井下皮带机刮板输送机的电气控制.docx

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井下皮带机刮板输送机的电气控制

国际标准编排法

以章为单位单独编码的参考文献放每章末，与节同层次。

附录与参考文献与“1”同层次者，放末章之后。

矿山机械设备电气控制

《矿山机械设备电气控制》是煤矿电气自动化、矿山机电专业重要的专业课程教材，教材内容主要包括：

矿山机械电气控制能力基础，电气控制基础知识、采煤机械电气控制、煤矿掘进装载机械电气控制、井下运输设备电气控制、矿山提升设备电气控制、矿山排水设备电气控制、矿山主通风机电气控制、矿山空气压缩机电气控制。

选用内容力求适用最新，讲授方法：

力求理论正确、思路清晰、简明扼要理论密切联系实际，教材以矿山机械设备电气控制常用基本电路为基础、由浅入深主要讲授当前煤矿普遍采用的电气控制电路结构、工作原理、选型计算、维修维护、运行管理等内容，教材采用、执行有关国家、行业最新专业技术标准及图形文字符号，讲授当前煤矿最新设备的电气控制理论及技术，以培养具有、改革创新、满足当前矿山机械设备电气控制专业技术人才为目标、以培养煤矿对矿山机械设备电气控制高技能应用型技术人才的要求为目的。

读者对象：

矿山机械设备电气控制是煤矿电气自动化、煤矿机电专业主干核心课程，可供煤炭行业同类本科及高职院校借鉴和使用，也可作为煤矿企业从事机电技术领域工作的工程技术人员，技术工人的培训教材和参考书。

内容提要

1、电气控制基础知识

2、采煤机械电气控制

3、煤矿掘进机械电气控制

4、井下运输设备电气控制

5、矿山提升设备电气控制

6、矿山排水设备电气控制

7、矿山主通风机电气控制

8、矿山空气压缩机电气控制

一、课程性质

二、《矿山机械设备电气控制系统运行维护与检修》是矿山机电专业必修的一门专业核心课程，也是培养学生面向矿山通风、压气、排水、提升、运输等设备的电气操作、运行、维修维护等机电岗位服务的专业课程，具有很强的知识性、技能性和实践性。

学生通过对本课程的学习，可以掌握煤矿大型设备的运行管理、维护检修的理论知识与专业技能，为毕业后从事煤矿企业的维修电工、机电区队技术员等岗位工作打下良好的基

4.井下运输设备的电气控制

本节主要介绍带式输送机、刮板输送机的电气控制的用途、性能特点、常用控制设备型号含义、主要技术结构、主要技术参数、电路工作原理日常维护维修及操作使用方法等知识。

本节培养的能力与技能：

能根据使用场所和矿用电气设备的用途、结构、性能特点合理选择矿用带式输送机、刮板输送机电气设备的类型；能够根据矿用电气设备的结构、性能、电路原理，分析、判断并处理电气故障；能正确合理地使用、维护、操作、检修矿用电气设备。

4.1带式输送机输送机的电气控制

4.1.1概述

带式输送机已经成为煤矿主要的生产运输设备,是煤矿最理想的高效连续运输设备，与其他运输设备（如机车类）相比，具有输送距离长、运量大、连续输送等优点，而且运行安全、可靠，易于实现自动化和集中化控制，尤其对高产高效矿井，带式输送机已成为煤炭开采机电一体化技术与装备的关键设备。

