高端采煤機(jī)電控系統(tǒng)分析

趙光瑞，楊金樓，劉浩明

(國能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 神木 719315)

0 引言

采煤機(jī)電控系統(tǒng)的保護(hù)、電氣備件選型、技術(shù)資料等，對(duì)采煤機(jī)的性能、使用維護(hù)等至關(guān)重要。本文對(duì)進(jìn)口和國產(chǎn)采煤機(jī)的保護(hù)功能、硬件選型和布局等方面進(jìn)行了分析對(duì)比，希望能對(duì)國產(chǎn)高端、高性能的采煤機(jī)設(shè)計(jì)起到拋磚引玉的作用。

1 采煤機(jī)電控系統(tǒng)介紹

1.1 電控系統(tǒng)保護(hù)功能

久益和艾柯夫采煤機(jī)電控系統(tǒng)有比較齊全的保護(hù)功能，但設(shè)備遠(yuǎn)程控制對(duì)第三方不開放，國產(chǎn)電控保護(hù)較進(jìn)口保護(hù)功能主要在遙控器信號(hào)、電機(jī)啟動(dòng)設(shè)置、參數(shù)設(shè)置等方面存在差異，詳細(xì)對(duì)比見表1。

表1 進(jìn)口采煤機(jī)保護(hù)功能對(duì)比

1.2 電氣備件

久益采煤機(jī)電氣備件多為定制，其備件集成化高且設(shè)計(jì)運(yùn)行狀態(tài)指示燈。如智能互感器，集成電機(jī)的保護(hù)和控制，且設(shè)計(jì)有運(yùn)行指示燈，集成化高、體積小，所有信號(hào)通過1條Interbus總線傳輸給中央控制器，便于設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢修維護(hù)。艾柯夫采煤機(jī)多使用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)電氣備件，集成化低占用空間多，布局復(fù)雜不便于現(xiàn)場(chǎng)檢修維護(hù)。

久益和艾柯夫采煤機(jī)的主控器程序均存儲(chǔ)在可拆裝的存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)，將程序與硬件分離設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相同硬件在不同設(shè)備使用時(shí)完全互換，大大簡(jiǎn)化了控制器程序更新。既減少工程師現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)頻次又降低了客戶的庫存儲(chǔ)備。

采煤機(jī)電控系統(tǒng)硬件選型時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做部分定制(如電機(jī)控制與保護(hù)模塊、傳感器信號(hào)采集模塊、漏電保護(hù)模塊可進(jìn)行定制)，既可以提高集成化又有利于故障診斷。主控器、顯示計(jì)算機(jī)選型在滿足震動(dòng)、工作溫度的前提下，應(yīng)選擇能使用U盤、CF卡、CFast卡等存儲(chǔ)介質(zhì)更新程序的硬件，從而簡(jiǎn)化設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和客戶的庫存儲(chǔ)備。

1.3 控制束線

久益和艾柯夫采煤機(jī)均采用提前設(shè)計(jì)加工好的成型電纜束線，久益采煤機(jī)功能模塊之間用快速插頭和端子排連接，艾柯夫采煤機(jī)功能模塊之間全部使用快速插頭連接。大量使用快速插頭，現(xiàn)場(chǎng)接線快速、簡(jiǎn)單但出現(xiàn)故障排查難度較大。使用接線端子排，便于故障排查，但故障率高。

國內(nèi)采煤機(jī)主機(jī)廠家的控制線均在電控箱安裝時(shí)現(xiàn)場(chǎng)制作，現(xiàn)場(chǎng)施工難度、工藝控制難度大，接線工藝較進(jìn)口設(shè)備差距較大，且設(shè)備在運(yùn)行過程中故障流程較高。使用成型束線設(shè)計(jì)難度大，但質(zhì)量控制難度低，施工工藝、可靠性和現(xiàn)場(chǎng)安裝效率均可大幅提升，建議推廣成型束線的應(yīng)用。

1.4 遙控器

久益和艾柯夫采煤機(jī)的遙控器均采用雙向兩種遙控器，遙控器設(shè)計(jì)顯示屏，可查看采煤機(jī)速度、采高、電流等參數(shù)，同時(shí)遙控器設(shè)計(jì)了加速度傳感器，當(dāng)遙控器出現(xiàn)自由落體運(yùn)行時(shí)設(shè)備停機(jī)保護(hù)。設(shè)備上電后，遙控器需與采煤機(jī)做匹配設(shè)置，匹配成功后只能控制相應(yīng)的設(shè)備，采煤機(jī)可選擇使用2個(gè)或1個(gè)遙控器控制采煤機(jī)，設(shè)備運(yùn)行過程中遙控器數(shù)據(jù)丟失，采煤機(jī)即停機(jī)保護(hù)。

建議采煤機(jī)遙控器設(shè)計(jì)增加顯示屏，便于采煤機(jī)司機(jī)隨時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行速度、采高、電流等參數(shù)及故障信息，同時(shí)增加加速度傳感器，當(dāng)遙控器掉落時(shí)設(shè)備停機(jī)保護(hù)。

1.5 變頻器

久益和艾柯夫采煤機(jī)變頻器更換各自機(jī)型后，無需做任何參數(shù)設(shè)置，安裝后即可使用，便于現(xiàn)場(chǎng)使用與維護(hù)，且新版變頻器可完全兼容舊版變頻器。

