進(jìn)口與國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)電氣保護(hù)方面的對(duì)比

摘 要：進(jìn)口采煤機(jī)的電控系統(tǒng)介紹，國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)電控系統(tǒng)介紹。對(duì)進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，尋找國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)電氣保護(hù)方面的不足，并分析國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)電控系統(tǒng)的改進(jìn)前景。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī) 電控系統(tǒng) 電氣保護(hù) 進(jìn)口 國(guó)產(chǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（a）-0125-02

1 進(jìn)口采煤機(jī)和國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)的電控系統(tǒng)介紹

1.1 進(jìn)口采煤機(jī)的電控系統(tǒng)介紹

關(guān)于進(jìn)口采煤機(jī)電控箱系統(tǒng)，我就拿現(xiàn)在較為先進(jìn)的美國(guó)久益公司生產(chǎn)的7LS07采煤機(jī)為例做個(gè)介紹。

JNA Face Boss系統(tǒng)是該采煤機(jī)的控制核心。它包括以下的系統(tǒng)單元及所實(shí)現(xiàn)的功能。

（1）中央控制器（CCU）、顯示計(jì)算機(jī)、鼠標(biāo)、本安隔離柵。還包括遙控器、接收器和天線(xiàn)，以及相關(guān)的接線(xiàn)、電纜和開(kāi)關(guān)。

（2）本安多用輸入/輸出模塊和隔離柵及相關(guān)電纜和接線(xiàn)。這些部件提供了煤機(jī)傳感器、溫度開(kāi)關(guān)和油位開(kāi)關(guān)與CCU間的本安輸入/輸出接口。

（3）遠(yuǎn)程輸入/輸出模塊。它接收控制開(kāi)關(guān)的輸入信號(hào)、溫控器輸入信號(hào)和位置傳感器輸入信號(hào)。此模塊與電機(jī)電流互感器和CCU之間通訊。

（4）數(shù)字輸入/輸出模塊，接收CCU的指令，輸出電壓控制電磁閥，電磁閥控制相應(yīng)的液壓元件，此模塊也用于監(jiān)測(cè)漏電故障電路。

（5）變頻器模塊，接收CCU的指令，調(diào)節(jié)牽引電機(jī)的速度。

JNA Face Boss是久益通用控制平臺(tái)的一部分。JNA Face Boss使用一整套的硬件來(lái)監(jiān)控采煤機(jī)。其用于監(jiān)測(cè)遙控器的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸、液壓控制數(shù)據(jù)、牽引控制數(shù)據(jù)和急停信號(hào)。監(jiān)測(cè)遙控器選擇開(kāi)關(guān)來(lái)禁用故障的或未選用的遙控器。實(shí)現(xiàn)液壓電磁閥的順序和優(yōu)先控制。監(jiān)控泵、截割和牽引電機(jī)的電流，也控制截割反饋。系統(tǒng)也為泵、截割和牽引電機(jī)提供過(guò)電流、堵轉(zhuǎn)過(guò)載和相不平衡保護(hù)。系統(tǒng)還在顯示計(jì)算機(jī)上提供診斷數(shù)據(jù)。系統(tǒng)也可以提供數(shù)據(jù)記錄功能，用于煤機(jī)性能的檢查。

典型的JNA Face Boss主面屏幕顯示了煤機(jī)的側(cè)視圖，和單獨(dú)的煤機(jī)部件的圖標(biāo)。點(diǎn)擊屏幕相應(yīng)圖標(biāo)，可查看更多的部件信息。當(dāng)部件圖標(biāo)綠色高亮顯示，表示其正在運(yùn)行。當(dāng)部件的圖標(biāo)背景為黃色，表示其有一個(gè)或多個(gè)報(bào)警事件。背景紅色閃爍，表示其有一個(gè)或多個(gè)警告事件。

以上就是JOY采煤機(jī)的電控系統(tǒng)概況、下面對(duì)其采煤機(jī)保護(hù)做個(gè)簡(jiǎn)要介紹。

采煤機(jī)有幾套保護(hù)系統(tǒng)。電流互感器提供過(guò)載和堵轉(zhuǎn)故障的反饋。RTD提供過(guò)熱故障的信號(hào)。

（1）截割電機(jī)RTD：熱敏電阻監(jiān)測(cè)截割電機(jī)的溫度。RTD的阻值隨溫度變化。JNA Face Boss可使用RTD輸入信號(hào)來(lái)降低牽引速度，防止截割電機(jī)過(guò)載。如果截割電機(jī)達(dá)到截割溫度限定值。CCU會(huì)控制降低牽引速度。通過(guò)降低牽引速度，CCU確保截割電機(jī)消耗的電流將減少，電機(jī)溫度將下降。如果截割電機(jī)溫度沒(méi)有下降，CCU將繼續(xù)降低牽引速度。

