基于PLC技術的掘進巷道除塵裝置設計

戚克才

摘要： 除塵裝置在礦井掘進巷道施工過程中必不可少。該系統可靠與否，對于礦井的安全、礦井其他設備的正常使用以及井下工人的身心健康都起到了至關重要的作用。基于PLC在掘進巷道設計的自動控制除塵裝置，具有較高的除塵效率，粉塵控制效果良好。

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.

關健詞： 掘進除塵；除塵裝置；自動控制

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

中圖分類號：TD63+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）24-0144-02

0 引言

掘進施工時設備多、人員多、空間狹窄。在這樣的情況下除塵能否高效，控制能否徹底，對確保礦井安全具有非常重要的意義，基于PLC設計的掘進巷道自動控制除塵裝置有利于實現礦井生產的自動化，以便有效降低礦井下巷道的粉塵濃度，從而滿足礦井下掘進生產的需要。

1 選型與工作方式

在選型上選用西門子S7-200可編程邏輯控制器。西門子PLC的基本工作方式是順序執行用戶程序，每一時鐘周期執行一條指令。對用戶程序的執行通常包括循環掃描和定時掃描兩類，掃描過程分三步，即輸入采樣階段、程序執行階段和輸出刷新階段，見圖1。

①輸入采樣階段。PLC在輸入采樣階段用掃描方式順序讀入所有輸入端子的狀態，存入輸入寄存器，接著轉入程序執行階段。

②程序執行階段。PLC在程序執行階段中順序逐條掃描各個指令。先從輸入寄存器讀入所有輸入端子的狀態。

③輸出刷新階段。按照各種指令落實相關工作后，將輸出寄存器中所有的輸出狀態送到輸出電路，作為PLC的實際輸出。

監控操作與現場控制通過Profibus-DP總線網絡實現信號連接。系統結構如圖2所示。

2 運行與調試

在此PLC控制系統進行運行與調試之前，首先用 萬用表檢查面板上按鈕、指示燈、轉換開關到端子排的接線；端子排到PLC輸入輸出端子的接線；電源到PLC、觸摸屏的接線；PLC之間以及PLC和觸摸屏之間的通訊線纜制作和插接。

①確保做到以下幾點：

1）所有接線牢固、無松動，無短路；所有電源正（L）接點不得與電源負（N）相導通，無斷路；所有同一回路中不經過觸點和用電器的線接點應導通，線號正確，標識便于理解。

2）電源正負（L和N）接線正確并無顛倒，所有電源電壓應符合用電器電壓允許范圍。

3）傳感器和用電器回路接線正確：保證回路由電源正（L）到觸點或IO接口再到用電器或傳感器（包括端子排預留接口）再回到電源負（N）。

4）各類傳感器或用電器接線方式正確：兩線制和四線制電流信號傳感器、熱電阻傳感器，繼電器線圈和觸點等接線符合接線標準和電氣原理。發現接線有不當或錯誤之處，立即糾正。

②對系統依次操作并進行以下檢查：

1）測量電源輸入電壓在允許范圍內后，系統上電。

2）測量開關電源輸出電壓是否正常。

3）觀察PLC電源指示燈是否正常，觸摸屏是否正常開機并顯示。

4）按下按鈕、轉動轉換開關、短接相應觸點或端子排開關量輸入預留接口，觀察PLC模塊的DI對應指示燈是否點亮，亮度是否正常，有無閃爍。

5）短接PLC模塊DO輸出接口和電源漏極或源極模擬DO輸出，觀察對應繼電器是否吸合，吸合是否可靠。

6）將端子排模擬量輸入接口接入信號源（四線制電流）或測試用傳感器（兩線制電流、熱電阻等），用萬用表測量信號是否正常，是否符合信號范圍，線性變化是否正常。

③要將編寫好的PLC控制程序和觸摸屏及上位機組態畫面用仿真軟件和編寫的模擬運行程序進行仿真測試。

1）PLC程序IO變量與實際PLC模塊地址對應正確。

2）PLC程序各子程序功能可行且可靠，模擬能考慮到的各種現場情況并測試它們對程序運行產生的影響，修改完善子程序功能。模擬并排查程序運行一段時間可能產生的問題（如數據溢出，尋址錯誤，死循環等）。盡量使子程序代碼健壯，重用性強，同時優化程序執行時間。

3）按照現場可能遇到的各種情況模擬測試整個控制程序的運行，包括手動單獨控制、手動一鍵控制、自動控制等，確保程序運行可靠、穩定。

4）觸摸屏和上位機組態畫面建立的外部變量地址與PLC程序中的相應變量對應正確，最好將組態項目集成到PLC項目中，這樣PLC的變量可以導入到組態項目中，避免重復工作，減少錯誤（不適用于小型觸摸屏）。

5）結合PLC程序和仿真軟件模擬測試組態畫面中的動畫效果和數值、文字顯示以及各種按鈕、控件的功能。測試報表、趨勢、報警信息等功能是否正常。

④最后，下載程序和組態畫面并調試通訊。

1）檢查上位機與PLC的通訊設置是否正確，向PLC下載程序。檢查PLC之間的通訊設置和PLC模塊的地址撥碼開關設置和DP插頭上拉電阻設置，觀察PLC通訊指示燈是否正常。通過上位機監控測試PLC之間通訊是否成功。

2）檢查上位機與觸摸屏的通訊設置是否正確，向觸摸屏傳輸組態畫面。檢查觸摸屏組態項目中與相應PLC的通訊設置，測試PLC與觸摸屏通訊是否成功。

3）檢查上位機組態項目與PLC的通訊設置，測試PLC與上位機監控畫面通訊是否成功。

3 控制系統檢驗

在掘進巷道進行除塵時，經PLC控制系統信號檢測，發現粉塵濃度超限后。首先進行噴霧，將粉塵氣體與霧水充分混合，各種粒徑的粉塵顆粒通過吸濕并高速碰撞后形成大顆粒的泥粒。以設定的切向速度進入旋流密度分離裝置；然后在旋流密度分離裝置中，高速旋轉的氣、水、泥三相混合氣體在離心力場中根據粒徑和密度分層，泥粒、大顆粒的水珠加速霧化，最終達到空氣凈化效果。在某礦井掘進巷道安置除塵裝置后，進行了試用。從測塵結果上看，掘進巷道各地點粉塵含量均較低，控制粉塵濃度效果較好。

4 結語

PLC控制系統可使除塵自動化水平、控制性能和智能化方面都有顯著提高。現場操作和維護工作量大大減少，設備故障率也大大降低。PLC控制系統有利于實現除塵裝置運行的自動化和管理智能化，能監控除塵裝置的運行情況和提高除塵裝置的除塵效率。除塵裝置應用此PLC控制系統后最重要的是減小了作業現場的粉塵濃度和節約了一定的能源。這不僅有利于延長作業設備的使用壽命，而且對于改善礦井下的工作條件和提高作業效率都具有直接影響和現實意義。

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