采煤机培训700G7.docx
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采煤机培训700G7
天地科技
MG300/700-QWD型电牵引采煤机
维护手册
（内部资料）
天地科技股份有限公司上海分公司
TIANDISCIENCE&TECHNOLOGYCO.,LTDSHANGHAIBRANCH
MG300/700-QWD型电牵引采煤机
维护手册
（初稿）
石勇韩保明
天地科技股份有限公司上海分公司出品
二零零六年十月
内容简介
定价：
58.00元
前言
光盘使用说明
第一章采煤机电气系统总述
第1节电气系统概述
本电气控制系统是为MG300/700-QWD型电牵引采煤机配套而专门研制的，它采用了可编程序控制器（PLC）和PWM变频调速技术使采煤机控制、操作可靠方便，牵引实现无级调速，牵引能力强。
电气系统的分布框图如图1.1所示。
该机组的动力系统由两台300kW、1140V截割电机，一台18.5KW、1140V泵电机，两台40KW、380V的牵引电机提供。
适用环境：
周围介质温度在-10℃～＋35℃；25℃时，周围空气的相对湿度不大于97％；不存在腐蚀金属和破坏绝缘的气体；有甲烷或爆炸性煤尘的采煤工作面。
本电气系统对采煤机进行下列操作、控制、保护及显示：
1.通过磁力起动器远控方式，在采煤机上完成工作面输送机的停止（兼闭锁）；
2.通过磁力起动器远控方式，在采煤机上完成采煤机的起动、停止（兼闭锁）；
3.采煤机左、右截割电机的温度监测和135℃、155℃热保护；
4.采煤机左、右截割电机的功率监测和恒功率自动控制、过载保护；
5.通过电控箱、遥控器、端头控制站，完成采煤机的牵引操作；
6.通过端头控制站、遥控器实现左、右摇臂的升降（遥控器为选用功能）；
7.电控箱先进的全中文显示界面，提供操作步骤的提示，实时显示截割电机的功率和温度、采煤机的牵引给定速度、变频器运行状态、松闸系统状态等工作参数；
8.变频调速箱具有变频器输入电压、输出频率、输出电流以及各种故障等显示。
图1.1采煤机电气系统的分布图
第2节电气控制系统原理
电气系统框图，见图1.2
图1.2456机组系统框图
一、三种控制方式
对于整机的控制有三种人机交互方式：
遥控器、端头操作站、机身按钮。
遥控器：
操作人员可以随身携带；可以实现控制机组的牵停、方向、加/减速、主停、左摇臂升降（左摇控器）、右摇臂升降（右摇控器）控制。
井下控制距离15米有效，为推荐使用的操作方式。
端头操作站：
置于采煤机两端；可以实现控制机组的牵停、方向、加/减速、主停、左摇臂升降（左端头站）、右摇臂升降（右端头站）控制。
机身按钮：
置于电控箱面板上，可以实现机组的主启、主停、牵引送电、牵引断电、牵启、牵停、方向、加/减速、运闭等控制。
当机组送上电后，遥控器控制指令、端头站控制指令、机身按钮控制指令并行给PLC开关量输入模块。
遥控器发出指令后，通过遥控器接收盒PA2将无线调制信号解调，并驱动相应的继电器动作，动作的节点信号输入给PLC开关量输入模块。
端头操作站发出指令后，通过端头站接收盒PA1将编码信号进行解码，经过译码并经过光电隔离后驱动相应的继电器动作，动作的节点信号输入给PLC开关量输入模块。
机身按钮操作直接将动作的节点信号输入给PLC开关量输入模块。
PLC组件得到输入指令信号后进行程序算法运算，输出相应的动作。
二、截割部分控制
对于截割部分的保护、控制包括恒功率控制与温度保护。
1.恒功率控制：
通过电流互感器检测各个截割电机的负载电流，得到的负载电流信号输入给PLC模拟量输入/输出模块，通过PLC程序算法实现恒功率控制；
2.温度保护：
通过植入电机内部的Pt100温度传感器，将温度信号输入给PLC温度检测模块RTD，通过PLC程序算法实现温度保护。
三、牵引部分控制
对于牵引部分的保护、控制包括牵电控制、牵启控制、方向控制、速度控制、漏电闭锁保护、漏电保护、电压异常保护及抱闸系统控制。
牵电控制（此按钮为机械闭锁按钮，选用）
指通过机身按钮输入牵电指令，经过PLC程序算法处理输出继电器节点信号，实现对变频器的送电、断电操作。
牵启控制
指通过机身按钮输入牵启指令，经过PLC程序算法处理,只有输入牵启指令后，方向信号才能从PLC输出。
方向控制
指通过三种控制方式输入方向指令，经过PLC程序算法处理输出继电器节点信号，实现对变频器的方向控制。
速度控制
指通过三种控制方式输入速度指令，经过PLC程序算法处理输出0－10V电压信号的速度指令，直接送到变频器实现速度调节。
