EBZ260型掘進機電控系統升級設計研究

宋若杰

（山西晉煤集團沁水胡底煤業有限公司，山西 晉城048000）

引言

掘進機是煤炭物料生產環節中最重要的開采設備之一，為進一步實現電氣自動化的突破，對其電控系統進行分析研究，提高系統整體的集成性。電控系統是實現掘進機電氣自動化發展的第一步，掘進機機在作業過程中受到電控系統各種命令的支配，實現各種機械動作。對EBZ260型掘進機電控系統進行分析研究，提升模塊化設計理念。通過增加功能模塊，實現掘進機遠程無線操控的模式應用，使得掘進機電控系統的智能化、高效化設計研究取得進步[1-2]。

1 掘進機電控系統設計要求

1.1 基本要求

根據煤礦行業國家標準及行業標準，主要參考MT/T238.3標準，對掘進機相關技術設計提出了規范性要求，對于EBZ260型掘進機這種懸臂式掘進機的電控系統提出了以下基本要求[3-4]：

1）電控系統的設計、研發及安裝維護都應符合《煤礦安全規程》等相應法律法規以及規章制度；

2）電控系統所選用的所有元器件都應是防爆型元器件設備，并取得相應的檢驗合格證書；

3）電控系統要設置報警裝置，能夠及時地發出報警信號；

4）電控系統中，截割與其他電機設備都應實現連鎖反應，主要與油泵電機實行連鎖運動，確保本質安全；

5）可以實現對油箱內溫度、液味的信號顯示，并加裝過濾裝置，電控系統應聯合瓦斯濃度監測裝置進行聯動。

1.2 控制要求

采取CAN總線技術的時候應進行初始化，有利于實現控制器接收響應數據；對掘進機機電控系統的各個線路電壓要進行檢測，能夠在故障時進行報警[5]；當運轉電機開始啟動的時候，聯動的報警裝置應發出信號，并且設置延時時間為5～9 s；合理設置電機與其他各個位置的小型電機啟動與停止的順序，確保安全運行；實現對電機狀態的管理，能夠具體判斷電機的故障類型，可以檢測電機電流以及電機Pt100的測量。

2 掘進機電控系統整體結構設計

根據電控系統的基本要求以及控制要求，結合現有電控系統所存在的控制盲區以及智能化較為低端的現狀，設計出整體結構如圖1所示。

圖1 電控系統整體結構升級設計示意圖

3 電控系統器件參數設計及選型

3.1 控制器選型

對于掘進機惡劣的工作環境，控制器核心元件應滿足高溫、高濕的工作環境，并且控制器的保護結構能夠具有高防護水平，通過優選得出可以采用Inter Control廠家的控制器，比常用的PLC控制器更加適合電控系統的使用[6]。因此，將Inter Control廠家的DCF-D控制器作為中央處理器部件。控制器的具體參數為具有三個總線通訊線路，能夠實現上傳下載功能相分離的無干擾執行，PWM輸出接口最大可設置16路，作為64位的處理器，能夠實現多種格式數據的采集與傳輸，并且支持總線CAN2.0協議。

3.2 元器件設計及操作實現

在電控系統的主回路部分應設置熔斷器用于保護系統在短路時候的安全性，電流變送器的數目盡量不小于5組，其中截割電機的額定功率為260 kW，二運電機的額定功率為15 kW，在總回路的額定電流不得大于290 A。

隔離開關的額定電流為390 A，型號可以采用400E11，應該提高30%的冗余電流設計余量。交流真空接觸器應考慮分段極限設計，對每個分段的額定電流能力進行規定，額定電流可考慮為200 A。變速器采用三相電流型，型號為CS66系列，可以同時測量6路電流。

電源必須選用安全穩定可靠的安全本質型電源系統，具有防爆合格證和過載保護功能，并結合空氣斷路器對線路進行短路保護。在整體系統操作單元的末端設置顯示器，能夠清晰地顯示整個電氣系統的運行狀況，整體結構的數據通信接口應支持RX485，能夠應對-20～80℃的惡劣電氣環境。將各個元器件進行并聯組裝設計形成新型電控系統結構圖如圖2所示。

圖3 升級功能模塊結構示意圖

3.3 功能升級設計

為了實現電控系統更加的自動化，在原有的基礎上對相應模塊構架上進行了加強，添加了控制箱以及若干個液壓器件實現了功能的升級，功能升級架構圖如圖3所示。

圖2 電控系統結構元器件設計整體圖

3.4 軟件設計

通過主程序帶動此程序的設計方法，實現對主程序軟件流程圖的邏輯設計，包括初始化子程序的設計、系統狀態管理子程序、電機狀態管理子程序、運行狀態判斷處理子程序，整體流程如圖4所示。

圖4 主程序軟件結構流程示意圖

4 測試運行結果分析

如圖5所示，畫面的左下角顯示各個電機運行狀態，紅色表示電機停止狀態，綠色表示電機運轉狀態。畫面的右下角是斷面參數修改，當有紅色光標出現時，就可以對其參數進行修改。操作箱或者遙控器上的上頁下頁按鈕分別控制光標的移動，報警和復位控制數值的加減。參數中的寬是指預設斷面的橫向長度，高是指預設斷面的縱向長度，截割半徑是指截割時伸進煤壁炮頭半徑，該參數設置在0到截割炮頭的最大半徑范圍內，截割步長是指S型截割時每次縱向切割量，該參數設置在0到截割炮頭直徑范圍內。

圖5 監控系統及參數設置操作界面

對掘進機電控系統升級與功能模塊進行運行測試，模擬試驗時設備的截割頭直徑為Φ600 mm，豎直方向截割每一步間距取460 mm，同時因為是在廠內試驗，為了避免截割頭和地板發生碰撞，對截割頭的初始豎直位置取950 mm，并將起始點設為左下角。

根據試驗數據，水平單側最大偏差為60 mm，垂直單側最大偏差40 mm。目前在人工操作情況下，巷道工程質量施工標準規定誤差為（+200 mm，-100 mm），因此，該系統的控制精度完全滿足施工要求，其應用可以有效地減少人力，提高巷道掘進的質量與效率。

5 結語

1）EBZ260型掘進機中控系統通過增加功能模塊和液壓元器件提升了掘進機開采精度以及效率，實現了遠程操控作業化的功能，減小了人工干預出錯的可能性，對煤礦企業本質安全化管理有了極大的促進作用。

2）該系統設計升級改動性較小、成本較低，對于后期功能模塊的拓展也預留了升級空間，為煤礦企業技術人員研發新型掘進機智能化設備提供了依據。