采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、中文題目：采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)外文題目：DESIGN OF ELECTRICAL CONTROL SYSTEM OF SHEARER畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 83 頁(yè)（其中：外文文獻(xiàn)及譯文 28 頁(yè)）圖紙共 2 張完成日期2015年6月 答辯日期2015年6月摘要煤炭是目前乃至未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)我國(guó)的主要能源，也是重要的生產(chǎn)原料。占我國(guó)可燃礦產(chǎn)資源可采儲(chǔ)量的90%以上，在我國(guó)目前的能源消費(fèi)中占70%以上。一直以來(lái)，我國(guó)的燃料結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期以直接燒煤為主，燃料煤的耗用量占我國(guó)原煤產(chǎn)量的84%左右。在能源結(jié)構(gòu)中約占58.8%。由于我國(guó)的燃燒技術(shù)滯后，大部分都是直接燃燒原煤，對(duì)燃料煤質(zhì)量無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。因而，

2、燃燒效率低，污染嚴(yán)重，不但浪費(fèi)煤礦，而且經(jīng)濟(jì)效益差。采煤機(jī)是主要機(jī)械之一，提高設(shè)備效能，對(duì)于保證礦山生產(chǎn)的發(fā)展方向，人身和設(shè)備安全，提高經(jīng)濟(jì)效益，都具有深遠(yuǎn)影響。本文針對(duì)采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)中存在的有關(guān)問(wèn)題，把可編程序控制器，變頻調(diào)速技術(shù)等應(yīng)用到采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)中。通過(guò)電機(jī)和變頻器的選定，再通過(guò)PLC進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)的控制。本文采用西門(mén)子系列的PLC對(duì)采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行編程，編寫(xiě)梯形圖，再采用STEP 7-Mircro/WIN 32 編程軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)編完的PLC進(jìn)行監(jiān)測(cè)等過(guò)程。采用PLC后，克服了原繼電器系統(tǒng)的不足，系統(tǒng)安全可靠，性價(jià)比提高，且控制程序可根據(jù)需要修改，對(duì)提高控制技術(shù)水平

3、具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：采煤機(jī)；自動(dòng)化控制；PLC；電氣控制AbstractCoal is Chinas primary energy in the present and future for a long period of time, it is an important raw material. Combustible mineral resources in China accounted for more than 90% of recoverable reserves, in our current energy consumption accounts for more

4、than 70%. All along, Chinas fuel mix of long-term direct coal-based, around 84% of the fuel consumption of coal accounts for Chinas coal production. Accounting for 58.8% of the energy mix. As Chinas combustion technology lags behind, most of them are the direct combustion of coal, fuel coal quality

5、without uniform standards, let alone to implement the right path supply depending on the furnace. Thus, combustion efficiency, pollution is serious, not only a waste coal, and poor economic performance.Shearer is one of the main machinery, improve equipment performance, to ensure the development dir

6、ection of mine production, personnel and equipment safety, improve economic efficiency, have a profound impact. In this paper, issues related to the electrical control system shearer exist, the programmable controller, frequency conversion technology applications to Shearer Electrical Control System

7、. Selected by the motor and the inverter, and then through the PLC programming, control of the shearer. In this paper, Siemens series PLC Shearer electrical control system is programmed to write the ladder, and then using STEP 7-Mircro / WIN 32 programming software to the PLC End programmed to monit

8、or other processes. With PLC, to overcome the shortcomings of the original relay system, the system is safe and reliable, cost increase, and the control program can modify if necessary, to improve the control technology has broad application prospects.Key words:coal mining machine;automatic control;

9、PLC;Electrical control目錄1 緒論11.1 電牽引采煤機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展及特點(diǎn)11.1.1 電牽引采煤機(jī)國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r11.1.2 電牽引采煤機(jī)國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r11.2 研究背景和意義21.3 本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容32 采煤機(jī)介紹42.1 采煤機(jī)主要結(jié)構(gòu)42.1.1 采煤機(jī)截割部42.1.2 采煤機(jī)牽引部52.1.3 采煤機(jī)電氣部分52.1.4 采煤機(jī)輔助裝置52.2 采煤機(jī)工作原理62.3 采煤機(jī)電機(jī)選型62.3.1 截割電機(jī)選型72.3.2 牽引電機(jī)選型72.3.3 泵電機(jī)選型72.4 采煤機(jī)控制系統(tǒng)特殊要求83 采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案93.1 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)93.2

