CN102536234B - 薄煤层电牵引采煤机电气控制系统 - Google Patents
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Abstract
薄煤层电牵引采煤机电气控制系统，涉及工程机械领域。本发明包括温度传感器、电流传感器、操作按钮、继电器、控制器和显示操作装置等。完成了对采煤机的多种控制；人机界面提供操作者和采煤机的对话环境；可以通过人机界面了解采煤机的当前工作状态了解当前工作状态和工作参数，实时监测各个工作点的状态，同时操作者也可以通过人机界面对采煤机控制参数进行设置。使用本发明，可提高采煤机自动化水平，工作效率更高，具备更强的可靠性。同时，使用电力可以节能降耗，降低环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械领域，具体是一种薄煤层电牵引采煤机电气控制系统。
背景技术
采煤机分锯削式、刨削式、钻削式和铣削式四种，是以旋转工作机构破煤，并将其装入输送机或其他运输设备的采煤机械，是一个集机械、电气和液压为一体的大型复杂系统,工作环境恶劣。如果出现故障将会导致整个采煤工作的中断,造成巨大的经济损失。随着煤炭工业的发展,采煤机的功能越来越多,其自身的结构、组成愈加复杂,因而发生故障的原因也随之复杂。
我国薄煤层（厚度低于1.3米）储量约占总储量的20%。由于受工作面空间的限制，薄煤层一直是井工矿井开采的薄弱环节，设备的能力、安装、检修、操作等均受到很大的限制，且劳动强度大，煤层生产能力低，单产水平低，巷道消耗率高、接替紧张。因此多数矿井丢弃薄煤层开采，资源损失严重。
薄煤层电牵引采煤机电气控制系统是采煤机的重要子系统，主要设备有控制器、显示器、电流互感器、温度传感器、变频器等。该系统负责完成整机的操作、故障诊断并根据诊断结果采取保护措施，因此该系统的技术性能直接影响采煤机的操作及安全性能，可以说该系统是采煤机必备的子系统。
现有的薄煤层电牵引采煤机电气控制系统都不能完全符合实际工作运行的要求。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种薄煤层电牵引采煤机电气控制系统，通过采用良好的电气控制系统实现了薄煤层电牵引采煤机所需要的各种功能，并可实时监控各部件运行状态，便于操作控制。
为此，本发明采用以下技术方案：薄煤层电牵引采煤机电气控制系统，其特征在于它包括：
设于采煤机各电动机处的温度传感器，检测读取各电动机的温度参数；
设于采煤机各电动机各相电路上的电流传感器，读取各电动机各相电流的数值；
位于采煤机上的操作按钮；
继电器，控制采煤机各电机和动作执行机构；
与上述操作按钮、温度传感器、电流传感器和继电器相连的控制器，处理传感器采集的信号并控制继电器的工作状态；
与控制器相连的显示操作装置，显示采煤机的工作状态并能对控制器输入操作命令。
作为对上述技术方案的完善和补充，本发明进一步采取如下技术措施或是这些措施的任意组合：
所述的控制器与显示操作装置通过CAN总线、总线转换模块和RS232串口总线相连。
所述的显示操作装置包括显示器和命令输入装置。
所述的采煤机各电动机中，截割电机连接有隔爆按钮控制控制其启停。
所述的控制器包括多级温度处理模块。
所述的控制器包括缺相保护模块。
所述的控制器包括控制各电动机启动的错时启动模块。
所述的控制器包括恒功率自动控制模块，根据截割电机工作时负载电流信号，通过调节采煤机牵引速度来控制截割电机的负载功率。
所述的控制器通过CAN总线连接有扩展控制器，该扩展控制器也连接有相应的操作按钮、温度传感器、电流传感器和继电器。
所述的控制器通过CAN总线、总线转换模块和RS232串口总线连接有上位机。
有益效果：本发明完成了电动机各相电流（截割电机、牵引电机、油泵电机）读取、各电动机（截割电机、牵引电机、油泵电机）工作温度读取、牵引速度控制、截割电机恒功率控制、过载反牵控制、启动缓冲、停止缓冲控制、运行工况实时显示；人机界面提供操作者和采煤机的对话环境；可以通过人机界面了解采煤机的当前工作状态了解当前工作状态和工作参数，实时监测各个工作点的状态，同时操作者也可以通过人机界面对采煤机控制参数进行设置。使用本发明，可提高采煤机自动化水平，工作效率更高，具备更强的可靠性。同时，使用电力可以节能降耗，降低环境污染。
附图说明
图1为本发明的系统结构原理示意图。
具体实施方式
如图1所示的薄煤层电牵引采煤机电气控制系统，核心部件为控制器，可包括主控制器和扩展控制器，通过CAN总线相连。每个控制器也连接有相应的操作按钮、温度传感器、电流传感器和控制继电器。
控制器分别通过CAN总线、总线转换模块和RS232串口总线连接本地的显示操作装置和远程的上位机。
本系统使用隔爆按钮控制截割电机的启停，通过自动错时启动大大降低了各电机启动时的叠加的峰值电流，在延长电机寿命的同时也保护了电网。
本系统通过各电机温度传感器实时监控各发动机的温升，并设定多级温度处理模式，根据不同的温度采取不同的保护措施，确保设备的连续稳定工作。
本系统通过各电机电流互感器进行各相电流的读取，通过比较判断是否缺相，并进行相应保护。同时计算各电机的功率并保持各电机的功率恒定。
本系统控制器使用CAN总线与显示器进行数据通讯，CAN总线是一种先进的总线通讯技术，具有通讯速度快、通讯距离长、通讯安全可靠等特点，已在工程车辆上广泛被使用。控制器通过CAN总线将运行数据传给显示操作装置显示，显示操作装置将修改的参数值传给控制器储存。当总线数据传输出现故障时，在显示器上将显示总线故障信号。
显示器实时显示各电动机当前温度值、电流值及功率值以及当前的工作状态以及预警状态。可以监测控制器各口的工作状态，进行参数的修改，查看控制系统故障情况。
参数修改在显示器上输入正确的密码后，能够修改控制器参数。可以恢复控制器出厂参数。
本系统的控制器和本地显示设备都安装在电控箱内，控制器采用防水、防潮、防尘、防震动的一体式PLC，通过可插拔接头与外部相连，可插拔接头同样具有防水、防潮、防尘等功能，电控系统具有强抗干扰能力、抗振动能力、同时具备耐低温和耐高温特性，非常适合井下的恶劣环境。
下面叙述本系统的一些工作流程：
1）截割电机工作电流的处理:对截割电机工作电流的监测是通过每个截割电机电源线上的电流互感器实现的,电流互感器把流过电源线的工作电流信号线性的转换成标准的4-20mA电流信号，控制器通过检测其输出电流值即可间接获取该县级的电流值，对截割电机来说,主要有过流保护和过载保护.
