进口与国产采煤机电气保护方面的对比

摘 要：进口采煤机的电控系统介绍,国产采煤机电控系统介绍.对进口和国产采煤机电控系统进行对比,寻找国产采煤机电气保护方面的不足,并分析国产采煤机电控系统的改进前景.

关 键 词：采煤机电控系统电气保护进口国产

中图分类号：TD42文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）04（a）-0125-02

1进口采煤机和国产采煤机的电控系统介绍

1.1进口采煤机的电控系统介绍

关于进口采煤机电控箱系统,我就拿现在较为先进的美国久益公司生产的7LS07采煤机为例做个介绍.

JNAFaceBoss系统是该采煤机的控制核心.它包括以下的系统单元及所实现的功能.

（1）控制器（CCU）、显示计算机、鼠标、本安隔离栅.还包括遥控器、接收器和天线,以及相关的接线、电缆和开关.

（2）本安多用输入/输出模块和隔离栅及相关电缆和接线.这些部件提供了煤机传感器、温度开关和油位开关与CCU间的本安输入/输出接口.

（3）远程输入/输出模块.它接收控制开关的输入信号、温控器输入信号和位置传感器输入信号.此模块与电机电流互感器和CCU之间通讯.

（4）数字输入/输出模块,接收CCU的指令,输出电压控制电磁阀,电磁阀控制相应的液压元件,此模块也用于监测漏电故障电路.

（5）变频器模块,接收CCU的指令,调节牵引电机的速度.

JNAFaceBoss是久益通用控制平台的一部分.JNAFaceBoss使用一整套的硬件来监控采煤机.其用于监测遥控器的连续数据传输、液压控制数据、牵引控制数据和急停信号.监测遥控器选择开关来禁用故障的或未选用的遥控器.实现液压电磁阀的顺序和优先控制.监控泵、截割和牵引电机的电流,也控制截割反馈.系统也为泵、截割和牵引电机提供过电流、堵转过载和相不平衡保护.系统还在显示计算机上提供诊断数据.系统也可以提供数据记录功能,用于煤机性能的检查.

典型的JNAFaceBoss主面屏幕显示了煤机的侧视图,和单独的煤机部件的图标.点击屏幕相应图标,可查看更多的部件信息.当部件图标绿色高亮显示,表示其正在运行.当部件的图标背景为,表示其有一个或多个报警事件.背景红色闪烁,表示其有一个或多个警告事件.

以上就是JOY采煤机的电控系统概况、下面对其采煤机保护做个简要介绍.

采煤机有几套保护系统.电流互感器提供过载和堵转故障的反馈.RTD提供过热故障的信号.

（1）截割电机RTD：热敏电阻监测截割电机的温度.RTD的阻值随温度变化.JNAFaceBoss可使用RTD输入信号来降低牵引速度,防止截割电机过载.如果截割电机达到截割温度限定值.CCU会控制降低牵引速度.通过降低牵引速度,CCU确保截割电机消耗的电流将减少,电机温度将下降.如果截割电机温度没有下降,CCU将继续降低牵引速度.

（2）其它RTD：牵引/泵变压器、牵引电机整流模块、牵引电机逆变器、牵引电机、泵电机和破碎机电机都装有RTD.每个RTD的阻值都会随着温度变化.每个RTD阻值的变化信号都将传输到CCU或直接到远程输入/输出模块.

（3）过载保护：电流互感器可提供过电流、堵转和相不平衡保护.电机电流互感器监测泵电机、破碎机电机和截割电机消耗的电流,每个变频器监测牵引电机消耗的电流.并处理这些数据,把结果传送到CCU.CCU把电流互感器的输出电流值与预先设定的曲线相比较.来判断有无过电流、堵转、或相不平衡故障.

（4）电压变送器：电压变送器监测主控制变压器的相电压,并通过远程输入/输出模块把数据传送到JNAFaceBoss系统.

（5）过电流：JNAFaceBoss如同一个过热片,电流值越大跳闸时间越短,相反,电流值越小跳闸时间越长.如果截割电机电流超过其过电流过载设定值,JNAFaceBoss会停止截割电机,并停止牵引.如果泵或牵引电机电流超过其过电流过载设定值,JNAFaceBoss会使ESR继电器失电,切断电机控制回路的电源.

（6）堵转过载：JNAFaceBoss系统为泵、截割和牵引电机提供堵转保护.如果任一截割电机的电流超过堵转过载设定值两秒,JNAFaceBoss系统将停止截割电机,并停止牵引.

