煤矿新型掘进机电气控制系统研究 王彦武

煤矿新型掘进机电气控制系统研究王彦武

发表时间：2019-11-08T12:37:23.570Z 来源：《基层建设》2019年第23期作者：王彦武[导读] 摘要：根据相关资料显示，我国煤炭生产综采率明显高于综掘率，导致煤矿采掘比例严重失衡，进而制约了煤矿高效率、高质量的生产。

神木汇森凉水井矿业有限责任公司陕西省榆林市 719300摘要：根据相关资料显示，我国煤炭生产综采率明显高于综掘率，导致煤矿采掘比例严重失衡，进而制约了煤矿高效率、高质量的生产。随着掘进技术的不断发展和进步，当前应用于巷道的掘进机能够实现对煤炭的破碎、装载以及转运等功能。为了实现上述功能，要求掘进机集机械、电气以及液压各专业为一体，以确保巷道在掘进过程中的完整性、安全性以及经济性。但是，在生产中由于掘进机电气自

动化控制系统仍存在一定的缺陷，导致无法充分发挥其功能，最终导致了巷道断面质量较低、掘进速度较慢以及作业人员强度较大等问题。因此，需设计一款高效、稳定的掘进机电气自动化控制系统，为综采工作面高效、高产的生产奠定基础。

关键词：煤矿；新型掘进机；电气控制系统引言

合理的挖掘方式是保证资源能够长期稳定供应的有效措施。而挖掘中最为重要的部分为掘进机的合理选用及操作，对于提高工作效率来说具有决定性的意义，及时做好掘进机相关电气系统控制研究，成为目前提高掘进机工作效率的有效途径之一，对于提高矿井整体掘进水平具有显著意义。

1电气自动化控制系统的设计基础本文所研究的掘进机型号为EBZ260，主要应用于对矿山、水利等工程巷道的掘进。掘进机是结合机械、电气以及控制功能为一体的设备，主要由行走机构、切割机构、装运机构、液压机构、电气控制系统、喷雾系统以及润滑系统等组成。本文所研究的掘进机的主要参数如表1所示。

表1 掘进机主要参数

根据我国煤炭行业对掘进机通用技术条件的规定，要求其电控系统必须满足以下条件：掘进机电气控制系统从设计、安装到应用需符合《煤矿安全规程》的相关规定；所有相关设备必须通过防爆检测和安全检测；要求掘进机具有报警系统等。掘进机电气控制系统能够实现对系统电压、油温、故障监测及管理的功能。此外，在运行过程中掘进机电气控制系统能够实现对油泵电机与其他电机的先后启动、实现电机在不同工况下的互锁功能、当系统被破坏时应及时断电、具有一定的延时功能。 2掘进机电气自动化控制系统的硬件设计 2.1控制器选型设计

一般情况下，工业设备电气控制系统的控制器为PLC。由于掘进机工作环境相对恶劣，环境中还有粉尘、瓦斯等爆炸性物质，其湿度较大。此外，掘进机在工作过程中机身会产生剧烈的振动，对电网的质量要求较高。因此，掘进机电气控制系统应满足较高防护等级、具有较高的抗震能力等特点。故，常规工业设备电气控制系统的PLC不适用于掘进机电气自动化控制系统中。在充分调研并对比当前市面上控制器类型和功能差异性的基础上，充分结合掘进机工作特点的基础上，本电气控制系统所选控制器的型号为DCF-1。

2.2接口扩展模块设计

在以PLC为核心的控制系统中，需要配置相关的I/O口，进行串口的扩展，实现数据的多路采集。主机I/O口数字量输入点数为11，数字量输出为10，模拟量输入个数为2。配置为1块32路的数字量输入模块DI32×DC24V，1块32路的DO32×DC24V，1块12位模拟量输入模块AI8×12bit。从机I/O口数字量输入点数为6，数字量输出点数为11，模拟量输出点数为2，模拟量输入点数为6，因此，需要配置1块12位模拟量输入模块AI8×12bit，1块12位模拟量输出模块AO8×12bit，1块32路的数字量输入模块DI32xDC24V。1块32路的数字量输出模块DO32xDC24V。