漏电闭锁保护
指在变频器未送电之前，对变频器的输出进行漏电检测，当发现变频器的输出端对地绝缘小于7kΩ时，漏电闭锁保护动作，使得真空接触器无法吸合，使得变频器故障停止，并变频器断电，变频器的数字操作键盘显示EF3故障代码。
漏电保护
指在变频器运行过程中，对变频器的输出进行漏电检测，当发现变频器的输出端对地绝缘小于3.5kΩ时，漏电保护动作，使得变频器故障停止，并变频器断电，变频器的数字操作键盘显示EF3故障代码。
电压异常保护
指检测变频器的输入400V三相电压的过、欠压情况（±15%），当输入的三相电压超过整定范围时，使得变频器故障停止，并变频器断电，变频器的数字操作键盘显示EF3故障代码。
抱闸系统控制
对于大倾角工作面，机组运行于四象限状态，为了解决在牵停后机组失去牵引力下滑的问题，我们设计了抱闸系统实现机组在大倾角情况下的平稳启停及运行控制。
变频器运行过程
变频器得到运行指令时并不是直接松闸加速至给定速度值，从开始启动到已经运行，必须经历松闸时序过程。
当变频器得到运行指令时（给方向、速度），变频器输出一个3Hz电源给牵引电机供电，牵引电机此时有电流通过产生力矩将机组锁住，防止下滑。
当变频器输出的负载电流达到设定值时（30%额定电流），变频器发出松闸指令，控制制动电磁阀切换油路给制动器供油压。
由于制动器的松闸运动与油压的上升相对于电气来说速度很慢，制动器从闭合到打开需要一定时间，如果变频器发出松闸指令的一瞬间就加速至给定速度,则电机相当于阻转，所以变频器运行还需要松闸反馈信号，确保制动器打开后再加速运行。
变频器发出松闸指令后开始等待，在1秒钟内收到压力继电器反馈回来的松闸确认信号，则变频器正常加速牵引，如果1秒钟内没收到松闸确认信号则变频器报SE3时序错误。
变频器停止及换向过程
当变频器停机或换向时也不是直接停止变频器后就报闸，牵停后到机组停住必须经历报闸时序过程；换向过程则包括报闸时序和松闸时序（反向）两个过程。
当给变频器牵停指令时，变频器先减速至抱闸频率3HZ，牵引电机此时有电流通过产生力矩将机组锁住，防止下滑。
当变频器输出的负载电流下降至设定值时，变频器关闭松闸指令，制动电磁阀失电，制动器回油。
变频器关闭松闸指令后开始等待，在1秒钟内松闸确认消失则变频器正常停止运行，如果在1秒钟时间后还有松闸确认则报SE4时序错误。
变频器换向过程就是停止过程和反向启动过程的结合。
四、采煤机控制、保护说明
⑴恒功率自动控制
设置恒功率自动控制的目的是为了充分利用截割电机的功率，同时也不使电机超载而损坏。
根据功率P＝
·U·I·cosψ公式，功率P正比于电流I。
所以，采用四个电流互感器分别检测各截割电机的单相电流，就可以知道电机负荷状况，电流互感器输出0～10V标准信号，送入PLC进行比较，得到欠载、超载信号。
当四台电机都欠载（P≤90％Pe）时，发出加速信号，牵引速度增加（最大至给定速度）；当任一台电机超载（P＞110％Pe）时，发出减速信号，直至电机退出超载区域。
其中P：
截割电机实际功率
Pe：
截割电机额定功率
⑵重载反牵控制
重载反牵引功能的设置是为了使采煤机避免严重过载，达到保护电机的目的。
当任一截割电机负荷大于130％Pe时，通过PLC算法实现，使采煤机以给定速度反牵引一段时间（10s）后，再继续向前牵引。
⑶截割电机热保护
在左、右共4个截割电机绕组内埋设有Pt100热电阻，热电阻直接接入PLC的RTD模块。
当任一台电机温度达135℃时,将截割电机额定电流值降为原来的70％运行,达155℃时，PLC输出综合保护信号将采煤机先导回路切断，使整机停电。
⑷牵引电机恒功率控制
变频器输出牵引电流信号经过PA6控制盒滤波后输入给PLC，当负载电流达到额定值的110%时牵引减速，直至电机退出超载区域；当负载电流达到额定值的130%时牵引故障停机。
无线电遥控原理
采用无线通信载波技术（150MHz频段），在离采煤机一定范围内，左、右发射机分别控制左、右摇臂的升降，并共同控制牵引方向、牵引加、减速、牵引停止、采煤机急停。
端头控制原理
采用先进的数据编码调制技术，将端头站的控制命令传至电控箱，经过解码解调后驱动相应的继电器，其节点送入PLC来控制牵引方向、牵引加、减速、牵引停止、采煤机急停和左、右摇的的升降。
变频器工作原理
由交流异步电机的转速公式：
n＝（1-S）60f1/P
其中：
f1－定子供电电源频率
P－极对数（一定）
S－转差率（一定）
n－转速
所以在其它参数不变的情况，电机的转速与电源频率成正比，因此通过改变频率的方法即实现改变电机转速的目的。
