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[摘 要]介绍了目前常用的除尘方式及特点； 结合煤矿的具体情况， 提出了一种基于PLC和超声负压雾化技术的除尘系统的设计方案， 详细介绍了该系统的总体结构、硬件构成、控制设计。
[关键词]煤矿 除尘系统 超声雾化 PLC
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）07-0035-01
1.引言
由于我国矿井的增多，矿井采、掘、运等系统的生产强度也日益增加，使得这些作业地点的粉尘浓度大幅度的提高。原有的除尘控制系统显示出运行不稳定，运行效率低、设备故障率高等一系列弊端，除尘效果不够理想，很多除尘系统无法将性能充分的发挥。如何设计和开发一套科学有效的除尘控制系统是目前环境控制部门解决的首要问题。生产中产生的灰尘不易进行人工清理，实测皮带机转载时达500～1000mg/m3，最高可达2000mg/m3。工人长期处于粉尘作业场所，还易患上职业尘肺病。
除尘系统按选用的除尘设备可以分为干式除尘和湿式除尘系统两种。其中干式除尘系统使用干式除尘器，不需要用水作为除尘介质，其优点：捕集的粉尘以干粉状排出，有利于集中处理和综合利用。其缺点：处理相对湿度高的含尘气体或高温气体时，需要采取防止结露的措施，否则易产生粉尘黏结、堵塞现象；当气体中含有有毒、有害气体时，干式除尘系统不能除去有毒、有害气体成分，对于厂房分散的现场施工难度大。湿式除尘系统使用以水作为净化介质的湿式除尘器，其优点：除尘设备构造较简单，投资低，净化效率较高；能处理相对湿度高、有腐蚀性的含尘气，甚至尘-汽共生的含尘气体；在除尘的同时，还能吸收含尘气体中的其它有害成分，并使气体温度降低。其缺点：耗水量大，排出泥浆状的含尘污水，容易造成二次污染，需要含尘污水处理设施。所以构建以PLC为开发平台，为人机交互界面的湿式除尘系统，既能看到现场运行情况，又能控制除尘站的快速运行。除尘站主要是通过空压机产生高压气体与加压水泵流出的水一起喷出形成高压水雾，将设备生产中产生的灰尘冲掉。这样既不用耗费人力，又可节约时间，可以不断工作，并且除尘效果好。
2.除尘系统
2.1 PLC软件
软件包括：Rslogix5000；RSLinx；RSView32三款软件
编程软件RSLOGIX5000是美国AB公司开发的用于公司PLC产品编程的软件。它具有以下特点：①统一的项目查看。②灵活的梯形图编辑器。③拖放式操作。④梯形图查看选项。⑤定制数据监视。⑥状态文件分类显示。⑦简易的通讯配置。⑧强大的数据库编辑器。⑨查找与替换。⑩直观的windows界面。
通讯软件RSLinx是罗克韦尔自动化公司为用户提供的通讯管理软件，它运行在Windows操作系统的计算机上。用户只需选择一种从该计算机到工业控制网络上任一模块的通讯方式，就可以通过该软件建立起与工业控制网络上所有设备的通讯。
上位画面软件RSView32是基于組件集成并用于监视和控制自动化设备和过程的人机界面监控软件。RSView32通过开放的技术扩展了您的视野，达到了与其它罗克韦尔软件产品、微软产品以及第三方应用程序的高度兼容。RSView32是第一个发挥微软领先技术优势的人机界面软件。
2.2 PLC硬件设备
根据系统控制功能要求，采用以PLC为核心的自动控制，罗克韦尔1756系列的PLC是优秀的可编程控制器。适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。该系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此该系列具有极高的性能/价格比。因此系统以罗克韦尔1756为核心控制器。
