基于PLC的煤矿降尘监控系统的设计

摘 要：为了实现煤矿井下煤尘的实时监测，达到自动降尘的要求。应用西门子S7-300型PLC对矿井的煤尘进行降尘自动控制，并能与上位机进行通讯，实现远程监控、无人值守，提高了矿井生产的安全性和自动化程度，减低了运行成本，具有较好的经济效益和实用价值。

关键词：降尘；可编程控制器PLC；自动控制

中图分类号：TD76 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 12-0000-01

在井下煤矿生产过程中，采煤、掘进、放煤、运输、转载等环节都会产生大量的粉尘。并且随着煤矿开采强度和机械化水平的不断提高，粉尘量越来越大。一方面粉尘污染严重危害工人的身体健康；另一方面粉尘浓度过高使机械磨损，甚至会有潜伏爆炸的危险。因此，煤矿降尘自动控制系统是煤矿建设和生产中不可缺少的，这对保证矿井安全生产起着非常重要的作用。

目前，煤矿降尘检测主要采用人工检测和自动检测两种方法，人工检测完全依赖于工人的对降尘设备进行开停或者[1]，自动检测监控系统存在可靠性低和报警信号不明显等缺点。本文设计了一种煤尘实时检测控制系统。该系统具有以下特点：煤尘浓度实时在线检测与显示，降尘设备自动启动与停止；喷洒水雾时提前对正在操作面的工人提前预警，避免喷洒到身上；自动控制喷洒的水量与矿井监控系统联网；实现煤尘浓度的控制，实现远程监控、无人化值守，大大提高矿井生产的安全性和自动化程度，降低煤矿安全事故。

一、降尘监控系统的设计

降尘系统主要有高压水泵，电动机，启动设备，仪表，管路及其管路附件组成。系统采用降尘效率高的高压喷雾方法，主要是由于雾粒速度快，雾粒粒径小[2]。降尘效果特别明显。

图1 PLC降尘监控系统

降尘监控系统如图1，主要传感器，防爆电动闸阀，防爆闸阀控制箱，喷雾泵，现场监控站（从站），井下监控主站（防爆PLC箱），地面监控中心等。粉尘浓度传感器测量综采面、运输巷道和回风巷道的粉尘浓度，送给检测系统处理。如果浓度超过设定值，经过PLC的中央处理器模块处理后，发出指令信号，开启高压喷雾并报警。采用热释电红外传感器感知是否有人员经过。

从井下PLC到地面控制中心，系统采用了以太网与光线传输技术实现监控终端之间的通信，电信号与光信号的相互转化通过以太网-光线收发器实现，不仅能增加抗干扰性能，而且大大提高了数据信号传输速率。本系统设置了两台工业计算机，两台计算机采用冗余技术，互为备用，以防数据意外丢失。监控系统所有的功能可在上位机完成操作。主站采用西门子S7-300 PLC来控制。主站和远程控制站之间采用西门子Profibus总线通信，既可提高系统的可靠性，又可减少系统布线，方便维护。

（1）地面监控中心。地面监控中心可以对井下降尘装置进行集中监控，通过丰富的监控画面监控井下煤尘检测设备和降尘设备的运行状况、控制降尘设备的启停、参数设置和井下降尘控制系统数据库的存储和管理等；（2）井下监控主站。井下监控主站是整个系统的控制核心，它由可编程控制器，中间继电器，本安电源和隔离模块等组成防爆PLC箱。主要完成对信号的接受、变换、放大，并由PLC判断发出各种控制信号。监测系统的运行工况实现矿井降尘的自动控制。主站负责设置工作方式。管理各个分站的运行；主站配置液晶显示屏，能清晰明确地显示水泵电控系统各设备运行状况、工艺流程、系统参数，并具有汉字显示功能。PLC控制箱具备工业以太网接口模式，可通过以太网模块接入工业以太网，实现煤尘自动降尘自动控制系统和全矿井的监控系统信息共享[3]；（3）现场控制站（PLC从站）。负责井下每个区域检测信息，主要包括粉尘浓度的检测，水箱的水位和压力，喷雾泵的喷雾流量；喷雾泵的电动机电流、电压和轴间温度，喷洒水雾时有无人员等。

二、上位机监控软件设计

系统采用国际上著名Wonderware公司的组态软件Intouch进行上位机监控系统开发应用。它具有世界领先的HMI（人机接口界面）和面向对象的图像开发环境，便于高效、快捷地配置用户的应用程序组态软件。Intouch程序设计首先根据PLC点表建立标记名字典，然后设置通信参数以及建立InSQL数据库等。PLC系统同上位机组态软件之间是通过OPC服务器实现通讯[4]。上位机监控主要有主监控界面，运行数据，通信网络和参数设置等界面组成。在地面监控中心用户需要登录后才可以进行系统操作，主监控界面可以实时显示各个设备的运行状态，当发生故障时实时报警，保证了系统运行的可靠性；运行数据界面对高压水泵的流量以及运行状态等进行监控，还可对报警事件和操作事件查询等；参数设置功能主要是对系统设备参数以及运行参数的设置，满足现场不同的需求。

三、结束语

以西门子S7-300 PLC为核心的煤矿降尘自动控制系统。通过合理设计，实现根据煤尘的浓度变化，系统自动启动喷雾泵进行降尘。减少工人的劳动强度，提高井下降尘系统的可靠性。该系统采用西门子S7-300 PLC，性能稳定，故障率低，并具有完善的故障诊断和保护功能。该系统的使用将提高煤矿生产的自动化水平，对煤矿安全生产具有重要的经济效益和实用价值。

参考文献：

[1]李东晓.煤矿粉尘监测技术探讨[J].工矿自动化，2011（04）：54-55.

[2]马胜利，李高峰.综采工作面高压自动喷雾降尘技术研究[J].矿山机械，2009.

[3]王新环，周飞，张宏伟.一种煤矿井下中央水泵房的自动控制系统[J].煤矿机电，2012（03）：88-92.

[4]刘金宁，孟晨，杨锁昌.基于LabVIEW实现对OPC服务器的访问[J].计算机工程与设计，2005（10）.

[作者简介]朱建斌（1966-），男，安徽灵泉人，本科，皖北集团恒源煤矿副总工程师，研究方向：矿井机电设备。