電牽引采煤機PLC 控制系統故障分析

劉 妍

（中煤科工集團太原研究院，山西 太原 030006）

0 引言

我國煤礦綜合機械化采煤工作面95%以上的采煤機為國產交流電牽引采煤機，其控制策略為遙控器發出操作信號，接收機（端頭站）收到信號、處理后傳送給控制中心；或用端頭站的控制按鈕，把各種操作信號傳送給控制中心。控制中心的核心為PLC，執行各種操作，如采煤機滾筒、破碎機的調高，變頻器牽引方向和牽引速度、截割電動機恒功率控制，各電動機過電流和溫度保護等，控制思想先進，控制系統完善[1]。但是，在使用中PLC 控制器也出現故障，降低了開機率，在一定程度上影響了原煤的生產。以MG2×2×125/571-WD 型采煤機的主控制器為例，說明常見故障的分析、判斷和排除方法。

1 主控制器故障分析及排除

該采煤機控制中心由主控制器和輔助控制器組成。主、輔控制器分別為2 個防電磁干擾的不銹鋼盒子。主控制器內裝有FX2N-32MR 基本單元、RS232C 接口模塊FX2N-232IF、主控數據采集通訊模塊、輸出繼電器板等。FX2N-32MR 簡稱為PLC，FX2N-232IF 稱為PLC 的接口模塊。輔助控制器不銹鋼盒內裝有直流控制電源、本質安全型電源等。基本單元FX2N-32MR 由內置電源、輸入單元、輸出單元、CPU 與存儲器等組成。內置電源為1 塊獨立電路板。輸入單元又稱輸入繼電器電路，接收外部按鈕等接點控制信號，即按鈕接輸入繼電器X 端子和公共端子COM，如左截割電動機啟動（X0 左啟）、右截割電動機啟動（X1 右啟）、主停（X3）等。輸出單元也稱輸出繼電器電路，接線端子為Y，控制如左右搖臂的升降、牽引方向、牽引速度等[2]。主控制器PLC 部分見圖1。

圖1 MG2×2×125/571-WD 型采煤機主控制器PLC 部分接線示意

PLC 輸入回路指外部控制電路和PLC 內部輸入繼電器電路（輸入單元），PLC 輸出回路指外部控制電路和PLC 內部輸出繼電器電路（輸出單元）。

1.1 故障一

PLC 有電后程序不能工作，且PLC 上的電源指示燈不亮，為內置電源板故障。其可能的原因：

（1）內置電源板5 A 熔斷器熔絲熔斷。更換熔芯。

（2）CN1 插接線柱接觸不良，電弧燒傷，振動后電源指示燈時亮時滅。更換CN1 插接線柱。

（3）內置電源板MA4820 集成開關電源模塊損壞、SK8050S 開關穩壓電源模塊損壞、SE024 三端穩壓模塊損壞、其他元器件損壞等。更換對應損壞的器件，或更換電源板。

第（1）、（2）項故障的概率較高，第（3）項的較低。這一故障只能將主控制器從采煤機拆下，出井修理。

1.2 故障二

順槽配電點給采煤機供電的隔爆型二組合開關不自保，其控制原理見圖2。

圖2 采煤機先導控制回路

圖2 中左側是順槽組合開關先導控制回路部分，P、E 線為采煤機動力電纜控制芯線，右側為采煤機上的啟動控制按鈕。為減少控制芯線，用PLC 輸出繼電器Y10 控制KA，KA 的接點作為順槽開關的自保接點，參見圖1。

由圖2 可見，PLC 外部控制電路接觸不良，或PLC 輸出繼電器Y10 控制的中間繼電器KA 不動作，自保接點KA 不閉合，順槽組合開關先導回路不自保。PLC 內部輸出繼電器Y10 電路故障可能的原因：

（1）中間繼電器KA 故障，更換KA。

（2）PLC 輸出繼電器Y10 不動作，可能的原因是：①Y10 與KA 之間的連接線路開路；②Y10 接線柱接觸不良；③PLC 電源板故障，更換電源板。

PLC 輸出單元故障可從Y10 指示燈是否點亮判斷。Y10 點亮時，程序正常，Y10 接點故障；Y10 不亮時，查看PLC 是否有電；鋰電池電量不足，程序丟失，重裝梯形圖程序等。用萬用表檢測先導電路應接觸良好，遠方整流二極管D1 接線完好，其性能符合要求，順槽磁力啟動器仍不能自保，將主控制器從采煤機拆下，出井修理。

1.3 故障三

端頭站操控時，采煤機不能牽引。經檢查，用變頻器操作鍵盤控制時采煤機可以牽引，則故障在主控制器和主控制器與變頻器的控制線路上。其原因：

（1）控制線路故障。用萬用表檢測其控制回路，接線應可靠。

（2）由圖1 可見，X6 輸入回路長時連通，程序中處于牽引停止狀態，所以不能牽引。用萬用表檢測X6 回路，牽停按鈕SB8（6P8，6P1）接點是否粘連等。

（3）PLC 輸出的公共線COM1 開路。

（4）程序丟失，重裝梯形圖等（井下沒有條件，只能在地面進行操作）。

多數故障是控制回路連接出的問題引起，這一故障在現場是能夠排除的。

1.4 故障四

采煤機只能在最大速度的50%以下運行。經檢測變頻器無故障，顯示器顯示截割電動機電流小于其額定電流，牽引電動機電流也小于其額定電流。屬于信號采集回路故障。

由圖1 知，PLC 輸出繼電器Y2（增速）控制牽引變頻器，而Y2 是由程序控制，牽引速度受截割和牽引電動機電流控制，主控數據采集通訊模塊（圖1中未畫出）采集的左右截割和牽引電動機的電流信號處理后送給PLC，由程序控制牽引速度。由此可見，采煤機牽引速度不能提高可能的原因：