國產(chǎn)采煤機(jī)多使用ABB變頻器，在使用過程中需做功率、電流、主從設(shè)計(jì)、電機(jī)辨識(shí)等設(shè)置和操作，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)操作工人來說操作難度極大。生產(chǎn)過程中頻繁出現(xiàn)更換變頻器后，現(xiàn)場(chǎng)工人不會(huì)操作變頻器主/從參數(shù)設(shè)置，而導(dǎo)致設(shè)備異常停產(chǎn)，必須生產(chǎn)廠家服務(wù)人員入井設(shè)計(jì)，使生產(chǎn)廠家現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)次數(shù)增加。

通過多方交流與研究發(fā)現(xiàn)，變頻器的參數(shù)、主從設(shè)計(jì)等均可使用技術(shù)手段解決，如主從設(shè)置可使用變頻器通訊卡的輸入接口實(shí)現(xiàn)定義，ACS880變頻器的參數(shù)支持第三方控制器輸入。建議各主機(jī)廠家加大對(duì)變頻器的研發(fā)力量，簡(jiǎn)化變頻器的應(yīng)用。

2 相關(guān)技術(shù)資料

久益和艾柯夫采煤機(jī)的電氣系統(tǒng)均有詳細(xì)的電氣原理圖、接線圖、纜線制作圖、三維布局和設(shè)備操作說明書，以久益采煤機(jī)為例，其僅顯示計(jì)算機(jī)的屏幕介紹就接近100頁，而國內(nèi)部分采煤機(jī)的所有操作說明加起來都沒有100頁。

設(shè)備的可靠性固然重要，但設(shè)備的操作說明、電氣原理圖、接線圖、安裝圖直接影響到現(xiàn)場(chǎng)工作對(duì)設(shè)備的操作與維護(hù)，完整、詳細(xì)的技術(shù)資料可有效地提升客戶對(duì)設(shè)備的維護(hù)水平，延長設(shè)備的使用功能壽命，同時(shí)也減少廠家的現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)。

3 國產(chǎn)高端、高性能采煤機(jī)設(shè)計(jì)方向

高端、高性能采煤機(jī)應(yīng)能滿足高產(chǎn)高效的千萬噸級(jí)礦井，設(shè)備設(shè)計(jì)、制造與全球領(lǐng)先的采掘設(shè)備對(duì)標(biāo)，采掘性能做到持平甚至超越。高端、高性能采煤機(jī)應(yīng)做到以下幾點(diǎn)。

設(shè)備性能高端：采煤機(jī)采掘性能按照千萬噸級(jí)礦井需求設(shè)計(jì)，以采高4.5 m左右采煤機(jī)為例，采煤機(jī)截深應(yīng)達(dá)到850 mm，最大牽引力速度最小應(yīng)達(dá)到12 m/min甚至更高。

設(shè)備保護(hù)齊全：應(yīng)有過流、漏電、過載保護(hù)；應(yīng)有瓦斯超限、啟動(dòng)預(yù)警、遙控器墜落停機(jī)、遙控器配對(duì)識(shí)別、運(yùn)輸機(jī)閉鎖、急停拉線開關(guān)、急停繼電器、開關(guān)機(jī)械閉鎖等保護(hù)，詳見1.1電控系統(tǒng)保護(hù)功能。

設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定：光有高端的性能、齊全的保護(hù)并不能滿足使用要求，高端、高性能的采煤機(jī)還需要有穩(wěn)定的性能。抗震、耐高溫的硬件選型；合理、齊全的保護(hù)邏輯及參數(shù)；合理的布局；控制線的選型、布局；施工工藝的要求等等。從硬件的選型、安裝到程序的編寫都與設(shè)備的穩(wěn)定性關(guān)系密切。

設(shè)備智能化高：高端高性能的采煤機(jī)還需有超高的智能化水平，煤層界面探測(cè)、設(shè)備可靠性分析、油樣在線監(jiān)測(cè)、震動(dòng)檢測(cè)、慣導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用、可視化開采、視覺識(shí)別、自動(dòng)化操作等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用。

4 結(jié)語

2019年9月，由神東煤炭集團(tuán)和西安煤礦機(jī)械有限公司合作開發(fā)的MG1100/3030-GWD 8.8 m超大采高采煤機(jī)在神東上灣煤礦投入試用，投產(chǎn)以來單日單產(chǎn)最高達(dá)6.02萬t，回采1 965萬t，推進(jìn)5 272 m，未更換部件，創(chuàng)造了原煤生產(chǎn)的新紀(jì)錄，設(shè)備的采掘性能、穩(wěn)定性、可靠性與進(jìn)口采煤機(jī)相差無幾。這標(biāo)志著國產(chǎn)高端、高性能采煤機(jī)自主研發(fā)創(chuàng)新又向前邁了一步。

采煤機(jī)電控系統(tǒng)的硬件選型、內(nèi)部布局、安裝方式、保護(hù)功能、人機(jī)界面等與采煤機(jī)的采掘性能、運(yùn)行的穩(wěn)定性、維護(hù)量等息息相關(guān)，通過對(duì)國內(nèi)外采煤機(jī)電控系統(tǒng)特點(diǎn)的分析對(duì)比，以期為國產(chǎn)高端、高性能采煤機(jī)設(shè)計(jì)起到借鑒作用。