10、 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)93.2.1 溫度傳感器的選擇與應(yīng)用103.2.2 壓力與流量傳感器的選擇與應(yīng)用113.2.3 瓦斯傳感器的選擇與應(yīng)用133.2.4 電壓傳感器的選擇與應(yīng)用143.2.5 電動(dòng)機(jī)振動(dòng)傳感器的選擇與應(yīng)用163.2.6 電動(dòng)機(jī)電壓、電流檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)173.2.7 電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)183.3 PLC中央處理模塊的選型設(shè)計(jì)213.3.1 PLC的CPU模塊選擇214.2.2 擴(kuò)展模塊的選擇253.4 PLC控制系統(tǒng)接線設(shè)計(jì)263.4.1 按鍵和PLC接線設(shè)計(jì)263.4.2 傳感器和PLC接線設(shè)計(jì)273.4.3 繼電器接觸器和PLC接線設(shè)計(jì)283.5 采煤機(jī)電控系統(tǒng)主接線圖設(shè)計(jì)283.5

11、.1 截割電機(jī)接線圖293.5.2 泵電機(jī)接線圖303.5.3 牽引電機(jī)接線圖303.5.4 變頻器選型313.6 電源選型324 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)354.1 軟件介紹354.1.1 新建354.1.2 編輯程序354.1.3 輸入編程元件364.2 牽引電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)停止控制374.3 牽引電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制384.4 牽引電動(dòng)機(jī)Y降壓?jiǎn)?dòng)395 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析416 結(jié)論42致 謝43參考文獻(xiàn)44附錄A 采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)主接線圖設(shè)計(jì)45附錄B 采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)控制原理圖47附錄C 譯文48附錄D 外文文獻(xiàn)631 緒論1.1 電牽引采煤機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展及特點(diǎn)電牽引采煤機(jī)是采煤機(jī)在機(jī)械與電子信息融合方面的

12、一個(gè)典型應(yīng)用，電牽引采煤機(jī)是采用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)的牽引機(jī)構(gòu)，使電牽引采煤機(jī)能夠在刮板運(yùn)輸機(jī)上按照采煤的工藝要求自行變速行進(jìn)。1.1.1 電牽引采煤機(jī)國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)如今，國(guó)外較為先進(jìn)的采煤機(jī)電器控制系統(tǒng)有德國(guó)Eickhoff的IPC控制系統(tǒng)，該公司在1976年研發(fā)直流電牽引采煤機(jī)，并且大體上終止了液壓牽引采煤機(jī)的研制。20世紀(jì)90年代研發(fā)的SL系列橫向布置交流電牽引采煤機(jī)，把截割電機(jī)布置在搖臂內(nèi)部。該采煤機(jī)控制系統(tǒng)具備設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控以及故障預(yù)報(bào)、交互式人機(jī)直接對(duì)話、在線控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)刃阅?。美?guó)JOY公司在20世紀(jì)70年代研發(fā)1LS多電機(jī)橫向布置直流電牽引采煤機(jī)。該采煤機(jī)具備故障診斷圖形顯示與

13、儲(chǔ)存、無(wú)線電控制、人機(jī)通訊界面、牽引控制和保護(hù)等性能。英國(guó)LONG-AIRDOX公司在1984年成功研發(fā)出首臺(tái)在搖臂上布置截割電機(jī)的多電機(jī)橫向布置的ELECTRA55V型直流電牽引采煤機(jī)，而后又研制出很大功率的直流電牽引采煤機(jī)。該系列機(jī)型上裝置的Impact集成保護(hù)及監(jiān)控系統(tǒng)具備機(jī)器監(jiān)控、負(fù)荷控制、采煤機(jī)自動(dòng)走位、區(qū)域控制、自動(dòng)調(diào)高、智能化安全聯(lián)鎖、隨機(jī)故障診斷和數(shù)據(jù)傳輸?shù)刃阅?。日本三井三池公司?987年研發(fā)出多種截割電機(jī)縱向布置的MCLE-DR系列交流電牽引采煤機(jī)。這些系統(tǒng)完成了采煤機(jī)的牽引系統(tǒng)控制，司機(jī)操作控制，關(guān)鍵系統(tǒng)的故障自診斷和保護(hù)。這些優(yōu)秀的系統(tǒng)不僅可以提高生產(chǎn)效率而且可減少維護(hù)

