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EBZ掘进机电气系统培训 三一重型装备有限公司自动化研究所 我公司电气系统特点 1 先进的控制器和显示器目前 国内的掘进机电控系统大多采用PLC控制系统 人机界面采用文本显示器 这种系统的优点是可靠性高 编程简单 维修方便 缺点是防护等级低 拆装不便 点对点连线 文本显示器最多只能显示2 4行内容 而国外的掘进机则是采用微电脑加PLC控制系统 人机界面采用CRT显示器 这种系统的优点是控制功能强大 可靠性高 CRT显示器可图文显示 显示容量大 缺点是编程复杂 连线多 系统结构复杂 维修不便 防护等级低 CRT显示器的抗震性差 我公司采用专用运动控制器作为主控器 人机界面采用工业用触摸屏 这种系统的优点是体积小 可靠性高 抗震性好 防护等级达到IP67 适用于长期恶劣工作 功能强大 编程简单 CAN总线通信技术减少大量接线 插接式连接 拆装十分方便 工业用触摸屏可图文显示 显示容量大且可靠性高 2 功能强大的故障报警专家系统我公司在控制软件中设计了故障报警专家诊断系统 集成了控制系统中所有的故障信息及排故指南 系统一旦出现故障 显示器立刻能显示故障内容及其对应的排故步骤 并伴随有报警铃声提醒操作者注意 3 自主研发的防高压侵入低压的光电隔离保护模块我公司又自主研发的光电隔离保护模块即能可靠地监测电机回路的漏电情况 又能将检测回路与主控器安全地隔离 大大地提高了系统的可靠性和安全性 而国内其他厂家所采用的综合保护器可靠性低 4 便捷的可维修性专用运动控制器采用插接式连接 拆装十分方便 且不会出现接线错误 而要更换PLC控制系统 在接线较多的情况下容易出现接线错误 完善的故障报警专家诊断系统 可显示39条故障信息及每一种故障所对应的排故步骤提示 维修人员提供了极大的方便 5 自动煤岩识别功能 选配功能 我公司在控制软件中设计了根据所截煤岩的硬度 可自动进行高低速转换 高速截煤 低速截岩 6 未来的发展趋势掘进机电气控制系统的发展趋势是无线遥控 智能化 无人驾驶 控制方式 电气系统概图 截割电机 电控箱 隔爆操作箱 前照明灯 截割急停 系统急停 瓦斯报警器 后照明灯 油泵电机 总急停 防爆电铃 电气系统概图 瓦斯报警器 隔爆操作箱 二运电机 电气系统简介 掘进机电控电气系统主要由电控箱 操作箱 矿用隔爆电铃 隔爆型照明灯 隔爆型急停按钮 矿用本安型瓦斯传感器以及各工作机构电机组成 掘进机电气控制系统是整机的重要组成部分 与液压控制系统配合 可自如的实现整机的各种生产作业 同时对截割电机 油泵电机 二运电机的工况及回路的绝缘情况进行监控和保护 电控箱防爆型式 Exd ib 隔爆兼本质安全型 操作箱防爆型式 Exd 隔爆型 矿用防爆设备的防爆型式及含义 Exd ib 防爆等级本质安全型隔爆型防爆标志符号 隔爆型 d 指具有隔爆外壳的电气设备 当外壳内部爆炸时 外壳既能承受爆炸压力 又能使火焰在穿过规定缝隙过程中 受间隙壁的吸热及阻滞作用而显著降低其外传的能量和温度 从而不致引起设备外部爆炸性气体混合物的爆炸 本质安全型 ib 指在正常运行或故障状态下所产生的电火花和热效应 不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备 该型电器设备的电路 一般均为低电压小电流 电气控制系统配置 进口 电气控制系统配置 国产 与进口配置的区别 表中第2项改为 交流真空接触器CKJ5 250 1140 制造商为昆山国力 其余与进口配置相同 电控系统主要技术参数 技术参数EBZ系列机型系列机型见 附表1 额定电压主回路 AC1140 660V电控箱 控制回路电压为 AC220V AC36V AC24操作箱 控制回路电压 DC24V显示回路电压 DC24V额定电流额定电流见 附表1 额定频率额定频率50Hz 电控系统主要技术参数 额定功率额定功率见 附表1 