上海創力MG400/930-WD型采煤機反牽引改良設計

夏 楠

0 引言

大同煤礦集團王村煤業公司8132 綜采工作面采用上海創力公司MG400/930-WD 型采煤機。2013 年1 月12 日采煤機滑靴被工作面刮板輸送機啞鈴銷卡住，采煤機保護系統做急停動作，但造成了采煤機滑靴、工作面刮板輸送機啞鈴銷的機械性損壞。該故障是安全生產的重大隱患，如再度發生，很可能會對傳動部件、行走部件甚至牽引電機造成損壞。

在采煤機牽引設施強機械性堵轉情況下采煤機做急停動作有以下不足：①采煤機司機容易將采煤機的急停動作誤認為是突然斷電，不做任何處理；②重新送電后如果沒有發現堵轉故障繼續按原方向運行，容易造成設備的二次破壞；③急停動作以后，采煤機滾筒仍然保持截煤狀態，重新啟動時截割電機啟動負載較大，有可能造成截割電機的損壞。因此，提出采煤機牽引過載時自動帶速度反牽引的設計目標。反牽引保護就是在保護動作時自動改變牽引的方向，讓采煤機退出絆卡地段的一種保護。這種方式解決了原急停保護的不足之處。

1 反牽引保護可行性分析

1.1 反牽引后采煤機運行方向是否暢通

按現行的割煤工藝，采煤機行走方向后面的工作面刮板輸送機一般是推成直線的，即反牽引后采煤機行走路線暢通。

1.2 反牽引保護動作后采煤機滾筒可否割到支架前探梁

按現行的采煤工藝，前滾筒割頂煤、后滾筒割底煤，滯后后滾筒3～5 架支架跟架。工作面高度為3.2 m～3.4 m，滾筒直徑為2 m。所以，當采煤機做反牽引保護動作后，后滾筒無割到支架前探梁的危險，前滾筒距離支架前探梁6～8 架支架的距離，即9 m～12 m。采煤機牽引速度最快為12.26 m/min，所以反牽引動作后有1 min 左右的時間供機組司機手動停止采煤機，查詢故障。

對于頂板破碎等特殊情況要求及時跟架，前滾筒距最近的支架前梁在5 m 以內時，需制定安全技術措施，控制采煤機牽引速度在5 m/min 以內，確保采煤機發生反牽引動作后采煤機司機有足夠的時間手動停止采煤機，查詢故障。

根據上述分析認為，采煤機牽引設施強機械性堵轉情況下，自動帶速度反牽引保護效果優于急停。

2 上海創力MG400/930-WD 型采煤機原有保護系統

上海創力MG400/930-WD 型采煤機自帶反牽引機制，但是其反牽引動作是在截割電動機嚴重過載時才會被觸發，而牽引嚴重過載時的保護動作是急停。

2.1 反牽機制

重載反牽引功能的設置是避免采煤機嚴重過載。當任一截割電動機負荷大于1.3Pe時，通過PLC 的反牽定時電路使采煤機以給定速度反牽引一段時間后再繼續向前牽引，原理見圖1。

圖1 原截割電流信號

由圖1 可見，兩截割電機的電流取樣信號依次經過或門、比較器、10 s 脈沖，最終的響應為牽引換向。截割電機的電流取樣信號由檢測2 臺截割電機單相電流的電流互感器提供，經電流互感器處理后的取樣信號為4 mA～20 mA 的電流信號。或門的意思是兩者任意一個為真，結果即真。比較器是將其取樣電流與額定電流比較，當比較結果符合對應條件時有對應輸出。也就是在圖1 中，只要左右截割電機取樣電流信號中有任意一個信號大于等于130%即可有牽引換向的輸出。10 s 脈沖是，每隔10 s 刷新一次，滿足前面條件即向后輸出，最終導致牽引換向。因為速度信號與牽引方向信號相互獨立，所以該保護實現了帶速度反牽引。

另外，比較器中的截割電流信號小于等于90%、在90%和110%之間以及大于等于110%的動作為采煤機恒功率自動控制，與本設計無關，故圖1 中沒有畫出。

2.2 牽引電動機負荷控制

PLC 采集2 個與變頻器輸出電流成正比的模擬信號作為左、右牽引電動機的電流進行比較，得到欠載、超載信號。當2 臺電動機都欠載（I≤0.9Ie）時發出加速信號，牽引速度增加（最大至給定速度）；當任一臺電動機超載（I>Ie）時發出減速信號，直到電動機退出超載區域。當任一臺電動機嚴重超載（I>1.5Ie）時發出故障急停信號，使采煤機斷電急停。急停部分原理見圖2。