（1）截割電動機動力回路的電流變送器故障，反映動力回路電流的信號恒為控制電源電壓DV12 V。更換截割電動機動力回路的電流變送器。

（2）牽引電動機動力回路電流變送器故障，輸出采樣信號增大等。更換牽引動力回路的電流變送器。

（3）主控數據采集通訊模塊故障，更換模塊。排除這一故障要從采煤機上拆下主控制器，地面維修。

2 PLC 內部輸入和輸出繼電器電路故障分析

在地面維修采煤機主控制器，分析、判斷PLC內部輸入和輸出繼電器電路故障（見圖1）。

FX2N-32MR 的L、N 端接入AC220 V 電源。

（1）查看PLC 輸入繼電器X、輸出繼電器Y 指示燈點亮情況，與電氣原理圖對照。沒有操作之前，輸入繼電器X、輸出繼電器Y 哪個指示燈應點亮。

（2）根據控制原理圖，分別點接觸輸入繼電器X，即將PLC 輸入的COM 端子與需要點接觸的X 端子碰觸，X 燈點亮，表示輸入繼電器X 正常。對照梯形圖（程序）是否有對應的輸出繼電器Y 動作，如果Y 動作，則Y 指示燈點亮。具體如下：

①當點接觸X 端子時，X 燈不亮，則故障出在X輸入繼電器回路內。排除方法：通常PLC 控制器設計時，輸入繼電器回路留有備用繼電器，如圖1 中輸入繼電器X7、X10、X11、X12 是備用輸入繼電器。哪個輸入繼電器X 電路損壞，可將其拆開，接在1個備用繼電器輸入端子上。如X7，拆開的備用繼電器X7 的線用絕緣包扎處理；再調出梯形圖，將原輸入繼電器編號全部改為已接入備用繼電器X7，故障得以排除。

②當輸入繼電器X 動作后，由電氣控制原理圖可知被控制的對象Y 應動作，Y 指示燈點亮。如Y不動作，說明輸出繼電器Y 電路故障。排除方法：同樣，PLC 控制器設計時，輸出繼電器回路留有一定數目的備用繼電器，如圖1 中輸出繼電器Y5（BY）、Y6（BY）是備用輸出繼電器。物理接線是將故障輸出繼電器Y 從PLC 輸出端子上拆下，接到1 個備用輸出繼電器Y5（或Y6）的端子上，拆下的Y5（或Y6）用絕緣處理包扎。程序修改是將原故障的輸出繼電器Y 全部改為Y5（或Y6），故障被排除。

判斷圖1 控制器工作是否正常，對照梯形圖分析效果最好。如：X0 左啟，X0 接通，PLC 程序控制，輸出繼電器Y4 吸合，中間繼電器KA1 吸合，接觸器-KM1 吸合，左截割電動機M1、M2 啟動。

可用絕緣導線觸及PLC 輸入端COM 與X0，X0燈點亮，輸出繼電器Y4 燈點亮，程序運行正常。

當X0 接通時，PLC 本體上指示燈X0 不亮，程序不能運行，則輸出繼電器Y4 指示燈不亮，故障發生在輸入繼電器X0 電路內。排除方法：拆下X0 線，接到備用輸入繼電器X7 端子上，拆下的原X7 線絕緣包扎處理，再將梯形圖中的所有X0 修改為X7，故障得以排除。

當X0 接通時，PLC 本體上指示燈X0 亮，程序運行，則輸出繼電器Y4 指示燈不亮，故障發生在輸出繼電器Y4 電路內。排除方法：拆下Y4 線，接到備用輸出繼電器Y6 端子上，拆下的原Y6 線絕緣包扎處理，再將梯形圖中的所有Y4 修改為Y6，故障得以排除。

X1 右啟：用絕緣導線觸及PLC 輸入端COM 與X1，X1 燈點亮，輸出繼電器Y5 燈點亮，程序運行正常。

X3 主停：用絕緣導線觸及PLC 輸入端COM 與X3，X3 燈點亮，Y10 燈熄滅，繼電器KA 釋放，常開接點KA（6P25，6P26）斷開順槽組合開關的先導回路，順槽開關跳閘。

其他繼電器不再一一列舉。總之，在PLC 輸入端，用絕緣導線分別觸及COM 線與對應的輸入繼電器X，對應的輸入繼電器X 指示燈亮。當操作的是一個動作時，對應的輸出繼電器Y 的指示燈點亮。若輸入指示燈不亮，則輸入繼電器電路故障，改在備用輸入繼電器上，再改變程序對應的繼電器編號，故障得以排除；執行動作的輸出繼電器指示燈Y 不亮，則輸出繼電器電路故障，同樣改在備用輸出繼電器上，再改變程序對應的繼電器編號，故障得以排除。若鋰電池故障，程序可能丟失，需要重裝程序。可見，通過觀察X 指示燈和Y 指示燈可以判斷故障的范圍，有針對性地處理。

3 結語

判斷國產電牽引采煤機主控制器故障的方法，是在熟悉采煤機電控系統、PLC 梯形圖的基礎上，在輸入回路中，逐點觸及COM 與對應的X，觀察輸入繼電器X 和輸出繼電器Y 的指示燈是否點亮確定故障范圍，用備用輸入、輸出繼電器代替故障繼電器，在煤礦維修采煤機主控制器、掘進機PLC 控制器、組合開關PLC 控制器時，不失為一較好的方法。

[1]穆連生.現代煤礦采掘設備電氣控制及維修技術[M].北京：煤炭工業出版社，2008：552-577.

[2]張運剛.PLC 職業技能培訓及視頻精講——三菱FX 系列[M].北京：人民郵電出版社，2013：106-206.