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JOY-12CM15-10D连采机电气系统原理

　　0引言

　　煤炭生产的核心是采掘工作面，实现采掘工作面机械化、自动化成为煤炭产业的追求和探索的方向和目标。

世界先进的采煤国家如美国、澳大利亚等，为了提高采掘工作面得产量和工效，在矿井长臂工作面上采取一系列卓有成效的改革，从而形成了生产能力大，自动化程度高，安全可靠，工作面单产和功效成倍提高的新一代高产高效的采煤设备。

同时也促进了掘进机械的发展。

连续采煤机起源于美国，从1949年美国利诺斯研制成功第一台连续采煤机以来，已经历了半个多世纪的发展历程，现在连续采煤机以日臻完善，其掘进工艺走向成熟。

在20世纪60年代之前，主要用于房式或房柱式采煤，到60年代以后美国推广应用于长壁采煤的准备巷道快速掘进中，现在很多国家使用中发展速度很快，取得了显著的经济效益。

第一阶段以利诺斯的CM28H以及久益公司的3JCM和6CM为代表的截链式采煤机。

到第二阶段以久益公司的8CM为代表的摆动式截割头采煤机。

第三阶段是久益公司10CM，11CM连续采煤机，在11CM连续采煤机的基础上又发展出12CM系列连续采煤机。

我国的神东煤炭集团、陕煤化集团神南矿业公司等大量引进连续采煤机及其配套设备。

连续采煤设备电控系统，主要包括连续采煤机电气控制系统、工作面运输设备电气控制系统、工作面支护设备电气控制系统、工作面给料破碎机电气控制系统和工作面连续运煤设备电控制系统。

连续采煤机电气控制系统，目前在我国采煤机械化程度最高的神东矿区以及陕煤神南矿区，主要使用的连续采煤机有三种机型，我们主要来分析最常用的机型之一即美国JOY公司生产的JOY12CM15-10D连采机电气系统原理。