变频调速控制原理如图1.3所示
图1.3变频调速控制原理
在正常电动状态下，电网电源经整流器转变为直流电压，直流电压再通过逆变器转变为频率、电压同步变化的交流电源，实现了对牵引电机转速的控制。
由于安装了能量再生单元，可使电动机在制动过程中产生的能量回馈给电网，实现牵引电机的四象限（正向电动，反向制动，反向电动，反向制动）运行，同时也实现节能目的。
运行指令通过控制器实现对整流器、逆变器及能量再生单元的控制。
第二章采煤机机内电气系统
第1节采煤机电控箱及控制系统组件
2.1.1采煤机电控箱简介
参考“采煤机电气部分说明书”
2.1.2电控系统组件简介
一．电源组件
电源组件部分有一个控制变压器，原边为1140V，副边有交流28V、190V、220V、160V、两组～18V（公共零点）。
一个非本安电源模块，一个本安电源模块，一个整流桥堆及一些熔断器等。
二．可编程控制器
可编程控制器（简称PLC）安装在电控箱的左边，如图2.5所示，在其左边有一风扇作为冷却PLC用。
本系统采用的是GEFanuc系列，具有高可靠性、高性能的特点。
（1）基本组成
①机架：
采用的是5槽的机架，电源模块安装在其最左边（不占用槽位）。
②电源模块，见图2.6所示：
型号
负载容量
输入电源
输出
IC693PWR3
21
30W
220VAC
50W
+5V
15W
+24V隔离
20W
+24V继电器
20W
电源模块内设限流装置，短路时可自动关断电源以免引起损坏。
电源模块上有一RS-485通讯口，用于和显示器通讯。
电源模块带有四个LED。
它们位于面板前部的右侧。
这些LED的意义如下：
a.PWR
上面第一个绿色LED（标记PWR）指示电源操作状态。
LED“亮”说明电源是正确的，并且操作正常；LED“灭”，说明发生电源故障，或者是电源未合上。
图2.5可编程序控制器示意图
b.OK
第二个绿色LED（标记OK）。
如果PLC正在正常操作，LED稳定在“亮”；如果PLC检测出问题，则LED“灭”。
c.RUN
第三个绿色LED（标记PUN）。
当PLC处于运行模式时，LED稳定在“亮”。
d.BATT
最下面的红色（BATT）。
如果CMOSRAM后备电池电压太低，不能在掉电条件下维持存贮器中的内容，LED将会“亮”，相反情况，LED将会“灭”。
如果这个LED“亮”，锂电池必须在框架上电源消失之前更换，否则PLC存储器内容可能丢失。
（电池的使用寿命大约为6个月）。
图2.6电源模块示意图
③CPU
CPU模块安装在第一个槽中，采用350型CPU，最大1024个开关量I/O点和128IN/64OUT模拟通道，具有2k寄存器和16k字节的用户存储器。
④开关量输入模块
开关量输入模块有32个24VDC的输入点，所有输入按每组8个排列成4组，每组公用一个公用端，由两个24针插头联接器完成输入的连接。
输入信号在模块内部由光耦进行隔离。
在模块的上部有32个LED显示灯，显示各个输入点的动作情况。
5模拟量输入输出混合模块
模拟量输入输出混合模块提供了4个4～20mA的输入通道和2
个0～10V的输出通道。
用于截割电机负载采样信号的输入和速度指令信号的输出。
⑥开关量输出模块
开关量输出模块为继电器输出型模块，有16个输出点。
每个输出点的容量为2A，输出点按每组4个点分成4组，每组有一个公用电源输出端子。
在模块的上部有16个LED显示灯，显示各个输入点的动作情况。
⑦RTD模块
RTD模块提供了6路RTD的输入通道，直接将传感元件Pt100测得温度数值接入。
用于检测截割电动机信号。
（2）PLC模块的安装，见图2.7所示。
①插入一个模块
当向机架模块槽中插入模块时，按下述说明进行：
a.选择要插入模块的槽位,紧紧抓住模块,让接线端子板朝手持的一侧;
b.将模块与机架槽和连接器对齐，使上部后侧的钩状物嵌入槽中；
c.向下转动模块，直到连接器对接，并且模块的底部的锁柄啪的一声嵌入机架的凹槽中。
②拆除一个模块，见图2.8所示。
按照以下步骤可以从槽中拆除模块：
a.找到模块底部的释放柄，并用力向上按压；
b.当紧紧握住模块顶部的同时按压释放柄，向上转动模块；
c.向上提起模块，使模块上部后侧的钩状物脱开，并将模块从面板上移出。
注意：
在通电状态下不要插入或拆除模块，这会造成PLC停机，模块损坏，或导致人身伤害。
③更换电池
如果电源上的BATLED灯亮，请更换电池（IC693ACC301）。
在底座通电的情况下，可以拆下旧电池并安装新电池。