根据实际的要求，控制该系统需要的控制点数为：4个模拟量输入（水箱水位、压力罐压力、水箱水温和管路温度），29个数字量输入（启动、停止和手自动转换），20个数字量输出（15个气动电磁阀，4个水泵，一个空压机）。系统的外部执行机构包括1个进水阀、4个水泵、15个气电磁阀和空压机。进水阀控制水箱水位，水泵用来将水箱里的水抽出，气电磁阀的开关直接控制系统高压水流的产生。空压机为的是使压力罐的压力保持在合理的范围内。另外，系统还有一个急停按钮，按下急停按钮，会切断执行器的供电，使系统停止运行。所有的执行机构都是在控制机构的统一控制下协调工作，使系统能够正常稳定的进行工作。
PLC主要功能是：对数字量输出、模拟量的输入模块采集的数据进行处理，根据用户设定的各项参数和控制原理，给外部执行机构相应的命令，从而控制了整个系统。PLC本身的数字输入输出口可以满足系统设计要求，多余的可以用于以后扩展或改造，但是其没有模拟量输入点，所以需要添加模拟量输入扩展模块，本系统选用的是模拟量扩展模块。
模拟量输入/输出的功能，优点如下：可适用于复杂的控制场合，直接与传感器和执行器相连，多种输入/输出范围能够不用外加放大器而与传感器和执行器直接相连。灵活性：当实际应用变化时，PLC可以相应地进行扩展，并可非常容易的调整用户程序。
2.3 系统整体结构和工作原理
除尘器系统主要由现场一次设备、控制柜、PLC控制装置组成。现场一次设备包括水箱、压力罐、空压机、空气分配阀、反冲洗过滤器、逆止阀、电磁气动阀、截止阀、压力调节阀、除尘装置和加压水泵等。如图所示，通过PLC控制整个系统的运行。包括控制水箱里的水位监控压力罐压力，以及各个电磁气动阀的开关状态。整个系统主要是通过加压水泵将水箱里的水抽到喷水管，压风机产生的高压气流将水高速压出形成高压水流经过超声雾化除尘器形成水雾，水雾将设备产生的灰尘吸附，从而达到除尘的目地。
其具体功能和原理：
（1）当水箱水位低于下限时，系统报警，进水阀打开向水箱中注入自来水。达到上限时关闭进水阀。过滤器主要是过滤自来水中的异物，防止杂物进入水箱中。
（2）空压机的控制（矿用隔爆型双螺杆式空气压缩机）。采用硬链接线利用空压机的原控制与PLC进行连接，通过上位组态软件实现对空压机及各除尘点气管上电磁气动阀的联动控制。
（3）加压水泵的控制（防爆型加压泵）。加压泵一共两套每套两台（一用一备），一套在主水管上进行加压另一套在上仓除尘水管上其主要功能是防止主管路的水压不够增加管路的水压。配电控制放入主井驱动机房配电室内，当空压机启动时水泵也同时启动，同时打开各水管上除尘点的电磁气动阀。
（4）各除尘点的控制。当除尘点的设备损坏时，由上位机控制关闭该点的电磁气动阀门，关闭管路上的手动截止阀对损坏元器件进行更换。压力调节阀主要是改变除尘器内的气体压力达到最佳的除尘效果。
（5）除尘系统与皮带机是同步起停的。当皮带机开始转动时，加压泵（一用一备）、空压机启动。开始抽水从而形成高压水流到达超声雾化除尘器，空压机产生的高压气体从出气口喷出到达超声雾化除尘器，高压水流、气流在超声雾化除尘器中形成水雾。皮带机停止后，水泵和电磁阀同时关闭，空压机滞后停机。
（6）系统控制的除尘点。原煤仓上刮板运输机落料点；原煤上仓胶带机头、机尾；破碎机齿轮位置；主井皮带机头、变坡点。
3.结语
介绍的基于PLC控制除尘系统既实现了电气控制系统的集中管理，又实现了除尘系统在上位机的独立控制。该系统性能稳定，除尘效果良好，可靠性高，另外，该系统还具有结构层次分明、便于扩展和维护等特点。
参考文献
[1] 陈卓楷.超声雾化水雾的除尘机理和在实验中的应用研究.广州：广州工业大学，2007.