　　112CM15-10D型连续采煤机JNAFACEBOSS系统的基本构成

　　1.1JNA控制系统

　　JNA控制系统是久益采矿设备电控系统的基础。

JNA系统主要由JNA控制器（CCU），电子模块，一台显示计算机和遥控器组成。

　　JAN控制系统监控连续采煤机的各种功能，实现连续采煤机的各种开关回路。

JNA控制系统用以完成司机在遥控器上输入的煤机功能。

显示计算机记录煤机的操作和状态信息。

每个显示画面提供详细的信息，有助于煤机操作和故障查找及处理。

　　1.2中央控制器（CCU）

　　JNA系统的中央控制器（CCU）安装在牵引箱内。

CCU连接MODA、MODB、MODC模块，以及六个电机智能传感器：

DCT、GCT、CCT、HCT、ACT和BCT这些装置来实现对电机的监控。

　　1.3JNA模块A，B，C

　　电子模块MODA、MODB、MODC提供用于煤机操作的必要的开关回路。

这种模块每组7个单元，A到G。

有三种类型的单元即：

通讯，数字输入\输出，和模拟量输出。

模块A与CCU之间用interbus总线通讯。

　　1.4煤机应该程序（MAP）盘

　　煤机应用程序（MAP）盘通过USB电缆与CCU通讯。

JNA系统MAP，通过软件升级来配置煤机的功能。

　　1.5Interbus

　　Interbus在CCU，MODA、MODB、MODC和MCT智能传感器之间提供通读链接。

线路C215是数据接收，C217是数据发送。

线路1B1给连接到Interbus总线上的部件提供24VDC电源。

线路1B4通过线路Z01和Z02在CCU内部的24VDC电源和24VDC电源PS1之间提供一个公用的0V直流连接。

　　1.6通讯总线

　　CANBUS通讯总线使用电压差信号在CCU和输入输出模块（IOM）之间通讯。

120欧的电阻给通讯电路提供阻抗匹配。

　　1.7电流环通讯

　　CCU和变频器之间是使用双向串行通讯链接。

　　1.8行走驱动系统

　　变频器系统使用三相，1050VAC的电机。

变频器根据控制器发来的段信号，改变发送到行走电机的频率，从而实现电机前进和后退的变化。

变频器系统包括两个电抗器（IND1和IND2），两个变频器（VFD1和VFD2），两个三相交流感应电动机（E和F）。

　　1.9变频器

　　每台变频器内部包括两组三相绝缘栅极双向晶闸管（IGBT）电力整流桥，每组都装有微处理器。

微处理器通过一个全双工通讯电流环，以19.2的波特率与CCU通讯。

　　212CM15-10D型连续采煤机电气系统的基本构成

　　12CM15-10D型连续采煤机的电气控制系统的基本构成情况如图3-1所示，该电气控制系统的作用在于对所使用的8台电机以及其它电磁机构实施控制，同时实现对电机、设备、系统以及安全等方面的电气保护。

在这一基本构成中，主要的装置及设备如下：

　　2.1电机

　　12CM15-10D型连续采煤机的整机功率约为621kW，整机共有8台电机，它们分别为截割部、装运机构、液压机构（油泵）、牵引部及除尘系统提供动力，以实现落煤、装运、除尘以及机器行走等功能。

