郭 斌

（汾西礦業(yè)高陽煤礦，山西 孝義 032300）

引言

懸臂式掘進(jìn)機(jī)是現(xiàn)階段煤礦常用的機(jī)械設(shè)備，對提高礦井巷道掘進(jìn)效率具有重要意義。電控系統(tǒng)是掘進(jìn)機(jī)核心組件，為提高掘進(jìn)機(jī)工作效率以及智能化程度，加強(qiáng)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(jìn)機(jī)，使用的掘進(jìn)機(jī)具有承載能力強(qiáng)、截割穩(wěn)定性好、安全系數(shù)高等特點(diǎn)，同時電控系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于進(jìn)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(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)展開研究，以期進(jìn)一步提高掘進(jìn)機(jī)工作效率。

1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)分析

EBZ260懸臂式掘進(jìn)機(jī)實(shí)物如圖1所示，結(jié)構(gòu)組成包括有掘進(jìn)部、行走部、電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等，技術(shù)參數(shù)見表1。

圖1 掘進(jìn)機(jī)實(shí)物圖

表1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)參數(shù)

EBZ260懸臂式掘進(jìn)機(jī)可用以8～20 m2斷面巷道掘進(jìn)，最大破巖強(qiáng)度達(dá)到80 MPa，適應(yīng)行走坡度在±16°以內(nèi)地點(diǎn)，同時通過模塊設(shè)計，方便掘進(jìn)機(jī)從地面拆卸、分部運(yùn)輸至井下組裝，對運(yùn)輸巷道斷面要求較小。掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)部分是主要組成單元，結(jié)構(gòu)包括有減速器、電機(jī)、截割頭、懸臂以及固定架等組成。掘進(jìn)機(jī)機(jī)載電控系統(tǒng)由按鈕控制箱、傳感器、電控箱、電機(jī)等構(gòu)成。文中以該懸臂式掘進(jìn)機(jī)為研究對象，對電控系統(tǒng)展開研究。

2 電控系統(tǒng)設(shè)計

依據(jù)掘進(jìn)機(jī)井下工作環(huán)境情況，并結(jié)合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，歸納出掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)要求：第一，通信系統(tǒng)傳輸效率高，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測、控制信號快速、精準(zhǔn)傳輸；第二，可對掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)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(jìn)機(jī)運(yùn)行期間故障進(jìn)行監(jiān)測及診斷，及時發(fā)出預(yù)警并顯示故障點(diǎn)位置；第四，對掘進(jìn)機(jī)各電機(jī)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，出現(xiàn)故障時自動預(yù)警。

2.1 電控系統(tǒng)架構(gòu)

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(shí)際情況發(fā)出電機(jī)漏電、設(shè)備啟停、故障預(yù)警等控制以及預(yù)警指令。電控系統(tǒng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、分析及判斷，通過顯示屏顯示的同時向掘進(jìn)機(jī)相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令。具體設(shè)計的電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jìn)行安全監(jiān)測參數(shù)分析及保護(hù)，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(jìn)機(jī)漏電、瓦斯?jié)舛鹊葘?shí)時顯示；為便于后續(xù)檢查及維護(hù)，將平臺電壓統(tǒng)一為220 V。

2.2 電控系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)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(zhì)，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(shù)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(jié)構(gòu)包括I/O端、CPU端兩個部分，具備有多個通信接口，內(nèi)置的外圍接口可滿足電控系統(tǒng)構(gòu)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(jìn)機(jī)工作期間需對電機(jī)、設(shè)備溫度等各種參數(shù)進(jìn)行采集，采集工作主要依靠傳感器實(shí)現(xiàn)，因此應(yīng)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(diǎn)。具體信號采集系統(tǒng)架構(gòu)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(jié)果可同步傳輸至BH9保護(hù)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(zhuǎn)換成5 V、12 V等電壓值，實(shí)現(xiàn)電壓平臺的實(shí)時檢測。采用IR420-D6絕緣監(jiān)視儀對電機(jī)絕緣電阻進(jìn)行監(jiān)測[1-4]。

圖3 信號采集系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

2.3 電控系統(tǒng)控制程序

電控系統(tǒng)運(yùn)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(jī)管理程序等構(gòu)成，具體電控系統(tǒng)控制程序運(yùn)行流程如圖4所示。

3 現(xiàn)場工業(yè)應(yīng)用分析

為掌握文中所提掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)運(yùn)行效果，在山西某礦21105運(yùn)輸巷EBZ260掘進(jìn)上安裝該電控系統(tǒng)，并進(jìn)行為期2個月現(xiàn)場試驗。

電控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對掘進(jìn)運(yùn)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(dāng)電控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)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(yùn)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(jìn)機(jī)運(yùn)行參數(shù)導(dǎo)出，用戶可依據(jù)自己需要，對導(dǎo)出的掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。現(xiàn)場應(yīng)用該電控系統(tǒng)后，得到了有關(guān)作業(yè)人員的認(rèn)可[5-7]。

4 結(jié)語

文中以礦井常用的EBZ260掘進(jìn)機(jī)為研究對象，依據(jù)現(xiàn)場需求，對掘進(jìn)機(jī)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(shí)現(xiàn)對掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測。電控系統(tǒng)具備有故障自動診斷功能，當(dāng)監(jiān)測到掘進(jìn)機(jī)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(yùn)輸巷掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用后，該電控系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)對掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行監(jiān)測及控制，可在一定程度上提升掘進(jìn)機(jī)工作效率以及運(yùn)行可靠性。