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(tài)，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(tài)。主井提升機待機狀態(tài)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(xiàn)待機狀態(tài)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(tǒng)實現(xiàn)提升機的冷卻，完成系統(tǒng)的自動控制。

1 基于PLC的控制系統(tǒng)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(xiàn)降低勞動強度，提高運行效率。

（3）修改主井提升機程序，優(yōu)化主電機冷卻風機開停邏輯，實現(xiàn)根據(jù)主電機冷卻系統(tǒng)根據(jù)繞組溫度實現(xiàn)自動開啟、停止、風速自動調整運行。

1.2 控制系統(tǒng)架構

本控制系統(tǒng)分成Pump system、Chillers system、Hot/Warm system。在此架構下所有子系統(tǒng)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(tǒng)由其中一組PLC控制，當此組PLC故障時，系統(tǒng)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(tài)信號、提升機狀態(tài)如溫度、電流、運轉時數(shù)反饋至Master PLC。

整個冷卻系統(tǒng)控制內容的劃分可分成共同事項及各子系統(tǒng)單獨事項，共同事項如子系統(tǒng)的啟動等應由Master PLC統(tǒng)一處理，子系統(tǒng)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(tǒng)狀態(tài)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(jù)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(jù)設置的溫度，自動調節(jié)變頻器輸出頻率，實現(xiàn)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(jù)風機啟停程序功能塊輸出命令，控制風機開停RS觸發(fā)器功能塊，實現(xiàn)風機啟?？刂?。

1.4 PLC的選擇與Control net的建立

本項目根據(jù)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(xiàn)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(yōu)良的通訊網絡。

本系統(tǒng)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(tǒng)的控制及協(xié)調相當適合。

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的內部寄存器并沒有特別的限制，因此對程序的運用上相當?shù)姆奖?，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(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(xié)調上，有相當大的可靠性，ControlNet采用RSNetwork來規(guī)劃整個網絡的參數(shù)與建立網絡上的各節(jié)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(yǎng)都相當便利。

2 實施效果

本系統(tǒng)在2019年8月9日開始實施，在實踐中發(fā)揮了極大的功效，對為礦井生產提供穩(wěn)定生產環(huán)境而言，系統(tǒng)均較傳統(tǒng)的人工控制系統(tǒng)強太多。本系統(tǒng)依據(jù)溫度上報的情況自動做冷卻系統(tǒng)最優(yōu)效率的配置，配合風機控制技術做到穩(wěn)定的冷卻風供應。傳統(tǒng)的冷卻控制系統(tǒng)的缺點，均能在本控制系統(tǒng)上找到最優(yōu)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(jié)約費用約：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(tǒng)沒有任何硬件費用投入，通過改變軟件程序實現(xiàn)了冷卻風機的自動開停，和根據(jù)主電機繞組溫度實現(xiàn)三段調速，具有借鑒意義。