电机均为三相交流异步电机。

8台电机中除风机电机外，其余电机均采用外水冷方式，并且其内部绕组中都设有热敏电阻及温度开关，用于电机过热检测，因而可以实现电机过热保护。

这些电机的类型及主要参数见表1所示。

　　电机名称类型额定功率额定电压数量

　　截割电机三相水冷170kW1050VAC2

　　油泵电机三相水冷52kW1050VAC1

　　刮板机/收集头电机三相水冷45kW1050VAC2

　　风机电机三相风冷19kW1050VAC1

　　牵引电机三相水冷60kW1050VAC2

　　表1电机

　　2.1电控箱

　　1）主控制台也称操纵台，含有用于电机控制的所有操作开关以及供司机观察的指示表和指示灯等；

　　2）主电控箱含有截割、装运主回路电控箱件等；

　　3）行走电控箱这是一个水冷电控箱，含有牵引、油泵、风机主回路电控箱件以及照明回路，CCU控制器、变频器、MODA、B、C模块；

　　4）断路器箱这是动力电缆进线箱，内部的主要装置为主断路器。

此外，履带行走安全开关（脚踏开关）也位于该箱上；

　　5）起停开关主要用于煤机电源的起动和停止；

　　6）JNA显示单元显示单元显示JNA系统生成信息。

还可以显示司机输入参数屏幕及系统运行状态；

　　7）JNA鼠标司机用JNA鼠标点击JNA屏幕上显示的按钮。

可用四个箭头（方向）键上、下、左、右移动光标。

按住星号键，再按方向键，可加快光标的移动速度。

在选中的屏幕按钮上，按下ENT键，执行选中的动作。

　　2.2断路器

　　所有的断路器闭合后，三相进线电源供到煤机电气系统的动力回路和控制变压器。

线路L11，L12和L13给断路供电（2CB）。

线路L11，L12和L13给集尘器（GC），泵接触器（DC）供电。

线路L11，L12也给变压器（CT）供电。

线路L21，L22和L23给载割回路，AC和BC真空接触器，收集头/刮板机前进（CF）和倒退（CR）接触器供电。

当泵接触器（DC）吸合，行走断路器（4CB）给变频器供电。

　　2.3控制和照明电路

　　控制电路上电：

煤机主断路器闭合后，煤机上电，线路L11和L12给控制变压器原边。

变压器二次侧的110V交流，通过5CB供到控制和瓦斯监测回路。

24V交流控制变压器的二次侧，通过6CB给前部照明和后部照明供电。

　　控制回路零线：

煤机控制回路是110V交流，24V直流，或12V直流电路。

线路2是110V交流电路的公共零线。

线路Z2是PS1电流24Ｖ直流变频器电路的公共零线。

线路71 是PS2电源24V直流输入输出模块（IOM）电路的公共零线。

最后，线路81是PS3电源12V直流截割臂角度传感器（BAS），JNA本安通讯遥控器接口（JR）和JNA显示计算机鼠标电路的公共零线。

　　控制操作：

手动操作时，把控制开关打到运行位置。

在手动模式时，司机使用装在煤机上的控制开关来操作煤机。

把控制开关转到遥控位置，司机可以使用遥控器以遥控模式操作煤机。

　　110V交流控制电路：

控制变压器给CCU，漏电变压器（1ELT），JNA单元，24V直流（PS1）电源供110V交流电源。

　　照明操作：

当煤机主断路器（1CB）和照明断路器（6CB）闭合后，照明自动运行。

　　前部照明电路：

控制变压器的二次通过线路54和55给前部照明电路供电24V交流。

当CCU起动后，数字输出（A1C3）闭合，使煤机照明继电器（MLR）的线圈得电，闭合线路54中的常开MLR接点。

　　后部照明电路：

线路55，68，和69给后部照明供电。

当煤机前进或后退时，后退照明继电器（RLR）控制后部照明。

当煤机前进或停止时，RLR不得电，因此其常闭接点保持闭合，使红灯有电，其常开接点保持开路，隔离白灯电源。

当CCU起动后，且煤机后退时，数字输出（A1C3）闭合，使设备照明继电器（RLR）得电。

线圈得电，线路68中的RLR常开接点闭合，使白灯带电，其常接点打开隔离红灯电源。

　　3急停继电器（ESR）电路原理

　　1）PRE-ESR电路和CESR测试：

线路1通过急停开关接点给PRE-ESR电路供电。

，在可以遥控起动所有电机以前，泵/控制开关必须打到自动/遥控位置，CCU必须执行PRE-ESR测试。

此测试包括以下检查：

　　CCU检查电机智能电流互感器（MCT）的完整性；

　　CCU监测电机电流，确保所有电机都没有电流；

　　CCU监测与遥控器的连接，确保数据通讯正常；

　　CCU检查急停状态输入A2B1/A2B4，确保急停开关没有动作。

　　2）PRE-ESR电路

　　ESR电路说明

　　当司机按下遥控器上的起动和泵起动/停止按钮时，CCU内部的数据检查继电器接点闭合，给常开的ESR和SER接点供电。

CCU起动使能继电器输出A1B2，使SER继电器线圈得电。

使与ESR继电器串联的SER常开点闭合。

CCU数据检查继电器输出使与SER新接点串联的ESR继电器线圈得电。

使与ESR继电器线圈串联的，且与常开SER常开接点并联的ESR常开点闭合。

当SER继电器继电器线圈失电后，闭合的ESR接点将保持ESR继电器线圈得电。