[2] 李冠文，陈凡植，王军，等.超声波雾化除尘的可行性分析.工业安全与环保，2008，
[3] DAVIDAG.可编程控制器原理与应用[M].于玲，译.北京：清华大学出版社，2006.
[关键词]煤矿 除尘系统 超声雾化 PLC
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）07-0035-01
1.引言
由于我国矿井的增多，矿井采、掘、运等系统的生产强度也日益增加，使得这些作业地点的粉尘浓度大幅度的提高。原有的除尘控制系统显示出运行不稳定，运行效率低、设备故障率高等一系列弊端，除尘效果不够理想，很多除尘系统无法将性能充分的发挥。如何设计和开发一套科学有效的除尘控制系统是目前环境控制部门解决的首要问题。生产中产生的灰尘不易进行人工清理，实测皮带机转载时达500～1000mg/m3，最高可达2000mg/m3。工人长期处于粉尘作业场所，还易患上职业尘肺病。
除尘系统按选用的除尘设备可以分为干式除尘和湿式除尘系统两种。其中干式除尘系统使用干式除尘器，不需要用水作为除尘介质，其优点：捕集的粉尘以干粉状排出，有利于集中处理和综合利用。其缺点：处理相对湿度高的含尘气体或高温气体时，需要采取防止结露的措施，否则易产生粉尘黏结、堵塞现象；当气体中含有有毒、有害气体时，干式除尘系统不能除去有毒、有害气体成分，对于厂房分散的现场施工难度大。湿式除尘系统使用以水作为净化介质的湿式除尘器，其优点：除尘设备构造较简单，投资低，净化效率较高；能处理相对湿度高、有腐蚀性的含尘气，甚至尘-汽共生的含尘气体；在除尘的同时，还能吸收含尘气体中的其它有害成分，并使气体温度降低。其缺点：耗水量大，排出泥浆状的含尘污水，容易造成二次污染，需要含尘污水处理设施。所以构建以PLC为开发平台，为人机交互界面的湿式除尘系统，既能看到现场运行情况，又能控制除尘站的快速运行。除尘站主要是通过空压机产生高压气体与加压水泵流出的水一起喷出形成高压水雾，将设备生产中产生的灰尘冲掉。这样既不用耗费人力，又可节约时间，可以不断工作，并且除尘效果好。
2.除尘系统
2.1 PLC软件
软件包括：Rslogix5000；RSLinx；RSView32三款软件
编程软件RSLOGIX5000是美国AB公司开发的用于公司PLC产品编程的软件。它具有以下特点：①统一的项目查看。②灵活的梯形图编辑器。③拖放式操作。④梯形图查看选项。⑤定制数据监视。⑥状态文件分类显示。⑦简易的通讯配置。⑧强大的数据库编辑器。⑨查找与替换。⑩直观的windows界面。
通讯软件RSLinx是罗克韦尔自动化公司为用户提供的通讯管理软件，它运行在Windows操作系统的计算机上。用户只需选择一种从该计算机到工业控制网络上任一模块的通讯方式，就可以通过该软件建立起与工业控制网络上所有设备的通讯。
上位画面软件RSView32是基于組件集成并用于监视和控制自动化设备和过程的人机界面监控软件。RSView32通过开放的技术扩展了您的视野，达到了与其它罗克韦尔软件产品、微软产品以及第三方应用程序的高度兼容。RSView32是第一个发挥微软领先技术优势的人机界面软件。
2.2 PLC硬件设备
根据系统控制功能要求，采用以PLC为核心的自动控制，罗克韦尔1756系列的PLC是优秀的可编程控制器。适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。该系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此该系列具有极高的性能/价格比。因此系统以罗克韦尔1756为核心控制器。