14、工作量，對(duì)生產(chǎn)流程的變更提供了可能。1.1.2 電牽引采煤機(jī)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)從80年代后期開(kāi)始研制交流電牽引采煤機(jī)，借鑒國(guó)外先進(jìn)的采煤機(jī)技術(shù)，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的研發(fā)。1991年煤炭科學(xué)總院上海分院與波蘭合作，研發(fā)出我國(guó)首臺(tái)利用交流變頻調(diào)速技術(shù)的薄煤層爬底板采煤機(jī)，隨后研發(fā)出截割電機(jī)縱向布置的交流電牽引采煤機(jī)、適用于中厚煤層和較薄煤層的截割電機(jī)橫向布置的交流電牽引采煤機(jī)。研發(fā)出全中文界面的PLC控制系統(tǒng)可以與各種機(jī)型相匹配，實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控、端頭站控制、電控箱面板控制和變頻器箱面板直接控制，電機(jī)溫度檢測(cè)和熱保護(hù)，功率檢測(cè)、恒功率控制和過(guò)載保護(hù)。太原礦山機(jī)械廠與上海分院合作，在AM500液壓牽引

15、采煤機(jī)現(xiàn)在有技術(shù)基礎(chǔ)上改造成MG375/830-WD型交流電牽引采煤機(jī)。不久后研發(fā)出MGTY400/900-3.3D型和MG750/1800-3.3D型及交流變頻調(diào)速鏈軌式電牽引采煤機(jī)。到2000年為止國(guó)內(nèi)使用的采煤機(jī)以液壓牽引為主，技術(shù)限制明顯，很難滿足煤礦高產(chǎn)高效生產(chǎn)要求，因此電牽引采煤機(jī)已經(jīng)成為發(fā)展的必要要求。剛開(kāi)始國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)歷了繼電器、中小規(guī)模集成控制等時(shí)期。上世紀(jì)90年代研發(fā)出以單片機(jī)和PLC為主要部件的采煤機(jī)操作控制系統(tǒng)。煤科院上海分院采煤機(jī)械研究所在90年代末期研制出以PLC為主要控制部件的采煤機(jī)控制系統(tǒng)。2000年太原礦山機(jī)械廠研發(fā)了以8051單片機(jī)為主要控制部件的煤

16、機(jī)控制系統(tǒng)。2002年中國(guó)礦業(yè)大學(xué)為太原礦山機(jī)械廠開(kāi)發(fā)了以嵌入式單板計(jì)算機(jī)為核心的采煤機(jī)監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)，此系統(tǒng)利用i586商業(yè)單板機(jī)，windows操作系統(tǒng)環(huán)境，監(jiān)控及故障診斷軟件利用標(biāo)準(zhǔn)C+開(kāi)發(fā)。2004年雞西煤機(jī)廠開(kāi)發(fā)的以嵌入式一體化工控機(jī)為主要部件，外配基于485總顯得IO模塊的工控機(jī)控制系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)經(jīng)常使用的是以PLC和單片機(jī)集中控制系統(tǒng)?？紤]到PLC不防爆，抗振動(dòng)沖擊能力較弱，在煤礦井下適應(yīng)性弱。功能強(qiáng)的PLC又往往在結(jié)構(gòu)上因?yàn)槠渫ㄓ眯圆粔蚓o湊。目前的單片機(jī)集中控制系統(tǒng)，受單片機(jī)性能和芯片資源的限制，實(shí)現(xiàn)的功能非常簡(jiǎn)單，難以勝任現(xiàn)代化采煤機(jī)日益復(fù)雜和高級(jí)的控制要求?，F(xiàn)階段我國(guó)采