系统输出主路数输出路数5回路油泵电机控制主回路截割高速电机控制主回路截割低速电机控制主回路二运电机控制主回路锚杆电机控制主回路 本安部分 本安电源输入电压 DC24V输出电压 DC12V瓦斯报警器工作电压 DC12V最大工作电流 130mA 使用条件 1 海拔高度不超过2000米2 周围环境温度 5 40 周围空气相对湿度不大于95 25 3 能承受掘进机的振动 与水平安装倾斜度不超过18 4 适合在有甲烷气体的爆炸性混合物隧道或矿井中 5 无破坏绝缘的气体或蒸汽的环境中6 无长期连续滴水的地方 7 污染等级3级 有导电性污染 或由于凝露使干燥的非导电性污染变为导电性的 工业用电气一般适用于污染等级3的环境 8 安装类别 类 配电电路水平 既该设备的故障不会影响其它配电回路的工作 电控箱的结构 电控箱是按照GB3836 1 2000 爆炸性气体环境用电气设备 通用要求 和GB3836 2 2000 爆炸性气体环境 用电气设备隔爆型 d 的标准设计 为隔爆兼本质安全型电气设备 其隔爆壳体是用钢板焊制而成的两个通过接线端子相互连接的独立腔体 上边为进出线腔 接线腔 下边为主腔 接线腔内设有接线端子和内接地端子 电控箱的结构 主腔的右侧装有断路器 隔板上装有主回路熔断器 主盘板占据了主腔大部分空间 其上装有控制变压器 真空接触器 阻容吸收器 中间继电器以及电流 电压变送器等组件 电控箱的门为两扇由销轴支撑 并用螺栓与箱体紧固 左门内侧面设置了装有 开关电源 本安电源 EPEC专用控制器的控制器盒 两扇门均设有 严禁带电开盖 警告牌 MA 及 Exd ib I 标志 左门上有产品铭牌 右门上设置了电源开关 箱体的正面有电压表 光电隔离板 信号转换板 接线腔盖与箱体用螺栓紧固 并设有 严禁带电开盖 警告牌 主控器控制器盒 主控器控制盒内装有EPEC运动控制器 本安电源和开关电源 它是整个电气系统的核心 掘进机每个部件的动作 各个部分工况的检测 各种安全保护功能的实现等都是由它处理后执行的 主控器与其他电器设备的连接通过快速插接头来实现 比PLC控制系统要快捷得多 操作箱的结构 操作箱是按照GB3836 1 2000 爆炸性气体环境用电气设备通用要求 GB3836 2 2000 爆炸性气体环境用电气设备隔爆型 d 的标准设计 为隔爆型电气设备 其隔爆壳体是用钢板焊制的两个通过接线端子相互连接的独立腔体 后面为接线腔 前面为主腔 主腔门用销轴支撑 并用螺栓与箱体紧固 门上装有各电机控制开关 紧急停止按钮及监视电源 截割电机 油泵电机 二运电机 锚杆电机工况的显示屏 门上设有 MA 及 ExdI 标志 箱体左侧设有 严禁带电开盖 警告牌及产品铭牌 接线腔内设有接地螺栓 接线腔盖是用螺栓与箱体紧固 操作箱内部接线图 电路的组成及工作原理 主回路 见附图1 主回路主要是由断路器 熔断器 真空接触器 中间继电器 阻容吸收电路以及电压传感器 电流传感器等组成 断路器作为电源开关 当其闭合时主回路得电 真空接触器分别控制截割电机高速 截割电机低速 油泵电机 二运电机和锚杆 或水泵 电机的运转 利用阻容吸收电路吸收主回路电动机断电瞬间的反向电势 电流 电压传感器分别采集回路电流及电压信号并输入至EPEC专用控制器 通过编程实现对电机的过流 过载 断相 漏电检测以及电源的过压及欠压等保护作用 主电路中选用元件的参数 隔离开关 我公司现在生产的定型产品中隔离开关选用的是GM2 400型隔离开关 该开关为掘进机的电源开关 适用于交流50Hz 额定电压1140V 额定电流400A的电路中 作为无负载合闸和无负载切断掘进机供电电源之用 切忌带负载通 断 开关的机械寿命在频繁操作时不超过2000次 开关在经受三次动稳定电流 8000A峰值 及一次热稳定电流 3200A有效值 后应进行维修 开关在经受三次事故电流后应进行检修 注 带 的部分只要售后人员掌握即可 以下相同 不再说明 主电路中选用元件的参数 真空接触器我公司生产的通用型掘进机中所采用的交流真空接触器 是由昆山国力真空电器有限公司按国家标准和我公司特殊技术要求生产的 而在高档型掘进机中 