基于自動控制的提升機(jī)冷卻方式研究

喬 永

（新礦內(nèi)蒙古能源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

新礦內(nèi)蒙能源有限責(zé)任公司長城六礦目前處于基建狀態(tài)，而主井提升機(jī)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(jī)狀態(tài)。主井提升機(jī)待機(jī)狀態(tài)時，主電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)不會自動停機(jī)，需要人為手動停止。在實(shí)踐過程中提升機(jī)司機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)待機(jī)狀態(tài)忘了停止風(fēng)機(jī)運(yùn)行的問題，這樣既增加了冷卻風(fēng)機(jī)設(shè)備、材料損耗，又浪費(fèi)電能，同時還將外部的灰塵吹入主電機(jī)繞組，增加了設(shè)備隱患及維護(hù)工作量。本文研究如何通過自動化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的冷卻，完成系統(tǒng)的自動控制。

1 基于PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 總體思路

（1）以簡單、可靠、安全為基本要求。

（2）經(jīng)濟(jì)、實(shí)用為主要目標(biāo)，用風(fēng)機(jī)自動運(yùn)行代替人工操作，實(shí)現(xiàn)降低勞動強(qiáng)度，提高運(yùn)行效率。

（3）修改主井提升機(jī)程序，優(yōu)化主電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)開停邏輯，實(shí)現(xiàn)根據(jù)主電機(jī)冷卻系統(tǒng)根據(jù)繞組溫度實(shí)現(xiàn)自動開啟、停止、風(fēng)速自動調(diào)整運(yùn)行。

1.2 控制系統(tǒng)架構(gòu)

本控制系統(tǒng)分成Pump system、Chillers system、Hot/Warm system。在此架構(gòu)下所有子系統(tǒng)經(jīng)Control net將 信 息 送 至Master PLC處 理，Master PLC經(jīng)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(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，主系統(tǒng)由其中一組PLC控制，當(dāng)此組PLC故障時，系統(tǒng)自動將控制權(quán)切換至備份PLC。Local PLC接受Master PLC On/Off指令后順序開起或關(guān)閉單一風(fēng)機(jī)及相關(guān)的風(fēng)機(jī)泵。Local PLC將風(fēng)機(jī)泵狀態(tài)信號、提升機(jī)狀態(tài)如溫度、電流、運(yùn)轉(zhuǎn)時數(shù)反饋至Master PLC。

整個冷卻系統(tǒng)控制內(nèi)容的劃分可分成共同事項(xiàng)及各子系統(tǒng)單獨(dú)事項(xiàng)，共同事項(xiàng)如子系統(tǒng)的啟動等應(yīng)由Master PLC統(tǒng)一處理，子系統(tǒng)如風(fēng)機(jī)主機(jī)及相關(guān)的泵控制閥的動作亦可交由Master PLC處理。風(fēng)機(jī)主機(jī)及相關(guān)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(fēng)機(jī)主機(jī)信號并返回子系統(tǒng)狀態(tài)即可。

1.3 控制邏輯

（1）主電機(jī)A、B繞組，共6個溫度傳感器，設(shè)計(jì)程序取6個采樣溫度中的最大值，作為溫度控制冷卻風(fēng)機(jī)啟停的依據(jù)溫度。

（2）設(shè)計(jì)自動啟動風(fēng)機(jī)溫度為大于37℃，自動停止風(fēng)機(jī)溫度為32℃，當(dāng)溫度采樣最大值超過37℃風(fēng)機(jī)自動啟動，當(dāng)溫度采樣最大值低于32℃，風(fēng)機(jī)自動停止。

（3）根據(jù)設(shè)置的溫度，自動調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)三段速調(diào)速。當(dāng)主電機(jī)繞組采樣溫度37℃～45℃，風(fēng)機(jī)30HZ運(yùn)行；當(dāng)溫度為45℃～55℃時，風(fēng)機(jī)40HZ運(yùn)行；當(dāng)溫度55℃以上時，風(fēng)機(jī)50HZ運(yùn)行。