带式输送机主要特点是机身可以很方便的伸缩，设有储带仓，机尾可随采煤工作面的推进伸长或缩短，结构紧凑，可不设基础，直接在巷道底板上铺设，机架轻巧，拆装十分方便。

当输送能力和运距较大时，可配中间驱动装置来满足要求；见图4－1煤矿DSJ系列可伸缩带式输送机实物图。

根据输送工艺的要求，可以单机输送，也可多机组合成水平或倾斜的运输系统来输送物料。

煤炭在生产过程中，煤炭从采掘工作面顺槽、巷道到盘区运输巷道、运输大巷、主运输巷道、到地面煤仓生产过程中、大多数煤矿采用带式输送机完成煤炭的运输任务。

一个采区内的带式输送机总数往往可达十几台。

根据《煤矿安全规程》带式输送机应有专人操作；如果采用一人控制一台输送机的方式占用了大量人员。

而且输送机线的起动停止需要提前发信号，时间较长，工作配合得不好，信号出现失误，还容易发生事故。

为了精简人员，提高劳动生产率与生产安全，输送机线最好采用集中控制。

图4－1煤矿DSJ系列可伸缩带式输送机实物图

按照《煤矿安全规程》要求带式输送机必须设置主要用来监测输送带速度、轴温、烟雾、堆煤、横向撕裂、纵向撕裂、跑偏、打滑、电机运行状态、煤仓煤位等，并实现逆煤流启动，顺煤流停止等闭锁控制和安全保护、地面远程调度与控制、输送带火灾监测与控制等功能的系统。

带式输送机具有长运距、大运量、连续输送等优点,且运行可靠,易于实现自动化集中控制。

带式输送机已成为煤炭高效开采的关键设备。

当前我国煤矿带式输送机向长运距、高带速、大运量、高电压、大功率的方向发展。

4.1.1煤矿用带式输送机的电气控制方式

带式输送机专用电动机带式输送机目前正朝着大功率、高电压、长距离、大运量、高速度方向发展,单机总功率达到5000kW、输送长度达到10km以上、运量超过5000t/h、运行速度超过5～6m/s的带式输送机已经在煤矿得到实际应用。

对于大型带式输送机,除了要求合理确定驱动功率、数量与布置形式外,还必须解决输送机的启动问题。

启动过程是一个加速过程,其加速度由零增加到最大又下降到零,输送带发生黏弹性变形,处于不稳定状态而产生动张力。

带速越高、启动时间越短,动张力也就越大,造成的瞬时冲击也越大,严重时将会损坏输送带与其他原部件。

如果有足够长的启动时间,并对启动速度加以控制,使动张力降至最低,就可消除瞬时冲击。

如何合理地选择大型带式输送机的启动方式,成为煤矿用带式输送机的电气控制方式面临的实际技术问题。

4.1.2带式输送机对电气控制的要求

带式输送机的驱动功率大，大运量、长距离有时需用多台电动机驱动，且多采用中、高压供电，因此在对电机的驱动控制方面有着许多更高的和特殊的要求，主要有以下几点：

4.1.1.1电机的启动电流要小，以减少对电网造成大的冲击，避免造成输送机重载启动困难和对传动设备的猛烈冲击；同时减小对电网上其他设备正常工作的影响。

4.1.1.2电机的启动力矩要大，特别是要保证重载启动时有足够的力矩。

4.1.1.3动控制装置长期运行的可靠性要高。

4.1.1.4多电机驱动时功率平衡的精度要高。

4.1.1.5保证多电机驱动时各电机速度同步的精度要高。

4.1.1.6起、制动过程要平稳，以避免胶带和滚筒之间的打滑现象。

4.1.1.7驱动控制方式有利于节能降耗。

4.1.1.8使用方便，维护成本低，提高整个系统的运营效益。

4.1.3带式输送机直接启动的电气控制设备（矿用隔爆型电磁启动器）

带式输送机通常采用YBS（DSB、JDSB）系列带式输送机用隔爆型三相异步电动机及YBSD系列矿用隔爆型双速三相异步电动机配套；其直接启动通常采用矿用隔爆型电磁启动器（图4－2矿用隔爆兼本质安全型真空电磁起动器外形实物图）控制。

这种电磁启动器是一种低压组合电器，保护器采用了先进的微处理器，高精度的数据处理及先进的保护算法、保护精度高，反应速度快；能完成漏电闭锁、欠压、过压、三相不平衡、过载、短路、风电闭锁、瓦斯闭锁等多种保护功能。