17、煤機(jī)主要研制方向有：1）進(jìn)一步完善、升華交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)的安全可靠性；2）研發(fā)可靠地危機(jī)電氣控制系統(tǒng)；3）增強(qiáng)電控系統(tǒng)的監(jiān)控能力；4）研發(fā)四象限運(yùn)行的礦用交流變頻調(diào)速裝置；5）研發(fā)裝機(jī)功率大、采高大的采煤機(jī)以提高煤炭產(chǎn)量和回采率：6）增加采煤機(jī)開(kāi)機(jī)率和可靠性的研究。1.2 研究背景和意義采煤機(jī)是煤炭機(jī)械化生產(chǎn)中最要設(shè)備，其能否穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)煤炭生產(chǎn)有著重大影響。研究采煤機(jī)電氣系統(tǒng)有助于提高煤炭資源利用率；有助于提高工作面的生產(chǎn)效率；提高工作面自動(dòng)化程度；提高采煤工作的勞動(dòng)安全性；降低勞動(dòng)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。為保證采煤機(jī)無(wú)故障運(yùn)行，在采煤機(jī)有可能出現(xiàn)故障的各個(gè)重要環(huán)節(jié)上，并在系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)上設(shè)有各種

18、檢測(cè)、控制、自檢測(cè)以及記錄和保護(hù)裝置。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)使采煤機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。因此，制定一個(gè)更加安全可靠的控制系統(tǒng)有必要。在采煤機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和變頻技術(shù)，原有的煤炭開(kāi)采機(jī)控制系統(tǒng)升級(jí)改造中的應(yīng)用。可編程控制器（PLC）是工業(yè)控制最為理想的模式。而在PLC的基礎(chǔ)與變頻調(diào)速裝置控制系統(tǒng)，采用先進(jìn)的矢量控制技術(shù)，不僅適合挖掘過(guò)程的要求，也將解決采煤機(jī)控制電源的整個(gè)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器的一系列問(wèn)題。1.3 本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)的完成，為采煤機(jī)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供保證保障，有效解決了勞動(dòng)強(qiáng)度高，數(shù)據(jù)、狀態(tài)的準(zhǔn)確性、可信性要受人為因素的影響這一根本問(wèn)題。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)對(duì)采煤機(jī)電

19、氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：1） 介紹采煤機(jī)應(yīng)用及其概述。2） 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。3） 對(duì)采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì); A)電動(dòng)機(jī)選型設(shè)計(jì)，包括截割電機(jī)，牽引電機(jī)，泵電機(jī)選型設(shè)計(jì)； B)采煤機(jī)電氣系統(tǒng)啟動(dòng)器及原件選型設(shè)計(jì)； C)主控模塊選型設(shè)計(jì)；4）軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2 采煤機(jī)介紹采煤機(jī)械是機(jī)械化采煤工作面的主要機(jī)械設(shè)備，擔(dān)負(fù)落煤和裝煤任務(wù)。本設(shè)計(jì)以張家口煤機(jī)廠為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，選用MG500/1130-WD型電牽引采煤機(jī)。如圖2-1所示。圖中：1-左截割部；2-右截割部；3-左牽引部；4-右牽引部；5-滾筒；6-調(diào)高油缸；7-液壓傳動(dòng)及電控部分；8-拖纜裝置圖2-1 滾筒采煤機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig

20、ure 2-1 roller shearer structure chart2.1 采煤機(jī)主要結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)涉及的采煤機(jī)為MG500/1130-WD電牽引采煤機(jī)。滾筒式采煤機(jī)主要由截割部、牽引部、電氣系統(tǒng)、輔助裝置等構(gòu)成。其整機(jī)主要參數(shù)如下： 采高范圍 1.83.6m 機(jī)面高度 1625mm 滾筒直徑 1800 mm 下 切 量 370 mm 鏟 間 距 258mm 過(guò)煤高度 730mm 裝機(jī)功率 2500 +255+20 kW 搖臂擺動(dòng)中心距 7600 mm 截 深 800 mm2.1.1 采煤機(jī)截割部采煤機(jī)截割機(jī)構(gòu)由左右搖臂、左右滾筒構(gòu)成，其主要作用是實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)工作面的落煤，向工作面運(yùn)輸機(jī)裝煤

