基于智能控制的粉尘浓度超限喷雾降尘装置

王长建

（山西马堡煤业有限公司， 山西 长治 046000）

引言

根据《煤矿安全规程》规定:“矿井必须采取综合防尘措施，并建立完善的防尘洒水管路系统”[1]。然而煤矿井下的工作环境令人忧心，粉尘密布，工作人员长期吸入很容易得尘肺病，对生命健康造成很大的伤害；一旦粉尘浓度达到某一阈值，一丝火星也能够引爆粉尘，造成不可估计的后果。基于智能控制的粉尘浓度超限降尘喷雾装置能够有效地达到降尘要求，较为节能。

1 矿井粉尘概述

粉尘一般分为煤尘和岩尘这两种，是煤矿生产中的物料在输送、装卸、堆放过程中所产生的各种矿物的细微颗粒。粉尘直径在0.1～0.5 μm 之间的飘尘，可长期漂浮在空气中[2]。这就大大增加了工作中清理的难度，工作人员没有有效的办法清理这些飘尘，只能任其漂浮，或者覆盖在机械设备的表面，还有一部分会被吸入人体。矿井中的粉尘有如下几种危害：不仅会导致工作场所的能见度降低，使工作人员行动困难，从而导致工作效率的下降；粉尘覆盖在零件或者设备表面，还会加速机械磨损，缩短设备的寿命；更有甚者，引发尘肺病和爆炸事件，会造成不可估计的后果。

2 基于智能控制的粉尘浓度超限喷雾降尘装置工作原理（见图1）

基于智能控制的粉尘浓度超限喷雾降尘装置大致由硬件部分和软件部分两部分构成。这里主要介绍硬件部分的工作原理。粉尘浓度传感器能够实时检测矿井下的粉尘浓度，并且经过网络输入到监控室，使监控人员能够实时查看粉尘浓度数据。当粉尘浓度达到一个限定值时，会启动声光报警器，同时，电磁阀打开，进行喷雾降尘。当有人通过时，红外热释感应器会感应到有人，停止喷水，等待人通过之后，检查到无人状态，继续喷雾降尘。

图1 工作原理示意图

3 降尘设备组成

装置的硬件主要由控制箱、粉尘浓度传感器、红外热释的光控传感器、防爆的电磁阀以及喷雾装置组成，控制箱采用89C52 单片机，可以满足该装置的资源及实时性需求[3]。总体方案图如下图2 所示。

图2 总体方案图

3.1 控制箱

基于智能控制的粉尘浓度超限喷雾降尘装置的控制箱是整个装备的核心部件，十分关键，相当于电脑的CPU——中央处理器。控制箱采用STC89C52的单片机，工作频率为25 MHz，能够满足此装置的需求。

控制箱与光控传感器、粉尘浓度传感器相连，连接图如下图3 所示。

图3 控制箱的电路连接简图

STC89C52RC 是STC 公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有8 kB 字节系统可编程Flash 存储器。STC89C52 使用经典的MCS-51内核，但是由于做了很多改进，使得其具备了很多传统的51 芯片不具有的功能。STC89C52 带有8 kB Flash，512 B RAM，32 位I/O 口线看和门狗定时器，内置有3 个16 位定时器或者叫计数器，有4 个外部中断，一个7 向量4 级中断结构全双工串行口。另外STC89C52 可降至0 Hz，可进行静态逻辑操作，而且可选择是否支持节电模式。在空闲模式下，CPU 会停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

内置程序编写的结构系统流程如图4 所示。

3.2 粉尘浓度传感器

粉尘浓度检测需要用到粉尘浓度传感器，粉尘浓度传感器能够长时间连续显示煤矿井下的粉尘浓度，同时输出与煤矿监控系统相适应的频率信号和电流信号。先预置一个粉尘浓度阈值，一旦监测到实际粉尘浓度超出这个值，就放出警告，自动或者手动进行喷雾降尘。而浓度传感器中最重要的就是一个光敏电阻，通过外界光线的强弱改变电阻大小，从而使相关仪器进行工作。

3.3 防爆的电磁阀

防爆电磁阀其线圈外壳不但具有承受气体爆炸压力的隔爆作用，而且对气体爆炸能量传递具有阻滞作用，安全性能更高。适用于传输易燃易爆介质或专用于爆炸性危险场所,特别适用于煤矿井下工作。防爆电磁阀不仅工作寿命更长，而且有分期工作制：长期、反复短时、短时，种类丰富，方便选购。

图4 系统流程图

4 结语

基于智能控制的粉尘浓度超限喷雾降尘装置不仅能够实现矿井浓度的实时监测，还能够根据粉尘浓度分析是否需要进行喷雾降尘或者进行报警处理，能够减少水资源的浪费，而且加入了红外传感，有工作人员在的地方不进行喷水处理，等人离开这个区域再进行喷水处理，也更加人性化。