基于自動控制的提升機冷卻方式研究

喬 永

（新礦內蒙古能源有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 017000）

新礦內蒙能源有限責任公司長城六礦目前處于基建狀態，而主井提升機每天提升量約80鉤左右，提升時間約10個小時，其余時間均處于待機狀態。主井提升機待機狀態時，主電機冷卻風機不會自動停機，需要人為手動停止。在實踐過程中提升機司機經常出現待機狀態忘了停止風機運行的問題，這樣既增加了冷卻風機設備、材料損耗，又浪費電能，同時還將外部的灰塵吹入主電機繞組，增加了設備隱患及維護工作量。本文研究如何通過自動化控制系統實現提升機的冷卻，完成系統的自動控制。

1 基于PLC的控制系統設計

1.1 總體思路

（1）以簡單、可靠、安全為基本要求。

（2）經濟、實用為主要目標，用風機自動運行代替人工操作，實現降低勞動強度，提高運行效率。

（3）修改主井提升機程序，優化主電機冷卻風機開停邏輯，實現根據主電機冷卻系統根據繞組溫度實現自動開啟、停止、風速自動調整運行。

1.2 控制系統架構

本控制系統分成Pump system、Chillers system、Hot/Warm system。在此架構下所有子系統經Control net將 信 息 送 至Master PLC處 理，Master PLC經Ethernet將信息送至Local SCADA。Master PLC由二組AB PLC 5組成，此二組PLC互為備份，平常運轉的情況下，主系統由其中一組PLC控制，當此組PLC故障時，系統自動將控制權切換至備份PLC。Local PLC接受Master PLC On/Off指令后順序開起或關閉單一風機及相關的風機泵。Local PLC將風機泵狀態信號、提升機狀態如溫度、電流、運轉時數反饋至Master PLC。

整個冷卻系統控制內容的劃分可分成共同事項及各子系統單獨事項，共同事項如子系統的啟動等應由Master PLC統一處理，子系統如風機主機及相關的泵控制閥的動作亦可交由Master PLC處理。風機主機及相關的泵控制閥的動作交由Local PLC控制，此Local PLC僅接受Master PLC的起停風機主機信號并返回子系統狀態即可。

1.3 控制邏輯

（1）主電機A、B繞組，共6個溫度傳感器，設計程序取6個采樣溫度中的最大值，作為溫度控制冷卻風機啟停的依據溫度。

（2）設計自動啟動風機溫度為大于37℃，自動停止風機溫度為32℃，當溫度采樣最大值超過37℃風機自動啟動，當溫度采樣最大值低于32℃，風機自動停止。

（3）根據設置的溫度，自動調節變頻器輸出頻率，實現風機三段速調速。當主電機繞組采樣溫度37℃～45℃，風機30HZ運行；當溫度為45℃～55℃時，風機40HZ運行；當溫度55℃以上時，風機50HZ運行。

（4）根據風機啟停程序功能塊輸出命令，控制風機開停RS觸發器功能塊，實現風機啟停控制。

1.4 PLC的選擇與Control net的建立

本項目根據過去的使用經驗，采用羅克韋爾Allen-Bradley（以下簡稱為AB）的自動控制解決方案，AB的PLC從早期的PLC2、PLC3到近20年的PLC5、SLC500及最新的Control Logix控制器，都是經過驗證為可靠的PLC。

通訊網絡也由早期的點對點通訊-DH+，遠端IO控制網絡-RIO，一直到現在的NetLinx三層網絡架構–Ethernet/IP（信息網絡及IO控制）、Control Net（控制層網絡，含點對點及IO控制共用同一個網絡）及DeviceNet（設備層網絡）也都是優良的通訊網絡。

本系統當初采用PLC5來作為主控制器是因為PLC5為一經過時間證明為一可靠的控制器，且同時提供Ethernet對FMCS及ControlNet對IO及SLC通訊網絡對于系統的控制及協調相當適合。

PLC5的程序編寫方式為階梯圖，為業界最常使用的程序語言，簡單易懂，且PLC5的內部寄存器并沒有特別的限制，因此對程序的運用上相當的方便，且PLC5支持間接地址索引，對于表的應用非常恰當。

雖然ControlLogix問世好幾年且功能強大，但因為在系統規劃之時，ControlLogix尚未支持硬件備份，所以不采用。

ControlNet為一個Deterministic網絡，可確保所有通訊的可靠度。且因為ControlNet采用Producer/Consumer通訊技術，可以使用RS Network指定通訊的更新時間，對于風機需要及時通信和協調上，有相當大的可靠性，ControlNet采用RSNetwork來規劃整個網絡的參數與建立網絡上的各節點（Node）的調度（Schedule），在未設置前，各ControlNet接口的Status燈號綠燈閃爍，設置完成后恆亮。在PLC的程序編輯上，因為AB的PLC在程序書寫及維護保養都相當便利。

2 實施效果

本系統在2019年8月9日開始實施，在實踐中發揮了極大的功效，對為礦井生產提供穩定生產環境而言，系統均較傳統的人工控制系統強太多。本系統依據溫度上報的情況自動做冷卻系統最優效率的配置，配合風機控制技術做到穩定的冷卻風供應。傳統的冷卻控制系統的缺點，均能在本控制系統上找到最優的解決方案。

2.1 經濟效益

（1）減少了風機運行時間約10h/天，冷卻風機功率45KW，每天可以用電量：10＊45=450°。

（2）每天節約費用約：450°＊0.7元/°=315元。年度節約9余萬元。

（3）減少材料損耗和人工維護費用：三角帶、齒輪油、潤滑脂等材料及材料更換、電機清掃費用約2萬元每年。

2.2 社會效益

本系統沒有任何硬件費用投入，通過改變軟件程序實現了冷卻風機的自動開停，和根據主電機繞組溫度實現三段調速，具有借鑒意義。