根据实际的要求，控制该系统需要的控制点数为：4个模拟量输入（水箱水位、压力罐压力、水箱水温和管路温度），29个数字量输入（启动、停止和手自动转换），20个数字量输出（15个气动电磁阀，4个水泵，一个空压机）。系统的外部执行机构包括1个进水阀、4个水泵、15个气电磁阀和空压机。进水阀控制水箱水位，水泵用来将水箱里的水抽出，气电磁阀的开关直接控制系统高压水流的产生。空压机为的是使压力罐的压力保持在合理的范围内。另外，系统还有一个急停按钮，按下急停按钮，会切断执行器的供电，使系统停止运行。所有的执行机构都是在控制机构的统一控制下协调工作，使系统能够正常稳定的进行工作。
PLC主要功能是：对数字量输出、模拟量的输入模块采集的数据进行处理，根据用户设定的各项参数和控制原理，给外部执行机构相应的命令，从而控制了整个系统。PLC本身的数字输入输出口可以满足系统设计要求，多余的可以用于以后扩展或改造，但是其没有模拟量输入点，所以需要添加模拟量输入扩展模块，本系统选用的是模拟量扩展模块。
模拟量输入/输出的功能，优点如下：可适用于复杂的控制场合，直接与传感器和执行器相连，多种输入/输出范围能够不用外加放大器而与传感器和执行器直接相连。灵活性：当实际应用变化时，PLC可以相应地进行扩展，并可非常容易的调整用户程序。
2.3 系统整体结构和工作原理
除尘器系统主要由现场一次设备、控制柜、PLC控制装置组成。现场一次设备包括水箱、压力罐、空压机、空气分配阀、反冲洗过滤器、逆止阀、电磁气动阀、截止阀、压力调节阀、除尘装置和加压水泵等。如图所示，通过PLC控制整个系统的运行。包括控制水箱里的水位监控压力罐压力，以及各个电磁气动阀的开关状态。整个系统主要是通过加压水泵将水箱里的水抽到喷水管，压风机产生的高压气流将水高速压出形成高压水流经过超声雾化除尘器形成水雾，水雾将设备产生的灰尘吸附，从而达到除尘的目地。
其具体功能和原理：
（1）当水箱水位低于下限时，系统报警，进水阀打开向水箱中注入自来水。达到上限时关闭进水阀。过滤器主要是过滤自来水中的异物，防止杂物进入水箱中。
（2）空压机的控制（矿用隔爆型双螺杆式空气压缩机）。采用硬链接线利用空压机的原控制与PLC进行连接，通过上位组态软件实现对空压机及各除尘点气管上电磁气动阀的联动控制。
（3）加压水泵的控制（防爆型加压泵）。加压泵一共两套每套两台（一用一备），一套在主水管上进行加压另一套在上仓除尘水管上其主要功能是防止主管路的水压不够增加管路的水压。配电控制放入主井驱动机房配电室内，当空压机启动时水泵也同时启动，同时打开各水管上除尘点的电磁气动阀。
（4）各除尘点的控制。当除尘点的设备损坏时，由上位机控制关闭该点的电磁气动阀门，关闭管路上的手动截止阀对损坏元器件进行更换。压力调节阀主要是改变除尘器内的气体压力达到最佳的除尘效果。
（5）除尘系统与皮带机是同步起停的。当皮带机开始转动时，加压泵（一用一备）、空压机启动。开始抽水从而形成高压水流到达超声雾化除尘器，空压机产生的高压气体从出气口喷出到达超声雾化除尘器，高压水流、气流在超声雾化除尘器中形成水雾。皮带机停止后，水泵和电磁阀同时关闭，空压机滞后停机。
（6）系统控制的除尘点。原煤仓上刮板运输机落料点；原煤上仓胶带机头、机尾；破碎机齿轮位置；主井皮带机头、变坡点。
3.结语
介绍的基于PLC控制除尘系统既实现了电气控制系统的集中管理，又实现了除尘系统在上位机的独立控制。该系统性能稳定，除尘效果良好，可靠性高，另外，该系统还具有结构层次分明、便于扩展和维护等特点。
参考文献
[1] 陈卓楷.超声雾化水雾的除尘机理和在实验中的应用研究.广州：广州工业大学，2007.
[2] 李冠文，陈凡植，王军，等.超声波雾化除尘的可行性分析.工业安全与环保，2008，
[3] DAVIDAG.可编程控制器原理与应用[M].于玲，译.北京：清华大学出版社，2006.