则采用西门子或施耐德公司生产的进口交流真空接触器 适用于交流50HZ 主回路额定工作电压1140V及以下等级的电力系统中 频繁地起动和停止三相交流电动机 适宜于各种装置组成磁力起动器 广泛用于电力系统 石油 化工 煤矿 冶金和电气化铁道等各个领域 主要控制元器件的参数和特点 专用控制器专用运动控制器是基于长期恶劣环境如高震动 温度变化剧烈和湿度较大等条件下可靠地工作而开发的 是一种集可编程控制器 比例放大器 模拟量输入A D模块 继电器输出等功能于一身的高性能工程机械专用控制器 它给世界工程机械传统的电液控制系统带来了革命性的进步 其优点如下 1 它取代了比例放大器 将4 12片阀的放大器集成在一体 成本上有绝对优势 2 它有大电流输出 0 3A 取代了传统继电器 节省了大量接线特点 故障率大幅降低 3 它的模拟量输入端子每一个针具备了处理不同信号能力 不论是电位计 热敏电阻还是变送器电流 电压信号 都可以接入并使用软件编程进行设定 4 它的逻辑控制功能可以非常轻松的完成以前用各式各样继电器和模块很难解决的问题 主电路中选用元件的参数 5 它内部数个16位高性能微处理器以及超大容量的内存空间使它具有及强的数字处理能力 可以完成很多以前必须用电脑高级语言来编程的复杂算法如直行纠偏多PID控制 发动机液压泵复合控制 姿态模糊控制 自动驾驶等等 6 它是基于CANBUS总线开发的产品 当系统节点较多或信号传输距离较远时可以使用多个控制器组网 节省接线 提高可靠性 并且灵活性和可扩展性大大加强 7 它使用欧洲通用标准IEC1131 1语言编程 多种语言可选 简单易学 可读性强 可现场无数次Flashing下载程序 改变EPROM参数 无须重新下载或修改程序 通常可使用专用车载显示器完成参数修改 非常方便 8 它的硬件可靠性优于同类产品 无论在东北雪原极寒实验 还是在东南亚热带雨林中施工 都不负众望 在国家大型施工项目设备中 在军用车辆上 在出口欧美的大型设备上都有成功的应用 9 它的I O设计独具匠心 一针多能 既可做开关量输入 也可以做模拟量输入 既可做PWM或开关量输出也可以做开关量输入 一个型号便可以有无数种组合满足无数种需要 使用更方便 更经济 10 它具有CANOPEN和CAN2 0两个总线接口 可以与国内外很多标准CANBUS总线产品进行连接 或经门路模拟与其它总线或上位机连接 组建大型系统 11 由于采用专用插头连接 使其拆卸方便 不易出错 电流传感器 我公司产品电气系统中的电流传感器采用的是瑞士LEM 莱姆 公司生产的电流传感器 LEM是世界知名传感器制造公司 其产品是按照国际标准设计制造的 产品提供5年质保 采用单24V供电 输出标准信号 频率响应范围宽 0 500kHz 安装简便 接线简单 工作温度范围广 25 85 开关电源 我公司控制部分供电才用的是交流220V输入 直流24V输出的开关电源供电 我公司所用的开关电源选择的是朝阳电源公司生产的4NIC Q 192型电源模块 其特点是体积小 重量轻 电压转换效率高 宽电压输入范围 采用零电压 零电流技术 有良好的电磁兼容性 并具有过流保护 短路保护 过热保护和过压保护 显示器 我公司的显示系统采用的是日本Digital公司生产的ST400 AG41 24V型显示屏 它的特点是 体积小 显示屏幕大 3 8英寸 画面清晰 分辨率高 320 240 运行速度快 功能强大 屏幕颜色醒目 琥珀色 简单实用 通讯口为RS 422方式 电路的组成及工作原理 控制电源控制电源主要为电气控制系统提供所需的工作电源 控制电源主要是由控制变压器 开关电源和本安电源等组成 控制变压器一次侧为AC1140V 660V 二次侧为AC220V AC36V AC24V 分别为电机控制回路 电铃控制回路和照明控制回路提供电源 并为开关提供输入电源 开关电源为DC24V控制回路提供电源 并为EPEC运动控制器和显示器提供工作电源 本安电源主要为瓦斯报警器及本安控制回路提供电源 电路的组成及工作原理 