线路7中的常开ESR接点闭合，把110VESR电源供到MCT，用于起动电机。

线路Z33中的常开ESR接点闭合，把24VESR电源供到变频器JNA输入，用于行走操作。

　　ESR2电路当按下遥控器起动按钮，遥控器上电，发出起动指令到本安通讯遥控接口，使DCR继电器得电。

DCR接点闭合，ESR2继电器得电，线路6C中的常开ESR2接点闭合，把遥控DCR状态信息输入到JNA输入点B2B2/B2B4。

　　4电源

　　1）PS1电源

　　PS1电源是24V直流电源给变频器，CCU和interbus通讯总线供电。

CCU，模块A，和电机智能电流互感器之间使用interbus通讯总线。

　　2）PS2电源

　　PS2电源是24V直流电源给输入输出模块（IOM）和相关的液压功能的电磁阀供电。

　　3）PS3电源

　　PS3电源是12V直流电源给截割臂角度传感器，鼠标隔离栅和JNA本安通讯遥控接口供电。

　　5液压控制电路工作原理

　　1）输入输出模块控制电路

　　CCU，输入输出模块（IOM），和液压电磁阀控制大部分液压功能，当CCU收到液压功能遥控指令后，CCU发出信号到IOM模块，来吸合相应的电磁阀回路。

　　2）输入输出模块主电路

　　电源PS2给数字输出模块（IOM）供24V电源。

此电源用于吸合液压电磁阀线圈。

IOM模块监测每个电磁阀回路43欧姆的负载。

此负载的变化范围就在±10%内，否则IOM将禁用此回路。

　　3）CCU显示计算机

　　CCU电磁阀控制液压功能的24V直流输出。

这些信息在显示计算机上显示。

更多的与此有关的及其它诊断控制监测等信息都可以通过显示计算机进行人机对话。

　　6漏电系统工作原理

　　1）110VAC漏电继电器（ELR）

　　ELR漏电线圈监测控制变压器二次的110VAC绕组。

正常情况下，110VAC供给继电器时，端子3和5，6和7接通。

如果线圈监测到变压器二次侧有漏电电流，ELR单元闭锁故障进入故障模式。

故障时，端子6和8接通。

阻止泵电机起动。

端子3和4接通，110VAC漏电故障灯亮。

　　2）EL1空载漏电系统

　　空载漏电闭锁系统给交流电机的动力回路提供保护。

此系统通过检查动力线路来保护回路。

如果检测到绝缘电阻值降低，该系统就会给CCU一个漏电跳闸输入从而对动力回路实现漏电闭锁。

　　EL1空载漏电系统的工作原理：

　　当连续采煤机送上1050VAC电源，在任何接触器闭合之前，漏电变压器二次侧将给EL1漏电闭锁回路提供15VAC。

EL1得到15VAC之后，就会给端子16一个15V直流信号。

这一信号经过限流电阻器，漏电检测继电器将信号传到需要测试的交流电机相连的三相电抗器。

线路700，701，和701A与第个电抗器相连接。

　　直流信号自由通过电抗器，如果动力线的绝缘阻值减小到12-14K以下，电流将会通过EL1单元上的端子13接地。

这样会导致电流流经EL1单元内部小变压器的原边线圈。

在变压器二次侧线圈中感应的电压降将会使晶体管导通。

切断到端子8的110VAC输入，1050V电机状态数字输入失电，给CCU一个漏电跳闸输入。

从而进行空载漏电闭锁。

如果EL1没有监测到漏电故障或是绝缘值降低的情况。

第一个电机接触器就会正常得电。

漏电测试继电器失电，断开监测系统。

当电源供给交流电机回路，三相电抗器将阻断交流电流，保护低电压检测系统。

　　7中央控制器（CCU）及智能电流互感器工作原理

　　1）JNA系统中央控制器（CCU）是煤机电控系统的中央控制单元。

CCU连接有模堞A，B，C，和6个电机智能电流互感器：

DCT，GCT，CCT，HCT，ACT，和BCT。

这些元件进行煤机的不同的控制及监测功能。

　　Interbus在CCU，模块A，B，C和6个MCT之间提供通讯链接。

线路C215是数据接收，C217是数据发送。

线路1B1连接到Interbus上的部件提供24V直流。

线路IB4通过线路Z01和ZO2在CCU内部24V直流电源和24V直流PS1之间提供一个公用的0V直流连接。

　　煤机应该程序（MAP）U盘是与CCU连接的可插拔元件。

CCU使用MAP来配置煤机功能，使软件修改更容易。

这个里面包括一个稳定的记忆芯片用于存储软件。

煤机上电时绝不可断开CCU。

在MAP呀KEP加载过程中，不可停煤机电源。

可能会造成CCU内部程序损坏。

　　在CCU起动过程中，两个红和绿诊断指示灯闪两秒钟。

如果CCU起动没有故障，然后绿色的指示灯保持闪烁。

如果在起动过程中检测到故障，然后红灯将按一定的编码闪烁。

下表列出了这些故障编码：

　　红灯状态故障

　　连闪两次CCU故障

　　连闪三次KEY（密钥）故障

　　连闪四次CCU程序故障

　　连闪五次KEY错误

　　2）电机智能电流互感器

　　连续采煤机共有六个微处理电流智能互感器，DCT，GCT，CCT，HCT，ACT，和BCT这些智能石器用于CCU和电机接触器的数据传递，提供接触器控制，并装有监测电机温度的RTD单元下表列出其端子及其功能。