21、和噴霧降塵。左右搖臂完全相同，一臺(tái)500KW截割電機(jī)橫向安裝在搖臂內(nèi)，其動(dòng)力透過(guò)兩級(jí)直齒輪減速和兩級(jí)行星齒輪減速傳給出軸方法蘭驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)。搖臂減速箱內(nèi)具有離合裝置，冷卻潤(rùn)滑裝置，噴霧降塵裝置等。搖臂減速箱殼體與一連接架鉸接后再與牽引部機(jī)殼鉸接，通過(guò)與連接架鉸接的調(diào)高油缸實(shí)現(xiàn)搖臂的升降。搖臂和滾筒之間采用方榫連接。2.1.2 采煤機(jī)牽引部采煤機(jī)牽引部由左右牽引部和左右行走箱構(gòu)成，位于機(jī)身的左右兩端，是采煤機(jī)行走的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。傳動(dòng)裝置主要是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，即將電動(dòng)機(jī)的電能轉(zhuǎn)換為傳動(dòng)主鏈輪或者驅(qū)動(dòng)輪的機(jī)械能，牽引機(jī)構(gòu)是協(xié)助采煤機(jī)沿采煤工作面行走的裝置。左右兩個(gè)牽引部?jī)?nèi)各有一臺(tái)用于采煤機(jī)牽引的55K

22、W交流電動(dòng)機(jī)，其動(dòng)力通過(guò)二級(jí)直齒輪傳動(dòng)和二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)減速傳至驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)齒軌輪，使采煤機(jī)沿工作面移動(dòng)。左右兩個(gè)牽引部?jī)?nèi)部傳動(dòng)元、組件完全相同。左右行走想內(nèi)部傳動(dòng)元、組件完全相同，和互換。2.1.3 采煤機(jī)電氣部分采煤機(jī)電氣控制部分是采煤機(jī)主要組成部分。該系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)及其箱體和裝有各種電器元件的中間箱。該系統(tǒng)的主要作用是為采煤機(jī)提供動(dòng)力，并對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)及控制器動(dòng)作。該部分在結(jié)構(gòu)上由三個(gè)獨(dú)立的電控箱共同組成，系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC),控制兩臺(tái)500KW的截割電機(jī)、兩臺(tái)55KW的牽引電機(jī)、一臺(tái)20KW的泵電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用了“一拖一”，即兩個(gè)變頻器分別拖住兩個(gè)

23、牽引電動(dòng)機(jī)提高了采煤機(jī)牽引行走系統(tǒng)的可靠性。2.1.4 采煤機(jī)輔助裝置輔助裝置包括擋煤板、底托架、電纜拖拽裝置、供水噴霧冷卻裝置，以及調(diào)高、調(diào)斜等裝置。該裝置的主要作用是同各主要部件一起構(gòu)成完整的采煤機(jī)功能體系，以滿足高效、安全采煤的要求，改善采煤機(jī)工作性能。（1） 機(jī)身聯(lián)接采煤機(jī)機(jī)身聯(lián)接主要由平滑靴及其支撐架、液壓拉杠、高強(qiáng)度螺栓、高強(qiáng)度螺母、調(diào)高油缸、鉸接搖臂的左右連接架以及各部位聯(lián)接零件構(gòu)成。（2） 拖纜裝置拖纜裝置用一組螺栓固定在采煤機(jī)中部連接框架和右牽引部的老塘側(cè)。采煤機(jī)的主電纜和水管從側(cè)順槽進(jìn)入工作面。從工作面端頭到工作面終點(diǎn)的這一段電纜和水管固定鋪設(shè)在輸送機(jī)電纜槽內(nèi)，從工作面中點(diǎn)