控制回路控制回路是以EPEC专用控制器为核心 它接受各输入元器件的状态信息 通过编程计算 对所控制的元器件发出动作指令 实现对设备的逻辑控制 在操作箱上 机体油箱前侧和二运电机附近装有三个紧急停止按钮 按下其中的任意一个 机器将立即停止运行 在机体左侧的司机席的前部设有一个截割紧急停止按钮 其作用是立即停止截割头工作 转换开关有自动复位式和自锁式 它们作为控制器的指令输入开关安装在操作箱面板上 注 以下所有的内容只要售后人员掌握即可 电路的组成及工作原理 工作原理主控器与显示屏的通讯电控箱通电 主控器与显示屏通讯时 本画面以EBZ100为例 显示屏将显示画面如下 此状态为主控器通讯连接中 不应该操作 否则显示开关操作错误 电路的组成及工作原理 数秒之后 主控器与显示屏通讯结束 显示如下画面 此时可以对机器进行操作 电路的组成及工作原理 复位 警报将 复位 警报 开关旋至 警报 位置 警报继电器线圈得电 其常开点闭合 电铃回路接通电源 电铃鸣响 系统发出警报 将 复位 警报 开关旋至 复位 位置 控制系统内各报警故障均复位 注意 截割电机启动前必须先发出报警信号 电机漏电闭锁检测在启动油泵电机时 将 油泵启 停 开关旋至 启动 位置 系统先整体对截割高 低速电机 油泵电机 二运电机 锚杆电机进行漏电闭锁检测 即各回路漏电闭锁检测继电器同时吸合 电路的组成及工作原理 如有漏电发生 则分别对各个电机进行检测 确定漏电的电机 并显示 在此过程中所有电机都不能起动 显示屏显示画面 以油泵漏电闭锁为例 如右图所示 电路的组成及工作原理 油泵电机启动 停止启动 将 油泵启 停 开关旋至 启动 位置 警报运行继电器先得电 电铃鸣响7秒后停止 此时油泵运行继电器得电 其常开点闭合 从而使真空接触器线圈得电 接触器主触点闭合 油泵电机主回路接通电源 电机运行 停止 将 油泵启 停 开关旋至 停止 位置 油泵运行继电器线圈失电 其常开点断开 使真空接触器线圈失电 主触点断开 油泵电机主回路电源被切断 运行中的油泵电机将停止运行 电路的组成及工作原理 启动前 在无故障时 显示屏将显示画面如下 油泵电机的启动 启动后 显示屏将显示如右图所示画面 注 通过此画面能监测油泵电机各相的电流值和故障信息 当油泵电机出现过载 过流 断相等故障时 显示屏将显示相对应的故障画面 电路的组成及工作原理 截割高速的启动 停止启动 油泵运行后 将 高速启 停 开关旋至 启动 位置 警报运行继电器先得电 电铃鸣响5秒后停止 此时高速运行继电器得电 其常开点闭合 使高速真空接触器线圈得电 接触器主触点闭合 使高速电机主回路接通电源 高速电机起动运行 停止 将 高速启 停 开关旋至 停止 位置 截割高速运行继电器线圈失电 其常开点断开 使真空接触器线圈失电 接触器主触点断开 截割高速电机主回路电源被切断 运行中的截割高速电机停止运行 截割高速电机的启动 启动后 显示屏将显示如右图所示画面 注 通过此画面能监测截割高速电机各相的电流值和故障信息 当截割高速电机出现过载 过流 断相等故障时 显示屏将显示相对应的故障画面 电路的组成及工作原理 截割低速的启动 停止 启动 油泵运行后 将 低速启 停 开关旋至 启动 位置 警报运行警报运行继电器先得电 电铃鸣响5秒后停止 此时低速运行继电器得电 其常开点闭合 使低速真空接触器线圈得电 接触器主触点闭合 使低速电机主回路接通电源 低速电机起动运行 停止 将 低速启 停 开关旋至 停止 位置 继电器线圈失电 其常开点断开 使低速运行真空接触器线圈失电 接触器主触点断开 低速电机主回路电源被切断 运行中的低速电机停止运行 注意 截割高速与截割低速电机是互锁关系 截割低速电机的启动 启动后 显示屏将显示如右图所示画面 注 通过此画面能监测截割低速电机各相的电流值和故障信息 当截割低速电机出现过载 过流 断相等故障时 显示屏将显示相对应的故障画面 电路的组成及工作原理 二运电机的启动 停止 启动 将 二运启 停 开关旋至 启动 位置 二运运行继电器得电 其常开点闭合 