采用4×4汉字字符液晶显示器，配合菜单式人机交互界面，操作直观简便；运行时实时显示当前三相电流和系统电压及开关运行状态，显示信息丰富。

各项保护功能参数均可以通过菜单选择调整，适用范围广，保护精度高。

具有“记忆”功能，每次调整的各项保护功能参数均记忆保存，下次送电或系统复位时自动提取上次设定的参数，而且保护器还能记忆当前故障信息。

保护器具有软硬件自检功能，如有问题，系统给出相应的出错信息。

通过门板上钮子开关的拔位可以方便执行远控、近控功能。

可选择数据通信接口与控制系统联接，根据用户通讯协议要求可以配备通信接口；由于它控制方便、保护完善，所以在煤矿井下广泛使用。

4.1.3.1矿用隔爆型电磁启动器控制的原理：

如图4-4所示；它可以实现：

（1）近控（就地控制）：

利用起动器自身所带的起动和停止按钮来控制电动机，称为近控。

（2）远方控制：

外接按钮控制，用于集中控制，维修时用。

（3）连锁控制：

它是一种让多台机械，按一定的顺序起动的控制方法。

图4－2矿用隔爆兼本质安全型真空电磁起动器外形实物图

4.1.3.2型号组成及其代表意义

4.1.3.3总体结构及主要元器件的作用

起动器的隔爆外壳呈方形，见图4－3矿用隔爆兼本质安全型真空电磁起动器外形结构图：

（1）用4只M12的螺栓与撬形底座相连，隔爆外壳上、下两个空腔，分别为接线腔与主腔；接线腔在主腔的上方，它集中了全部主回路与控制回路的进出线端子，主回路电源进线端子上罩有防护板；接线腔两侧各有两个主回路进、出线喇叭口，可引入电缆外径为Φ28-Φ63的电缆；控制线引入装置可通过外径Φ9～Φ23的电缆。

主腔由主腔壳体与前门包容组成，主要装有主体芯架和隔离换向开关，前门采用快开门结构。

（2）前门上装有起动按钮SB、停止按钮SBS以及保护器整定按钮，设有SB3漏电试验按钮、SB2短路试验按钮。

图4－3矿用隔爆兼本质安全型真空电磁起动器外形结构图

4.1.3.4工作原理（见图4－4矿用隔爆兼本质安全型真空电磁起动器电路原理图）

（1）起动前：

单机远控：

远控按钮按图示分别接开关的51、52、53接线端子，双机（或多机）联控：

本机的43、44、45、35、48分别与下台的52、53、51、46、47按图示对应联接；本机的远控按钮按图示接51、52、53，钮子开关SA为远、近控选择开关；单机、联控选择开关拨位后，内部参数设置为联机，根据选取的控制方式，确定SA的倒向，近控按前门起动按钮即可，远控必须按电气原理图接按钮开关，合上换向开关，控制变压器有电，说明控制电源有电，正常情况下保护器触点吸合为起动作好准备。

（2）起动：

双机联控：

本台和下台的SA都打到远控位置，本台设置为联控，下台设置为单机，进入双机联控运行，在此期间只要有1台起动器因故停机，则另一台起动器将自动关机；如果在起动过程下台未正常起动，则本机也自动关机，这些功能特别适合大功率双机驱动的刮板运输机和其他联动工作机械，（联控时控制电缆最大长度不大于300m）；单机（远控）与（近控）：

过程与双机联控基本相同，只不过是与下台无关而已。

（3）停止：

故障停止，在工作中一旦发生失压、欠压、三相不平衡、过载、短路等故障，则保护器接点BH断开→KA线圈无电释放→KA-1断开→KM线圈失电→KM主触头断开→电机断电停止；人工停止：

按动前门上的停止按钮SBS→KA线圈无电释放→同时KM线圈失电→KM主触头断开→电机断电停止；按下起动器外壳右侧的紧急停止按钮SBS1也可以停止接触器，达到紧急停机的目的。

（4）起动器具有失压、欠压、三相不平衡、过载、短路、漏电闭锁等保护功能和相应的故障显示以及电源、运行、联控等工作状态显示；多台起动器正序延时起动，逆序停止直至第1台；起动器设有试验开关，可在运行前对控制线路和保护线路进行检查，起动器工作制为8小时工作制，操作频率在120次/小时之内。