要更换电池时按下述步骤进行：
a.打开面板底的电池盖；
b.从电池固定夹上取下旧电池；
c.将新更换的电池牢牢插入电池固定夹中；
d.从电池连接器插座中拆下旧电池电缆连接器并废弃旧电池；
e.用尖嘴钳将新电池连接器牢牢推入电路板上的一个插座中。
新电池心须在拆下旧电池20min之内更换，以便确保PAM存贮器保留其内容；
f.重新装上模块面板盖。
三．GP显示器
显示器安装在行程开关面板上，采用先进的液晶图形界面，
通过与PLC通信，可实时显示系统的各种工作参数、工作状态和各种信息的显示,如图2.9所示。
⑴全中文的操作提示，防止误操作；
⑵截割电动机的实时工作功率和温度；
⑶牵引的方向和给定速度；
⑷摇臂的动作状态；
⑸显示日期和时间的时钟；
⑹记忆工作参数的显示；
⑺故障状态的滚动显示：
①截割过载>110％
②截割重载>130％
③左截割电动机A过热>135℃
④左截割电动机B过热>135℃
⑤右截割电动机A过热>135℃
⑥右截割电动机B过热>135℃
⑦左截割电动机A过热>155℃
8左截割电动机B过热>155℃
9右截割电动机A过热>155℃
10右截割电动机B过热>155℃
注意：
显示屏为液晶显示屏，防止硬物碰坏和划伤。
四．无线电遥控发射机及遥控接收盒PA2
无线电遥控发射机采用手持式本安型结构，如图2.10所示。
图2.10无线电遥控发射机
共有十个按钮分别为（自上而下）：
向左、向右、减速、加速、
牵停、主停,左高、右高、左低、右低。
注意：
遥控发射机按钮为薄膜开关，在使用时无需大力按压，不能用硬物敲打或顶压，以免损坏薄膜开关。
面板顶部有四个显示灯分别为（自左向右）：
控发、指令、欠压、电源。
使用步骤：
⑴打开顶部的电源开关，电源灯亮；
⑵然后按住左侧的胶皮轻触开关，控发灯亮；
⑶进行各功能的操作。
发射机后部有一个充电电池，当欠压灯亮时，需在专门配备的充电器上进行充电。
充电方式有两种：
快充约（4～5）h；慢充约15h。
遥控器上的按钮信号经过编码、调制后得到调频信号，再通过天线发射出去。
遥控接收盒PA2，通过天线接收遥控器所发送的无线调频信号，经过解调、解码后驱动相应的继电器，输出开关量信号传给PLC。
五．端头控制站及端头接收盒PA1
端头控制站放置于左右牵引减速箱上，如图2.11所示。
图2.11端头控制站
共有十个按钮分别为（自上而下）：
向左、向右、减速。
加速、牵停、主停，左高、右高、左低、右低，圈内五个为控制牵引用。
注意：
端头控制站按钮为微动开关，在使用时无需大力按压，不能用硬物敲打或顶压，以免损坏微动开关。
端头站上的按钮信号经过编码后得到编码信号，通过信号线传给端头接收盒PA1，经过解码后驱动相应的继电器，输出开关量信号传给PLC。
第2节PLC工作原理
一、PLC概述
PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。
国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
二、PLC的结构及基本配置
一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。
但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。
对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。
无论哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。
PLC的基本结构框图如2.13：
图2.13PLC的基本结构框图
1．CPU的构成
PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，
与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。
它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。
内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。
但工作节奏由震荡信号控制。
CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。
CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。
CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。
一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。
箱体式PLC的主箱体也有这些显示。
它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。
CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。
2．I/O模块：
PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。
I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。
3．电源模块：
有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。
同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。
电源以其输入类型有：
交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。
4．底板或机架：
大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：
电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。
5．PLC的外部四大类设备
编程设备：
有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。
编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。
监控设备：
有数据监视器和图形监视器。
直接监视数据或通过画面监视数据。
存储设备：
有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。
输入输出设备：
用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。
6．PLC的通信联网
PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。
现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。
当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。
三、基本指令系统和编程方法
1．基本指令系统特点
PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。
目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。
如三菱公司的产品有它自己的编程语言，OMRON公司的产品也有它自己的语言。
但不管什么型号的PLC，其编程语言都具有以下特点：
.图形式指令结构：
程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。
系统的软件开发者已把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形，用户根据自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。
在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图，很容易接受。
如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑元件图形符号来表达控制关系，很直观易懂。
较复杂的算术运算、定时计数等，一般也参照梯形图或逻辑元件图给予表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受用户欢迎。
.明确的变量常数：
图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填入，如：
K400，T120等。
PLC中的变量和常数以及其取
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