1 国家职业卫生标准对粉尘浓度的的规定

人体红外感应模块：工作电压范围: DC4.5V-24V，采用本安电源。具有感应封锁时间(默认设置：10s)，感应模块在每一次感应输出后，可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。布置在喷雾卷帘装置前后10m范围，布置示意图如下。

图1 智能卷帘喷雾装置布置示意图

3 设计原理

3.1 原理分析

原理图如下图2，分为主电路和控制电路，主电源采用AC660V，为电机提供动力电，同时通过变压器变换为AC220V交流电，为PLC和本安模块提供电源。本安电源为红外感应模块、粉尘监测传感器、电磁阀以及继电器提供电源。PLC是该装置的控制中心，接收红外感应模块、粉尘传感器的信号，并发出动作信号控制电磁阀和接触器线圈，从而控制喷雾及卷帘电机。当卷帘升到最高时，上限限位开关动作，信号送入PLC，PLC发出动作信号断开接触器使电机停转；当卷帘下降到下限时，下限限位开关动作，信号送入PLC，PLC发出动作信号断开接触器使电机停转。

图2 智能卷帘装置原理图

3.2 PLC控制程序的实现

PLC采用三菱FX系列PLC，装置包括6路数字量输入信号，分别为红外传感器信号、粉尘上下限信号、上下限限位开关信号。3路数字量输出信号，分别控制电机正反转及电磁阀通断。

4 效果验证

综采工作面检修过程中，煤量少，煤尘浓度低，卷帘装置处于卷起状态，电磁阀处于关闭状态。生产时煤量增加，煤尘浓度升高，当粉尘浓度超过最高允许浓度值时，粉尘浓度传感器发出警报，卷帘电机正转至下限开关动作，同时电磁阀打开，喷雾水管开始喷水降尘；当行人通过喷雾区域时，距离红外传感器8m左右时传感器动作，卷帘电机开始反转升起至上限开关动作，同时电磁阀关闭。当人员通过1min后，卷帘装置自动放下，电磁阀自动打开，水管继续喷水降尘。当粉尘浓度恢复正常值后，卷帘电机反转升起至上限开关动作，并关闭电磁阀，喷雾水管停止喷水。

5 结语

该装置采用PLC控制，接收与输出信号准确可靠，红外传感器、粉尘浓度传感器、电磁阀及限位开关信号动作准确可靠，整个工作过程的实时性、准确性以及可靠性均能满足现场需求并可实现智能化自动喷雾降尘，有效地降低巷道煤尘。