CN103541758B - 一种矿用采区药剂集中自动添加系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种矿用采区药剂集中自动添加系统及其方法，其包括PLC控制器，其中，所述矿用采区药剂集中自动添加系统还包括电磁启动器、添加泵、除尘剂箱、电磁阀、操作显示器与电磁流量计，所述PLC控制器分别与所述电磁启动器、所述电磁阀、所述操作显示器通信连接，所述电磁启动器与所述添加泵通信连接；所述电磁流量计设置在一水管上，所述除尘剂箱通过一添加管路与所述水管相连通，所述添加泵与所述电磁阀均设置在所述添加管路上。在煤矿井下将湿润剂添加装置与喷雾降尘装置联合使用，保证了湿润剂的连续添加，提高了添加湿润剂的效率，提高了降尘效率。

Description

一种矿用采区药剂集中自动添加系统及其方法

技术领域

本发明涉及用于煤矿井下管路的药剂添加系统及其方法，尤其涉及一种矿用采区抑尘剂集中自动添加系统及其方法。

背景技术

采掘工作面的粉尘浓度一直远远超过国家相关规程、标准的规定，给矿井的安全生产和矿工的身心健康构成了严重威胁。一方面，粉尘浓度过高，易引起瓦斯煤尘爆炸事故，严重威胁着煤矿企业的安全高效生产，并造成巨大的经济损失。另一方面，工人长期处于高浓度粉尘作业场所，易患上职业尘肺病，煤炭企业患尘肺病的人数约占我国尘肺病总人数的一半左右，对此，国家每年要花费大量的财力去治愈尘肺病患者，同时也给患者及家属带来很大痛苦。

目前，国内外对采掘工作面的防尘作了大量的研究工作，采掘机械内外喷雾、负压二次降尘、随机自动喷雾、转载点封闭控尘等物理性降尘措施，降尘效果有了一定改进，但从喷雾技术来看，目前无论怎样改变喷嘴的类型、安装方式、喷雾压力等基本参数，喷雾的雾化效果仍不能使粉尘浓度有较大的降低，对呼吸性粉尘的捕捉效率普遍较低，仍存在煤尘超标的现象。要增加喷雾效果，提高降尘率，就必须改变水对尘粒的湿润性，也即是减少水的表面张力，提高湿润效果，这就是在水中加入湿润剂(表面活性剂)，采用化学降尘；现有的专利技术中，降尘剂添加装置仅限于服务于某一工作面，导致现有的降尘剂添加装置只能安装在靠近工作面的防尘管路中，既影响工作面的安全生产，也会由于降尘剂添加装置安装方式的分散，增加工作人员的负担。

由此可见，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种矿用采区药剂集中自动添加系统及其方法，能够保证药剂在采区范围内自动连续添加，使喷雾的湿润剂浓度保持在最佳效果的范围内，减小水的表面张力，提高降尘效率，有效的降低煤矿井下生产过程中的高浓度粉尘，提高除尘效率。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种矿用采区药剂集中自动添加系统，其包括PLC控制器，其中，所述矿用采区药剂集中自动添加系统还包括电磁启动器、添加泵、除尘剂箱、电磁阀、操作显示器与电磁流量计，所述PLC控制器分别与所述电磁启动器、所述电磁阀、所述操作显示器通信连接，所述电磁启动器与所述添加泵通信连接；所述电磁流量计设置在一水管上，所述除尘剂箱通过一添加管路与所述水管相连通，所述添加泵与所述电磁阀均设置在所述添加管路上。

所述的矿用采区药剂集中自动添加系统，其中，所述PLC控制器设置有一数据控制单元，所述数据控制单元设置有用于载波检测的第一引脚、用于接收数据的第二引脚、用于发送数据的第三引脚、用于数据端准备完成的第四引脚、用于连接地线的第五引脚、用于数据准备完成的第六引脚、用于发送请求的第七引脚、用于发送清除的第八引脚与用于振铃提示的第九引脚。

一种自动向矿用采区进行药剂集中添加的方法，其包括以下步骤：

通过操作显示器设定电磁流量计的瞬间流量上限与瞬间流量下限，当所述电磁流量计检测到水管内的流量大于所述瞬间流量上限，PLC控制器通过电磁启动器控制添加泵工作，同时控制电磁阀打开，将除尘剂箱内药剂打入所述水管内；当所述电磁流量计检测到水管内的流量小于所述瞬间流量下限，所述PLC控制器通过所述电磁启动器控制所述添加泵停止工作，同时控制所述电磁阀关闭，停止向所述水管内添加药剂。