　　端子说明

　　AInterbus通讯线的进入口

　　BPre/postESR电源进入口

　　C接触器控制输出口

　　DPre/postESR电源进出口

　　EInterbus通讯线到一下一电流互感器的出口

　　RTD热电阻电机RTD连接监测电机工作温度

　　CANbus通讯总线使用电压差信号在CCU和输入输出模块（IOM）之间通讯。

120欧的电阻提供阻抗匹配。

没有此电阻CANbus将不能正常工作下表列出了通过CCU的CANbus端子的电压：

　　CANbusCCU端子电压

　　#1CANHIGH（高）到#1CANCOM（公共）2.6VDC

　　#1CANLOW（低）到#1CANCOM（公共）2.2VDC

　　#1CANHIGH（高）到#1CANCOM（低）0.4VDC

　　#2CANHIGH（高）到#2CANCOM（公共）2.6VDC

　　#2CANHIGH（低）到#2CANCOM（公共）2.2VDC

　　#2CANHIGH（高）到#2CANCOM（低）0.4VDC

　　8MODELA，B，C的开关电路

　　1）CCU连到模块A。

模块A的目的是提供煤机运行所必须的开关电路；

　　2）CCU连到模块B。

模块B的目的是提供煤机运行所必须的开关电路；

　　3）CCU连到模块C。

模块C的目的是提供煤机运行所必须的开关电路，主要来监测各个控制回路及动力回路的空载漏电系统。

　　撤回模式

　　撤回模式继电器（RMR）用来帮助操作人员把由于泵不能起动或不能行走的故障煤机从没有支护的煤壁撤回。

　　撤回模式将会屏蔽以下功能：

　　Interbus（Comms&IO）

　　MCT电流传感器测试

　　接点粘连

　　电机电流缺失

　　非正常电机电流

　　相序检查

　　GIO通讯

　　电流不平衡

　　RTD跳闸

　　阀芯卡堵检查

　　冷却故障

　　液压故障（油位和温度）

　　撤回模式不会屏蔽以下功能：

　　急停开关

　　瓦斯跳闸

　　热过载

　　温控器跳闸

　　CANBUS通讯

　　无载漏电

　　激活撤回模式须满足的条件：

　　没有使用急停开关

　　没有瓦斯跳闸

　　CCU运行正常

　　与遥控器的通讯正常

　　与输入输出模块（IOM）ESX的通讯正常

　　在遥控器上激活撤回模式指令。

CCU中的数据检查继电器DCR闭合，IOM使得RM继电器得电。

得电后，MTR通过接点后的数据检查继电器接点闭合得电。

MTR和MRM得电后，泵将启动。

JNA计算机行走使能得电给变频器发出指令。

之后司机可以使用遥控器使得煤机返回到没有支护的煤层下。

行走速度将限制在第一速度，只有泵电机和行走电机可以运行。

　　接点粘连，JNA给PCT供电并停止煤机。

当煤机得电后，司机会选择激活PCT。

（按信泵停止，截割停止和刮板机停止按钮），保持一分钟。

这时司机可以激活撤回模式，行走煤机直到泵停止运行。

如果电源负荷中心跳闸条件仍然存在，PCT将得电，煤机就会失电。

且PCT一分钟计时器屏蔽功能只有在煤机起动了撤回模式才能使用。

其他煤机PCT屏蔽是一个即时指令。

　　9结论

　　通过以上几点论述说明了12CM15-10D机型的操作系统的构成，详细的分析了各控制模块及控制回路的工作原理，为设备的故障处理及机电人员奠定了理论知识，因此我们在实际维护检修过程中应该提高重视程度，可避免连续采煤机在生产过程中事故和设备故障频繁发生。

希望以上资料对你有所帮助，附励志名言3条：

1、上帝说：

你要什么便取什么，但是要付出相当的代价。

2、目标的坚定是性格中最必要的力量源泉之一，也是成功的利器之一。

没有它，天才会在矛盾无定的迷径中徒劳无功。

3、当你无法从一楼蹦到三楼时，不要忘记走楼梯。

要记住伟大的成功往往不是一蹴而就的，必须学会分解你的目标，逐步实施。