煤矿井下电牵引采煤机的电气自动化控制

摘要：电牵引采煤机一般采用双电动机截割、双电动机牵引的作业方式，采煤机的牵引速度是直接通过改变电动机转速实现的，采煤机中电动机速度的改变多用变频调速技术的方法，可用晶闸管可控整流一直流电动机系统调速等。本文主要研究了采煤机的电气控制的变频装置、监控装置及输入信号、端头控制器及采煤机的操作，如采煤机启动和停车、先导回路试验及输送机闭锁、摇臂升降、采煤机的牵引等。关键词：煤矿；电牵引；采煤机；电气自动化；控制电牵引采煤机一般采用双电动机截割、双电动机牵引的作业方式。截割电动机的单机功率在250kW左右，牵引电动机的单机功率在40kW左右。电牵引指采煤机的牵引速度是直接通过改变电动机转速实现的。电牵引采煤机中电动机速度的改变多用变频调速技术的方法，可用晶闸管可控整流一直流电动机系统调速等。一、采煤机的结构双滚筒电牵引采煤机，由滚筒、摇臂、牵引部、泵站箱、高压箱、主控箱、主机架等部分组成[1]。（一）滚筒、摇臂部采煤机的两个截割滚筒和摇臂分别安装在机身两端。如果采用1800mm为直径的滚筒，采煤高度能达3.5m。滚筒的截割动力通过摇臂减速装置传递。摇臂与主机架采用铰接方式连接，取消了回转轴承和齿轮啮合环节。为提高采煤机的效能，增大摇臂功率，截割电动机分别装在左右摇臂的尾部。摇臂的升降由液压系统控制调高油缸的行程实现。（二）牵引部采煤机的两个牵引部装在机身的左右端头，并与主机架连成一体。牵引电动机运用减速装置带动链轮转动。链轮与刮板输送机上的销轨咽合，驱使采煤机在输送机上运行。为避免采煤机在停机时出现打滑，在牵引传动箱上安置由液压系统控制的制动器。左右牵引部箱体的前端设有端头控制器，在采煤机左右端头控制采煤机。（三）泵站箱采煤机的泵站箱安装在主控箱左侧，由电动机和液压系统组成，是为了采煤机滚筒调高提供液压动力，同时也为制动器提供控制油路。液压系统各部分动力的调节用电磁阀来控制。（四）高压箱高压箱安装在主控箱右侧，设有高压开关、牵引变压器、控制变压器、电流互感器等电气元件，用于采煤机电源的引入和分配。为了给高压箱内的设备提供循环风流，设置40W左右的冷却通风机一台。（五）主控箱主控箱安装在中部，设有变频装置、监测控制装置及变压器和控制开关等，是采煤机的控制中心，把采煤机的各种信号进行变换、分析、运算后对采煤机进行整机控制。主控箱前侧设有功能指示器和显示屏，用于显示采煤机的工作状态和运行参数。（六）主机架主机架为分段组合式结构。主机架有5个腔，分别放置左右牵引传动箱、泵站、主控箱和高压箱（与主机架用螺栓固定）。采煤机上的截割反力、牵引力、调高支承力和采煤机的限位，导向作用力由主机架承受。主机架具有结构简单、拆装方便、刚性强、各部件间设有动力传递等优点。二、煤矿采煤机的电气控制双滚筒电牵引采煤机的整机功率一般在500kW～600kW及以上，采用1140V双电缆供电，运用可编程控制器进行控制，供电系统简单、工作可靠安全。双滚筒电牵引采煤机电气工作如图1所示，由主回路、变频装置、监控装置、控制电源等组成[2]。图1

双滚筒电牵引采煤机电气工作原理（一）变频装置变频装置由牵引变压器T1输出的400V、50Hz电压供电，经变频装置后输出3-60Hz的正弦电压，用于牵引电动机的调速。变频装置采用交—直—交的方式变换频率，先把交流电变为平稳的直流电，然后再利用逆变原理把直流电变为交流电。其单相交流电变频原理及波形如图2所示。图2

