论文部分内容阅读
[摘 要]鹤矿集团综采系统电牵引采煤机电控系统，电力拖动系统取代液压传动系统，其电控设备都安装在采煤机身中部的电控部内。由于电控箱内的干扰电场、干扰磁场过于强大常常造成主控系统工作失常。针对这种情况，在采煤机电控部的结构设计以及在电控系统的安装过程中采取了以下几项措施。
[关键词]电控系统； 干扰磁场； 信息传输系统
中图分类号：G354.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-0054-01
我国的滚筒式采煤机从60年代开始自行研制，70年代初研制成功第1台用于普采工作面的DY150型液压牵引采煤机，到90年代我们已经有了大功率交流电牵引采煤机MG400/920-WD型，整个技术水平得到了较大发展。总的看来，滚筒式采煤机总体技术的发展过程经历了：牵引方式从液压牵引到电牵引、驱动方式从单电机到多电机、总体结构从纵向布置到横向布置。采煤机的电控技术也随之逐步发展，从引进仿制到自行设计，從分立元件组成到集成化、PLC和微机控制，逐步走向成熟，赶超国际同行先进水平。
随着我国基础工业特别是电力电子工业技术水平的不断提高，近年来国产采煤机越来越多的采用电牵引形式。电牵引采煤机较液压牵引采煤机具有许多优点，如液压牵引采煤机液压牵引部件有许多难以克服的故障和燃油着火的危险；电牵引采煤机可以获得很高的牵引速度；电牵引采煤机结构简单，维护方便，运行稳定、可靠；电牵引采煤机的使用成本低、操作简便。液压牵引采煤机的故障不易检查出来，而电牵引采煤机易于装备故障诊断，故障报警、故障保护及工况显示齐全等。正因如此，电牵引采煤机的使用逐步得到了普及。目前，国外生产的采煤机已经完成了由液压牵引形式向电牵引形式的转换过程，国内采煤机除机身较薄的机型，以及部分用户要求使用液压牵引形式的以外，其它采煤机产品，特别是用于中厚、厚煤层的产品均为电牵引形式。
电牵引采煤机用电力拖动系统（一般绝大多数采用交流变频拖动系统）取代液压传动系统，电气系统相对复杂些，其电控设备（包括主控系统、交流变频调速系统、主回路等）都安装在采煤机身中部的电控部内。主回路的工作电压为1140V或3300V交流电，交流变频器和牵引变压器的功率为60～230kW左右，这样多的大功率的电气设备集中安装在电控部内，电控部腔体内的杂散干扰电场、杂散干扰磁场的强度势必非常大。公司的电牵引采煤机主控系统采用的是单片机或PLC控制系统，尽管在设计主控系统时已充分考虑到了抗干扰措施，但由于电控箱内的干扰电场、干扰磁场过于强大（曾经做过试验，一条2m半长的多芯电缆在电控箱内产生的感应电压的峰值用示波器观察达到45V，可见其腔内的干扰电磁场之强），常常造成主控系统工作失常。针对这种情况，在采煤机电控部的结构设计以及在电控系统的安装过程中采取了以下几项措施：
（1）采煤机电控部内腔室之间采用隔离结构。
在电控部的设计中，把电控部分成三个独立的隔腔：将主回路（高压回路）中的隔离开关、真空接触器以及主电缆引进线都布置在一个腔内安装或接线，此腔室称为开关腔，与其它腔形成隔离；将牵引变压器、控制变压器、快速熔断器等动力电器放在一个腔内，称为变压器腔，同样与其它腔形成隔离；最后主控系统、变频器及一些电气辅件等放在一个腔内，称为主控腔。3个腔室各自独立，相互之间的电线（缆）连接通过隔墙上的穿墙端子来接续，以减小相互间的干扰。
（2）所有到主控系统的开关输入信号采用双绞线传输，这样可以减小共模干扰信号对主控器的干扰。
（3）对模拟输入信号线采用屏蔽率为100%的屏蔽电缆，并严格按要求将屏蔽网接地。
（4）对计算机控制系统的通信线全部采用带屏蔽的通信电缆，并将通信电缆的屏蔽网两端接地。
（5）主控器所有元器件都安装在一不锈钢封闭的箱体内，安装时通过固定螺栓将不锈钢箱体固定在机箱上，形成屏蔽。
（6）变频器工作时，其基频一般为几千赫兹，为一个大的干扰源，为此我们将变频器也安装在一个不锈钢密闭的箱体内，并严格接地，使其尽量减少工作时向外的电磁辐射；另外，要避免变频器输出电缆（到牵引电机的动力电缆）与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器工作时输出电压快速变化产生的电磁干扰，当变频器输出电缆和输入电缆必须交叉走线时，安装角度应为90°，其它多余电缆不要穿过变频器。
（7）导线的走向布置要严格做到输入线匝远离输出线匝；低压控制线匝远离高压线；尽量做到走线短捷，以减小导线间的感应电压。
