基于EBZ315型掘進機電氣系統故障分析與應對措施

高 鵬

(西山煤電集團 設備租賃分公司，山西 太原 030053)

掘進機是煤礦生產的最重要的機電設備之一，常處于高粉塵、高電磁干擾以及高溫的惡劣工作環境，同時還會有不規律的強度較高的振動，這些惡劣條件都會對掘進機的機、電、液系統產生較壞影響，使掘進機的故障率提高，影響煤礦正常生產。為保障掘進機在惡劣條件下正常工作，除開發高可靠性、高性能的機電液系統外，及時、準確、高效的故障分析方法以及應對措施也是必不可少的。本文以EBZ315型掘進機為例，重點研究和分析該掘進機的電氣系統故障與應對措施。

1 EBZ315型掘進機電氣系統原理簡介

EBZ315型掘進機是一款集自動控制技術、通信技術為一體的高效、靈活的煤礦井下掘進設備。在該掘進機中，一共有4個回路，對應4個控制電機：油泵電機，用于配合液壓油缸的升降動作等；除塵電機，用于除塵設備的動作；截割電機，用于掘進機炮頭的啟停，截割煤壁，對該電機的控制可以使用變頻器進行操作；轉載電機，用于將截割出的煤塊經轉載裝置運輸至后置設備。4個電機的保護功能有過流、過載、缺相、斷相、兩相粘連等。該掘進機的操作方式有兩種，即手動操作和遙控操作。設備無故障并在生產過程中，使用遙控操作，根據生產實際需要，啟動4個電機工作。為了保證掘進機的安全性，還安裝有機體右急停、機體后急停、機體左急停3個急停按鈕。在該掘進機的電氣系統中還有回路漏檢功能，電機保護功能，電源漏電保護功能等。該掘進機電氣系統框圖見圖1. 在該電氣系統中，主要有PLC控制器、變頻器、變壓器、斷路器、繼電器、傳感器、隔離柵、隔離開關以及瓦斯斷電儀、急停、照明燈等電器設備，保障掘進機有序、安全的工作。

圖1 EBZ315型掘進機電氣系統原理圖

2 故障分析平臺

EBZ315型掘進機的故障分析平臺由觸摸屏人機界面實現。該故障檢測平臺與PLC控制之間通過CAN通訊的方式實現數據的傳遞，見圖2. PLC控制器將EBZ315型掘進機運行時的I/O變量，各個電機的運行情況以及故障信息，傳感器故障信息以及通訊故障信息通過CAN通訊的方式傳遞給故障檢測平臺。

圖2 故障檢測平臺通訊方式圖

故障檢測平臺對上述信息進行分類并顯示在故障檢測平臺上，同時約定，每一個點信息的指示燈為正方形時，表示該點信息正常，指示燈為圓形時，表示該點信息異常。EBZ315型掘進機的故障檢測平臺見圖3，如數字輸入變量“機體右急停”為正方形，表示該點信息正常；電機故障列表中“油泵電機”為圓形，“過載”為圓形，表示油泵電機出現故障，故障信息為過載，并且在故障檢測平臺的最下方“故障提示”中顯示：2018年08月08日22時11分，出現油泵電機過載故障。

圖3 掘進機故障檢測平臺圖

3 故障分析及應對措施

3.1 I/O故障分析及應對措施

EBZ315型掘進機的I/O輸入輸出點見圖3，當PLC I/O點出現故障時，對應的故障檢測平臺的數字量輸入點、數字量輸出點會持續閃爍，以示提醒，技術人員需要依次做如下確認工作：1) 確認PLC控制器工作是否異常。該工作可以通過查看PLC控制器的運行指示燈來確認，運行指示燈run為綠色，表示PLC控制器運行正常，如果運行指示燈run為紅色，表示PLC控制器運行錯誤。2) 檢測I/O觸點開關本身是否損壞。該工作可以通過導線短接進行檢測，如果該I/O點用導線直接連通時，對應該點的指示燈常亮，表示該I/O觸點完好，如果連續閃爍，則該觸點可能存在問題。3) 確認綜合保護器輸出是否故障。若PLC的I/O點經由綜合保護器輸出時，需要對綜合保護器進行檢查，并需要確認綜合保護器是否完好。4) 檢測與發生故障I/O觸點的關聯電氣線路是否虛接。該工作可以利用萬用表進行檢測，即直接測量關聯線路的導線是否有斷路現象。