所述的方法，其中，上述步骤具体的包括：所述操作显示器发送设置命令，第七引脚电压为+0.2V～+6V时，所述操作显示器向所述PLC控制器提出数据的发送请求，如果所述PLC控制器能处理该请求，则第二引脚电压变为+0.2V～+6V，所述PLC控制器接收数据；此时第四引脚的电压变为+0.2V～+6V，所述PLC控制器开始接收设置参数，将设备地址和数据地址发送至所述PLC控制器，并对接收的数据进行CRC校验，若正确，则所述PLC控制器存储该数据，否则丢弃该数据并重新传送；当数据传送完成后，所述PLC控制器发送返回命令；则第八引脚电压变为+0.2V～+6V。

所述的方法，其中，上述步骤具体的还包括：

当点击所述操作显示器的查询按键后，所述操作显示器向所述PLC控制器发送查询命令，所述第七引脚的电压由-6V～-0.2V转变为+0.2V～+6V，同步的所述第四引脚电压也转变为+0.2V～+6V；当所述PLC控制器能接收查询命令时，则第二引脚电压变为+0.2V～+6V，所述PLC控制器接收并处理该查询命令。

所述的方法，其中，所述PLC控制器的报警记录包括记录所述电磁流量计和所述电磁启动器的报警信息；所述PLC控制器的操作记录包括记录所述电磁阀的开停状态。

本发明提供了一种矿用采区药剂集中自动添加系统及其方法，在煤矿井下将湿润剂添加装置与喷雾降尘装置联合使用，保证了湿润剂的连续添加，提高了添加湿润剂的效率，使喷雾的湿润剂浓度保持在最佳效果的范围内，减小了水的表面张力，提高了降尘效率，有效的降低了煤矿井下生产过程中的高浓度粉尘，提高了除尘效。

附图说明

图1是本发明中矿用采区药剂集中自动添加系统的结构示意图；

图2是本发明中矿用采区药剂集中自动添加系统的工作原理示意图；

图3是本发明中矿用采区药剂集中自动添加系统的电气控制示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种矿用采区药剂集中自动添加系统及其方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种矿用采区药剂集中自动添加系统，如图1、图2与图3所示的，其包括PLC控制器1，并且所述矿用采区药剂集中自动添加系统还包括电磁启动器2、添加泵3、除尘剂箱4、电磁阀5、操作显示器6与电磁流量计7，所述PLC控制器1分别与所述电磁启动器2、所述电磁阀5、所述操作显示器6通信连接，所述电磁启动器2与所述添加泵3通信连接；所述电磁流量计7设置在一水管8上，所述除尘剂箱4通过一添加管路10与所述水管8相连通，所述添加泵3与所述电磁阀5均设置在所述添加管路10上。

更进一步的，所述PLC控制器1设置有一数据控制单元，所述数据控制单元设置有用于载波检测的第一引脚、用于接收数据的第二引脚、用于发送数据的第三引脚、用于数据端准备完成的第四引脚、用于连接地线的第五引脚、用于数据准备完成的第六引脚、用于发送请求的第七引脚、用于发送清除的第八引脚与用于振铃提示的第九引脚，通过对应引脚的进行相应控制，提高了整个系统运行的稳定性，以及对数据处理的效率。

如图2所示的，矿用采区药剂集中自动添加系统工作原理：通过所述电磁流量计7实时监测获知所述水管8瞬时流量，根据其流量大小决定是否所述电磁阀5，实现了降尘添加剂的自动添加。当瞬时流量高于设定的流量上限时开启所述电磁阀5，开始添加；当瞬时流量低于设定的流量下限时关闭所述电磁阀5，停止添加。所述电磁启动器2主要实现交流高压的电气隔离和通断。

对所述电磁阀5的柱塞泵启停实现了智能管理，当柱塞泵在正常运行情况下，若运行时间超过规定时间，为防止电机过热，将强行关停一定时间后再重新开启，为适应紧急情况的发生，也可强行人工关停。

矿用采区药剂集中自动添加系统采用了良好的人机接口，实时运行参数和状态可通过动画方式实时显示，操作人员可通过红外遥控器，进行参数设置和状态控制，以及报警记录和操作记录的查看。

如图3所示的，矿用采区药剂集中自动添加系统电气原理：在所有的控制与检测信号中，通过红外接收机、红外发射机在所述操作显示器6的彩色显示屏上来获取人工控制按键信息产生的控制信号，返回给所述PLC控制器1，进而获取所述电磁流量计7和所述电磁启动器2的监测信息或者向所述电磁流量计7和所述电磁启动器2发出控制命令以便判断是否向所述水管8中添加药剂。

矿用采区药剂集中自动添加系统运行时，主要包括所述PLC控制器1界面、参数设置、报警记录、操作记录等四个界面。用户可以进行使用前要进行必要的参数设置，才能正常运行。在进行的参数设置，这时就需要点击所述PLC控制器1界面中的“参数设置”，进行参数的设置，一般来说主要设置流量计的流量上下限、所述电磁阀5之柱塞泵的连续开机和关机时间以及人工强制关闭或启动。当进开关机控制行设置时，只需要在参数设置界面进行相应的参数设置，系统便会将设置命令采用RS485协议发往所述PLC控制器1。

