EBZ260掘进机电控系统设计

张金碑++李洪涛

摘 要：电控系统是EBZ260掘进机的重要组成部分，它控制着所有电气元件的动作。本文根据掘进机的动作要求和电气元件的参数，对整个控制系统进行了模块化设计，利用各种传感器和PLC对整机的运行状态进行实时监控，并具备完善的保护功能。

关键词：模块化；传感器；实时监控；双级保护

EBZ260掘进机适用于煤矿井下半煤岩或全岩巷道的掘进工作，也可在铁路、公路、水利工程隧道施工中使用，属于机电液一体化设备，其中电控系统的技术水平决定掘进机的智能化程度。

EBZ260掘进机的电控系统主要是由电控箱和操作箱两部分组成，它们和截割电机、油泵电机、二运电滚筒、电铃外部元器件共同构成了掘进机的电气系统。

1 总体要求

电控系统要求能够控制执行元件的启动停止和电磁阀的开关，通过各种传感器检测部分执行元件的运行状态，并提供相应的保护功能。该系统应具有程序化、模块化、可靠性高、抗震动、抗干扰等特点，能够显示系统工作电压、各电机运行状态和工作时间等内容，使掘进机操作者对机器工作情况一目了然。

2 控制对象分析及主回路设计

电控系统的控制对象主要包括与电气相关的执行元件和液压系统中的电磁阀，主要有截割电机、油泵电机、二运电滚筒等，技术参数如表1所示。

由上表可得出系统的供电电压为1140V。总电流最大约为282A，选用额定电流为400A隔离开关即可满足要求。

截割电机内部有两套独立的线圈，对应两种不同的转速和功率，需要两个真空交流接触器来控制它的动作，可选用SIEMENS的3RT10.6系列接触器，同样控制油泵电机和二运电滚筒的接触器也选用该系列。

以上各电动机在启动和停止瞬间会产生较大的自感电动势，为防止损坏其他电气元件，每个电动机的主回路中还需要增加阻容吸收装置。

隔爆电铃、照明灯和电磁阀等元件的工作电压等级不同，可通过变压器和本安电源获得，输入电压为1140V AC，输出电压等级至少需要包含24V、127V、220V。综上所述，可设计出主回路图纸，如图1所示。

3 控制回路设计

控制回路以松下FPG-C32T型PLC为核心控制单元，具有体积小、速度快、可靠性高、扩展能力强等特点，输入端最多可以扩展至24路模拟量。PLC接受外部传感器和按钮开关的输入信号，通过内部程序处理，使中间继电器动作，控制交流接触器的吸合或断开。

3.1 操作按钮

根据控制要求每个电动机需要启动和停止两个按钮，急停、电铃和PLC复位各自需要一个按钮，屏幕参数设置需要四个按钮，本系统中选用瑞士eao按钮，防护等级高达IP68，安装方便，可靠性极高。设计完成后操作面板如图2所示。

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3.2 传感器

在掘进机控制系统中，需要对某些元件的参数进行检测，并将信号传送给PLC，由PLC根据这些信号判断系统运行是否正常，并作出相应动作。

3.2.1 温度变送器

电机在运行过程中会产生热量，导致温度升高，温度过高时将会导致密封损坏，轴承的滚动体和内外圈的硬度下降，整个电机寿命缩短。油箱中的液压油是整个液压系统的工作介质，油温过高将造成液压元件的密封性能下降，因此需要监测电机绕组和液压油的温度。

截割电机和油泵电机内部都预埋了PTC和PT100。 PTC为继电器形式，开关量输出，但PT100为电阻信号，PLC无法直接处理，需要用隔离栅将其转化为4-20mA的电流信号，然后传入到PLC中。此处选用STWB-TR4型温度变送器，不仅提高抗干扰能力，而且能够同时转换4路电阻信号。

油箱中选用GWP200Z型温度变送器，该变送器为不锈钢材质，前部带有探头，可插入到液压油中测定温度值，测量范围为0-200℃，输出形式为4-20mA的电流信号。在主程序中对油温的监测也采用了双级保护，即当液压油温度升至70℃和90℃时，系统会报警或停机，温度恢复正常值前报警会持续。

3.2.2 液位控制器

液压系统工作过程中会有油液损失，油箱液位过低可能导致液压系统中的组合变量泵吸空，空气进入到液压管路中在巨大的压力作用下造成气蚀，对液压元件损害极大。选用YKJD系列液位继电器对页面高度进行监测，当液面高度低于设定值时，系统发出报警，提醒工作人员油箱液位低，加油至规定值后可重新开机。

3.2.3 压力传感器

液压系统额定工作压力为25MPa，当压力过低时马达或油缸动作无力，压力过高时会对液压胶管和其他元件造成破坏。在泵的出油口处安装了GPD60（B）隔爆型压力变送器，测量范围为0-60MPa，输出信号为4-20mA，PLC检测到压力异常时会发出声光报警。

3.2.4 压力控制器

外喷雾工作压力不小于1.5MPa，当水压过低时将影响喷雾降尘效果。在外喷雾管路中增加GPD10K隔爆型压力控制器，可在1-10MPa范围内任意设定一个压力值，当压力过低时继电器触电动作，将信号传入PLC中，系统发出水压过低的报警信号，可以实现水电闭锁、压力切断等保护功能[1]。

4 主控器

主控器是整个电控系统中最重要的部分，本设计中将PLC、本安电源、继电器板和光耦板集成到一个不锈钢箱体内，作为主控箱。所有控制线从主控箱前侧的接线端子中引出，实现了主控器的模块化设计，如果使用过程中某个元件出现问题，直接更换主控箱即可。

5 结语

本套电控系统具有操作简单，维护方便可靠性高的特点，经实践证明能够满足EBZ260掘进机的所有动作要求，并具备全面的保护功能，提高了掘进机的智能化水平。

参考文献：

[1]孙章虎.新型掘进机水系统的设计[J].煤矿机械，2012，33（10）：156-157.

作者简介：张金碑（1984-），男，山东菏泽人，本科，助理工程师。endprint