礦用錨桿鉆車電氣系統(tǒng)優(yōu)化設計與升級

溫智峰

（1.中國煤炭科工集團太原研究院有限公司，山西 太原 030006；2.山西天地煤機裝備有限公司，山西 太原 030006；3.煤礦采掘機械裝備國家工程實驗室，山西 太原 030006）

0 引言

礦用錨桿鉆車參與煤礦井下采掘巷道的支護，擔負著煤礦井下支護的重要任務。按照鉆臂的數(shù)量常見的有兩臂錨桿鉆車、四臂錨桿鉆車、八臂錨桿鉆車和十臂錨桿鉆車；兩臂和四臂錨桿鉆車在煤礦井下最為常見。按照設備來源可分為進口錨桿鉆車和國產錨桿鉆車；進口錨桿鉆車主要的設備廠家是澳大利亞的約翰芬雷和山特維克。進口四臂錨桿鉆車在國家能源集團神東煤炭公司各大主力礦井有較大的占有量，其憑借低故障、機身緊湊、維護保養(yǎng)方便等特點成為神東煤炭公司井下主要錨桿支護設備。

本文主要優(yōu)化和分析的是約翰芬雷進口四臂錨桿鉆車的電氣系統(tǒng)，通過對該設備的長期使用和維護，對其缺陷進行改進優(yōu)化，對常見的電氣故障進行分析，為煤礦井下現(xiàn)場處理故障提供重要參考依據(jù)。

1 錨桿鉆車的結構與功能

錨桿鉆車主要由機身大架、操作平臺、鉆臂系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、卷纜系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等部分構成。 操作平臺用于操作工人操作錨桿鉆臂使用，通過操作平臺升降油缸可實現(xiàn)平臺上下移動， 滿足不同巷道高度錨桿支護的需求。 鉆臂系統(tǒng)用于放置錨桿，通過旋轉的馬達和鉆箱升降油缸實現(xiàn)打錨桿的功能； 電氣系統(tǒng)用于控制設備2 臺交流電機和照明、報警系統(tǒng)，為設備提供動力。 行走系統(tǒng)由2臺行走馬達連接行走減速器組成， 通過液壓驅動行走馬達，實現(xiàn)設備的前后行走功能。 卷纜系統(tǒng)由卷纜馬達和卷纜滾筒組成， 用于收放設備的動力電纜， 在設備前進和后退時， 實現(xiàn)電纜的自動收放功能。除塵系統(tǒng)由4 臺除塵風機、4 臺馬達馬達以及集塵箱構成， 當設備打鉆時， 通過負壓吸附的方式，實現(xiàn)對煙塵的收集，減輕工作面煙塵濃度。液壓系統(tǒng)主要由兩臺可變量的液壓泵和若干操作閥組構成，實現(xiàn)對設備各個動作的控制。

圖1 設備結構圖

2 原電氣系統(tǒng)分析

2.1 主回路分析

接觸器線圈MC1 和MC2 的控制回路中有多個控制點，分別是超低油位開關（EXTRA LOT）、停止開關（SR）、高油溫開關（OTR）、相序控制開關（PRRA）、接觸器常閉觸點（MC1MC2）、啟動按鈕（MC1MC2）、延時啟動繼電器開關（AT1AT2）和過載繼電器開關（OL1OL2），只有滿足全部條件，油泵接觸器才能得電，接觸器吸合；故障顯示通過LED 指示燈實現(xiàn)提示故障報警， 當設備存在故障時，對應故障的繼電器動作，常開點閉合，指示燈亮起。

圖2 主回路原理圖

圖3 隔離柵回路

2.2 隔離回路分析

CS1 隔離柵負責油泵啟動和急停按鈕的安全隔離，CS4 隔離柵負責低油位和超低油位的安全隔離，CS6 隔離柵負責行走壓力開關（TT）、低壓過濾器1（LP1）、高壓過濾器（HP1）開關信號的安全隔離，CS8 隔離柵負責高壓過濾器2（LP2）、錨鉆壓力開關（BP）信號的安全隔離。當對應的輸入端開關量閉合，輸出的開關量也對應閉合。

2.3 繼電器控制回路分析

隔離柵輸出端為各繼電器的控制線圈，當對應的功能發(fā)生動作后，輸出端對應的繼電器線圈得電，繼電器的常開觸點變成常閉，常閉觸點變成常開。

圖4 控制回路

從分析原理圖可知，各類報警故障均是由LED 指示燈顯示，并且由于每個報警點經過的控制元件和回路較多，故障提示不是十分明確；例如設備出現(xiàn)超低油位報警，導致無法啟動油泵電機，有可能是油位傳感器故障、有可能是隔離柵故障等，對于檢修經驗不足的工人來說，并不是很清楚需要具體需要檢查哪些元件。因此，需要對該設備的人機顯示界面進行升級優(yōu)化，使故障提示更加清晰、準確，使檢修人員明確的知道需要檢查哪些具體的元件和如何檢查。

3 系統(tǒng)優(yōu)化升級方案

通過對原電路的系統(tǒng)分析， 統(tǒng)計設備能夠出現(xiàn)的報警信息有14 種，并且信號來源均為信號量。因此，可用常見的西門子S7-200 系列的PLC 進行軟件編程。 西門子S7-200 系列PLC 輸入輸出接口各有24 個， 并且輸入信號均是開關量，輸入信號滿足需求；通訊接口由RS232 可實現(xiàn)輸出故障到顯示器上。 通過使用西門子專用的變成軟件和顯示器編程軟件對故障信息進行編程， 實現(xiàn)PLC的輸入點與報警信息相互一一對應， 當設備出現(xiàn)報警故障時，對應的PLC 輸入點動作，輸出點輸出故障信息到可 編程顯示器上，實現(xiàn)報警信息的可視化。

表1 故障信息處理對照表

圖5 升級后的原理圖

4 結論

本文根據(jù)約翰芬雷進口四臂錨桿鉆車在日常使用過程中存在的問題，通過分析電路原理和積累的檢修經驗，實現(xiàn)了將該類型設備報警信息的可視化、具體化，使當設備出現(xiàn)故障時，能夠更加快速、準確的找到故障點，提高煤礦井下設備故障處理效率。