一种薄煤层采煤机电器控制系统设计

高 翔，廉自生

（1.太原理工大学，山西 太原 030024；2.太重煤机有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

我国作为世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤矿的高产高效化是煤炭行业发展的必由之路。采煤机作为煤矿生产最为重要的设备之一，其发展程度直接影响着煤矿的产量及效率，决定着煤矿高产高效化的进程。另外，开采技术的提高，包括采煤设备、采煤工艺以及社会整个工业技术水平的提高，也影响着煤矿高产高效化的进程。在我国煤矿中，薄煤层的储量占可采储量比例较大，为保证煤炭工业的可持续性发展，薄煤层的开采是各矿山企业急需解决的问题。本文重点介绍自行开发的一种薄煤层采煤机电器控制系统。

1 薄煤层采煤机电器控制系统的基本组成

本文研究的薄煤层采煤机为完全机载交流低压变频调速、链轮销轨式无链牵引，电源电压为1 140V，单电缆供电，以计算机操作、控制并能中文显示运行状态、功能动作及故障检测。该机型整机采用桥式布置、无底托架积木式组合结构，能在不抬高机面高度的前提下增加装机功率。由于采用机载交流变频结构设计，实现了高传动效率的一拖二牵引无级变速。采煤机各种操纵开关、控制按钮、显示装置均在采空侧，既可手动操作，也可离机无线电遥控。主控系统采用模块化结构，便于分散布置，能就近采集信息及执行控制任务。该交流电牵引采煤机电控系统是由3个独立的防爆箱体组成，型号分别为 KXJ-420／1140、KXBT-420／1140BP和 KXJ-0.132／24。KXJ-420／1140为采煤机用隔爆兼本质安全型电控箱（以下简称高压箱）。KXBT-420／1140BP为采煤机用隔爆型电控箱（以下简称变频箱）。KXJ-0.132／24为采煤机用隔爆兼本质安全型电控箱（以下简称控制箱）。

采煤机电器控制系统采用了可编程控制器（PLC）、变频调速技术，使采煤机控制、操作可靠方便，行走实现无级调速。整台采煤机的机械动力由两台180kW、1 140V截割电机和两台30kW、380V的牵引电机提供，从而实现采煤机截割电机的控制和保护、牵引电机的调速控制和保护、隔爆电磁阀和制动电磁阀的控制，并具有中文显示、运行参数及故障信息的记忆等功能。

2 薄煤层采煤机电器控制系统的设计重点

2.1 采煤机用隔爆兼本质安全型电控箱（高压箱）

采煤机用隔爆兼本质安全型电控箱KXJ-420／1140是MG180／420-BWD型交流电牵引采煤机电控系统的高压部分，将入线主电缆通过前端的喇叭嘴接入，接入后通过主隔离开关，该隔离开关控制整台采煤机的开关机，通过隔离开关后一路接入真空接触器，由两个真空接触器分别控制两台截割电机的启停，另一路通过喇叭嘴接入变频箱。采煤机整机的操作按钮也布置在本电控箱上。采煤机用隔爆兼本质安全型电控箱布置于采煤机整机的中部靠采空侧位置，便于接线和操作。高压箱结构简图如图1所示。

2.2 采煤机用隔爆型电控箱（变频箱）

采煤机用隔爆型电控箱KXBT-420／1140BP是交流电牵引采煤机电控系统的第二部分，布置在采煤机牵引传动箱体的中部，装载着该采煤机的交流变频调速系统，本机采用目前已使用成熟的低压变频调速技术。首先将供电的1 140V交流电通过变压器变为380V交流电，进入变频器模块，通过喇叭嘴接入牵引电机，最终实现变频调速。变频调速系统由一套滤波组件、一台变压器、一台变频器和两台牵引电机组成，采用一拖二驱动方式，分别控制左、右牵引电机执行无级调速。变频器采用CAN总线方式控制，当工作面倾角不大于15°时采用一拖二，二象限变频器；当工作面倾角不大于35°时采用一拖二，四象限变频器。变频箱的工作原理是：按钮信号送入PLC可编程控制器进行程序处理，通过接线腔送给变频器，变频器根据给定控制信号进行正转、反转、增速、减速、停止。本电控箱体采用钢板焊接结构，具有隔开的接线腔、隔爆腔。底板加工有冷却水道，通有流动的冷却水对变压器及变频器进行冷却。变频箱结构简图如图2所示。

图1 高压箱结构简图

图2 变频箱结构简图

2.3 采煤机用隔爆兼本质安全型电控箱（控制箱）

采煤机用隔爆兼本质安全型电控箱KXJ-0.132／24是MG180／420-BWD型交流电牵引采煤机电控系统的控制部分，它位于采煤机电控箱体的右侧，主要装载着该采煤机的控制中心、遥控接收模块及显示器，并完成采煤机的低压小功率电器件的分线连接。

主控器采用DC 24V供电，是整个总线控制系统的主机，用来启动和协调各从机模块、显示器、变频器工作，是整个控制系统的核心。

本采煤机采用7英寸超大显示屏，可清晰地显示整机的电流和电压、各电机的温度及工作状态、各电器元件的各种参数等信息，还可显示整机的故障信息，方便维修。控制箱结构简图如图3所示。

图3 控制箱结构简图

3 结束语

本采煤机采用分箱布置，根据总体方案设计思路同时结合电器系统自身特点，将所用电器元件根据功能区分，就近布置在同一箱内，通过合理的设计，减少了箱体之间的连线，简化了结构。该电控系统中的3个箱体均为钢板焊接结构，都具有隔开的接线腔、隔爆腔，接线时只需打开接线腔上的盖板，维修时只需打开隔爆腔上的盖板，减少了检修的劳动强度。

［1］ 王朝阳.薄煤层综合机械化开采及其液压支架设计研究［D］.郑州：郑州大学，2006：5-13.

［2］ 辛永刚，崔丽娟，刘军美.薄煤层综合机械化开采设备的研究［J］.企业导报，2009（1）：72-73.

［3］ 成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2002.