3.2 電機故障分析及應對措施

EBZ315型掘進機分油泵電機、截割電機等4種。電機工作時，電流傳感器實時檢測電機的三相工作電流，PLC將該電流值與標準數值進行比較，可以判斷出電機是否過載、過流、缺相、斷相以及兩相粘連，該判斷可在PLC程序中實現對電流進行分析。如果出現上述故障，在故障檢測平臺上，對應的點會連續閃爍，以示提醒。如油泵電機出現過載故障，對應“油泵電機”指示燈連續閃爍，對應“過載”指示燈連續閃爍。通過電機的溫控開關可以檢測電機是否過熱。如果發生電機故障，PLC會控制對應的繼電器動作，使電機斷電并停止運行，實現對電機的保護，并在故障檢測平臺上做出對應的提示。另外，在遇到具體故障時，需要進行具體的分析，例如，顯示電機缺相故障時，根據電機工作原理分析，可能的情況有：1) 供電電源缺相。2) 隔離開關缺相運行。3) 接觸器缺相運行。4) 電流傳感器工作異常。5) 電機繞組缺相。在解決該問題時，需要對上述情況進行手動檢查。

3.3 傳感器故障分析及應對措施

EBZ315型掘進機的傳感器故障類型主要有油溫傳感器故障、油位傳感器故障、電流傳感器故障以及傾角傳感器故障。傳感器發生故障時，需要做如下工作進行確認并且分析：1) 與傳感器的電氣連線是否異常。該工作可以用萬用表進行檢測，直接測量關聯線路是否有斷路的情況。2) 傳感器本身是否損壞。如果傳感器本身可能損壞，可以將該傳感器更換后重新進行試驗。3) 傳感器檢測的對象是否存在。如油位傳感器存在故障時，如果油位傳感器檢測的油箱中沒有液壓油，也會報油位傳感器故障。4) 檢測用于隔離傳感器信號的隔離柵是否存在問題。需要檢查隔離柵是否損壞，隔離柵是否供電等基本信息。

3.4 通訊故障分析及應對措施

掘進機主電控箱與操作箱、顯示器以及遠程控制通訊都是通過CAN通訊實現的。如果出現通訊故障，最有可能存在的問題是：1) 通訊線異常，該故障可以用萬用表直接測量通信導線的通斷。2) 通訊線的連接點錯誤，在進行CAN通信時，CANH與CANH連接、CANL與CANL連接，如果交叉相接，則會出現通信故障。3) 通訊設備沒有電源，如果通信設備供電不通，也會導致通訊故障。4) 用于隔離CAN通訊信號的隔離柵是否存在問題。隔離柵有問題，也會導致CAN通訊故障。5) 無法接收通訊數據。發生該故障時，需要借助CAN分析儀，用CAN分析儀模擬CAN通訊一端，如果在CAN分析儀上能夠接收到數據，則表明對方通訊正常，如果接收不到數據，則需要查看實現CAN通訊的PLC程序。6) CAN通訊接收端和發送端的CAN通訊參數不匹配，CAN通訊參數主要有CAN2.0 A和CAN2.0B協議、標準幀/擴展幀、波特率、站號、以及ID號，任何參數不匹配，都會造成CAN通訊故障。

4 結 語

本文以EBZ315型掘進機電氣系統為基礎，在分析該掘進機電氣系統工作原理的基礎上，設計并建立基于該掘進機電氣系統的故障分析平臺，重點分析I/O故障、電機故障、傳感器故障以及通訊故障，并針對故障提出解決方法。工業性試驗及實際使用表明，運用該故障分析方法可以方便且高效地解決故障問題。