上海创力MG400/930-WD型采煤机反牵引改良设计

2013-11-12夏楠

同煤科技 2013年4期

夏楠

0 引言

大同煤矿集团王村煤业公司8132 综采工作面采用上海创力公司MG400/930-WD 型采煤机。2013 年1 月12 日采煤机滑靴被工作面刮板输送机哑铃销卡住，采煤机保护系统做急停动作，但造成了采煤机滑靴、工作面刮板输送机哑铃销的机械性损坏。该故障是安全生产的重大隐患，如再度发生，很可能会对传动部件、行走部件甚至牵引电机造成损坏。

在采煤机牵引设施强机械性堵转情况下采煤机做急停动作有以下不足：①采煤机司机容易将采煤机的急停动作误认为是突然断电，不做任何处理；②重新送电后如果没有发现堵转故障继续按原方向运行，容易造成设备的二次破坏；③急停动作以后，采煤机滚筒仍然保持截煤状态，重新启动时截割电机启动负载较大，有可能造成截割电机的损坏。因此，提出采煤机牵引过载时自动带速度反牵引的设计目标。反牵引保护就是在保护动作时自动改变牵引的方向，让采煤机退出绊卡地段的一种保护。这种方式解决了原急停保护的不足之处。

1 反牵引保护可行性分析

1.1 反牵引后采煤机运行方向是否畅通

按现行的割煤工艺，采煤机行走方向后面的工作面刮板输送机一般是推成直线的，即反牵引后采煤机行走路线畅通。

1.2 反牵引保护动作后采煤机滚筒可否割到支架前探梁

按现行的采煤工艺，前滚筒割顶煤、后滚筒割底煤，滞后后滚筒3～5 架支架跟架。工作面高度为3.2 m～3.4 m，滚筒直径为2 m。所以，当采煤机做反牵引保护动作后，后滚筒无割到支架前探梁的危险，前滚筒距离支架前探梁6～8 架支架的距离，即9 m～12 m。采煤机牵引速度最快为12.26 m/min，所以反牵引动作后有1 min 左右的时间供机组司机手动停止采煤机，查询故障。

对于顶板破碎等特殊情况要求及时跟架，前滚筒距最近的支架前梁在5 m 以内时，需制定安全技术措施，控制采煤机牵引速度在5 m/min 以内，确保采煤机发生反牵引动作后采煤机司机有足够的时间手动停止采煤机，查询故障。

根据上述分析认为，采煤机牵引设施强机械性堵转情况下，自动带速度反牵引保护效果优于急停。

2 上海创力MG400/930-WD 型采煤机原有保护系统

上海创力MG400/930-WD 型采煤机自带反牵引机制，但是其反牵引动作是在截割电动机严重过载时才会被触发，而牵引严重过载时的保护动作是急停。

2.1 反牵机制

重载反牵引功能的设置是避免采煤机严重过载。当任一截割电动机负荷大于1.3Pe时，通过PLC 的反牵定时电路使采煤机以给定速度反牵引一段时间后再继续向前牵引，原理见图1。

图1 原截割电流信号

由图1 可见，两截割电机的电流取样信号依次经过或门、比较器、10 s 脉冲，最终的响应为牵引换向。截割电机的电流取样信号由检测2 台截割电机单相电流的电流互感器提供，经电流互感器处理后的取样信号为4 mA～20 mA 的电流信号。或门的意思是两者任意一个为真，结果即真。比较器是将其取样电流与额定电流比较，当比较结果符合对应条件时有对应输出。也就是在图1 中，只要左右截割电机取样电流信号中有任意一个信号大于等于130%即可有牵引换向的输出。10 s 脉冲是，每隔10 s 刷新一次，满足前面条件即向后输出，最终导致牵引换向。因为速度信号与牵引方向信号相互独立，所以该保护实现了带速度反牵引。

