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煤炭工程 2 0 1 3年第 7期 do i 1 0．1 1 7 9 9 ／c e 2 01 3 0 7 0 0 6 一 种 基于 P L C的高压 喷雾 降尘控制 系统 的设计 刘 银，余 楠 ，曹国宏，李镀锋，刘 成 中国地质大学 武汉 机电学院，湖北 武汉4 3 0 0 7 4 摘要 为 了有效降低工厂作业环境 中的粉尘浓度 ，提 出了一种新的喷雾降尘控制系统的设 计方案。该方案综合运用单片机和 P L C进行喷 雾控制 ，系统硬件 由单片机粉 尘浓度检测和人体 红外检测子 系统、P L C控制 系统组成。文章分析研究 了控制 系统硬件部分和上位机监控界面的设 计思路 ，并进行 了P L C主控部分的设计。 关键词 降尘系统；高压喷 雾；P L C 中图分类号 T D 4 4 4 文献标识码 B 文章编号1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 3 0 7 - 0 0 1 4 3 随着现代工业技术的迅速发展 ，在采矿、物料运输、 粉末冶金、粮食加工、燃煤发电、化工等生产活动中，很 容易产生超量粉尘。这些粉尘会使工作环境恶化 ，严重危 害工作人员的身体健康、降低机器的使用寿命。工作环境 中煤 的粉尘 达一 定的浓 度时 ，还 具有 燃烧 爆炸性 ，会造 成 直接的人员伤亡和经济损失 ，影响安全生产，同时大量粉 尘排向大气会造成环境污染。因此，设计一种能够适应恶 劣的工业环境的喷雾降尘系统来改善作业环境显得十分必 要 。 l 系统的组成及工作原理 考虑到降尘系统的工作环境 比较恶劣，而喷雾降尘主 要是通过控制相应的电磁阀或电动球阀的开启与关闭来控 制喷嘴喷雾，因此本文提出一种采用 P L C作为控制核心， 同时能够实现手动控制喷雾、周期性循环喷雾和粉尘浓度 检测自动控制喷雾三种喷雾控制方式的高压喷雾降尘设计 方案。 1 ． 1 系统 组成 系统主要由喷雾控制按钮盒、单片机粉尘浓度检测和 人体红外检测系统、P L C控制系统、喷雾系统组成。喷雾 控制系统组成图如图 1 所示。 1 ． 2 系统的 工作 原理 该喷雾降尘系统主要是通过 P L C主控系统接收按钮盒 输入的开关量信号、单片机粉尘浓度检测系统输入的喷雾 电平信号和人体红外检测信号，由 P L C内部控制程序选择 一 种喷雾方式进行输出控制喷雾降尘。单片机检测处理后 的粉尘浓度上传至上位机进行实时监测 ，在需要喷雾时可 由上位机向P L C发送喷雾控制指令。按钮盒提供手动控制 和定时喷雾控制的开关 。系统共有三种工作方式 手动控 1 4 粉尘浓度在线监测及控制 单片机粉 l I制 卜 叫 } 尘检测和 l I l l 蛛 1 人 体 红 外 r ] 糸 l I 阀 l 检测系统 J J统 l 一 喷 嘴 制喷雾、定时喷雾、粉尘浓度检测 自动控制喷雾。每次工 作中只能采用一种工作方式 ，即三种工作方式能够实现互 锁功能。三种工作方式都是通过控制 P L C输出继电器的通 断，从而控制相应的电动球阀开启与关闭，电动球阀开启 时 ，相应的水路开通 ，开始喷雾。在采用定时喷雾时各组 电动球阀周期性的开启与关闭，从而控制各组喷雾点实现 定时喷雾。当采用粉尘浓度检测控制喷雾时，各组喷雾点 超过相应的粉尘浓度设定时，开启相应的电动球阀，实现 喷雾，随着喷雾的进行，环境 中的粉尘浓度逐渐降低，在 粉尘浓度降到喷雾设定值以下时，关闭相应的电动球 阀， 水路关闭，喷雾停止。 2系统的硬件设计 2 ． 1 P L C控 制 系统 该系统选用欧姆龙 C P M1 A一3 0 C D RD V1 型 P L C作 为控 制 核心。C P M1 A是 3 0点 C P U单 元，电源 电压 为 D C 2 4 V，1 8点输入，1 2点继电器输出，并且可以连接 3个 2 0点的扩展器。 在粉尘浓度较大时可以采用手动控制，所有组的喷雾 点由一个总的开关控制，各分组喷雾点 由相应的开关控制 ， 各组喷雾点不相互影响。周期性循环喷雾方式可在工作环 收稿 日期 2 0 1 3 0 21 2 作者简介刘银 1 9 6 5一 ，男 ，湖北武汉人，副教授，硕士，现从事岩土工程钻掘机械 自动化以及故障诊断等方面 研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 7期 煤炭工程 境中的粉尘浓度不大时使用，可以节约用水量 ，每个喷雾 周期的喷雾时间为 3 m i n ，停喷 2 m i n 。在采用粉尘浓度 自动 控制喷雾时可以通过按钮选择粉尘检测控制喷雾方式 ，P L C 接收来 自粉尘浓度检测系统输人的控制信号，在某一组喷 雾点 的粉 尘浓度超过相应 的设定 值时 向 P L C控制 系统输 入 高电平 ，在粉尘浓度低于设定值时停止喷雾。 