通过采取以上措施，发现在调试、整机试车以及井下正常使用中，主控系统工作的稳定性、可靠性得以大大提高，从而大大减少了故障率，获得了良好的经济效益和社会效益。总之，电牵引采煤机由于结构、空间的限制，在电气系统安装、调试时必须重视解决抗干扰问题，否则将直接影响采煤机的正常运行。
综合国内滚筒式采煤机的研制使用情况，其电气控制技术的发展趋势具有如下特点。
1.研究高抗干扰能力的单片微机控制系统
单片微机系统的干扰主要来自于电源、输入？输出接口和外界空间电磁波等3个方面。由于煤矿井下存在许多大功率采、掘、运等机械设备，它们的频繁启动造成电网电压的极不稳定，这就产生较大的电源干扰。这在设计中必须引起重视。对于来自输入？输出接口和外界空间电磁波的干扰可以通过在硬件和软件的设计中采取适当措施得以解决，如光隔离、电磁屏蔽（外壳屏蔽）、合理的布线及接地、采用数字滤波程序等。总之，在抗干扰问题解决后，单片微机控制系统要比PLC系统更具优越性：系统组成灵活、功能更易扩展、结构更为简单。
2.发展传感器技术
要检测和显示采煤机的各种信息、要实现采煤机的自动控制，传感器必不可少。目前，适用于采煤机的各种隔爆或本安型传感器还非常缺乏，如采煤机的滚筒垂直导向用自然C射线传感器或截齿应力传感器、采煤机的位置传感器、倾角传感器等都有待于我们去研究和发展。
3.采煤机信息传输系统的研究
对于一个现代化矿井来说，随着信息技术的高速发展，随时监视和了解采煤、掘进第一线的信息，以便让决策层更快地作出反应，显得越来越有必要，也显得越来越有可能。作为系统工程的一部分，我们需要采煤机的那些信息、怎样和采煤工作面顺槽乃至地面控制站（调度室）进行信息的传输，已经值得我们去考虑了。
4.远期目标
采煤机的自动化实现高产高效和无人工作面，始终是我们煤矿生产减轻工人劳动强度和解放生产力的必然途径。交流变频调速电牵引系统比原液压牵引系统更有利于实现采煤机的自动控制，其指令的传送和信息的反馈更为容易。只要采煤机水平导向系统及其传感器、难度较大的采煤机滚筒垂直导向传感器研制成功，采煤机实现自动控制就为期不远了。
参考文献
[1] 王幸之，等.单片机应用系统抗干扰技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.
[2] 胡崇岳.现代交流调速技术[M].北京：机械工业出版社，2000.
作者简介
邓耀：男，大学，助理工程师，龙煤鹤岗分公司兴安煤矿综采维修队技术员
[关键词]电控系统； 干扰磁场； 信息传输系统
中图分类号：G354.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-0054-01
我国的滚筒式采煤机从60年代开始自行研制，70年代初研制成功第1台用于普采工作面的DY150型液压牵引采煤机，到90年代我们已经有了大功率交流电牵引采煤机MG400/920-WD型，整个技术水平得到了较大发展。总的看来，滚筒式采煤机总体技术的发展过程经历了：牵引方式从液压牵引到电牵引、驱动方式从单电机到多电机、总体结构从纵向布置到横向布置。采煤机的电控技术也随之逐步发展，从引进仿制到自行设计，從分立元件组成到集成化、PLC和微机控制，逐步走向成熟，赶超国际同行先进水平。
随着我国基础工业特别是电力电子工业技术水平的不断提高，近年来国产采煤机越来越多的采用电牵引形式。电牵引采煤机较液压牵引采煤机具有许多优点，如液压牵引采煤机液压牵引部件有许多难以克服的故障和燃油着火的危险；电牵引采煤机可以获得很高的牵引速度；电牵引采煤机结构简单，维护方便，运行稳定、可靠；电牵引采煤机的使用成本低、操作简便。液压牵引采煤机的故障不易检查出来，而电牵引采煤机易于装备故障诊断，故障报警、故障保护及工况显示齐全等。正因如此，电牵引采煤机的使用逐步得到了普及。目前，国外生产的采煤机已经完成了由液压牵引形式向电牵引形式的转换过程，国内采煤机除机身较薄的机型，以及部分用户要求使用液压牵引形式的以外，其它采煤机产品，特别是用于中厚、厚煤层的产品均为电牵引形式。
电牵引采煤机用电力拖动系统（一般绝大多数采用交流变频拖动系统）取代液压传动系统，电气系统相对复杂些，其电控设备（包括主控系统、交流变频调速系统、主回路等）都安装在采煤机身中部的电控部内。主回路的工作电压为1140V或3300V交流电，交流变频器和牵引变压器的功率为60～230kW左右，这样多的大功率的电气设备集中安装在电控部内，电控部腔体内的杂散干扰电场、杂散干扰磁场的强度势必非常大。公司的电牵引采煤机主控系统采用的是单片机或PLC控制系统，尽管在设计主控系统时已充分考虑到了抗干扰措施，但由于电控箱内的干扰电场、干扰磁场过于强大（曾经做过试验，一条2m半长的多芯电缆在电控箱内产生的感应电压的峰值用示波器观察达到45V，可见其腔内的干扰电磁场之强），常常造成主控系统工作失常。针对这种情况，在采煤机电控部的结构设计以及在电控系统的安装过程中采取了以下几项措施：