（2）其它RTD：牽引/泵變壓器、牽引電機(jī)整流模塊、牽引電機(jī)逆變器、牽引電機(jī)、泵電機(jī)和破碎機(jī)電機(jī)都裝有RTD。每個(gè)RTD的阻值都會(huì)隨著溫度變化。每個(gè)RTD阻值的變化信號(hào)都將傳輸?shù)紺CU或直接到遠(yuǎn)程輸入/輸出模塊。

（3）過(guò)載保護(hù)：電流互感器可提供過(guò)電流、堵轉(zhuǎn)和相不平衡保護(hù)。電機(jī)電流互感器監(jiān)測(cè)泵電機(jī)、破碎機(jī)電機(jī)和截割電機(jī)消耗的電流，每個(gè)變頻器監(jiān)測(cè)牽引電機(jī)消耗的電流。并處理這些數(shù)據(jù)，把結(jié)果傳送到CCU。CCU把電流互感器的輸出電流值與預(yù)先設(shè)定的曲線(xiàn)相比較。來(lái)判斷有無(wú)過(guò)電流、堵轉(zhuǎn)、或相不平衡故障。

（4）電壓變送器：電壓變送器監(jiān)測(cè)主控制變壓器的相電壓，并通過(guò)遠(yuǎn)程輸入/輸出模塊把數(shù)據(jù)傳送到JNA Face Boss系統(tǒng)。

（5）過(guò)電流：JNA Face Boss如同一個(gè)過(guò)熱片，電流值越大跳閘時(shí)間越短，相反，電流值越小跳閘時(shí)間越長(zhǎng)。如果截割電機(jī)電流超過(guò)其過(guò)電流過(guò)載設(shè)定值，JNA Face Boss會(huì)停止截割電機(jī)，并停止?fàn)恳?。如果泵或牽引電機(jī)電流超過(guò)其過(guò)電流過(guò)載設(shè)定值，JNA Face Boss會(huì)使ESR繼電器失電，切斷電機(jī)控制回路的電源。

（6）堵轉(zhuǎn)過(guò)載：JNA Face Boss系統(tǒng)為泵、截割和牽引電機(jī)提供堵轉(zhuǎn)保護(hù)。如果任一截割電機(jī)的電流超過(guò)堵轉(zhuǎn)過(guò)載設(shè)定值兩秒，JNA Face Boss系統(tǒng)將停止截割電機(jī)，并停止?fàn)恳?/p>

（7）相不平衡過(guò)載保護(hù)：JNA Face Boss系統(tǒng)使用電機(jī)電流相間的不平衡百分?jǐn)?shù)來(lái)影響電機(jī)過(guò)電流過(guò)載特性。

以上就是進(jìn)口久益采煤機(jī)的電控部分及其部分保護(hù)的介紹，可謂是環(huán)環(huán)相扣，各部分緊密相聯(lián)，很多部分都采用雙重保護(hù)，而且這么多多的保護(hù)皆由JNA Face Boss系統(tǒng)來(lái)完成和實(shí)現(xiàn)，具有統(tǒng)一的通訊平臺(tái)。

1.2 國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)的電控系統(tǒng)介紹

國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)我就以現(xiàn)在較為先進(jìn)的西安煤機(jī)廠生產(chǎn)的MG900/2210-GWD型交流電牽引采煤機(jī)為例做個(gè)介紹。

MG900/2210-GWD型交流變頻電牽引采煤機(jī)電氣部分結(jié)構(gòu)上由三個(gè)獨(dú)立的電控箱共同組成。系統(tǒng)上采用了可編程序控制器（PLC），工控機(jī)，工業(yè)平板顯示器顯示，直接轉(zhuǎn)矩（DTC）變頻調(diào)速技術(shù)和信號(hào)傳輸技術(shù)共同控制兩臺(tái)截割電機(jī)，兩臺(tái)牽引電機(jī)，一臺(tái)破碎電機(jī)以及一臺(tái)泵電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

