掘进机用电控系统的研究设计

电控系统作为掘进机的重要组成部分，其能否正常运行直接关系到掘进机的运行状况。 兖州矿业（集团） 公司机械制修厂采用PLC 对掘进机各台电动机进行集中控制与保护的电气设备，属于矿用隔爆兼本质安全型组合电器。这个系统通过RS232 进行数据通讯，具有过载、短路、过欠压、断相等多种保护功能。 现场应用实践表明，通过1 套这种掘进机用电控系统即能够可靠地实现对掘进机的各种控制，最大限度地保障煤矿生产安全性及连续性。

（1）系统组成

由操作箱及电控箱两部分组成。操作箱为隔爆型电气设备，其防爆壳用钢板焊接。 显示器及控制按钮均安装在隔爆腔中，操作箱起到监视和参数设定的作用，通过它可以了解到掘进机的工作、故障及电动机的参数等，还可以设定参数。 电控箱整体为长方形，位于掘进机本体部的左后方，掘进机的主要电气元件都安装在此装置内。电控箱为隔爆型兼本质安全型电气设备， 其隔爆壳体用钢板焊制。壳体分上腔和下腔，均为隔爆型结构。 下腔为控制腔，上腔为接线腔，通过接线嘴用电缆与电源、负载及其它元器件相连。 其供电电压AC1140V 或者AC660V。 电控箱的控制系统使用模块化设计，把PLC 等主要控制部件用不锈钢盒封装成1 个独立的单元，仅留散热口、接线端子接口，既增强PLC抗干扰性，又有利于防振、防潮，整体美观，同时又方便设备安装，使设备使用、维护更便捷。

（2）系统电路设计

①系统主回路。控制箱主要包括真空隔离换向开关、真空交流接触器、电流互感器、漏电模块及阻容吸收器等。 1 台控制箱可以控制4 台电动机的启动、停止，既可以与掘进机配套使用，又可以作为组合开关使用。

②控制系统。控制箱仅使用1 块松下系列PLC为控制核心， 外加数字量扩展模块/模拟量扩展模块。 PLC 主要对输入信号进行处理，通过输出信号控制各台电气设备的启停操作与提供保护。PLC 还通过RS232 与操作箱通讯进行相应的参数设置及状态、故障等信息显示。 他们在设计时预留扩展接口，使其能够满足更大功率、更全功能掘进机发展的需要。

（3）系统保护功能

油泵管路压力保护，设计控制箱时将油泵管路压力考虑在内，PLC 接收到压力传感器压力信号，经过隔离栅处理后实现压力高、低保护，并在显示屏上显示油泵管路的实时压力；

电动机过热保护， 隔离栅将电动机PT100 温度信号转化为电压信号，PLC 将此信号与设定值进行比较判断。电动机温度过高时切断电动机相应回路的接触器，实现电动机过热保护；

过载保护，反时限特性能够实现过载、短路保护动作， 如截割额定电压1140V 时额定电流设定100A，电流采样变换后送入PLC 处理，并与存放的整定电流值比较，PLC 按照比较结果发出指令断开相应的故障回路，显示和记忆故障类型及故障时的参数，按照过载倍数根据不同标准选择过载保护动作时间；

过、欠压保护，当电网电压高于额定电压115%或低于额定电压75%时过压或欠压动作保护；

漏电保护，各支路合闸前采取附加直流电压方法对供电线路对地绝缘情况进行检测，绝缘电阻低于漏电闭锁阻值时闭锁合闸，主电路绝缘阻值上升到闭锁值1.5 倍时自动解除漏电闭锁，漏电闭锁保护仅在开关分闸待机时才投入检测运行，开关合闸运行后立即退出；

瓦斯保护，矿井瓦斯含量超过额定值时瓦斯含量检测断电仪提供信号，系统自动停电实现保护；

缺相保护，求出三相电流最大值和平均值作为断相及不平衡的判据， 电动机主回路发生缺相现象，控制箱PLC 断开缺相接触器，操作箱显示屏显示电动机缺相；

油温过高保护。安全隔离栅将温度传感器的温度信号转化为电压信号，PLC 接收到此电压信号后与安全值进行比较，液压油温度超过规定值时切断油泵电源；

紧急停车闭锁保护，按下“紧急停车”按钮时显示屏显示“闭锁停车”，保护器同时动作，切断各回路接触器电源。

（4）连锁控制功能

油泵电动机启动前进行语言报警，延时后油泵电动机启动；只有当油泵电动机启动后，才能够发出截割电动机启动“报警”；截割电动机启动前必须发“报警”信号，“报警”鸣响延时到设定时间后，截割电动机才能启动，截割电动机启动后“报警”自动停止；系统可实现支护闭锁功能，转换开关指向“正常”时油泵、截割和第二运输机电动机可以正常按顺序启动，转换开关指向“支护”时油泵可以启动，截割和第二运输机电动机不允许启动；油水分离控制功能，控制箱内部安装掘进机油水分离器主回路及控制回路，控制油水分离器电动机的工作，起到净化液压系统的作用；根据用户要求实现普通组合开关具备的顺序起动等控制功能。

（5）遥控功能

此电控系统内部装有接收装置，通过遥控器遥控掘进机电气设备、液压系统各设备的动作，通过遥控器控制油泵电动机、截割电动机、第二运输机电动机的启停等动作功能，遥控第一运输机、行走、星轮等液压系统的动作。这种掘进机电控系统采用一系列抗干扰措施后，工作可靠性更加提高。 系统以PLC 为中央处理单元， 不仅增强保护的灵活性及快速性，而且建立良好的人机互动界面，提高判断故障和排除故障的效率。在控制容量上留有足够的余量，为以后掘进机控制功能的增加提供扩展空间，提高系统灵活性。 遥控功能的实现使操作人员远离危险区域控制掘进机，提升产品整体性能。