浅谈煤矿机械的电气控制系统_煤矿自动化控制系统

　　【摘 要】目前，采煤机械大部分已经实现电气化控制。文章分别对煤矿生产中的主要机械设备——采煤机、胶带输送机、提升机以及掘进机的电气控制系统的特点进行了介绍，对于读者掌握采煤机械的电气控制的特点具有一定的指导意义。
　　【关键词】采煤机械；电气控制；采煤机；胶带输送机；提升机；掘进机
　　0 引言
　　煤炭是国民经济和社会发展的基础。煤炭在我国一次能源生产和消费结构中始终占70％左右，在今后相当长的时期内仍将是我国的主要能源。为此，必须确保煤炭工业持续、稳定、健康地发展。机械设备是煤矿生产中最重要的设备，机械设备的现代化水平直接影响到整个矿井生产的现代化水平。目前，采煤机械大部分已经实现电气化控制。下面，本文就介绍一下主要采煤机械设备的电控系统的特点，以便读者能更好地应用和操作煤矿机械设备。
　　1 采煤机的电控系统
　　当前，我国国内生产的电牵引采煤机，总体结构为多电机横向布置，牵引方式为机载式交流变频无级调速销轨式无链牵引，电源电压为3300 V，以计算机操作、控制并能中文显示运行状态、故障检测。其整机为多电机驱动，电机横向布置。主机架为整体框架式焊接结构。摇臂、破碎装置与主机架用销轴铰接，结构简化，各部件中的电机均可方便单独装入或拆出，部件间无动力传递和联接，更换容易、维修方便。
　　现在新型采煤机的电控系统一般包括PLC 单元、电源单元、本安电源、遥控接收器、端子板。由先导回路、主回路、主控制系统和调速系统四大部分组成。主控系统主要由主控器、操作显示站和本安电源组成。主控器采用PLC 控制系统。其功能就是把操作显示站传送过来的操作指令以及采集到的各传感器的控制信号按预先编制好的程序进行处理，处理结果经过驱动电路输送给各执行机构，以实现对采煤机的控制。操作显示站也是一个计算机系统。它的传输和显示功能：一是把采煤机的操作变成对应的指令编码，通过通信电缆输给主控器；二是将主控器输出的显示信息处理后，通过屏幕以汉字和数字字符的形式定量的显示出来。
　　调速系统主要有：①交流变频调速系统：变频器控制交流牵引电机，牵引电机的电源由交流变频器供给，交流变频器无论是对其本身还是对其负载电机都具有完善的保护功能；②开关磁阻电机调速：开关磁阻电机和控制器；③电磁调速：电磁调速电动机和计算机调速控制器。
　　发生故障时，主控计算机有故障诊断功能：①能显示相应的警告信息和故障保护信息；②具有故障记忆功能，断电后至少能保存最近发生的故障信息，以备重新上电时查询。
　　2 胶带输送机集中控制系统
　　PLC 作为控制核心，以工业监测、监视、控制软件作为用户界面，在主控站可实现以下联锁功能：主斜井皮带机与地面生产系统及井下给煤机之间设有连锁功能，遵循“逆煤流起车、顺煤流停车”原则，并能在事故情况下不堆煤（紧急停车）；具有集控、单机、手动、检修等各种工作方式；电控装置与变频器、调速型液力耦合器、CST、液体粘性传动装置和电软起动装置配合，能控制胶带输送机的加、减速度，能够实现皮带机软启动及软停车，起、停、加、减速度要求控制在a≤0.30 m/s2 范围内，能满足其较低加速度平稳起动和重载起动要求，确保多台电机之间的功率平衡；上位机监控显示功能：显示胶带速度、电流、煤流量、跑偏、打滑、堆煤、烟雾、温度等故障信号，实现自动语音报警及故障提示；在分站PLC上自动汉字提示及报警，且分站信息能在上位机上显示；组网功能：与工业以太网和全矿井的监测监控系统联网，实现数据远传、远程监视功能。
　　胶带输送机的信号系统具有起动预告与开车闭锁的声光告警信号；胶带沿线、控制室及生产系统之间的联络信号；事故预报及事故停车声光报警信号。并具有井底给煤机运转信号显示，配置多功能扩音电话机，实现胶带机沿线起动预告、打点信号联络和语音通信功能。