单相交流电变频原理及波形变频电路由整流电路和逆变电路组成。如果改变电子开关的导通和关断时间，即可得到不同频率的方波电压，实现变频。为在负载电阻RL上得到正弦波电压，可在方波的正半周或负半周使电子开关多次通断，形成图中波形。该波形在各时间段内的平均值可近似形成正盛波其基波为正弦波，这种方式形成的正弦波即為脉宽调制波。如果按比例改变各小矩形的宽度，就能改变正弦电压的大小，能够实现变频调速。如果把上述变频电路中的整流二极管换成晶闸管，使整流后的电压Ud可调，变频后的正弦波电压值也可通过改变Ud实现。变频电路中的电子开关可选用大功率电力晶体管、可关断晶闸管、电力场效应管等电子元件，电子开关的通断采用计算机及其相应的程序控制。三相交流电路的变频，由三相整流桥、三相逆变桥、计算机控制电路及相关的外围装置组成。按照电动机变频调速原理，在电动机电源频率改变时，为保证磁通不变，必须改变电源电压的数值。在电动机减速时，变频装置输出的电源频率降低、电源电也要成比例降低。电压和频率成比例的变化可由计算机按指令和程序控制各开关元件。（二）监控装置及输入信号监控装置由控制机即计算机和可编程控制器及外设备、辅助设备组成。监控装置包括中央处理器、各种存储器、接口电路、驱动电路、信号转换电路、数据总线及显示屏、输出触点等，其主要作用是把采煤机的操作信号、运行信号进行处理、变换，通过计算机对输入信号进行运算，把采煤机调整在最优工作状态。变频装置信号。变频装置的各种信号如电路保护信号、电子开关控制信号、左牵引右牵引及增速、减速信号等，把与计算机的各种处理信号进行相互传递，保证牵引系统工作在最佳状态，及时对变频装置出现的故障发出警报。（三）端头控制器两个端头控制器一般设在采煤机左右，左、右端头控制器只能控制端摇臂的升降，它们能对采煤机进行主停、牵引停、左行、右行的控制。端头控制器由微型计算机（单片机）构成，采用并行输入和串行输出的工作方式和主控系统进行信号传递。三、采煤机的操作（一）采煤机启动和停车首先闭合隔离开关QS1～QS5，按下启动按钮SB1，磁力启动器有电吸合，左截割电动机、油泵电动机及控制电路有电，并通过监控系统内部触点K1自保；按下启动按钮SB2，磁力启动器2QM有电吸合，右截割电动机、牵引变压器有电，并通过内部触点K2和K1自保。3台电动机分两次启动，能防止较大的启动电流的冲击。采煤机启动时，为了使液压系统及时建立液压动力，一般应先启动油泵电动机，因此，把1QM作为主启动器首先启动。在1QM未启动时，由于触点K1未闭合，启动器2QM不能自保。若1QM启动，则2QM能顺序延时自动启动，故可由一个启动按钮顺序完成启动过程。采煤机停车时，可按动主控箱上的停止按钮或左右端头控制器上的停止按钮。在故障状态下，监控系统可通过内部自保触点K1、K2停车。（二）先导回路试验及输送机闭锁在按下按钮SB4时，可检测先导回路1P、1E和2P、2E有无异常。当功能显示器上相应的绿色指示灯亮时，表明先导回路正常，采煤机可以启动；否则，采煤机送不上电。在按下采煤机上的输送机闭锁按钮SB5时，刮板输送机停车并被闭锁。（三）摇臂升降摇臂的升降可分别用主控箱和左右端头控制器上相应按钮进行操作。在按下按钮时，摇臂开始做相应的升降运动；松开按钮时，摇臂在此时的高度工作。（四）采煤机的牵引在采煤机送电后按下牵电按钮SB11，监控系统使接触器KM1吸合，变频装置有电。牵引操作时，可通过主控箱或左右端头控制器上相应的按钮进行。左牵引操作时按下左行按钮不放，采煤机开始左牵引并加速，当松开左行按钮时，采煤机在此速度下左行。如果需要采煤机减速时，可按下右行按钮，采煤机开始减速，松开右行按钮时，减速停止。如果按住右行按钮不放，左牵引速度会降为零。在采煤机需要改变牵引方向时，必须先按下牵停按钮，然后再按方向按钮，这时，采煤机才能改变牵引方向。在变频装置需要断电时，要先按下牵停按钮SB12不放，再按下牵电按钮SB11，此时接触器KM1断电释放，变频装置失电[3]。（五）除湿系统操作在采煤机长时停机使其内部出现潮气时，可采用手动方式除湿，即先按下牵停按钮SB12不放，再按下除湿停止按钮SB19，除湿装置启动。要先放开除湿停止按钮，再放开牵停按钮。除湿系统断电时，按下除湿停止按钮。（六）采煤机的显示采煤机主控箱上的液晶显示屏下端有3个操作按键，分别用于显示屏上光标的移动和菜单命令的执行。三键配合，实现监控系统的人机对话。一是屏幕显示。采煤机送电后，液晶显示屏的左右两侧各有一排从上到下的发光块，左边表示操作信号，右边表示执行信号。如操作左摇臂上升时，按下左升按钮，屏幕左边相应的发光块闪烁，表明左升操作成功，监控系统已接收到信号。此后右边对应的发光块也亮，表示控制信号已发出。在系统正常情况下，采煤机左摇臂上升。在显示屏中部，可设置显示采煤机型号、当前时间、采煤机累计运行时间及制造厂家名称。在显示屏的下面是返回功能操作块。二是内容显示。用光标移动按键把光标移到返回功能块上，按下执行键，屏幕上出现选屏菜单。菜单内容有截割电动机、牵引电动机、油泵电动机、瓦斯检测、牵引系统等运行参数、曲线显示和故障内容显示、保护参数、极限参数、运行参数等设置。若查看截割电动机运行参数，先把光标移到截割电动机运行参数块上，然后按下执行键，屏幕显示左右截割电动机的电流数值、电动机绕组温度等内容。三是曲線显示。在选屏菜单状态下把光标移到曲线显示块上，按执行键，屏幕上出现曲线显示菜单，再把光标移到要显示的内容名称上，按执行键即可显示相应的曲线。如果查看左截割电动机运行曲线，先把光标移到左截割电动机曲线菜单上，按执行键，屏幕上出现左截割电动机的电流曲线、电压运行曲线、温度曲线等选项块，再把光标移到相应的选项块上，按执行键就能显示相应的曲线。四是参数设置。在选屏菜单状态下把光标移到相应的参数设置块上，按执行键，屏幕显示参数设置菜单，再选相应的参数。结束语电牵引采煤机中电动机速度的改变多用变频调速技术的方法，可用晶闸管可控整流一直流电动机系统调速。采煤机电气工作由主回路、变频装置、监控装置、控制电源等组成。变频装置采用交—直—交的方式变换频率，先把交流电变为平稳的直流电，然后再利用逆变原理把直流电变为交流电。三相交流电路的