本发明还提供了一种自动向矿用采区进行药剂集中添加的方法，其包括以下步骤：

通过操作显示器6设定电磁流量计7的瞬间流量上限与瞬间流量下限，当所述电磁流量计7检测到水管8内的流量大于所述瞬间流量上限，PLC控制器1通过电磁启动器2控制添加泵3工作，同时控制电磁阀5打开，将除尘剂箱4内药剂打入所述水管8内；当所述电磁流量计7检测到水管8内的流量小于所述瞬间流量下限，所述PLC控制器1通过所述电磁启动器2控制所述添加泵3停止工作，同时控制所述电磁阀5关闭，停止向所述水管8内添加药剂。

更进一步的，上述步骤具体的包括：所述操作显示器6发送设置命令，第七引脚电压为+0.2V～+6V时，所述操作显示器6向所述PLC控制器1提出数据的发送请求，如果所述PLC控制器1能处理该请求，则第二引脚电压变为+0.2V～+6V，所述PLC控制器1接收数据；此时第四引脚的电压变为+0.2V～+6V，所述PLC控制器1开始接收设置参数，将设备地址和数据地址发送至所述PLC控制器1，并对接收的数据进行CRC校验，若正确，则所述PLC控制器1存储该数据，否则丢弃该数据并重新传送；当数据传送完成后，所述PLC控制器1发送返回命令；则第八引脚电压变为+0.2V～+6V。

在本发明的另一较佳实施例中，上述步骤具体的还包括：

当点击所述操作显示器6的查询按键后，所述操作显示器6向所述PLC控制器1发送查询命令，所述第七引脚的电压由-6V～-0.2V转变为+0.2V～+6V，同步的所述第四引脚电压也转变为+0.2V～+6V；当所述PLC控制器1能接收查询命令时，则第二引脚电压变为+0.2V～+6V，所述PLC控制器1接收并处理该查询命令。

更进一步的，所述PLC控制器1的报警记录包括记录所述电磁流量计7和所述电磁启动器2的报警信息；所述PLC控制器1的操作记录包括记录所述电磁阀5的开停状态。

为了更进一步描述本发明，以下列举更具体的实施例。

矿用采区药剂集中自动添加系统的操作主要依靠所述操作显示器6与所述PLC控制器1的通信，将参数存放到所述PLC控制器1的存储器上。RS485采用差分信号负逻辑，将+0.2V～+6V表示“0”，将-6V～-0.2V表示“1”。

在所述操作显示器6上设置时，首先所述操作显示器6发送设置命令，由于引脚低电平有效，第七引脚电压为+0.2V～+6V，向所述PLC控制器1提出数据的发送请求，如果所述PLC控制器1现在可以处理请求，第二引脚电压变为+0.2V～+6V，可以接收数据。当第四引脚的电压变为+0.2V～+6V时，所述PLC控制器1就可以接收设置参数，这时先把设备地址01和数据地址00-07发送过去以便确定数据存放位置，然后传送数据，所述PLC控制器1对传送过去的数据进行CRC校验，如果正确就存储下来，否则丢弃重新传送。当传送完成后，所述PLC控制器1发送返回命令，这时第八引脚电压又回到+0.2V～+6V。

所述操作显示器6的主界面实现了降尘系统的设备运行参数和状态的实时显示，包括设备运行示意图、操作菜单、当前运行日期和时间、显示当前运行参数、告警量和状态。对于这些数据的显示和操作，必须用到查询命令查询数据。

当所述操作显示器6的彩屏上的查询按键被点击后，彩屏就要向所述PLC控制器1发送查询命令，这时第七引脚由-6V～-0.2V转变为+0.2V～+6V，第四引脚也转变为+0.2V～+6V，当所述PLC控制器1可以接收命令时，第二引脚变为+0.2V～+6V，这表示所述PLC控制器1可以接收并处理这个传来的查询命令，接收完命令后才自动进行后续操作。

在查询过程中，不仅仅是所述PLC控制器1与所述操作显示器6的通讯，还包括所述PLC控制器1与所述电磁流量计7的通讯，两只之间通讯同样也是通过RS485协议进行的。其通讯过程是所述PLC控制器1收到所述操作显示器6发来的查询命令后，向所述PLC控制器1与所述电磁流量计7之间的RS485协议发送查询命令，这时第七引脚由-6V～-0.2V转换为+0.2V～+6V，当所述电磁流量计7中的数据准备完成后第六引脚电压由-6V～-0.2V转变为+0.2V～+6V，此时所述PLC控制器1可以接收数据了，然后，第二引脚电压变为+0.2V～+6V，低电压有效，所述PLC控制器1开始接收数据，传送完成后，各引脚恢复到电压-6V～-0.2V，等待下次工作的开始。

