悬臂式掘进机电控系统探究

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摘要：依据现场实际情况，提出一种新的掘进机电控系统。该电控系统以DCF-1控制器为核心，采用CAN总线进行信息通信，通过布置各类传感器实现对掘进机运行参数的监测。提出的电控系统具有高温、过压及过流监测以及漏电监测等功能。现场应用后，该电控系统可实现对掘进机的有效控制，并自动监测掘进机故障类型及位置，现场取得较好应用效果。

关键词：巷道掘进掘进机电控系统故障预警

引言

悬臂式掘进机是现阶段煤矿常用的机械设备，对提高矿井巷道掘进效率具有重要意义。电控系统是掘进机核心组件，为提高掘进机工作效率以及智能化程度，加强对电控系统的研究很有意义。山西某矿井下巷道使用EBZ系列悬臂式掘进机，使用的掘进机具有承载能力强、截割稳定性好、安全系数高等特点，同时电控系统采用模块化结构，便于进行故障诊断、监测以及控制等功能升级。文中以EBZ系列悬臂式掘进机电控系统展开研究，以期进一步提高掘进机工作效率。

1悬臂式掘进机结构分析

EBZ260悬臂式掘进机实物如图1所示，结构组成包括有掘进部、行走部、电控系统、液压系统等，技术参数见表1。EBZ260悬臂式掘进机可用以8~20m2断面巷道掘进，最大破岩强度达到80MPa，适应行走坡度在±16°以内地点，同时通过模块设计，方便掘进机从地面拆卸、分部运输至井下组装，对运输巷道断面要求较小。掘进机掘进部分是主要组成单元，结构包括有减速器、电机、截割头、悬臂以及固定架等组成。掘进机机载电控系统由按钮控制箱、传感器、电控箱、电机等构成。文中以该悬臂式掘进机为研究对象，对电控系统展开研究。

2电控系统设计

依据掘进机井下工作环境情况，并结合相关技术标准，归纳出掘进机电控系统要求：第一，通信系统传输效率高，可实现监测、控制信号快速、精准传输；第二，可对掘进机运行参数进行监测，包括有电压、电流、温度、操作箱状态、通信系统工作状态等；第三，可对掘进机运行期间故障进行监测及诊断，及时发出预警并显示故障点位置；第四，对掘进机各电机状态参数进行监测，出现故障时自动预警。

2.1电控系统架构

文中所提电控系统核心为高性能控制器，控制器输入信号以电压、温度、油位、泄漏等为主；根据现场实际情况发出电机漏电、设备启停、故障预警等控制以及预警指令。电控系统对监测数据进行运算、分析及判断，通过显示屏显示的同时向掘进机相关执行机构发出控制指令。具体设计的电控系统结构框图如图2所示。电控系统用24V电源兼做电控箱（本安型），通过4AD模块（BH-9型）进行安全监测参数分析及保护，4AD模块（BH-9型）集成有数据处理以及数据采集等功能模块，显示屏为触控式；在电控系统中对掘进机漏电、瓦斯浓度等实时显示；为便于后续检查及维护，将平台电压统一为220V。

2.2电控系统关键设备确定

1）控制器。由于煤矿井下空气湿度大，充满瓦斯、粉尘等有害物质，对控制器稳定性以及可靠性等要求较高。为此，电控系统控制器选择技术成熟、煤矿井下使用广泛的DCF-1型。该控制器处理器为32位，结构包括I/O端、CPU端两个部分，具备有多个通信接口，内置的外围接口可满足电控系统构建需求。同时该控制器还具备有掉电存储区，确保突然断电后对数据存储、读取。2）信号采集系统。掘进机工作期间需对电机、设备温度等各种参数进行采集，采集工作主要依靠传感器实现，因此应针对监测参数选用不同的监测传感器。监测信号采集及传输采用CAN总线，采用的CAN总线具有传输效率高、利用率高等优点。具体信号采集系统架构如图3所示。温度信号采集用AT-1A温度传感器，监测精度0.1℃，监测结果可同步传输至BH9保护模块；电压监测用变压器针，型号为CSP2-1500Vb，该电压监测传感器可将监测到的电压快速转换成5V、12V等电压值，实现电压平台的实时检测。采用IR420-D6绝缘监视仪对电机绝缘电阻进行监测[1-4]。

2.3电控系统控制程序

电控系统运行程序采用PROSYD1131编制，控制程序由初始化程序、系统管理程序、状态参数监测及诊断程序、电机管理程序等构成，具体电控系统控制程序运行流程如图4所示。

3现场工业应用分析

为掌握文中所提掘进机电控系统运行效果，在山西某矿21105运输巷EBZ260掘进上安装该电控系统，并进行为期2个月现场试验。电控系统可实现对掘进运行参数的监测，具体电控系统主控界面如图5所示。当电控系统发现掘进机出现故障时，电控系统主界面会显示故障发生位置，推荐故障排除方法。电控系统支持历史数据查询以及掘进机运行参数导出，用户可依据自己需要，对导出的掘进机运行数据进行分析。现场应用该电控系统后，得到了有关作业人员的认可[5-7]。

4结语

文中以矿井常用的EBZ260掘进机为研究对象，依据现场需求，对掘进机电控系统展开研究。电控系统采用的DCF-1控制器作为核心处理器，并采用CANOpen总线作为通信模块，通过布置的各类传感器实现对掘进机运行参数监测。电控系统具备有故障自动诊断功能，当监测到掘进机存在故障时会给出故障位置以及故障排除方法。在山西某矿21105运输巷掘进机应用后，该电控系统运行平稳，可实现对掘进机运行监测及控制，可在一定程度上提升掘进机工作效率以及运行可靠性。

参考文献

[1]邬瑞.悬臂式掘进机电控系统优化设计应用[J].机械研究与应用，2021，34（4）：161-163；166.

[2]王履锋.悬臂式掘进机电控系统的自动化升级研究与设计[J].煤，2021，30（8）：67-68.

[3]王列，殷华.矿用掘进机电控系统设计及应用研究[J].能源与环保，2021，43（4）：231-236.

[4]刘义平.井下悬臂式掘进机电控系统改进分析[J].能源与节能，2021（3）：140-141.

[5]刘尧青.井下悬臂式掘进机电控系统改进设计与研究[J].山东煤炭科技，2020（9）：151-153.

[6]赵亮.3-边角061运输巷道掘进施工技术分析[J].中国矿山工程，2019，48（6）：47-49.

[7]滕丽丽，滕俊章.基于PLC的悬臂式掘进机电控系统的设计与实现[J].煤矿机械，2014，35（4）：133-134.

作者:郭斌 单位:汾西矿业高阳煤矿