另外，比较器中的截割电流信号小于等于90%、在90%和110%之间以及大于等于110%的动作为采煤机恒功率自动控制，与本设计无关，故图1 中没有画出。

2.2 牵引电动机负荷控制

PLC 采集2 个与变频器输出电流成正比的模拟信号作为左、右牵引电动机的电流进行比较，得到欠载、超载信号。当2 台电动机都欠载（I≤0.9Ie）时发出加速信号，牵引速度增加（最大至给定速度）；当任一台电动机超载（I>Ie）时发出减速信号，直到电动机退出超载区域。当任一台电动机严重超载（I>1.5Ie）时发出故障急停信号，使采煤机断电急停。急停部分原理见图2。

图2 原牵引电流信号

由图2 可见，两牵引电机的电流取样信号依次经过或门、比较器、或门，最终的响应为PLC 急停。牵引电机的电流取样信号由PLC 从与变频器的输出成正比的模拟信号中采集。或门的意思也是两者任意一个为真，结果即真。比较器是将其取样电流与额定电流比较，当比较结果符合对应条件时有对应输出。也就是图2 中只要左右牵引电机取样电流信号中有任意一个信号大于等于150%即向下一个或门输出信号。任意一个经过该或门的信号都可以使PLC 做急停响应。其他急停信号为：端头控制站急停、遥控急停、瓦斯断电仪急停。也就是说，包括牵引过载150%在内的4 个急停信号中的任意一个信号动作都可以导致采煤机断电急停。

另外，比较器中的牵引电流信号小于等于90%、在90%和110%之间以及大于等于110%的动作与牵引自动控制功能有关，不影响本设计，故图2 中没有画出。

3 系统改造

3.1 改造设计原理

保留原截割电机电流过载、牵引反牵系统，将牵引电流的严重超载保护改成反牵引，改造设计原理见图3。

图3 改造后的电流信号

图3 前半部分与图1 一致。将牵引过流1.5 倍的信号经一个0.1 s（为保证牵引严重超载时可以迅速动作）的脉冲信号传递至一或门，经该或门与截割电流过载1.3 倍信号一起可使牵引换向。或门的作用依然是任意一个信号动作都能导致牵引换向。引入这个或门，既保留了原来的截割过载反牵，又增加了牵引过载反牵引的功能。同样，因为速度信号与牵引方向信号相互独立，所以实现了带速度反牵引。

3.2 电气设计

在确立了以上的改造方案后，把上节中的原理模型还原到实际接线中去。由于截割电机电流信号部分没有改造，所以只看牵引电流信号部分。

与截割电机取样信号取自电流互感器不同，2 个牵引电机的电流取样信号直接由变频器提供。变频器的AM、AC 两点间的4 mA～20 mA 电流，即1BP.13（一号变频器13 号点，后面3 个以此类推）、1BP.12，2BP.13、2BP.12 为二号牵引电机的取样电流信号。

以上2 组电流信号经4 组接线排接线后最终传递至PLC 的模拟量输入模块SM3 上的4 个接点，即SM3.6、SM3.7、SM3.8、SM3.9。而牵引换向则是由PLC 的开关量输入模块中的SM1.5、SM1.6 以及他们所控制的开关量输出模块中的SM2.2、SM2.3 来控制，见图4。

图4 输入输出示意

为了叙述方便，先看牵引换向是如何实现的。在原控制系统中，SM1.5 使SM2.2 动作，SM1.6 使SM2.3 动作。而当牵引换向时，SM1.5 使SM2.3 动作，SM1.6 使SM2.2 动作。即开关输入端的“向左”控制开关量输出端的“向右”，开关量输入端的“向右”控制开关量输出端的“向左”。引入一个中间继电器M（0，0），其控制梯形图见图5。

图5 牵引换向控制示意

由图5 可以看到，开关量输入点SM1.5 的常开触点经过中间继电器M（0，0）的常闭触点与开关量输出点SM2.2 的线圈相连，经过中间继电器M（0，0）的常开触点与开关量输出点SM2.3 的线圈相连。所以，中间继电器M（0，0）不动作时SM1.5 控制SM2.2，中间继电器M（0，0）动作时SM1.5 控制SM2.3。SM1.6 的控制与其原理相同。也就是说，引入了中间继电器M（0，0）以后，当需要牵引反牵时，只要让中间继电器动作即可。

现在问题已转化为当左右牵引电机的任一牵引电流信号在大于额定电流150%时，让中间继电器M（0，0）动作。其原理见图6。