24、到采煤機(jī)之間的電纜和水管則需要隨采煤機(jī)往返移動(dòng)。為避免電纜和水管在拖纜過(guò)程中受拉受擠，將它裝在一條電纜夾板鏈中。（3） 冷卻噴霧系統(tǒng)來(lái)自泵站的高壓水由軟管經(jīng)拖纜裝置進(jìn)入安裝在左牽引部正面的自清洗過(guò)濾裝置，由自清洗過(guò)濾裝置經(jīng)過(guò)過(guò)濾后的高壓水進(jìn)入安裝在左牽引部煤壁側(cè)的水分配閥，有水分配閥分配出六路水，其中兩路分別進(jìn)入左右搖臂進(jìn)行滾筒內(nèi)噴霧及左右搖臂的水冷卻系統(tǒng)后進(jìn)入外噴霧。第三路水進(jìn)入左牽引電機(jī)和泵電機(jī)冷卻，出來(lái)后進(jìn)入流量傳感器，從流量傳感器出來(lái)再進(jìn)入左截割電機(jī)冷卻，然后泄出。第四路水進(jìn)入變壓器箱和右牽引電機(jī)冷卻，出來(lái)后進(jìn)入流量傳感器，從流量傳感器出來(lái)后進(jìn)入右截割電機(jī)中冷卻，然后泄出。第五路水進(jìn)入

25、泵箱冷卻，出來(lái)后泄出。第六路水進(jìn)入變頻器箱冷卻，出來(lái)后泄出。2.2 采煤機(jī)工作原理采煤機(jī)沿刮板輸送機(jī)的軌道左右行走的同時(shí)，由于采煤機(jī)的滾筒裝有截齒，滾筒旋轉(zhuǎn)截割煤層并將落煤裝進(jìn)刮板輸送機(jī)。刮板輸送機(jī)將煤運(yùn)往工作面以外的運(yùn)輸系統(tǒng)，液壓支架組的作用是為采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)支撐出一個(gè)工作空間。每個(gè)液壓支架和刮板輸送機(jī)之間有推進(jìn)油缸，可以推動(dòng)刮板輸送機(jī)和拉液壓支架，起到將整個(gè)采煤工作面向前推進(jìn)的目的。為適應(yīng)煤層厚度的變化，可以通過(guò)控制調(diào)高油缸的伸縮來(lái)改變搖臂擺角以實(shí)現(xiàn)滾筒高度的改變。2.3 采煤機(jī)電機(jī)選型MG500/1130-WD型電牽引采煤機(jī)，裝機(jī)總功率為600KW，截割電機(jī)功率為2500KW，牽引功

26、率為255KW，泵電機(jī)功率為20KW，整機(jī)供電電壓為1140V。除牽引電機(jī)外，其余電機(jī)均為1140V供電。2.3.1 截割電機(jī)選型根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采煤機(jī)截割功率占裝機(jī)功率的80%90%；采煤機(jī)截割滾筒轉(zhuǎn)速為28r/min，截割機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比，故采煤機(jī)截割功率：Nj=（0.80.9）N0=0.851130=960.5kW根據(jù)計(jì)算結(jié)果，要按采煤機(jī)配備電動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)功率進(jìn)行圓整。故截割電機(jī)功率取500kW兩臺(tái)。根據(jù)煤礦電工手冊(cè)選擇 YBC-500G型電動(dòng)機(jī)。表2-1 YBC-500G型電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表Table 2-1 The main technical parameters of YBC-500G

27、 motor型號(hào)額定功率（KW）額定電壓（V）額定電流（A）額定轉(zhuǎn)速（r/min）冷卻方式絕緣等級(jí)YBC-500G500114013.31470水冷H級(jí)2.3.2 牽引電機(jī)選型牽引電動(dòng)機(jī)功率：牽引機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比，最大牽引速度，采煤機(jī)最大牽引力為。故電動(dòng)機(jī)牽引功率為故根據(jù)煤礦電工手冊(cè)，選擇YBQYS-55型電動(dòng)機(jī)。表2-2 YBQYS-55型電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表Table 2-2 The main technical parameters of YBQYS-55 motor型號(hào)額定功率（KW）額定電壓（V）額定電流（A）額定轉(zhuǎn)速（r/min）冷卻方式絕緣等級(jí)YBQYS-55553801051470