其電控系統(tǒng)主要組成部件如下。

（1）變頻器，變頻器選用ABB公司的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）變頻器ACS800系列，變頻器無(wú)速度傳感器。

（2）可編程序控制器（PLC），PLC是采煤機(jī)電氣系統(tǒng)的控制中心。選用三菱FX2N系列。在PLC正常時(shí)，變頻器的速度給定，牽引方向，加、減速，水流量保護(hù)，截割電機(jī)的溫度監(jiān)測(cè)，電流采樣，截割電機(jī)的恒功率保護(hù)，采煤機(jī)零位抱閘，啟動(dòng)預(yù)報(bào)警，截割電機(jī)的分別啟動(dòng)和停止，破碎電機(jī)的啟動(dòng)、停止，瓦斯斷電，絕緣監(jiān)測(cè)，牽引變壓器溫度監(jiān)測(cè)及采煤機(jī)的動(dòng)作執(zhí)行等均通過(guò)PLC 來(lái)控制。

（3）顯示，顯示器有兩處：一處為中文顯示器，另一處為兩個(gè)變頻器的顯示窗。工業(yè)平板顯示器（FPM）選用臺(tái)灣研華產(chǎn)品，通過(guò)與工控機(jī)通信，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的各種工作參數(shù)、工作狀態(tài)和各種信息。二個(gè)變頻器顯示窗實(shí)時(shí)顯示變頻器的工作參數(shù)、狀態(tài)及信息。

（4）操作，可以在左、右端頭站，遙控器及電控箱上對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行操作。也可以手動(dòng)操作左、右搖臂的升降。

下面對(duì)其保護(hù)做個(gè)簡(jiǎn)要介紹。

（1）截割電機(jī)恒功率自動(dòng)控制，用2個(gè)電流互感器分別檢測(cè)左、右截割電機(jī)的單相電流，將截割電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?～10 V的信號(hào)送入PLC進(jìn)行比較，得到欠載、超載信號(hào)。當(dāng)兩臺(tái)電機(jī)都欠載時(shí)，發(fā)出加速信號(hào)，牽引速度增加；當(dāng)任一臺(tái)電機(jī)超載時(shí)，發(fā)出減速信號(hào)，牽引速度自動(dòng)減小，直到退出超載區(qū)域。

（2）采煤機(jī)過(guò)零保護(hù)，當(dāng)采煤機(jī)向左牽引時(shí)，按下“右牽”按鈕，此時(shí)采煤機(jī)將會(huì)減速；如果一直按下“右牽”按鈕，則采煤機(jī)速度將會(huì)減小到零速。但是采煤機(jī)到零速后不會(huì)繼續(xù)向右牽引，只有松開(kāi)“右牽”按鈕，重新選擇“左牽”或“右牽”，則采煤機(jī)將沿著所選的方向行走，反之亦然。

（3）截割電機(jī)、破碎電機(jī)、泵電機(jī)、牽引電機(jī)溫度保護(hù)，在電機(jī)繞組內(nèi)埋有溫度接點(diǎn)，將其串在啟動(dòng)回路中，當(dāng)任意一臺(tái)電機(jī)的溫度超過(guò)155 ℃時(shí)，接點(diǎn)斷開(kāi)，從而斷開(kāi)啟動(dòng)回路，使采煤機(jī)整機(jī)斷電。同時(shí)電機(jī)內(nèi)埋有Pt100熱電阻，熱電阻值經(jīng)過(guò)溫度模塊轉(zhuǎn)化為電流值接入PLC的模擬量模塊，當(dāng)任意一臺(tái)電機(jī)溫度達(dá)135 ℃時(shí)，電機(jī)降低容量30%運(yùn)行，達(dá)155 ℃時(shí)，PLC輸出信號(hào)將采煤機(jī)啟動(dòng)回路自保接點(diǎn)切斷，使整機(jī)停電。

（4）瓦斯保護(hù)，當(dāng)采煤機(jī)工作環(huán)境中瓦斯?jié)舛瘸迺r(shí)，瓦斯斷電儀將報(bào)警并動(dòng)作，將瓦斯斷電儀接點(diǎn)接于PLC中，控制啟動(dòng)回路自保接點(diǎn)，濃度超限時(shí)整機(jī)斷電。