（7）相不平衡过载保护：JNAFaceBoss系统使用电机电流相间的不平衡百分数来影响电机过电流过载特性.

以上就是进口久益采煤机的电控部分及其部分保护的介绍,可谓是环环相扣,各部分紧密相联,很多部分都采用双重保护,而且这么多多的保护皆由JNAFaceBoss系统来完成和实现,具有统一的通讯平台.

1.2国产采煤机的电控系统介绍

国产采煤机我就以现在较为先进的西安煤机厂生产的MG900/2210-GWD型交流电牵引采煤机为例做个介绍.

MG900/2210-GWD型交流变频电牵引采煤机电气部分结构上由三个独立的电控箱共同组成.系统上采用了可编程序控制器（PLC）,工控机,工业平板显示器显示,直接转矩（DTC）变频调速技术和信号传输技术共同控制两台截割电机,两台牵引电机,一台破碎电机以及一台泵电机的运行状态.

其电控系统主要组成部件如下.

（1）变频器,变频器选用ABB公司的直接转矩控制（DTC）变频器ACS800系列,变频器无速度传感器.

（2）可编程序控制器（PLC）,PLC是采煤机电气系统的控制中心.选用三菱FX2N系列.在PLC正常时,变频器的速度给定,牵引方向,加、减速,水流量保护,截割电机的温度监测,电流采样,截割电机的恒功率保护,采煤机零位抱闸,启动预报警,截割电机的分别启动和停止,破碎电机的启动、停止,瓦斯断电,绝缘监测,牵引变压器温度监测及采煤机的动作执行等均通过PLC来控制.（3）显示,显示器有两处：一处为中文显示器,另一处为两个变频器的显示窗.工业平板显示器（FPM）选用台湾研华产品,通过与工控机通信,实时显示系统的各种工作参数、工作状态和各种信息.二个变频器显示窗实时显示变频器的工作参数、状态及信息.

（4）操作,可以在左、右端头站,遥控器及电控箱上对采煤机进行操作.也可以手动操作左、右摇臂的升降.

下面对其保护做个简要介绍.

（1）截割电机恒功率自动控制,用2个电流互感器分别检测左、右截割电机的单相电流,将截割电流信号转变为0～10V的信号送入PLC进行比较,得到欠载、超载信号.当两台电机都欠载时,发出加速信号,牵引速度增加；当任一台电机超载时,发出减速信号,牵引速度自动减小,直到退出超载区域.

（2）采煤机过零保护,当采煤机向左牵引时,按下“右牵”按钮,此时采煤机将会减速；如果一直按下“右牵”按钮,则采煤机速度将会减小到零速.但是采煤机到零速后不会继续向右牵引,只有松开“右牵”按钮,重新选择“左牵”或“右牵”,则采煤机将沿着所选的方向行走,反之亦然.

（3）截割电机、破碎电机、泵电机、牵引电机温度保护,在电机绕组内埋有温度接点,将其串在启动回路中,当任意一台电机的温度超过155℃时,接点断开,从而断开启动回路,使采煤机整机断电.同时电机内埋有Pt100热电阻,热电阻值经过温度模块转化为电流值接入PLC的模拟量模块,当任意一台电机温度达135℃时,电机降低容量30%运行,达155℃时,PLC输出信号将采煤机启动回路自保接点切断,使整机停电.

（4）瓦斯保护,当采煤机工作环境中瓦斯浓度超限时,瓦斯断电仪将报警并动作,将瓦斯断电仪接点接于PLC中,控制启动回路自保接点,浓度超限时整机断电.

（5）牵引电机电流保护,当左、右牵引电机电流小于90Ie%时,牵引可以加速,当90%Ie≤I≤100%Ie时,牵引恒速运行,当I≥100%Ie时,牵引减速运行；当I≥120%Ie时,变频器停止输出,采煤机停止牵引.

（6）牵引电机和电控箱水流量保护,该采煤机有三个流量传感器,分别监测左、右截割电机和左、右牵引电机、电控箱的水流量.当电控箱的水流量不够,采煤机将不能牵引或停止牵引；当左截割电机和左牵引电机的水流量不够,采煤机将不能牵引或停止牵引同时左截割电机不能运行或停止运行.