（4）根據(jù)風(fēng)機(jī)啟停程序功能塊輸出命令，控制風(fēng)機(jī)開停RS觸發(fā)器功能塊，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)啟?？刂啤?/p>

1.4 PLC的選擇與Control net的建立

本項(xiàng)目根據(jù)過去的使用經(jīng)驗(yàn)，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(jīng)過驗(yàn)證為可靠的PLC。

通訊網(wǎng)絡(luò)也由早期的點(diǎn)對點(diǎn)通訊-DH+，遠(yuǎn)端IO控制網(wǎng)絡(luò)-RIO，一直到現(xiàn)在的NetLinx三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)–Ethernet/IP（信息網(wǎng)絡(luò)及IO控制）、Control Net（控制層網(wǎng)絡(luò)，含點(diǎn)對點(diǎn)及IO控制共用同一個網(wǎng)絡(luò)）及DeviceNet（設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)）也都是優(yōu)良的通訊網(wǎng)絡(luò)。

本系統(tǒng)當(dāng)初采用PLC5來作為主控制器是因?yàn)镻LC5為一經(jīng)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(wǎng)絡(luò)對于系統(tǒng)的控制及協(xié)調(diào)相當(dāng)適合。

PLC5的程序編寫方式為階梯圖，為業(yè)界最常使用的程序語言，簡單易懂，且PLC5的內(nèi)部寄存器并沒有特別的限制，因此對程序的運(yùn)用上相當(dāng)?shù)姆奖?，且PLC5支持間接地址索引，對于表的應(yīng)用非常恰當(dāng)。

雖然ControlLogix問世好幾年且功能強(qiáng)大，但因?yàn)樵谙到y(tǒng)規(guī)劃之時，ControlLogix尚未支持硬件備份，所以不采用。

ControlNet為一個Deterministic網(wǎng)絡(luò)，可確保所有通訊的可靠度。且因?yàn)镃ontrolNet采用Producer/Consumer通訊技術(shù)，可以使用RS Network指定通訊的更新時間，對于風(fēng)機(jī)需要及時通信和協(xié)調(diào)上，有相當(dāng)大的可靠性，ControlNet采用RSNetwork來規(guī)劃整個網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)與建立網(wǎng)絡(luò)上的各節(jié)點(diǎn)（Node）的調(diào)度（Schedule），在未設(shè)置前，各ControlNet接口的Status燈號綠燈閃爍，設(shè)置完成后恆亮。在PLC的程序編輯上，因?yàn)锳B的PLC在程序書寫及維護(hù)保養(yǎng)都相當(dāng)便利。

2 實(shí)施效果

本系統(tǒng)在2019年8月9日開始實(shí)施，在實(shí)踐中發(fā)揮了極大的功效，對為礦井生產(chǎn)提供穩(wěn)定生產(chǎn)環(huán)境而言，系統(tǒng)均較傳統(tǒng)的人工控制系統(tǒng)強(qiáng)太多。本系統(tǒng)依據(jù)溫度上報(bào)的情況自動做冷卻系統(tǒng)最優(yōu)效率的配置，配合風(fēng)機(jī)控制技術(shù)做到穩(wěn)定的冷卻風(fēng)供應(yīng)。傳統(tǒng)的冷卻控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，均能在本控制系統(tǒng)上找到最優(yōu)的解決方案。

2.1 經(jīng)濟(jì)效益

（1）減少了風(fēng)機(jī)運(yùn)行時間約10h/天，冷卻風(fēng)機(jī)功率45KW，每天可以用電量：10＊45=450°。

（2）每天節(jié)約費(fèi)用約：450°＊0.7元/°=315元。年度節(jié)約9余萬元。

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

2.2 社會效益

本系統(tǒng)沒有任何硬件費(fèi)用投入，通過改變軟件程序?qū)崿F(xiàn)了冷卻風(fēng)機(jī)的自動開停，和根據(jù)主電機(jī)繞組溫度實(shí)現(xiàn)三段調(diào)速，具有借鑒意義。