懸臂式掘進機電控系統(tǒng)研究

郭 斌

（汾西礦業(yè)高陽煤礦，山西 孝義 032300）

引言

懸臂式掘進機是現(xiàn)階段煤礦常用的機械設備，對提高礦井巷道掘進效率具有重要意義。電控系統(tǒng)是掘進機核心組件，為提高掘進機工作效率以及智能化程度，加強對電控系統(tǒng)的研究很有意義。山西某礦井下巷道使用EBZ系列懸臂式掘進機，使用的掘進機具有承載能力強、截割穩(wěn)定性好、安全系數(shù)高等特點，同時電控系統(tǒng)采用模塊化結構，便于進行故障診斷、監(jiān)測以及控制等功能升級。文中以EBZ系列懸臂式掘進機電控系統(tǒng)展開研究，以期進一步提高掘進機工作效率。

1 懸臂式掘進機結構分析

EBZ260懸臂式掘進機實物如圖1所示，結構組成包括有掘進部、行走部、電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等，技術參數(shù)見表1。

圖1 掘進機實物圖

表1 懸臂式掘進機技術參數(shù)

EBZ260懸臂式掘進機可用以8～20 m2斷面巷道掘進，最大破巖強度達到80 MPa，適應行走坡度在±16°以內地點，同時通過模塊設計，方便掘進機從地面拆卸、分部運輸至井下組裝，對運輸巷道斷面要求較小。掘進機掘進部分是主要組成單元，結構包括有減速器、電機、截割頭、懸臂以及固定架等組成。掘進機機載電控系統(tǒng)由按鈕控制箱、傳感器、電控箱、電機等構成。文中以該懸臂式掘進機為研究對象，對電控系統(tǒng)展開研究。

2 電控系統(tǒng)設計

依據(jù)掘進機井下工作環(huán)境情況，并結合相關技術標準，歸納出掘進機電控系統(tǒng)要求：第一，通信系統(tǒng)傳輸效率高，可實現(xiàn)監(jiān)測、控制信號快速、精準傳輸；第二，可對掘進機運行參數(shù)進行監(jiān)測，包括有電壓、電流、溫度、操作箱狀態(tài)、通信系統(tǒng)工作狀態(tài)等；第三，可對掘進機運行期間故障進行監(jiān)測及診斷，及時發(fā)出預警并顯示故障點位置；第四，對掘進機各電機狀態(tài)參數(shù)進行監(jiān)測，出現(xiàn)故障時自動預警。

2.1 電控系統(tǒng)架構

文中所提電控系統(tǒng)核心為高性能控制器，控制器輸入信號以電壓、溫度、油位、泄漏等為主；根據(jù)現(xiàn)場實際情況發(fā)出電機漏電、設備啟停、故障預警等控制以及預警指令。電控系統(tǒng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行運算、分析及判斷，通過顯示屏顯示的同時向掘進機相關執(zhí)行機構發(fā)出控制指令。具體設計的電控系統(tǒng)結構框圖如圖2所示。

圖2 電控系統(tǒng)結構框圖

電控系統(tǒng)用24 V電源兼做電控箱（本安型），通過4AD模塊（BH-9型）進行安全監(jiān)測參數(shù)分析及保護，4AD模塊（BH-9型）集成有數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)采集等功能模塊，顯示屏為觸控式；在電控系統(tǒng)中對掘進機漏電、瓦斯?jié)舛鹊葘崟r顯示；為便于后續(xù)檢查及維護，將平臺電壓統(tǒng)一為220 V。

2.2 電控系統(tǒng)關鍵設備確定

1）控制器。由于煤礦井下空氣濕度大，充滿瓦斯、粉塵等有害物質，對控制器穩(wěn)定性以及可靠性等要求較高。為此，電控系統(tǒng)控制器選擇技術成熟、煤礦井下使用廣泛的DCF-1型。該控制器處理器為32位，結構包括I/O端、CPU端兩個部分，具備有多個通信接口，內置的外圍接口可滿足電控系統(tǒng)構建需求。同時該控制器還具備有掉電存儲區(qū)，確保突然斷電后對數(shù)據(jù)存儲、讀取。

2）信號采集系統(tǒng)。掘進機工作期間需對電機、設備溫度等各種參數(shù)進行采集，采集工作主要依靠傳感器實現(xiàn)，因此應針對監(jiān)測參數(shù)選用不同的監(jiān)測傳感器。監(jiān)測信號采集及傳輸采用CAN總線，采用的CAN總線具有傳輸效率高、利用率高等優(yōu)點。具體信號采集系統(tǒng)架構如圖3所示。溫度信號采集用AT-1A溫度傳感器，監(jiān)測精度0.1℃，監(jiān)測結果可同步傳輸至BH9保護模塊；電壓監(jiān)測用變壓器針，型號為CSP2-1500Vb，該電壓監(jiān)測傳感器可將監(jiān)測到的電壓快速轉換成5 V、12 V等電壓值，實現(xiàn)電壓平臺的實時檢測。采用IR420-D6絕緣監(jiān)視儀對電機絕緣電阻進行監(jiān)測[1-4]。

圖3 信號采集系統(tǒng)框架結構圖

2.3 電控系統(tǒng)控制程序

電控系統(tǒng)運行程序采用PROSYD 1131編制，控制程序由初始化程序、系統(tǒng)管理程序、狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測及診斷程序、電機管理程序等構成，具體電控系統(tǒng)控制程序運行流程如圖4所示。

3 現(xiàn)場工業(yè)應用分析

為掌握文中所提掘進機電控系統(tǒng)運行效果，在山西某礦21105運輸巷EBZ260掘進上安裝該電控系統(tǒng)，并進行為期2個月現(xiàn)場試驗。

電控系統(tǒng)可實現(xiàn)對掘進運行參數(shù)的監(jiān)測，具體電控系統(tǒng)主控界面如圖5所示。當電控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)掘進機出現(xiàn)故障時，電控系統(tǒng)主界面會顯示故障發(fā)生位置，推薦故障排除方法。

圖4 電控系統(tǒng)控制程序運行流程圖

圖5 電控系統(tǒng)主控界面

電控系統(tǒng)支持歷史數(shù)據(jù)查詢以及掘進機運行參數(shù)導出，用戶可依據(jù)自己需要，對導出的掘進機運行數(shù)據(jù)進行分析?，F(xiàn)場應用該電控系統(tǒng)后，得到了有關作業(yè)人員的認可[5-7]。

4 結語

文中以礦井常用的EBZ260掘進機為研究對象，依據(jù)現(xiàn)場需求，對掘進機電控系統(tǒng)展開研究。電控系統(tǒng)采用的DCF-1控制器作為核心處理器，并采用CANOpen總線作為通信模塊，通過布置的各類傳感器實現(xiàn)對掘進機運行參數(shù)監(jiān)測。電控系統(tǒng)具備有故障自動診斷功能，當監(jiān)測到掘進機存在故障時會給出故障位置以及故障排除方法。在山西某礦21105運輸巷掘進機應用后，該電控系統(tǒng)運行平穩(wěn)，可實現(xiàn)對掘進機運行監(jiān)測及控制，可在一定程度上提升掘進機工作效率以及運行可靠性。