（5）牽引電機(jī)電流保護(hù)，當(dāng)左、右牽引電機(jī)電流小于90Ie%時(shí)，牽引可以加速，當(dāng)90%Ie≤I≤100%Ie時(shí)，牽引恒速運(yùn)行，當(dāng)I≥100%Ie時(shí)，牽引減速運(yùn)行；當(dāng)I≥120%Ie時(shí)，變頻器停止輸出，采煤機(jī)停止?fàn)恳?/p>

（6）牽引電機(jī)和電控箱水流量保護(hù)，該采煤機(jī)有三個(gè)流量傳感器，分別監(jiān)測(cè)左、右截割電機(jī)和左、右牽引電機(jī)、電控箱的水流量。當(dāng)電控箱的水流量不夠，采煤機(jī)將不能牽引或停止?fàn)恳?；?dāng)左截割電機(jī)和左牽引電機(jī)的水流量不夠，采煤機(jī)將不能牽引或停止?fàn)恳瑫r(shí)左截割電機(jī)不能運(yùn)行或停止運(yùn)行。

（7）牽引變壓器溫度保護(hù)，牽引變壓器繞組內(nèi)埋設(shè)有溫度接點(diǎn)，將其串接在采煤機(jī)啟動(dòng)回路中。當(dāng)變壓器溫度超過(guò)160 ℃時(shí)，接點(diǎn)斷開(kāi)，切斷啟動(dòng)回路，使整機(jī)斷電。牽引變壓器繞組內(nèi)還埋設(shè)有一個(gè)Pt100熱電阻，當(dāng)變壓器溫度超過(guò)135 ℃時(shí)，牽引電機(jī)降低容量30%運(yùn)行；達(dá)160 ℃時(shí)，PLC輸出信號(hào)將采煤機(jī)啟動(dòng)回路自保接點(diǎn)切斷，使整機(jī)停電。

（8）變頻器故障保護(hù)，變頻器的保護(hù)有：接地保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠載保護(hù)、供電電源缺相保護(hù)、變頻器輸出短路保護(hù)、及變頻器對(duì)牽引電機(jī)的缺相保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、過(guò)流保護(hù)。當(dāng)啟動(dòng)采煤機(jī)后，變頻器帶電，此時(shí)若兩個(gè)變頻器中任意一個(gè)有故障，則不允許牽引，同樣在牽引的過(guò)程中，兩個(gè)變頻器中無(wú)論哪個(gè)有故障，則停止?fàn)恳?/p>

（9）破碎電機(jī)電流保護(hù)。

破碎電機(jī)電流超過(guò)1.2Ie時(shí)，PLC輸出信號(hào)將采煤機(jī)控制回路切斷，使整機(jī)停電。

（10）截割電機(jī)，破碎電機(jī)絕緣保護(hù)。

兩個(gè)截割電機(jī)、破碎電機(jī)分別具有絕緣保護(hù)裝置。當(dāng)其絕緣降低時(shí)，相應(yīng)的截割電機(jī)、破碎電機(jī)不能啟動(dòng)。

發(fā)展到現(xiàn)在，國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)也具有了相對(duì)完備的保護(hù)系統(tǒng)，但是都相對(duì)獨(dú)立。而且國(guó)內(nèi)采煤機(jī)的電控部分多為采購(gòu)其他公司的部件進(jìn)行整合、組裝，自己按需開(kāi)發(fā)的模塊及系統(tǒng)甚少，很難實(shí)現(xiàn)所有元器件的最大互聯(lián)和兼容。

2 進(jìn)口采煤機(jī)和國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)電氣保護(hù)方面的對(duì)比，以及國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)電氣保護(hù)方面的不足

進(jìn)口采煤機(jī)，我還拿久益公司來(lái)說(shuō)，近幾年，久益公司對(duì)主要機(jī)型的主控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，即采用新一代的JNA控制系統(tǒng)，具有非常直觀的人機(jī)通訊界面、故障診斷圖形顯示和儲(chǔ)存、無(wú)線(xiàn)電遙控、牽引控制等先進(jìn)功能，其處理速度快，能夠顯示工況參數(shù)的瞬間變化。

