張金碑++李洪濤

摘 要：電控系統(tǒng)是EBZ260掘進機的重要組成部分，它控制著所有電氣元件的動作。本文根據(jù)掘進機的動作要求和電氣元件的參數(shù)，對整個控制系統(tǒng)進行了模塊化設計，利用各種傳感器和PLC對整機的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，并具備完善的保護功能。

關鍵詞：模塊化；傳感器；實時監(jiān)控；雙級保護

EBZ260掘進機適用于煤礦井下半煤巖或全巖巷道的掘進工作，也可在鐵路、公路、水利工程隧道施工中使用，屬于機電液一體化設備，其中電控系統(tǒng)的技術(shù)水平?jīng)Q定掘進機的智能化程度。

EBZ260掘進機的電控系統(tǒng)主要是由電控箱和操作箱兩部分組成，它們和截割電機、油泵電機、二運電滾筒、電鈴外部元器件共同構(gòu)成了掘進機的電氣系統(tǒng)。

1 總體要求

電控系統(tǒng)要求能夠控制執(zhí)行元件的啟動停止和電磁閥的開關，通過各種傳感器檢測部分執(zhí)行元件的運行狀態(tài)，并提供相應的保護功能。該系統(tǒng)應具有程序化、模塊化、可靠性高、抗震動、抗干擾等特點，能夠顯示系統(tǒng)工作電壓、各電機運行狀態(tài)和工作時間等內(nèi)容，使掘進機操作者對機器工作情況一目了然。

2 控制對象分析及主回路設計

電控系統(tǒng)的控制對象主要包括與電氣相關的執(zhí)行元件和液壓系統(tǒng)中的電磁閥，主要有截割電機、油泵電機、二運電滾筒等，技術(shù)參數(shù)如表1所示。

由上表可得出系統(tǒng)的供電電壓為1140V。總電流最大約為282A，選用額定電流為400A隔離開關即可滿足要求。

截割電機內(nèi)部有兩套獨立的線圈，對應兩種不同的轉(zhuǎn)速和功率，需要兩個真空交流接觸器來控制它的動作，可選用SIEMENS的3RT10.6系列接觸器，同樣控制油泵電機和二運電滾筒的接觸器也選用該系列。

以上各電動機在啟動和停止瞬間會產(chǎn)生較大的自感電動勢，為防止損壞其他電氣元件，每個電動機的主回路中還需要增加阻容吸收裝置。

隔爆電鈴、照明燈和電磁閥等元件的工作電壓等級不同，可通過變壓器和本安電源獲得，輸入電壓為1140V AC，輸出電壓等級至少需要包含24V、127V、220V。綜上所述，可設計出主回路圖紙，如圖1所示。

3 控制回路設計

控制回路以松下FPG-C32T型PLC為核心控制單元，具有體積小、速度快、可靠性高、擴展能力強等特點，輸入端最多可以擴展至24路模擬量。PLC接受外部傳感器和按鈕開關的輸入信號，通過內(nèi)部程序處理，使中間繼電器動作，控制交流接觸器的吸合或斷開。

3.1 操作按鈕

根據(jù)控制要求每個電動機需要啟動和停止兩個按鈕，急停、電鈴和PLC復位各自需要一個按鈕，屏幕參數(shù)設置需要四個按鈕，本系統(tǒng)中選用瑞士eao按鈕，防護等級高達IP68，安裝方便，可靠性極高。設計完成后操作面板如圖2所示。

（下轉(zhuǎn)第162頁）

（上接第158頁）

3.2 傳感器

在掘進機控制系統(tǒng)中，需要對某些元件的參數(shù)進行檢測，并將信號傳送給PLC，由PLC根據(jù)這些信號判斷系統(tǒng)運行是否正常，并作出相應動作。

3.2.1 溫度變送器

電機在運行過程中會產(chǎn)生熱量，導致溫度升高，溫度過高時將會導致密封損壞，軸承的滾動體和內(nèi)外圈的硬度下降，整個電機壽命縮短。油箱中的液壓油是整個液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)，油溫過高將造成液壓元件的密封性能下降，因此需要監(jiān)測電機繞組和液壓油的溫度。

截割電機和油泵電機內(nèi)部都預埋了PTC和PT100。 PTC為繼電器形式，開關量輸出，但PT100為電阻信號，PLC無法直接處理，需要用隔離柵將其轉(zhuǎn)化為4-20mA的電流信號，然后傳入到PLC中。此處選用STWB-TR4型溫度變送器，不僅提高抗干擾能力，而且能夠同時轉(zhuǎn)換4路電阻信號。

油箱中選用GWP200Z型溫度變送器，該變送器為不銹鋼材質(zhì)，前部帶有探頭，可插入到液壓油中測定溫度值，測量范圍為0-200℃，輸出形式為4-20mA的電流信號。在主程序中對油溫的監(jiān)測也采用了雙級保護，即當液壓油溫度升至70℃和90℃時，系統(tǒng)會報警或停機，溫度恢復正常值前報警會持續(xù)。

3.2.2 液位控制器

液壓系統(tǒng)工作過程中會有油液損失，油箱液位過低可能導致液壓系統(tǒng)中的組合變量泵吸空，空氣進入到液壓管路中在巨大的壓力作用下造成氣蝕，對液壓元件損害極大。選用YKJD系列液位繼電器對頁面高度進行監(jiān)測，當液面高度低于設定值時，系統(tǒng)發(fā)出報警，提醒工作人員油箱液位低，加油至規(guī)定值后可重新開機。

3.2.3 壓力傳感器

液壓系統(tǒng)額定工作壓力為25MPa，當壓力過低時馬達或油缸動作無力，壓力過高時會對液壓膠管和其他元件造成破壞。在泵的出油口處安裝了GPD60（B）隔爆型壓力變送器，測量范圍為0-60MPa，輸出信號為4-20mA，PLC檢測到壓力異常時會發(fā)出聲光報警。

3.2.4 壓力控制器

外噴霧工作壓力不小于1.5MPa，當水壓過低時將影響噴霧降塵效果。在外噴霧管路中增加GPD10K隔爆型壓力控制器，可在1-10MPa范圍內(nèi)任意設定一個壓力值，當壓力過低時繼電器觸電動作，將信號傳入PLC中，系統(tǒng)發(fā)出水壓過低的報警信號，可以實現(xiàn)水電閉鎖、壓力切斷等保護功能[1]。

4 主控器

主控器是整個電控系統(tǒng)中最重要的部分，本設計中將PLC、本安電源、繼電器板和光耦板集成到一個不銹鋼箱體內(nèi)，作為主控箱。所有控制線從主控箱前側(cè)的接線端子中引出，實現(xiàn)了主控器的模塊化設計，如果使用過程中某個元件出現(xiàn)問題，直接更換主控箱即可。

5 結(jié)語

本套電控系統(tǒng)具有操作簡單，維護方便可靠性高的特點，經(jīng)實踐證明能夠滿足EBZ260掘進機的所有動作要求，并具備全面的保護功能，提高了掘進機的智能化水平。

參考文獻：

[1]孫章虎.新型掘進機水系統(tǒng)的設計[J].煤礦機械，2012，33（10）：156-157.

作者簡介：張金碑（1984-），男，山東菏澤人，本科，助理工程師。endprint