使二运真空接触器线圈得电 接触器主触点闭合 使二运电机主回路接通电源 二运电机起动运行 停止 将 二运启 停 开关旋至 停止 位置 二运运行继电器线圈失电 其常开点断开 使真空接触器线圈失电 接触器主触点断开 二运电机主回路电源被切断 运行中的二运电机停止运行 二运电机的启动 启动后 显示屏将显示如右图所示画面 注 通过此画面能监测二运电机各相的电流值和故障信息 当二运电机出现过载 过流 断相等故障时 显示屏将显示相对应的故障画面 电路的组成及工作原理 锚杆电机的启动 停止 启动 油泵停止 将 锚杆启 停 开关旋至 启动 位置 警报运行继电器先得电 电铃鸣响5秒后停止 此时锚杆运行继电器得电 其常开点闭合 使锚杆真空接触器线圈得电 接触器主触点闭合 使锚杆电机主回路接通电源 锚杆电机起动运行 停止 将 锚杆启 停 开关旋至 停止 位置 锚杆运行继电器线圈失电 其常开点断开 使真空接触器线圈失电 接触器主触点断开 锚杆电机主回路电源被切断 运行中的锚杆电机停止运行 锚杆电机的启动 启动后 显示屏将显示如右图所示画面 注 通过此画面能监测锚杆电机各相的电流值和故障信息 当锚杆电机出现过载 过流 断相等故障时 显示屏将显示相对应的故障画面 电路的组成及工作原理 上 下翻页将 上 下翻页 开关旋至 上翻页 位置 显示屏向上翻一页 将 上 下翻页 开关旋至 下翻页 位置 显示屏向下翻一页 总急停按下两个紧急停止按钮中的任意一个 并顺时针旋转自锁 使运行中的所有电机立刻停止工作 按下截割急停按钮 并顺时针旋转 截割电机立刻停止 电路的组成及工作原理 电气联锁第一 只有当油泵电机启动后 高速或低速电机 二运电机才能启动 油泵电机停止运行 运行中的高速或低速电机 二运电机也随之停止 第二 截割高 低速电机为互锁关系 第三 油泵电机和锚杆电机不能同时启动 二者之间为互锁关系 电路的组成及工作原理 保护回路电路的组成保护回路主要是由电流 电压传感器 熔断器 漏电断路器 电机内的温度传感器 温度开关 安装在油箱中的油温开关 安装在油箱中的液位开关 瓦斯传感器及漏电闭锁回路等组成 工作原理1 电机综合保护 以油泵电机为例 当出现过流 过载 断相等故障时 控制器将电流传感器取来的信号经过编程计算 一旦出现过流 过载 断相时 控制器通过内部程序控制 使油泵运行的中间继电器线圈失电 真空接触器线圈失电 油泵电机主回路电源被切断 运行中的油泵电机停止 故障处理完毕后 将 复位 警报 开关旋至 复位 位置 油泵异常点复位 电路的组成及工作原理 2 电机过热保护 以截割电机为例 当截割高 低速电机因长时间工作或由于故障引起绕组温度升高超过规定值 埋设在该电机绕组中的温度开关动作 使截割高速 截割低速运行继电器动作 切断对应真空接触器线圈回路 断开截割高速电机 截割低速的主回路 对截割高 低速电机进行保护 在截割电机中预埋了PT100温度传感器 信号送入控制器经过程序处理后 对电机进行起停控制 并在显示屏上即时显示截割电机的温度和超温报警 电路的组成及工作原理 故障信息油箱温度当油箱温度超过规定值时 油箱过温信号送到控制器 经过程序处理 使运行中的所有电机立刻停止 油位过低当油箱液位低于规定值时 油位过低信号送到控制器 经过程序处理 使运行中的所有电机立刻停止 瓦斯报警当瓦斯含量超标时 瓦斯报警信号送到控制器 经过程序处理 使运行中的所有电机立刻停止 电压过低 过高当电压过高 过低时 经过程序处理 使运行中的所有电机停止 电路的组成及工作原理 我公司掘进机控制系统可检测39种故障信息 显示屏显示如下 注 故障处理完毕后 通过 复位 警报开关 对故障进行复位 操作方法 将电控箱右侧断路器手柄扳至 接通 的位置 此时前后照明灯同时点亮 检查显示屏 电压表和机器周围 如果没有异常情况 即可按如下顺序进行开机操作 将 复位 警报 开关旋至 警报 位置 发出开机信号 并观察工作现场 确认不能发生机械和人身事故方可开机 将 油泵启 停 开关旋至 启动 位置 警报先鸣响5秒后 油泵启动运转 将 油泵