2.3电源模块选型

传感器的供电压为5VDC，外部电池的电压为12V。可以利用DC-DC转换芯片进行降压，降压芯片采用LM-2596S，该芯片的输出电流可高达3A，具有3．3V、5V、12V的固定电压输出和可调电压输出，输出电流的最大值为2A。在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在±4%的范围内。

2.4主回路设计

掘进机电气自动化控制系统的主回路使用隔离换向开关作为电气系统动力电源开关。为确保掘进机各项功能均能够正常运行，要求所有回路采用交流真空接触器。根据主回路中所需控制的元器件的类型及相关参数对隔离开关、真空接触器以及电流变送器进行选型设计。如下页表2所示为主回路所控制的元器件类型及相关参数。

通过分析表2中主回路各个元器件的指标，对照相关设备的型号及指标后完成对相关设备的选型，具体结果如下：隔离开光的型号为OT400E12、交流真空接触器的型号为CKJ5-250、电流变送器的型号为国产CS50系列。

表2 主回路元器件类型及参数

2.5控制单元设计

控制单元为掘进机电气自动化控制系统的核心，主要功能是实现对现场信号的采集，并对采集到信号进行处理分析，进而实现对掘进机的控制。要求控制单元需明确相关电机启动和停止的具体点。根据掘进机在巷道运行的实际功能，需对电气自动化控制系统的控制单元关键器件进行选型。

在充分分析掘进机实际运行的控制需求和相应控制器型号、功能的基础上，在本系统中需配置如下控制单元元器件。其中，核心控制器型号为DCF-1；继电器KA1-5型号为RSP-24DC/ACT；其他继电器的型号为RSP-24DC。

除主回路和控制单元设计外，还需对控制电源、保护单元以及显示操作单元等进行设计。

2.6刀盘控制模块设计

刀盘使用4台大功率鼠笼型异步电动机驱动，4台电动机通过减速装置共同驱动刀盘旋转。在硬件电路设计中，使用4个变频器分别控制4台电动机，在变频调速的过程中，经常使用的控制方法包括：大功率电机驱动变频器；多电机群拖驱动；主从控制。为了增加系统控制的灵活性，在PLC和异步电动机之间采用主从控制的设计方案，变频器选择ACS800系列，采用DTC直接转矩控制模式，变频器和PLC之间采用PROFIBUS通信协议。ACS800变频器具有脉冲编码的功能，可方便地读取电动机转速数据，并将数据输送给PLC，PLC对电动机的电压、电流、转速数据进行分析后，做出控制决策，控制电动机的转速。

3掘进机电气自动化控制应用效果

将上述所设计的电气自动化控制系统应用于掘进机的实际生产中，并对掘进机1a内的工作情况进行总结。 1）掘进机电气自动化的应用能够确保设备在不同工况下可以平稳切换其工作状态，且在切换过程中对电网所造成的冲击力较小； 2）掘进机电气自动化系统的应用从一定程度上减少了作业人员的劳动强度，能够有效提升掘进机的生产效率； 3）掘进机电气自动化系统的应用能够有效降低设备的能耗，为综采工作面的节能生产奠定了基础。

结语

为提高新型掘进机工作的稳定性，以PLC作为控制核心，设计了掘进机电气控制系统，供各位同行参考。

参考文献：

[1]贾有生.掘进机电气系统保护及故障诊断研究[J].山西煤炭管理干部学院学报，2008，21（4）：110.

[2]毛金良.掘进机电气系统结构及故障判断[J].科学之友，2011（15）：7-8.

[3]刘露萍.煤矿新型掘进机电气控制系统研究[J].煤炭技术，2012，31（9）：29-31.

[4]和正华.掘进机电气系统保护及故障诊断研究[J].中国煤炭，2010（S1）：24-26.

[5]樊伟.煤矿掘进机常见电气故障分析及处理方法[J].机械管理开发，2018（3）：38.

[6]肖瑞玲．立井施工技术发展综述[J]．煤炭科学技术，2015，43（8）：13-17．

[7]盛艳燕．电力电子电路故障诊断与预测技术研究[D]．南京：南京航空航天大学，2014．