基于EBZ315型掘进机电气系统故障分析与应对措施

2018-10-30高鹏

山西焦煤科技 2018年8期

高鹏

(西山煤电集团设备租赁分公司，山西太原 030053)

掘进机是煤矿生产的最重要的机电设备之一，常处于高粉尘、高电磁干扰以及高温的恶劣工作环境，同时还会有不规律的强度较高的振动，这些恶劣条件都会对掘进机的机、电、液系统产生较坏影响，使掘进机的故障率提高，影响煤矿正常生产。为保障掘进机在恶劣条件下正常工作，除开发高可靠性、高性能的机电液系统外，及时、准确、高效的故障分析方法以及应对措施也是必不可少的。本文以EBZ315型掘进机为例，重点研究和分析该掘进机的电气系统故障与应对措施。

1 EBZ315型掘进机电气系统原理简介

EBZ315型掘进机是一款集自动控制技术、通信技术为一体的高效、灵活的煤矿井下掘进设备。在该掘进机中，一共有4个回路，对应4个控制电机：油泵电机，用于配合液压油缸的升降动作等；除尘电机，用于除尘设备的动作；截割电机，用于掘进机炮头的启停，截割煤壁，对该电机的控制可以使用变频器进行操作；转载电机，用于将截割出的煤块经转载装置运输至后置设备。4个电机的保护功能有过流、过载、缺相、断相、两相粘连等。该掘进机的操作方式有两种，即手动操作和遥控操作。设备无故障并在生产过程中，使用遥控操作，根据生产实际需要，启动4个电机工作。为了保证掘进机的安全性，还安装有机体右急停、机体后急停、机体左急停3个急停按钮。在该掘进机的电气系统中还有回路漏检功能，电机保护功能，电源漏电保护功能等。该掘进机电气系统框图见图1. 在该电气系统中，主要有PLC控制器、变频器、变压器、断路器、继电器、传感器、隔离栅、隔离开关以及瓦斯断电仪、急停、照明灯等电器设备，保障掘进机有序、安全的工作。

图1 EBZ315型掘进机电气系统原理图

2 故障分析平台

EBZ315型掘进机的故障分析平台由触摸屏人机界面实现。该故障检测平台与PLC控制之间通过CAN通讯的方式实现数据的传递，见图2. PLC控制器将EBZ315型掘进机运行时的I/O变量，各个电机的运行情况以及故障信息，传感器故障信息以及通讯故障信息通过CAN通讯的方式传递给故障检测平台。

图2 故障检测平台通讯方式图

故障检测平台对上述信息进行分类并显示在故障检测平台上，同时约定，每一个点信息的指示灯为正方形时，表示该点信息正常，指示灯为圆形时，表示该点信息异常。EBZ315型掘进机的故障检测平台见图3，如数字输入变量“机体右急停”为正方形，表示该点信息正常；电机故障列表中“油泵电机”为圆形，“过载”为圆形，表示油泵电机出现故障，故障信息为过载，并且在故障检测平台的最下方“故障提示”中显示：2018年08月08日22时11分，出现油泵电机过载故障。

图3 掘进机故障检测平台图

3 故障分析及应对措施

3.1 I/O故障分析及应对措施

EBZ315型掘进机的I/O输入输出点见图3，当PLC I/O点出现故障时，对应的故障检测平台的数字量输入点、数字量输出点会持续闪烁，以示提醒，技术人员需要依次做如下确认工作：1) 确认PLC控制器工作是否异常。该工作可以通过查看PLC控制器的运行指示灯来确认，运行指示灯run为绿色，表示PLC控制器运行正常，如果运行指示灯run为红色，表示PLC控制器运行错误。2) 检测I/O触点开关本身是否损坏。该工作可以通过导线短接进行检测，如果该I/O点用导线直接连通时，对应该点的指示灯常亮，表示该I/O触点完好，如果连续闪烁，则该触点可能存在问题。3) 确认综合保护器输出是否故障。若PLC的I/O点经由综合保护器输出时，需要对综合保护器进行检查，并需要确认综合保护器是否完好。4) 检测与发生故障I/O触点的关联电气线路是否虚接。该工作可以利用万用表进行检测，即直接测量关联线路的导线是否有断路现象。

3.2 电机故障分析及应对措施

EBZ315型掘进机分油泵电机、截割电机等4种。电机工作时，电流传感器实时检测电机的三相工作电流，PLC将该电流值与标准数值进行比较，可以判断出电机是否过载、过流、缺相、断相以及两相粘连，该判断可在PLC程序中实现对电流进行分析。如果出现上述故障，在故障检测平台上，对应的点会连续闪烁，以示提醒。如油泵电机出现过载故障，对应“油泵电机”指示灯连续闪烁，对应“过载”指示灯连续闪烁。通过电机的温控开关可以检测电机是否过热。如果发生电机故障，PLC会控制对应的继电器动作，使电机断电并停止运行，实现对电机的保护，并在故障检测平台上做出对应的提示。另外，在遇到具体故障时，需要进行具体的分析，例如，显示电机缺相故障时，根据电机工作原理分析，可能的情况有：1) 供电电源缺相。2) 隔离开关缺相运行。3) 接触器缺相运行。4) 电流传感器工作异常。5) 电机绕组缺相。在解决该问题时，需要对上述情况进行手动检查。

3.3 传感器故障分析及应对措施

EBZ315型掘进机的传感器故障类型主要有油温传感器故障、油位传感器故障、电流传感器故障以及倾角传感器故障。传感器发生故障时，需要做如下工作进行确认并且分析：1) 与传感器的电气连线是否异常。该工作可以用万用表进行检测，直接测量关联线路是否有断路的情况。2) 传感器本身是否损坏。如果传感器本身可能损坏，可以将该传感器更换后重新进行试验。3) 传感器检测的对象是否存在。如油位传感器存在故障时，如果油位传感器检测的油箱中没有液压油，也会报油位传感器故障。4) 检测用于隔离传感器信号的隔离栅是否存在问题。需要检查隔离栅是否损坏，隔离栅是否供电等基本信息。

3.4 通讯故障分析及应对措施

掘进机主电控箱与操作箱、显示器以及远程控制通讯都是通过CAN通讯实现的。如果出现通讯故障，最有可能存在的问题是：1) 通讯线异常，该故障可以用万用表直接测量通信导线的通断。2) 通讯线的连接点错误，在进行CAN通信时，CANH与CANH连接、CANL与CANL连接，如果交叉相接，则会出现通信故障。3) 通讯设备没有电源，如果通信设备供电不通，也会导致通讯故障。4) 用于隔离CAN通讯信号的隔离栅是否存在问题。隔离栅有问题，也会导致CAN通讯故障。5) 无法接收通讯数据。发生该故障时，需要借助CAN分析仪，用CAN分析仪模拟CAN通讯一端，如果在CAN分析仪上能够接收到数据，则表明对方通讯正常，如果接收不到数据，则需要查看实现CAN通讯的PLC程序。6) CAN通讯接收端和发送端的CAN通讯参数不匹配，CAN通讯参数主要有CAN2.0 A和CAN2.0B协议、标准帧/扩展帧、波特率、站号、以及ID号，任何参数不匹配，都会造成CAN通讯故障。