　　上位机的组态监控软件对皮带机设备的运行状态实现动态图形化监视。上位机的组态监控软件通过智能电力仪表对高压开关设备的电量、电压、电流、有功、无功实现实时显示和存储，并提供任何时刻的历史数据的查询。该控制系统对皮带机所有设备提供完全的故障保护、电机定子温度、驱动滚筒轴承温度、油温的监测、跑偏、闭锁等沿线保护的动作指示。
　　3 提升机的电控系统
　　矿井提升机常被人们称为矿山的咽喉，是矿山最重要的关键设备，是地下矿井与外界的唯一通道，肩负着矿石、物料、人员等的重要运输责任。对提升机来说，运行的安全性与可靠性是至关重要的。传统矿井提升机调速性能较差，在启停车、制动、逻辑控制等方面存在诸多安全问题，随着计算机和PLC 技术的不断发展，采用先进的控制技术改造传统矿山行业的传统控制系统，从而使矿井提升机的控制性能得到极大的改善，其自动化水平、安全、可靠性都达到了新的高度，并采用现代化的管理和监视手段保障提升机的安全运行。其原理就是电机通过减速器将动力传给缠绕钢丝绳的卷筒，实现容器的提升下放，盘形制动器由液压和电气控制进行制动，通过位置指示系统实现容器的深度指示，通过各种传感器、测速发电机控制元件，组成安全保护系统。由于采用了计算机技术，提升机的安全保护系统更为完善。提升机电控装置，是以全数字控制为核心，以PLC 实现全过程位置控制及动态画面监控。有精确的数字位置指示及故障显示、记录、打印、与上位计算机实现再线通讯、监控的新型产品，采用全数字直流调速单元，与新型大功率变流器进行技术接口，实现了大功率直流调速装置的全数字化控制。调速系统优良、系统稳定、停车准确。同时，采用2 台计算机设备，每台电脑都有独立的测量、传感装置和数据处理系统，它们同步工作，互相检测，互为备用，对提升行程实现直接测量和间接测量容器位置相结合的方式，对两者进行比较、校正，实现行程自动控制。由于采用了计算机对安全回路、制动回路、电源和驱动回路进行实时监测，实现故障记忆，因此提升机安全性能大大提高。
　　交变频提升机设计特点有：
　　3.1 新型圆形磁场控制获得了优良的调速性能。即具有电压利用率高、输出转矩大、转矩脉动小，有较好的低频运转性能。这种控制方案对电网电压的波动不敏感，即在电网电压波动时仍能输出较为稳定的电压以驱动交流马达。
　　3.2 采用新型抗干扰设计，并设计了多种故障保护及“优先排序”故障自诊断功能，大大提高了整机运行的可靠性。
　　3.3 全新的薄膜面板设置，操作方便灵活，设置功能齐全，从而使变频调速器能适应较多的应用场合，并取得最佳的调速性能。
　　4 掘进机的电控系统
　　新型掘进机电气系统用PLC 作为主控制单元，完成电气系统各单元的启、停以及与生产过程相关联的各种逻辑功能的集中控制。系统中的保护部分由电子保护器实现了电动机的保护。电子保护电路通过电流互感器对回路实时监控，能够准确判断相关回路的运行状态，并及时将结果反馈到主控单元PLC 中，从而实现相应的电气动作。
　　显示系统通过中文界面向用户显示系统的运行和故障状态，使用户能够及时了解系统情况，并能够根据显示提供的信息快速处理系统故障。
　　参考文献
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　　[2] 符如康,王太续.基于PLC 控制的交流变频调速电牵引采煤机[J].煤矿机电,2007(2)：96-98.
　　[3] 雷沂生,陈刚,雷水生.矿用电气设备的选择[J].山东煤炭科技2009(3)：44-46.
　　作者简介：
　　牛涛利（1979.11---）男，助理工程师，2012年1月毕业于太原理工大学矿山机电专业，现任山西高平科兴牛山煤业有限公司副总工程师。