a）过流保护:当截割电机电流大于额定值150%时,主控器立即将急停接点打开,采煤机立即停止工作.
b）恒功率自动控制:采煤机在正常工作时,其截割电机的负载变化十分剧烈,通过安装恒功率自动控制装置使采煤机能安全可靠的工作并充分发挥其效能，所谓恒功率控制就是将截割电机工作时负载信息作为信号,通过调节采煤机牵引速度来控制截割电机的负载功率,使其在允许的范围内工作。
也就是说三相交流异步电机在额定功率附近,电机功率与电机电流有近似的线性关系.所以电流互感器在截割电机额定功率附近工作时,其输出电压近似的反映了截割电机的实际输出功率.在实际工作中,采煤机以给定的牵引速度运行,控制器实时地对左、右截割电机电流互感器的输出电压进行监测.当两台截割电机中的一台实际功率大于额定功率的10%时,控制器向变频器调速系统发出降速指令,采煤机降速直到超载信号消失为止,即通过降低采煤机的牵引速度,减少滚筒的切煤量来实现降低截割电机负载功率的目的.若牵引速度降至零,超载信号还未消除,则主控器将切断所有电机的电源,停止采煤机工作,同时显示故障原因。
若两台截割电机负载功率都低于额定值的80%，且此时采煤机牵引速度还没达到给定值,控制器将自动使采煤机的牵引速度上升到给定值.
2）牵引电机工作电流的处理: 牵引电机的电源由交流变频器供给,交流变频器无论是对其本身还是对其负载电机都具有完善的保护功能,但由于两台牵引电机是直接并联在变频器输出端上,若出现单轮牵引,如两个牵引轮中的一个出现悬空现象时,势必造成负载重的那台电机严重超载,为此我们在两台牵引电机的电源线上各加了一个电流互感器,对牵引电机的工况进行实时监测,两台牵引电机中只要有一台工作电流大于额定值的155%时,主控器立即将其急停接点打开,停止采煤机的任何工作,同时操作显示站显示那台电机过载.
应当指出，本实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
Claims (10)
1.薄煤层电牵引采煤机电气控制系统，其特征在于它包括：
设于采煤机各电动机处的温度传感器，检测读取各电动机的温度参数；
设于采煤机各电动机各相电路上的电流传感器，读取各电动机各相电流的数值；
位于采煤机上的操作按钮；
继电器，控制采煤机各电动机和动作执行机构；
与上述操作按钮、温度传感器、电流传感器和继电器相连的控制器，处理传感器采集的信号并控制继电器的工作状态，通过比较所述各电动机各相电流的数值，判断是否缺相，并进行缺相保护；
与控制器相连的显示操作装置，显示采煤机的工作状态并能对控制器输入操作命令。
2.根据权利要求1所述的薄煤层电牵引采煤机电气控制系统，其特征在于：所述的控制器与显示操作装置通过CAN总线、总线转换模块和RS232串口总线相连。
3.根据权利要求2所述的薄煤层电牵引采煤机电气控制系统，其特征在于：所述的显示操作装置包括显示器和命令输入装置。
4.根据权利要求1项所述的薄煤层电牵引采煤机电气控制系统，其特征在于：所述的采煤机各电动机中，截割电机连接有隔爆按钮控制所述截割电机的启停。
5.根据权利要求1所述的薄煤层电牵引采煤机电气控制系统，其特征在于：所述的控制器包括多级温度处理模块，所述多级温度处理模块用于根据不同的温度采取不同的保护措施，确保所述各电动机的连续稳定工作。
6.根据权利要求1所述的薄煤层电牵引采煤机电气控制系统，其特征在于：所述的控制器包括缺相保护模块，所述缺相保护模块用于通过比较所述各电动机各相电流的数值，判断是否缺相，并进行缺相保护。
7.根据权利要求1所述的薄煤层电牵引采煤机电气控制系统，其特征在于：所述的控制器包括控制各电动机启动的错时启动模块。
8.根据权利要求1所述的薄煤层电牵引采煤机电气控制系统，其特征在于：所述的控制器包括恒功率自动控制模块，根据截割电机工作时负载电流信号，通过调节采煤机牵引速度来控制截割电机的负载功率。
9.根据权利要求1-8任一项所述的薄煤层电牵引采煤机电气控制系统，其特征在于：所述的控制器通过CAN总线连接有扩展控制器，该扩展控制器也连接有相应的操作按钮、温度传感器、电流传感器和继电器。
10.根据权利要求9所述的薄煤层电牵引采煤机电气控制系统，其特征在于：所述的控制器通过CAN总线、总线转换模块和RS232串口总线连接有上位机。
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