圖2 原牽引電流信號

由圖2 可見，兩牽引電機的電流取樣信號依次經過或門、比較器、或門，最終的響應為PLC 急停。牽引電機的電流取樣信號由PLC 從與變頻器的輸出成正比的模擬信號中采集。或門的意思也是兩者任意一個為真，結果即真。比較器是將其取樣電流與額定電流比較，當比較結果符合對應條件時有對應輸出。也就是圖2 中只要左右牽引電機取樣電流信號中有任意一個信號大于等于150%即向下一個或門輸出信號。任意一個經過該或門的信號都可以使PLC 做急停響應。其他急停信號為：端頭控制站急停、遙控急停、瓦斯斷電儀急停。也就是說，包括牽引過載150%在內的4 個急停信號中的任意一個信號動作都可以導致采煤機斷電急停。

另外，比較器中的牽引電流信號小于等于90%、在90%和110%之間以及大于等于110%的動作與牽引自動控制功能有關，不影響本設計，故圖2 中沒有畫出。

3 系統改造

3.1 改造設計原理

保留原截割電機電流過載、牽引反牽系統，將牽引電流的嚴重超載保護改成反牽引，改造設計原理見圖3。

圖3 改造后的電流信號

圖3 前半部分與圖1 一致。將牽引過流1.5 倍的信號經一個0.1 s（為保證牽引嚴重超載時可以迅速動作）的脈沖信號傳遞至一或門，經該或門與截割電流過載1.3 倍信號一起可使牽引換向。或門的作用依然是任意一個信號動作都能導致牽引換向。引入這個或門，既保留了原來的截割過載反牽，又增加了牽引過載反牽引的功能。同樣，因為速度信號與牽引方向信號相互獨立，所以實現了帶速度反牽引。

3.2 電氣設計

在確立了以上的改造方案后，把上節中的原理模型還原到實際接線中去。由于截割電機電流信號部分沒有改造，所以只看牽引電流信號部分。

與截割電機取樣信號取自電流互感器不同，2 個牽引電機的電流取樣信號直接由變頻器提供。變頻器的AM、AC 兩點間的4 mA～20 mA 電流，即1BP.13（一號變頻器13 號點，后面3 個以此類推）、1BP.12，2BP.13、2BP.12 為二號牽引電機的取樣電流信號。

以上2 組電流信號經4 組接線排接線后最終傳遞至PLC 的模擬量輸入模塊SM3 上的4 個接點，即SM3.6、SM3.7、SM3.8、SM3.9。而牽引換向則是由PLC 的開關量輸入模塊中的SM1.5、SM1.6 以及他們所控制的開關量輸出模塊中的SM2.2、SM2.3 來控制，見圖4。

圖4 輸入輸出示意

為了敘述方便，先看牽引換向是如何實現的。在原控制系統中，SM1.5 使SM2.2 動作，SM1.6 使SM2.3 動作。而當牽引換向時，SM1.5 使SM2.3 動作，SM1.6 使SM2.2 動作。即開關輸入端的“向左”控制開關量輸出端的“向右”，開關量輸入端的“向右”控制開關量輸出端的“向左”。引入一個中間繼電器M（0，0），其控制梯形圖見圖5。

圖5 牽引換向控制示意

由圖5 可以看到，開關量輸入點SM1.5 的常開觸點經過中間繼電器M（0，0）的常閉觸點與開關量輸出點SM2.2 的線圈相連，經過中間繼電器M（0，0）的常開觸點與開關量輸出點SM2.3 的線圈相連。所以，中間繼電器M（0，0）不動作時SM1.5 控 制SM2.2，中間繼電器M（0，0）動作時SM1.5 控制SM2.3。SM1.6 的控制與其原理相同。也就是說，引入了中間繼電器M（0，0）以后，當需要牽引反牽時，只要讓中間繼電器動作即可。

現在問題已轉化為當左右牽引電機的任一牽引電流信號在大于額定電流150%時，讓中間繼電器M（0，0）動作。其原理見圖6。

圖6 中間繼電器動作條件

4 模擬實驗

將一臺牽引電機的負荷線甩開，彼此絕緣放置好，另一臺牽引電機正常運轉。取甩開的負荷線中的任意2 相接在阻抗為3 Ω 的電抗器的兩端。此時流過這2 相的電流為額定電流的1.75 倍。采煤機做反牽引動作，另一牽引電機反轉。試驗表明，該設計成功完成了牽引嚴重過載采煤機自動帶速度反牽引的保護功能。

5 結語

上海創力MG400/930-WD 型采煤機牽引過載自動帶速度反牽引設計實現了對采煤機牽引部意外絆卡等原因造成的機械性堵轉的保護，有效避免了事故的擴大，達到了對牽引電機、傳動部件、行走部件的保護，大大減少了采煤機的事故率，提高了開機率，為安全生產提供了有效保障。

該設計有一些不足之處，如反牽引動作后采煤機無對應的提示和報警功能，有待進一步完善。