2 ． 1 ． 1 P L C控制系统外围接线 图 P L C外同接线 图如 图 2所示 。 手动 方式选 择开关 ／ _ { ] YV1 0 0 0 0 0 O l 0 0 0 手动控制肩动 关 ／ 0 0 0 0 1 O 1 0 O 1 n Y V 2 l 号位置阀控丌关 ／ n Y V 3 0 0 0 0 2 0 1 0 0 2 _ 1 J 2 号位置 控 开关 ／ _ { ] YV4 0 0 0 0 3 0 1 0 0 3 3 号位置 f}I{ J 控 J F 关 ／ n YV5 0 0 0 0 4 O 1 00 4 4 9位置阀控J r 关 ／ _ { ] Y V 6 0 0 0 0 5 0 1 0 0 5 定时喷雾控制方式丌关 ／ _ { ] Y V 7 定时喷雾启动按钮 Ⅱ ， ，B1 -- 0 0 0 0 6 0 1 0 0 6 YV8 计数器复位按钮 0 0 0 0 7 0 1 0 0 7 n YV9 0 0 0 0 8 01 l O O _ _ U 粉尘浓度检测控制方式选择井关 0 0 0 0 9 O 1 1 O 1 _ { ] Y V l 0 l 号位置粉 浓度控制信号 ／ nY V 1 l 0 00 1 0 O1 1 O 2 2 9位置粉 浓度控制信号／ 各位置 0 0 0 1 1 电动球阀 3 号位置粉 浓度控制信号／ O 01 O 0 4 号位置粉尘浓度控制信号／ 0 0 1 0 1 C0M 2 4v C0M 输入 输出 部分 部分 图 2 P L C控制 系统外 围接线 图 2 ． 1 ． 2 P L C输 入输出点的分配 喷雾控制系统 P L C输入／ 输出点分配见表 1 。 2 ． 1 ． 3 P L C控制梯形图的设计 采用跳转指令 J MP和 J ME把三种喷雾方式分开，当控 制相应的喷雾方式的开关闭合 ，执行相应 的方式 的喷雾。 当控制相应的喷雾方式的开关断开时，控制相应的触点断 开。发生跳转时，J MP和 J M E之间的程序不执行，且不占 用扫描时间。发生跳转时所有继电器、定时器、计数器均 保持跳转前的状态不变，故在更换喷雾方式时要先关闭相 应的喷雾方式的开关。每种喷雾方式通过内部辅助继电器 来控制每个输出点。周期性控制是通过计数器和定时器的 配合使用来实现的。 2 ． 1 ． 4 P L C控制系统技术特点 1 采用 P L C作为控制系统的核心，顺应了现代工业控 制发展的趋势。 2 系统的控制功能强，可靠性高，搞干扰能力强 ，适 用于恶劣的工业环境。 3 控制系统体积小，控制简单，易于操作。对系统的 功能进行完善时，只需要修改相应的程序，不需要考虑硬 件 电路 ，省 时省力 。 4 在增加喷雾点时，只需要扩展 P L C的 UO口即可 ， 使用非常方便。 表 1 P L C输入／ 输 出点分配 2 ． 2 粉 尘浓度 检 测和 红外检 测 系统 2 ． 2 ． 1 粉尘浓度检测 粉尘浓度检测系统选用矿用 G C G 1 0 0 0型粉尘浓度传感 器。G C G 1 0 0 0型粉尘浓度传感器采用光散射原理直接测量 总粉尘浓度，测定数据就地显示 ，同时输出监测系统相适 应的频率、电流信号 二种信号任选一种 ，供监测系统 处理。 G C G 1 0 0 0粉尘浓度传感器参数为测量粉尘浓度的范 围为0 ． 1 ～1 0 0 0 mm ；测量误差为 1 5 ％；输 出信号为 2 o 0～l 0 H z 、1 ～5 m A；采样流量为 2 L ／ ra i n ；电源为 1 2～ 1 8 V D C ；外形 尺寸 为 3 0 o m m2 5 0 m m X 3 0 0 mm；重 量为 7k g。 粉尘传感器对作业环境中的粉尘浓度检测 ，粉尘浓度 传感器输出的电流信号经过电阻式 L ／ V转换电路 如图 3所 示 转换成电压信号，进行 A ／ D转换后输入 S T C 8 9 C 5 2单片 机，采样 8次后取平均值与系统设定的粉尘上限浓度值进 行 比较 。 图3 I ／ V转换电路 输入电流在电阻 上产生输入电压，然后进行放大， 该电路的放大倍数。 1 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 3年 第 7期 当检测浓度超过系统设定的上限浓度值时，向 P L C输 出高电平信号。单片机与 P L C之间的信号传输采用光电隔 离方式如 图 4所示 。 NOT 图 4单片机输 出光电隔离电路 2 ． 2 ． 2人体红外检测 人体红外检测采用矿用热释电红外传感器 Z P一1 2 R 。 Z P一1 2 R的技术参数工作 电压为 1 2 V D C；工作 电流 ≤ 2 0 m A；感知距离≤8 m；输 出信号为有人体信号时输出≥ 6 ． 