EBZ260掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張金碑++李洪濤

摘 要：電控系統(tǒng)是EBZ260掘進(jìn)機(jī)的重要組成部分，它控制著所有電氣元件的動(dòng)作。本文根據(jù)掘進(jìn)機(jī)的動(dòng)作要求和電氣元件的參數(shù)，對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，利用各種傳感器和PLC對(duì)整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并具備完善的保護(hù)功能。

關(guān)鍵詞：模塊化；傳感器；實(shí)時(shí)監(jiān)控；雙級(jí)保護(hù)

EBZ260掘進(jìn)機(jī)適用于煤礦井下半煤巖或全巖巷道的掘進(jìn)工作，也可在鐵路、公路、水利工程隧道施工中使用，屬于機(jī)電液一體化設(shè)備，其中電控系統(tǒng)的技術(shù)水平?jīng)Q定掘進(jìn)機(jī)的智能化程度。

EBZ260掘進(jìn)機(jī)的電控系統(tǒng)主要是由電控箱和操作箱兩部分組成，它們和截割電機(jī)、油泵電機(jī)、二運(yùn)電滾筒、電鈴?fù)獠吭骷餐瑯?gòu)成了掘進(jìn)機(jī)的電氣系統(tǒng)。

1 總體要求

電控系統(tǒng)要求能夠控制執(zhí)行元件的啟動(dòng)停止和電磁閥的開(kāi)關(guān)，通過(guò)各種傳感器檢測(cè)部分執(zhí)行元件的運(yùn)行狀態(tài)，并提供相應(yīng)的保護(hù)功能。該系統(tǒng)應(yīng)具有程序化、模塊化、可靠性高、抗震動(dòng)、抗干擾等特點(diǎn)，能夠顯示系統(tǒng)工作電壓、各電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和工作時(shí)間等內(nèi)容，使掘進(jìn)機(jī)操作者對(duì)機(jī)器工作情況一目了然。

2 控制對(duì)象分析及主回路設(shè)計(jì)

電控系統(tǒng)的控制對(duì)象主要包括與電氣相關(guān)的執(zhí)行元件和液壓系統(tǒng)中的電磁閥，主要有截割電機(jī)、油泵電機(jī)、二運(yùn)電滾筒等，技術(shù)參數(shù)如表1所示。

由上表可得出系統(tǒng)的供電電壓為1140V。總電流最大約為282A，選用額定電流為400A隔離開(kāi)關(guān)即可滿(mǎn)足要求。

截割電機(jī)內(nèi)部有兩套獨(dú)立的線(xiàn)圈，對(duì)應(yīng)兩種不同的轉(zhuǎn)速和功率，需要兩個(gè)真空交流接觸器來(lái)控制它的動(dòng)作，可選用SIEMENS的3RT10.6系列接觸器，同樣控制油泵電機(jī)和二運(yùn)電滾筒的接觸器也選用該系列。

以上各電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)和停止瞬間會(huì)產(chǎn)生較大的自感電動(dòng)勢(shì)，為防止損壞其他電氣元件，每個(gè)電動(dòng)機(jī)的主回路中還需要增加阻容吸收裝置。

隔爆電鈴、照明燈和電磁閥等元件的工作電壓等級(jí)不同，可通過(guò)變壓器和本安電源獲得，輸入電壓為1140V AC，輸出電壓等級(jí)至少需要包含24V、127V、220V。綜上所述，可設(shè)計(jì)出主回路圖紙，如圖1所示。

3 控制回路設(shè)計(jì)

控制回路以松下FPG-C32T型PLC為核心控制單元，具有體積小、速度快、可靠性高、擴(kuò)展能力強(qiáng)等特點(diǎn)，輸入端最多可以擴(kuò)展至24路模擬量。PLC接受外部傳感器和按鈕開(kāi)關(guān)的輸入信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部程序處理，使中間繼電器動(dòng)作，控制交流接觸器的吸合或斷開(kāi)。

3.1 操作按鈕

根據(jù)控制要求每個(gè)電動(dòng)機(jī)需要啟動(dòng)和停止兩個(gè)按鈕，急停、電鈴和PLC復(fù)位各自需要一個(gè)按鈕，屏幕參數(shù)設(shè)置需要四個(gè)按鈕，本系統(tǒng)中選用瑞士eao按鈕，防護(hù)等級(jí)高達(dá)IP68，安裝方便，可靠性極高。設(shè)計(jì)完成后操作面板如圖2所示。

