两种典型的掘进机电控系统

2023-02-11

悬臂式掘进机是一种集采、装、运、行多功能于一体的煤矿井下机械设备, 是机、电、液多学科领域知识比较集中的一体化产品。它是煤炭安全高效生产不可缺少的大型井下设备。电气控制系统是掘进机最重要的组成部分, 与液压控制系统配合, 可自如的实现整机的各种生产作业, 及对电动机、照明、报警、急停等辅助设备的控制。

我国掘进机电气控制技术经过几十年的发展, 现已趋于基本成熟, 目前有两种典型的电控系统被广泛应用。一种是plc控制系统, 人机界面采用文本显示器, 主要代表有佳木斯煤机厂的EBZ150A型掘进机等;另外一种采用专用的运动控制器作为主控器, 人机界面采用工业触摸屏, 主要代表有三一重工生产的EBZ160掘进机等。这两种系统基本上都能满足不同岩巷掘进的需要, 但在适应性、可靠性、先进性等方面存在一定差异。

1 掘进机对电气控制系统的要求

掘进机电气系统主要由电控箱、操作箱、矿用隔爆电铃、隔爆型照明灯、隔爆型急停按钮、矿用本安型瓦斯传感器以及各工作电机组成。它的工作过程是:首先, 按动电铃进行启动预警。然后, 启动油泵电机, 待油泵电机运行稳定后, 再启动截割电机。停机时应先关闭截割电机, 然后再关闭油泵电机。由上可知, 电气系统主要负责是控制截割电机、油泵电机的运转、保护、报警等功能。其具体要求为。 (1) 各设备和电机启动前, 系统先整体对截割电机 (高、低速) 、油泵电机、二运电机等进行漏电闭锁检测, 如有漏电发生, 则对各个电机进行检测, 确定漏电的电机并显示; (2) 应对各个电机进行温度、过载、断相和短路保护; (3) 各个电机工作过程及关系, 首先必须启动油泵电机使油路先工作, 然后方可启动截割电机, 截割电机的高速和低速之间要能实现互锁; (4) 应有急停按钮, 一旦启动和运行时有意外发生, 可紧急停机。

2 两种控制系统的特点

两种控制系统都能满足掘进机对电控系统的要求, 但具体的实施方案却有着各自的特点。plc控制系统可靠性高、编程简单、维修方便, 但它的防护等级低拆装不方便, 保护功能的实现需要用掘进机专用的保护器, 而且文本显示器最多只能显示2~4行的内容。而以专用控制器为核心的控制系统体积小、可靠性高、抗震性能好, 集控制与保护为一体, 由于使用CAN总线通信, 可以减少大量接线, 插接式连接, 拆装方便, 工业触摸屏可图、文显示, 显示容量较大。

2.1 plc控制系统

plc控制系统以可编程序控制器和掘进机综合保护器为核心, 对截割、液压、二运、三个电机的过压、欠压、过温、过载、过流、三相平衡状态、电机及其电缆的绝缘状态 (漏电闭锁) 进行监控和保护、并具有瓦斯监控和低压漏电保护功能。控制系统具有程序控制、保护模块化、可靠性高、抗震动、抗干扰等特点。综合保护器与操作箱上液晶显示屏通讯, 当工作正常时, 显示出系统工作电压、各电机运行状态及截割电机负荷大小, 使掘进机操作者对机器工作情况一目了然。当系统故障时, 显示出故障状态并有记忆功能, 使操作者及维修人员非常容易的判断故障原因。在掘进机的不同位置安装了三个急停按钮, 当发生意外或需要紧急停车时, 可按下此按钮使掘进机停止工作。其plc控制系统的框图如图1所示。

2.2 主控器控制系统

以EPEC专用控制器为核心, 通过can总线接受操作箱的控制信号, 通过内部程序运算控制继电器输出, 实现各电机的启动和停止。同时主控器还接受电流变送器的信号、甲烷传感器的信号、漏电检测信号、电机温度信号, 通过程序实现整个电控系统的保护功能。同样有三个急停按钮安装在掘进机不同的部位, 以备紧急情况下使掘进机停止工作。

3 EPEC控制器的优点

EPEC专用运动控制器是基于长期恶劣环境如高震动、温度变化剧烈和湿度较大等条件下可靠地工作而开发的, 是一种集可编程控制器、比例放大器、模拟量输入A/D模块、继电器输出等功能于一身的高性能工程机械专用控制器。它给世界工程机械传统的电液控制系统带来了革命性的进步, 其优点如下。 (1) 它有大电流输出 (0~3A) 取代了传统继电器, 节省了大量接线特点, 故障率大幅降低; (2) 它的模拟量输入端子每一个针具备了处理不同信号能力, 不论是电位计、热敏电阻还是变送器电流/电压信号, 都可以接入并使用软件编程进行设定; (3) 它的逻辑控制功能可以非常轻松的完成以前用各式各样继电器和模块很难解决的问题; (4) 它内部数个16位高性能微处理器以及超大容量的内存空间使它具有及强的数字处理能力, 可以完成很多以前必须用电脑高级语言来编程的复杂算法如直行纠偏多PID控制、发动机液压泵复合控制、姿态模糊控制、自动驾驶等等; (5) 它是基于CANBUS总线开发的产品, 当系统节点较多或信号传输距离较远时可以使用多个控制器组网, 节省接线、提高可靠性、并且灵活性和可扩展性大大加强; (6) 它的I/O设计独具匠心, 一针多能, 既可做开关量输入, 也可以做模拟量输入, 既可做PWM或开关量输出也可以做开关量输入, 一个型号便可以有无数种组合满足无数种需要, 使用更方便、更经济; (7) 它具有CANOPEN和CAN2.0两个总线接口, 可以与国内外很多标准CANBUS总线产品进行连接, 或经门路模拟与其它总线或上位机连接, 组建大型系统; (8) 由于采用专用插头连接, 使其拆卸方便, 不易出错。

4 结语

以专用运动控制器作为主控器, 结合工业用触摸屏的人机界面, 能够有效的实时显示整机的运行状态, 并能在系统出现故障时, 立刻显示故障内容及其对应的排出故障步骤, 给维修人员提供了极大地方便。更换PLC控制系统, 在接线较多的情况下容易出现接线错误。专用运动控制器采用插接式连接, 拆装十分方便, 且不会出现接线错误。而且相对于plc, 它的可靠性更高、抗震性更好、防护等级更高, 适用于长期恶劣的工作环境。

摘要：介绍了目前国内两种典型的掘进机电控系统, plc电控系统和主控器电控系统各自的特点, 以及主控器控制系统的优势所在。

关键词：掘进机电控,运动控制器,plc控制系统