（1）采煤机电控部内腔室之间采用隔离结构。
在电控部的设计中，把电控部分成三个独立的隔腔：将主回路（高压回路）中的隔离开关、真空接触器以及主电缆引进线都布置在一个腔内安装或接线，此腔室称为开关腔，与其它腔形成隔离；将牵引变压器、控制变压器、快速熔断器等动力电器放在一个腔内，称为变压器腔，同样与其它腔形成隔离；最后主控系统、变频器及一些电气辅件等放在一个腔内，称为主控腔。3个腔室各自独立，相互之间的电线（缆）连接通过隔墙上的穿墙端子来接续，以减小相互间的干扰。
（2）所有到主控系统的开关输入信号采用双绞线传输，这样可以减小共模干扰信号对主控器的干扰。
（3）对模拟输入信号线采用屏蔽率为100%的屏蔽电缆，并严格按要求将屏蔽网接地。
（4）对计算机控制系统的通信线全部采用带屏蔽的通信电缆，并将通信电缆的屏蔽网两端接地。
（5）主控器所有元器件都安装在一不锈钢封闭的箱体内，安装时通过固定螺栓将不锈钢箱体固定在机箱上，形成屏蔽。
（6）变频器工作时，其基频一般为几千赫兹，为一个大的干扰源，为此我们将变频器也安装在一个不锈钢密闭的箱体内，并严格接地，使其尽量减少工作时向外的电磁辐射；另外，要避免变频器输出电缆（到牵引电机的动力电缆）与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器工作时输出电压快速变化产生的电磁干扰，当变频器输出电缆和输入电缆必须交叉走线时，安装角度应为90°，其它多余电缆不要穿过变频器。
（7）导线的走向布置要严格做到输入线匝远离输出线匝；低压控制线匝远离高压线；尽量做到走线短捷，以减小导线间的感应电压。
通过采取以上措施，发现在调试、整机试车以及井下正常使用中，主控系统工作的稳定性、可靠性得以大大提高，从而大大减少了故障率，获得了良好的经济效益和社会效益。总之，电牵引采煤机由于结构、空间的限制，在电气系统安装、调试时必须重视解决抗干扰问题，否则将直接影响采煤机的正常运行。
综合国内滚筒式采煤机的研制使用情况，其电气控制技术的发展趋势具有如下特点。
1.研究高抗干扰能力的单片微机控制系统
单片微机系统的干扰主要来自于电源、输入？输出接口和外界空间电磁波等3个方面。由于煤矿井下存在许多大功率采、掘、运等机械设备，它们的频繁启动造成电网电压的极不稳定，这就产生较大的电源干扰。这在设计中必须引起重视。对于来自输入？输出接口和外界空间电磁波的干扰可以通过在硬件和软件的设计中采取适当措施得以解决，如光隔离、电磁屏蔽（外壳屏蔽）、合理的布线及接地、采用数字滤波程序等。总之，在抗干扰问题解决后，单片微机控制系统要比PLC系统更具优越性：系统组成灵活、功能更易扩展、结构更为简单。
2.发展传感器技术
要检测和显示采煤机的各种信息、要实现采煤机的自动控制，传感器必不可少。目前，适用于采煤机的各种隔爆或本安型传感器还非常缺乏，如采煤机的滚筒垂直导向用自然C射线传感器或截齿应力传感器、采煤机的位置传感器、倾角传感器等都有待于我们去研究和发展。
3.采煤机信息传输系统的研究
对于一个现代化矿井来说，随着信息技术的高速发展，随时监视和了解采煤、掘进第一线的信息，以便让决策层更快地作出反应，显得越来越有必要，也显得越来越有可能。作为系统工程的一部分，我们需要采煤机的那些信息、怎样和采煤工作面顺槽乃至地面控制站（调度室）进行信息的传输，已经值得我们去考虑了。
4.远期目标
采煤机的自动化实现高产高效和无人工作面，始终是我们煤矿生产减轻工人劳动强度和解放生产力的必然途径。交流变频调速电牵引系统比原液压牵引系统更有利于实现采煤机的自动控制，其指令的传送和信息的反馈更为容易。只要采煤机水平导向系统及其传感器、难度较大的采煤机滚筒垂直导向传感器研制成功，采煤机实现自动控制就为期不远了。
参考文献
[1] 王幸之，等.单片机应用系统抗干扰技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.
[2] 胡崇岳.现代交流调速技术[M].北京：机械工业出版社，2000.
作者简介
邓耀：男，大学，助理工程师，龙煤鹤岗分公司兴安煤矿综采维修队技术员