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3.2 傳感器

在掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)中，需要對(duì)某些元件的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并將信號(hào)傳送給PLC，由PLC根據(jù)這些信號(hào)判斷系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，并作出相應(yīng)動(dòng)作。

3.2.1 溫度變送器

電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致溫度升高，溫度過(guò)高時(shí)將會(huì)導(dǎo)致密封損壞，軸承的滾動(dòng)體和內(nèi)外圈的硬度下降，整個(gè)電機(jī)壽命縮短。油箱中的液壓油是整個(gè)液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)，油溫過(guò)高將造成液壓元件的密封性能下降，因此需要監(jiān)測(cè)電機(jī)繞組和液壓油的溫度。

截割電機(jī)和油泵電機(jī)內(nèi)部都預(yù)埋了PTC和PT100。 PTC為繼電器形式，開(kāi)關(guān)量輸出，但PT100為電阻信號(hào)，PLC無(wú)法直接處理，需要用隔離柵將其轉(zhuǎn)化為4-20mA的電流信號(hào)，然后傳入到PLC中。此處選用STWB-TR4型溫度變送器，不僅提高抗干擾能力，而且能夠同時(shí)轉(zhuǎn)換4路電阻信號(hào)。

油箱中選用GWP200Z型溫度變送器，該變送器為不銹鋼材質(zhì)，前部帶有探頭，可插入到液壓油中測(cè)定溫度值，測(cè)量范圍為0-200℃，輸出形式為4-20mA的電流信號(hào)。在主程序中對(duì)油溫的監(jiān)測(cè)也采用了雙級(jí)保護(hù)，即當(dāng)液壓油溫度升至70℃和90℃時(shí)，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警或停機(jī)，溫度恢復(fù)正常值前報(bào)警會(huì)持續(xù)。

3.2.2 液位控制器

液壓系統(tǒng)工作過(guò)程中會(huì)有油液損失，油箱液位過(guò)低可能導(dǎo)致液壓系統(tǒng)中的組合變量泵吸空，空氣進(jìn)入到液壓管路中在巨大的壓力作用下造成氣蝕，對(duì)液壓元件損害極大。選用YKJD系列液位繼電器對(duì)頁(yè)面高度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)液面高度低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，提醒工作人員油箱液位低，加油至規(guī)定值后可重新開(kāi)機(jī)。

3.2.3 壓力傳感器

液壓系統(tǒng)額定工作壓力為25MPa，當(dāng)壓力過(guò)低時(shí)馬達(dá)或油缸動(dòng)作無(wú)力，壓力過(guò)高時(shí)會(huì)對(duì)液壓膠管和其他元件造成破壞。在泵的出油口處安裝了GPD60（B）隔爆型壓力變送器，測(cè)量范圍為0-60MPa，輸出信號(hào)為4-20mA，PLC檢測(cè)到壓力異常時(shí)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。

3.2.4 壓力控制器

外噴霧工作壓力不小于1.5MPa，當(dāng)水壓過(guò)低時(shí)將影響噴霧降塵效果。在外噴霧管路中增加GPD10K隔爆型壓力控制器，可在1-10MPa范圍內(nèi)任意設(shè)定一個(gè)壓力值，當(dāng)壓力過(guò)低時(shí)繼電器觸電動(dòng)作，將信號(hào)傳入PLC中，系統(tǒng)發(fā)出水壓過(guò)低的報(bào)警信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)水電閉鎖、壓力切斷等保護(hù)功能[1]。

4 主控器

主控器是整個(gè)電控系統(tǒng)中最重要的部分，本設(shè)計(jì)中將PLC、本安電源、繼電器板和光耦板集成到一個(gè)不銹鋼箱體內(nèi)，作為主控箱。所有控制線(xiàn)從主控箱前側(cè)的接線(xiàn)端子中引出，實(shí)現(xiàn)了主控器的模塊化設(shè)計(jì)，如果使用過(guò)程中某個(gè)元件出現(xiàn)問(wèn)題，直接更換主控箱即可。

5 結(jié)語(yǔ)

本套電控系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便可靠性高的特點(diǎn)，經(jīng)實(shí)踐證明能夠滿(mǎn)足EBZ260掘進(jìn)機(jī)的所有動(dòng)作要求，并具備全面的保護(hù)功能，提高了掘進(jìn)機(jī)的智能化水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫章虎.新型掘進(jìn)機(jī)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2012，33（10）：156-157.

作者簡(jiǎn)介：張金碑（1984-），男，山東菏澤人，本科，助理工程師。endprint