0 V的高电平 无人体信号时输出≤0 ． 5 V的低电平 。 Z P一1 2 R有三个接线端电源供电端、接地端 、信号 输出端，输出为电压信号，由于其输 出的电压信号高于 5 V，因此需要进行处理，然后与单片机的外部 中断 0口连 接。Z P一1 2 R输出端信号处理 电路如图5所示。当喷雾系 统正在喷雾降尘时，红外探测器探测到有人经过时，传感 器及时感知并输出信号给单片机则向 P L C控制器发出暂停 信号，停止喷雾，等人离开后延时一定时间继续喷雾。 图 5 Z P一 1 2 R输 出端信号处理 电路 3上位机监测控制界面设计思路 粉尘浓度在线监测控制界面使用 MC G S嵌入版组态软 件进行设计。 MC G S 为用户提供 了解决实际工程问题的完 、 、 整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史 数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势 曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。 粉尘浓度传感器检测到的粉尘浓度信号经过处理后经 单片机上传至上位机监控界面进行实时显示。粉尘浓度超 过设定值时，相应的指示红灯亮，提示进行喷雾控制。由 工作人员向P L C控制系统发出控制指令控制相应喷雾点进 行喷雾 。 上位机与单片机和 P L C的通信采用串口进行通信，由 于有些 P c机只提供 R S一2 3 2接 口的串行通信，因此使用 R S 2 3 2转 R S 4 8 5转换器，上位机可挂接多个控制设备，构 成分布式网络控制系统，还提高了信号的传输距离。 4结语 该喷雾控制系统的方案提供多种控制方式，能够适应 多场合的喷雾控制要求，可根据实际的作业要求选择合适 的喷雾控制方式。与传统的纯单片机控制的喷雾系统相比， 本系统综合运用单片机与 P L C控制 ，用单片机进行作业环 境粉尘浓度的检测及控制信号的输出，以 P L C作为主控制 核心，控制系统简单，提高了系统可靠性。采用 P L C作为 控制主机的喷雾控制系统 ，其控制程序可变，系统设计、 调试和维修方便，并且能够适应恶劣的工业环境。 参考文献 [ 1 ] 滕少朋 ，王恒 ，钟建宇．采掘工作面皮带运输机喷雾降尘 自动控 制技术研究 [ J ] ． 山东煤 炭科技 ，2 0 1 1 ， 5 8 9～ 9 0． [ 2 ] 马胜利，李高峰．基于单片机的自动喷雾降尘系统的设计 [ J ] ．煤矿机械 ，2 0 0 9， 5 1 9 4～1 9 5 ． [ 3 ] 王绪友， 付伟．煤矿粉尘在线监测及联动喷雾降尘系统的 设计 [ J ] ．工矿 自动化 ，2 0 1 0， 6 1 0 9～1 1 1 ． [ 4 ] 刘纪坤 ，王翠霞 ，高忠国．胶带机转载点煤尘 自动监测与喷 雾降尘系统设计[ J ] ．煤炭工程 ，2 0 1 1 ， 2 1 0～1 2 ． [ 5 ] 刘银，廖志鑫，贺良茂．基于单片机的粉尘检测系统的设 计 [ J ] ．煤矿机械 ，2 0 1 1 ， 7 2 4 0～2 4 2 ． 责任编辑赵巧芝 上接 第 1 3页 停车时间。上运带式输送机的制动装置主要用于防逆转， [ 2 ] 为安全制动装置，一般制动力很大，应禁止在满载全速时 上闸。如需要控制停车时间，可单独再设置一套工作制动 l 3 J 装置。下运带式输送机的制动装置主要用于防止超速和控 制停车时间，下运带式输送机的制动装置一般在全速甚至 J 超速时上闸，为了减少对输送机的冲击，所选制动装置应 能实现可控软制动。 参考文献 [ 6 ] [ 1 ] G B 5 0 4 3 1 2 0 0 8，带式输送机工程设计规范 [ s ] ． 1 6 ， 机械工业部北 京起重运 输机械 研究所 ．D TⅡ A 型带 式输 送机设计手册 [ M] ．北京冶金工业出版社， 2 0 o 3 ． 梁庚 黄．运输机械手册 第一册 [ M] ．北京 化 学工业 出 版社 ，1 9 8 3 ． 李惠玲．带式输送机制动系统的选择[ J ] ．煤炭工程， 2 0 0 6 ， 4 ． 范同勋．下运带式输送机制动方案的选择 [ J ] ．煤矿机电， 2 0 0 4 ， 4 ． 马苏跃．我国煤矿辅助运输面临的形势与建议 [ J ] ．煤炭 科学技术 ，2 0 o 2 ，3 0 1 1 ，5 7～ 5 9 ． 责任编辑赵巧芝 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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