（7）牵引变压器温度保护,牵引变压器绕组内埋设有温度接点,将其串接在采煤机启动回路中.当变压器温度超过160℃时,接点断开,切断启动回路,使整机断电.牵引变压器绕组内还埋设有一个Pt100热电阻,当变压器温度超过135℃时,牵引电机降低容量30%运行；达160℃时,PLC输出信号将采煤机启动回路自保接点切断,使整机停电.

（8）变频器故障保护,变频器的保护有：接地保护、过压保护、欠载保护、供电电源缺相保护、变频器输出短路保护、及变频器对牵引电机的缺相保护、堵转保护、过流保护.当启动采煤机后,变频器带电,此时若两个变频器中任意一个有故障,则不允许牵引,同样在牵引的过程中,两个变频器中无论哪个有故障,则停止牵引.

（9）破碎电机电流保护.

破碎电机电流超过1.2Ie时,PLC输出信号将采煤机控制回路切断,使整机停电.

（10）截割电机,破碎电机绝缘保护.

两个截割电机、破碎电机分别具有绝缘保护装置.当其绝缘降低时,相应的截割电机、破碎电机不能启动.

发展到现在,国产采煤机也具有了相对完备的保护系统,但是都相对独立.而且国内采煤机的电控部分多为采购其他公司的部件进行整合、组装,自己按需开发的模块及系统甚少,很难实现所有元器件的最大互联和兼容.

2进口采煤机和国产采煤机电气保护方面的对比,以及国产采煤机电气保护方面的不足

进口采煤机,我还拿久益公司来说,近几年,久益公司对主要机型的主控制系统进行了改进,即采用新一代的JNA控制系统,具有非常直观的人机通讯界面、故障诊断图形显示和储存、无线电遥控、牵引控制等先进功能,其处理速度快,能够显示工况参数的瞬间变化.

总体来说,目前国内生产的采煤机不仅在结构布置、性能参数等方面与进口机型有着明显的差距,而且某些关键部件的性能、功能、适应范围还有待完善和提高,尤其是无线监测、故障诊断及预报、信号传输、传感器等智能化技术和可靠性方面与国外相比差距甚大.例如：国内采煤机的变频器,只能从国外购写地面用的通用变频器,经过拆卸改造,重新装配,来满足采煤机的使用要求.而国外是专门为采煤机研究的专用变频器.另外,在自动化工作面中采煤机所采用的自动控制技术、传感器技术、计算机技术、设备工况监测及故障诊断技术、采煤机自动操纵技术、远程通讯和集中控制技术等方面也是相差甚远.

3国产采煤机电控系统的改进前景

可靠性大功率采煤机是实现高产高效矿井合理集中生产的根本保证,采用机载计算机监测,故障诊断及自动控制系统是提高大功率采煤机可靠性和利用率的重要途径,通过开发采煤机监测传感器和机载计算机系统,以及地面中心站的故障诊断和维修管理专家系统,实现多参数工况监测和井下、地面两极预报型故障诊断及维修管理专家系统等机电一体化技术,使采煤机的技术水平、工作能力得以大幅度提高,保证高效连续生产.

根据我国煤炭生产要求和采煤机发展趋势以及针对国内电牵引采煤机存在的差距,今后主要研究内容如下.

进一步完善和提高交流变频调速系统的可靠性；研究可靠的微机电气控制系统,重点提高采煤机机电控制系统的抗干扰、抗热效应的能力.

开发或增强电控系统的监控功能,重点研究故障诊断与专家系统、工况监测、显示与信息传输系统、工作面采煤机自动运行控制系统、自适应变频电路的漏电监测与保护技术等；开发四象限运行的矿用交流变频调速装置,使采煤机能适应较大倾角煤层开采的需要.

开发四象限运行的矿用交流变频调速装置,使采煤机能适应较大倾角煤层开采的需要.

通过以上改进,逐步提高国产交流电牵引采煤机的可靠性、安全性、可维护性、自动化程度.

4结语

我国煤矿综合机械化采煤设备的研制水平,经过几十年的引进技术、消化吸收和自主研发,已有长足进步.国产采煤机设备的主要技术参数、机电一体化程度以及可靠性接近或达到20世纪90年代初的国际先进水平.中国煤机制造企业设计制造的煤矿机电装备已经广泛地在我国各类煤矿中使用,成为中国煤矿工业技术装备的主体,为中国煤矿安全生产和高产高效矿井的建设提供了可靠的保证.国内电牵引采煤机研制方向与也国际发展基本一致,但离国际先进水平尚有较大差距,必须进行大量的技术和试验研究,来提升国内电牵引采煤机的整体竞争力.