对其他设备数据，如所述电磁启动器2电流、电压的查询，告警查询等过程与查询电流计类似。

然后所述PLC控制器1已经获取了外围设备的监测数据，需要在所述操作显示器6上显示，这时第三引脚、第六引脚、第七引脚均为低电压，表示所述PLC控制器1已经做好传输数据的准备。当第二引脚变为低电压时就表示所述操作显示器6可以接收数据了。经过数据运算，就可以在所述操作显示器6上显示了。在RS485协议通讯过程中，第五引脚要始终接地。另外，报警记录主要记录所述电磁流量计7和所述电磁启动器2的报警信息，包括：时间、对象名、报警类型。操作记录主要记录所述电磁阀5之柱塞泵的开停状态，包括：时间、开停状态。开停类型柱塞泵的开停有三种情况：

根据瞬时流量的自动开停；

根据运行时间的自动开停；

根据实际需要的人工开停。

根据瞬时流量的自动开停主要由所述PLC控制器1制器根据流量大小自动启动柱塞泵，为正常运行状态；根据运行时间的自动开停是所述操作显示器6根据当前状态运行时间来强行开关机，主要是关机，对柱塞泵连续开机运行2个小时或一定时间后强行关机冷却保护，冷却0.5小时或一定时间后解除冷却保护，回到正常运行状态，由所述操作显示器6对所述PLC控制器1发送开关机命令，所述PLC控制器1执行开关机动作；根据实际需要的人工开停是根据实际环境或紧急情况的需要，人为强制停机，解除报警后，人工开机才能进入正常运行状态。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (5)

1.一种矿用采区药剂集中自动添加系统，其包括PLC控制器，其特征在于，所述矿用采区药剂集中自动添加系统还包括电磁启动器、添加泵、除尘剂箱、电磁阀、操作显示器与电磁流量计，所述PLC控制器分别与所述电磁启动器、所述电磁阀、所述操作显示器通信连接，所述电磁启动器与所述添加泵通信连接；所述电磁流量计设置在一水管上，所述除尘剂箱通过一添加管路与所述水管相连通，所述添加泵与所述电磁阀均设置在所述添加管路上；

所述PLC控制器设置有一数据控制单元，所述数据控制单元设置有用于载波检测的第一引脚、用于接收数据的第二引脚、用于发送数据的第三引脚、用于数据端准备完成的第四引脚、用于连接地线的第五引脚、用于数据准备完成的第六引脚、用于发送请求的第七引脚、用于发送清除的第八引脚与用于振铃提示的第九引脚。

2.一种使用如权利要求1所述矿用采区药剂集中自动添加系统自动向矿用采区进行药剂集中添加的方法，其包括以下步骤：

通过操作显示器设定电磁流量计的瞬间流量上限与瞬间流量下限，当所述电磁流量计检测到水管内的流量大于所述瞬间流量上限，PLC控制器通过电磁启动器控制添加泵工作，同时控制电磁阀打开，将除尘剂箱内药剂打入所述水管内；当所述电磁流量计检测到水管内的流量小于所述瞬间流量下限，所述PLC控制器通过电磁启动器控制添加泵停止工作，同时控制电磁阀关闭，停止向所述水管内添加药剂。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，上述步骤具体的包括：所述操作显示器发送设置命令，第七引脚电压为+0.2V～+6V时，所述操作显示器向所述PLC控制器提出数据的发送请求，如果所述PLC控制器能处理该请求，则第二引脚电压变为+0.2V～+6V，所述PLC控制器接收数据；此时第四引脚的电压变为+0.2V～+6V，所述PLC控制器开始接收设置参数，将设备地址和数据地址发送至所述PLC控制器，并对接收的数据进行CRC校验，若正确，则所述PLC控制器存储该数据，否则丢弃该数据并重新传送；当数据传送完成后，所述PLC控制器发送返回命令；则第八引脚电压变为+0.2V～+6V。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，上述步骤具体的还包括：

当点击所述操作显示器的查询按键后，所述操作显示器向所述PLC控制器发送查询命令，所述第七引脚的电压由-6V～-0.2V转变为+0.2V～+6V，同步的所述第四引脚电压也转变为+0.2V～+6V；当所述PLC控制器能接收查询命令时，则第二引脚电压变为+0.2V～+6V，所述PLC控制器接收并处理该查询命令。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述PLC控制器的报警记录包括记录所述电磁流量计和所述电磁启动器的报警信息；所述PLC控制器的操作记录包括记录所述电磁阀的开停状态。