图4－4矿用隔爆兼本质安全型真空电磁起动器电路原理图

4.1.3.5主要技术参数

（1）额定工作电压：

380V、660V、1140V。

（2）额定工作电流：

200A、315A、400A。

（3）额定工作制：

断续长期工作制。

（4）操作方式：

电动合闸、电动分闸。

（5）主要参数与电缆外径见表4-1。

表4-1

产品型号

额定电压（V）

额定电流

（A）

控制电动机最大功率

（kW）

引入电缆外径

（Φ，mm）

重量（kg）

380V

660V

1140V

主电路

控制电路

QJZ2-200

380、660、1140

200

100

165

200

Φ28-Φ63

Φ9-Φ23

225

QJZ2-315

315

155

260

315

QJZ2-400

400

200

330

400

4.1.3.6起动器保护功能的特性参数

（1）额定电流工作值：

本保护器有极宽的额定电流范围，整定范围从5～400A。

额定电流小于60A时，调节步长为1A；大于60A时，调节步长为5A。

（2）欠压保护：

保护可整定为50～85％额定电压值，动作时间为1S～240S可调；过压保护：

保护可整定为110～130％额定电压值，动作时间5S。

（3）过载保护：

动作时间见表4-2。

表4-2

过载倍数

动作时间

起始状态

复位方式

周围环境温度

1.05

2h不动作

冷态

+20℃

1.20

5～20min

热态

手动

+20℃

1.50

1～3min

热态

手动

+20℃

6.00

8～16s

冷态

手动

+20℃

（4）短路保护：

保护可整定为（5～10）倍额定电流，动作时间40mS～400mS可调，复位方式为手动。

短路闭锁：

当可选择“打开”、或者“关闭”。

打开该功能时，当短路电流大于10倍的额定电流时，保护器“故障报警”，但并不分闸，由上一级的馈电开关来分断（以防止通过接触器分断，导致接触器烧毁），直到检测到三相电流都已经低于10倍的额定电流时才分闸闭锁。

关闭该功能时，只要实际电流超过设定的短路电流，短路保护就会动作。

（5）保护器的（漏电）故障，是指漏电闭锁而言，指起动器在吸合前对其负荷线路的对地绝缘进行检测，若低于漏电闭锁动作值7kΩ+20%（380V）；22kΩ+20%（660V）；40kΩ+20%（1140V），漏电闭锁动作时间＜200ms，则起动器拒绝起动。

（6）三相不平衡：

不平衡系数在50～85％之间整定，若设为100％，则不动作，动作时间为1S～240S可调。

若不平衡率超过95％，则显示断相故障。

动作时间精度±5%。

（7）有过电压吸收装置。

（8）瓦斯闭锁：

可选择“开关量开动”或“开关量闭动”，也可将该功能关闭。

一旦故障动作后，“开关量”正常时保护器自动解锁。

（9）风电闭锁：

可选择“开动”或“闭动”，也可将该功能关闭。

解锁延时0～20S可调。

4.1.3.7使用与操作方法

（1）按电气原理图或接线腔接线图连接好电源线、控制线以及相关配件。

（2）按电气原理图或接线腔接线图检查连接线是否正确，确保无误后可送电。

（3）给起动器送电后，再合上外壳右侧中部的隔离开关，合上隔离开关后观察窗就有相应的显示，如没有故障显示，就可以进行起动、停止操作；若有故障见故障分析表，排除故障后再进行起动、停止操作。