總體來(lái)說(shuō)，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的采煤機(jī)不僅在結(jié)構(gòu)布置、性能參數(shù)等方面與進(jìn)口機(jī)型有著明顯的差距，而且某些關(guān)鍵部件的性能、功能、適應(yīng)范圍還有待完善和提高，尤其是無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)、故障診斷及預(yù)報(bào)、信號(hào)傳輸、傳感器等智能化技術(shù)和可靠性方面與國(guó)外相比差距甚大。例如：國(guó)內(nèi)采煤機(jī)的變頻器，只能從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)地面用的通用變頻器，經(jīng)過(guò)拆卸改造，重新裝配，來(lái)滿(mǎn)足采煤機(jī)的使用要求。而國(guó)外是專(zhuān)門(mén)為采煤機(jī)研究的專(zhuān)用變頻器。另外，在自動(dòng)化工作面中采煤機(jī)所采用的自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、設(shè)備工況監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)、采煤機(jī)自動(dòng)操縱技術(shù)、遠(yuǎn)程通訊和集中控制技術(shù)等方面也是相差甚遠(yuǎn)。

3 國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)電控系統(tǒng)的改進(jìn)前景

可靠性大功率采煤機(jī)是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效礦井合理集中生產(chǎn)的根本保證，采用機(jī)載計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)，故障診斷及自動(dòng)控制系統(tǒng)是提高大功率采煤機(jī)可靠性和利用率的重要途徑，通過(guò)開(kāi)發(fā)采煤機(jī)監(jiān)測(cè)傳感器和機(jī)載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以及地面中心站的故障診斷和維修管理專(zhuān)家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)工況監(jiān)測(cè)和井下、地面兩極預(yù)報(bào)型故障診斷及維修管理專(zhuān)家系統(tǒng)等機(jī)電一體化技術(shù)，使采煤機(jī)的技術(shù)水平、工作能力得以大幅度提高，保證高效連續(xù)生產(chǎn)。

根據(jù)我國(guó)煤炭生產(chǎn)要求和采煤機(jī)發(fā)展趨勢(shì)以及針對(duì)國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)存在的差距，今后主要研究?jī)?nèi)容如下。

進(jìn)一步完善和提高交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性；研究可靠的微機(jī)電氣控制系統(tǒng)，重點(diǎn)提高采煤機(jī)機(jī)電控制系統(tǒng)的抗干擾、抗熱效應(yīng)的能力。

開(kāi)發(fā)或增強(qiáng)電控系統(tǒng)的監(jiān)控功能，重點(diǎn)研究故障診斷與專(zhuān)家系統(tǒng)、工況監(jiān)測(cè)、顯示與信息傳輸系統(tǒng)、工作面采煤機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)、自適應(yīng)變頻電路的漏電監(jiān)測(cè)與保護(hù)技術(shù)等；開(kāi)發(fā)四象限運(yùn)行的礦用交流變頻調(diào)速裝置，使采煤機(jī)能適應(yīng)較大傾角煤層開(kāi)采的需要。

開(kāi)發(fā)四象限運(yùn)行的礦用交流變頻調(diào)速裝置，使采煤機(jī)能適應(yīng)較大傾角煤層開(kāi)采的需要。

通過(guò)以上改進(jìn)，逐步提高國(guó)產(chǎn)交流電牽引采煤機(jī)的可靠性、安全性、可維護(hù)性、自動(dòng)化程度。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)煤礦綜合機(jī)械化采煤設(shè)備的研制水平，經(jīng)過(guò)幾十年的引進(jìn)技術(shù)、消化吸收和自主研發(fā)，已有長(zhǎng)足進(jìn)步。國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)、機(jī)電一體化程度以及可靠性接近或達(dá)到20世紀(jì)90年代初的國(guó)際先進(jìn)水平。中國(guó)煤機(jī)制造企業(yè)設(shè)計(jì)制造的煤礦機(jī)電裝備已經(jīng)廣泛地在我國(guó)各類(lèi)煤礦中使用，成為中國(guó)煤礦工業(yè)技術(shù)裝備的主體，為中國(guó)煤礦安全生產(chǎn)和高產(chǎn)高效礦井的建設(shè)提供了可靠的保證。國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)研制方向與也國(guó)際發(fā)展基本一致，但離國(guó)際先進(jìn)水平尚有較大差距，必須進(jìn)行大量的技術(shù)和試驗(yàn)研究，來(lái)提升國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)的整體競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

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