4.1.3.8故障分析及排除

故障现象

原因分析

排除方法

备注

上电后保护器无正常显示

1.保护器上电后会完成完备的自检工作，在自检的过程中出现CPU死机现象。

2.保护器无电源输入。

3.保护器内部因某种原因损坏。

1.重新上电，等待保护器重新启动。

2.检查保护器电源是否正常供电（包括变压器、开关电源等）。

3.更换整台保护器。

接触器发生抖动

1.真空接触器整流桥损坏。

2.控制变压器有匝间短路。

3.电网电压不稳定。

1.检查整流桥并更换。

2.检查控制变压器是否有损坏并根据实际情况进行更换。

3.线路过长及移变容量。

近控起动不了

1.变压器故障及FU2保险管熔断。

2.保护器漏电闭锁保护。

1.起动、停止按钮触点接触不好；远近控选择开关故障。

2.线路出现开路。

3.中间继电器KA出现故障。

4.保护器（未正常提供保护点）故障。

5.本安插件故障。

1.检查各按钮，选择开关；检查线路，必要时，更换开关。

2.检查起动回路和插头接触是否良好。

3.中间继电器KA出现卡拌现象；更换继电器。

4.检查保护器接线，必要时更换保护器。

5.更换本安插件。

远控启动不了

1.同近控。

2.远控起动、停止按钮故障。

3.远控、近控钮子开关线路接触不好。

1.同近控。

2.检查远控起动、停止按钮有无卡拌现象。

3.检查钮子开关处接线；必要时，更换钮子开关。

短路、过载不动作

1.电流互感器故障。

2.保护器故障。

3.参数整定错误。

1.检查电流互感器是否完好，线路是否接通无误；针对检查结果，更换或接通线路即可。

2.更换保护器。

3.重新按负载要求设置。

运行过程中经常跳闸

1.参数整定错误。

2.保护器故障。

3.经常显示过载故障。

4.电流互感器故障。

1.换负载要求重新整定。

2.更换保护器。

3.检查电网电压实测负载电流情况。

4.检查电流互感器及电流信号的输入线路。

无漏电闭锁保护功能

1.起动器是否接地良好。

2.保护器故障。

1.检查起动器的接地情况。

2.更换保护器。

4.1.3.8日常维护、保养

（1）使用与维护过程中，应防止隔爆面碰撞或锈蚀，定期检查、隔爆面、开关接线情况、有无松动、接触不良、电气间隙、爬电距离不够等问题；定期中性凡士林涂油。

（2）定期进行保护的整定及试验。

（3）定期检查运行参数记录，判断及采取相应措施等。

（2）在维修过程中，“严禁带电开盖”，必须断电后开盖。

4.1.3煤矿用带式输送机保护控制装置

4.1.3.1概述

煤矿用带式输送机保护控制装置（以下简称控制装置）见图4－5煤矿用带式输送机保护控制装置外形实物图，他的设计是以《煤矿安全规程》为依据，结合生煤矿带式输送机综保产品的实际进行设计的新产品，用于对煤矿井下胶带（刮板）机进行保护监控；利用先进的单片微机技术，对胶带运输系统进行实时监控，对胶带机运输系统实现集中控制和单台控制，配用胶带纵向撕裂传感器、速度传感器、烟雾传感器、温度传感器、煤位传感器、跑偏传感器、紧急停车开关、洒水装置等器件可实现低速、打滑、断带、煤位、跑偏、急停、胶带纵向撕裂、超温、烟雾等保护，并可在温度或烟雾保护停机的同时实现超温（烟雾）自动洒水降温。

本装置具有双电机拖动延时启停控制功能、台数显示和故障种类指示功能。

本装置具有声光报警、语言通讯、语言预警和语言事故报警功能，语言报警不但能报出故障性质，而且能报出发生故障的皮带机号，另外具有打点联络功能，通讯具有较好的抗背景噪声的能力，通讯声音清晰。

本控制装置还可以用于其它场合的带式运输系统的保护监控。

装置主机结构紧凑，性能可靠，安装使用方便。

图4－5煤矿用带式输送机保护控制装置外形实物图

4.1.3.2基本参数

（1）控制装置额定输入电压：

AC127（36）V；额定输入电流：

AC0.10（0.35）A；允许电压波动范围（75%～110%）Ue，Ue为额定电压。

（2）控制箱输出本安电源

本安输出最高开路电压：

DC12V；最大工作电流400mA。

本安输出最大短路电流DC4mA，过流保护整定值930mA。

（3）控制箱继电器输出接点容量：

127V/0.8A或36V/2.5A。

（4）控制装置配接传感器的额定电压：

DC12V。

（5）工作方式：

连续工作方式。

4.1.3.3型号组成及其代表意义

4.1.3.4要功能和技术参数

控制箱是本系统的主要设备，通过选择不同的工作方式完成单独控制和集中控制。

控制箱用于集中控制时，要求皮带运输距离不大于10千米的运输系统。

集中控制时具有连锁功能，即某一台停机时，向其供煤的皮带机连锁停机；起动时具有逆煤流延时顺序起车功能，逆煤流起动延时时间≥10秒。

在集控或单控方式下，本装置都有起车延时功能、语音预警功能、双电机拖动延时启停控制功能、故障停车保护功能、超温烟雾洒水控制功能、台数显示和故障种类指示功能、故障语音报警功能、故障自锁及复位功能、全线系统状态对位显示功能，全线联系及对讲功能。

（1）时间为：

≥10秒（起车预警时间）；

（2）间为：

≥7秒。

（3）行速度低于额定速度（2m/s）的50%以下时，反时限延时小于10秒停车并发出声光报警信号。

1.磁力启动器2.带式输送机保护控制装置3.洒水喷头4.张力保护5.开停保护6.烟雾保护7.堆煤保护8.煤仓9.温度传感器10.磁钢11.速度传感器12.跑偏传感器13.急停传感器14.撕裂传感器15.阻燃胶带

图4－6煤矿用带式输送机保护控制装置传感器安装布置图

（4）带机完全打滑或断带时，延时小于2～3秒停车。

（5）关或沿线紧急停车开关接通时，延时小于2秒停车。

（6）当电极式煤位探头与堆煤之间的煤电阻小于1～2MΩ或煤位开关接通时，延时小于2秒动作。

（7）当跑偏传感器获得信号时，延时小于2秒保护停车。

（8）当纵向撕裂传感器获得信号时，延时小于2秒保护停车。

（9）当温度（在40～100℃范围内可根据用户要求整定）传感器获得信号时，延时小于2秒保护停车；并启动洒水装置洒水。

（3）胶带或煤产生烟雾时，烟雾传感器在产生烟雾点下风处适当位置获得信号动作时，延时小于2秒保护停车；并启动洒水装置洒水。

（11）热释红外传感器获得信号时，延时小于2秒停车。

（12）种故障在本台上均有相应的显示，同时发出语音报警和声光报警，保护后均处于故障自锁状态，只有按下停止按钮后，才能恢复正常。

在保护故障存在时，相应发光二极管常亮，保护故障去除后，相应发光二极管闪亮，故障解除并按下复位按钮后，恢复初始状态。

（13）机通过话筒可以实现单功对讲，同时发出联系打点，具有声光信号的功能。

4.1.3.3结构简介

装置控制箱由隔爆腔和本安腔两部分组成。

隔爆腔中装有电源控制板，箱体设有四个进出口，左侧的接线喇叭口分别为交流36V或127V电源输入口，及执行继电器接点控制主拖动电机一的输出口。

右侧喇叭口作为控制主拖动电机二、超温洒水电磁阀的控制输出口。

本安腔安装在隔爆箱下部并与隔爆腔固定成一体，其内部安装有主控板、显示控制板、接线板及扬声器。

面板上设有按钮5只，左右两侧共有8只接线喇叭口，其中两只作为集控时联机使用，其余作为电控箱传感器的接线口用。

4.1.3.5结构示意图：

图4－7煤矿用带式输送机保护控制装置外形实物图

4.1.3.4电路原理及工作过程

4.1.3.4本安电源电路工作原理：

交流36V或127V接入电源板J2的相应端子上，经由熔断器F送到变压器B1输出交流18V电压，经D1～D4整流，C1、C2滤波后，送给U1、U2等元件组成的双重过流过压保护电路，输出12V的本安电源，经接线端子J11、J12送出到本安腔内供给本安电路及各种传感器。

4.1.3.4工作过程及原理：

以集控为例说明，单控与集控过程相似。

a.参照原理图及接线示意图接好线，检查接线无误后接通电源，电源指示灯亮，表示本安电源电压+12V正常，点动打点按钮，各台喇叭发出“笛笛”声响，通讯应能正常通话联络。

b.按动启动按钮，开始启动起车预警信号，经过4～7秒的延时后，预警结束，主拖动电机一启动旋转，台数指示亦因为有了取样输入，则显示已启动的台数，经过1～2秒的延时，主拖动电机二启动旋转（无电机二的皮带机，本控制端口不接），胶带运行速度指示灯随导向滚筒的转动也在不停地闪亮。

c.当本台启动完毕，本台通过集控端口，向下一台主机输出一高电平信号，下一台主机接收到信号后，开始起车，同时显示本台所处集控中的位置。

最后一台起车完毕应显示1，往前依次显示2、3……9

本控制箱主控板上的接线排都有文字标明，可以直接与相应的传感器连接，当任何一种保护动作时，相应发光二极管发光，同时实现保护停机并进行语言报警，当为温度、烟雾保护时，电磁阀控制继电器动作，电磁阀进行洒水。

并同时实现故障闭锁，在故障解除后，按下停止按钮，主机才能回复到正常的监控状态。

d.低速保护动作原理：

当胶带机运行速度低于额定带速的50%以下