28、水冷H級(jí)2.3.3 泵電機(jī)選型 泵的轉(zhuǎn)速n=1470r/min，水壓P=1.5MPa，流量Q=10L/min，效率=0.4.因此，揚(yáng)程生產(chǎn)機(jī)械效率查煤礦電工手冊(cè)，選用型號(hào)為YBCB-20電動(dòng)機(jī)。P=20kw。表2-3 YBCB-20型電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表Table 2-3 The main technical parameters of YBCB-20 motor型號(hào)額定功率（KW）額定電壓（V）額定電流（A）額定轉(zhuǎn)速（r/min）冷卻方式絕緣等級(jí)YBCB-202011402451475水冷H級(jí)2.4 采煤機(jī)控制系統(tǒng)特殊要求由于采煤機(jī)是一種特殊的工業(yè)設(shè)備，采煤機(jī)在井下工作環(huán)境極其復(fù)雜惡劣，電磁

29、干擾、急劇的顫抖、煤塵、爆炸性氣體和潮濕對(duì)采煤機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出嚴(yán)格要求。因此，在煤炭開(kāi)采過(guò)程中對(duì)采煤機(jī)控制提出了一系列特殊要求。(1) 考慮到采煤機(jī)在爆炸性氣體和粉塵的條件下工作，控制系統(tǒng)務(wù)必具備防爆性能，符合煤礦安全要求，可在煤塵和瓦斯爆炸性條件中使用。(2) 隨著采煤機(jī)裝機(jī)功率增加，用戶對(duì)自動(dòng)化程度要求不斷提高，因此控制系統(tǒng)在滿足采煤機(jī)控制操作和系統(tǒng)保護(hù)的基礎(chǔ)上，還要考慮為以后新技術(shù)的應(yīng)用提供足夠硬件平臺(tái)。(3) 高度可靠性和較強(qiáng)的容錯(cuò)能力。隨著電牽引技術(shù)的廣泛使用，電氣控制系統(tǒng)故障在采煤機(jī)總故障中站得比例越來(lái)越大。(4) 足夠靈活性。由于采煤機(jī)使用環(huán)境不同，用戶經(jīng)常要定制系統(tǒng)，或在使

30、用過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)提出修改意見(jiàn)。在設(shè)計(jì)時(shí)要注意軟件系統(tǒng)配置的靈活性和擴(kuò)展性。(5) 結(jié)構(gòu)應(yīng)堅(jiān)固耐用，在可能的情況下采取高級(jí)別的抗機(jī)械振動(dòng)沖擊和電磁沖擊的措施。綜上所述，采煤機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)滿足采煤機(jī)控制功能的要求，而且還要想到煤礦井下工作面的工作環(huán)境的特殊性，針對(duì)特殊工作環(huán)境和要求開(kāi)發(fā)相應(yīng)的控制系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。3 采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案3.1 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)由控制器、傳感器、外部接線和操作機(jī)構(gòu)組成。在控制系統(tǒng)中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集數(shù)量和加工工藝要求，設(shè)置多組不同用途和型號(hào)的傳感器，用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)送到控制器(PLC) 中進(jìn)行分析處理，最終得出分析果，通過(guò)輸出端

31、口輸出控制命令，控制命令對(duì)應(yīng)的模擬量信號(hào)經(jīng)外部線路傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行，完成對(duì)加工過(guò)程的控制與調(diào)節(jié)。采煤機(jī)的檢測(cè)與控制系統(tǒng)是為了保證采煤機(jī)的正常工作而設(shè)計(jì)和研制的，該系統(tǒng)應(yīng)具有對(duì)采煤機(jī)正常啟、?？刂坪头钦ＭC(jī)操作；歷史和實(shí)時(shí)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、記錄與顯示、系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置與修改、工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)超限報(bào)警等功能。因此，應(yīng)當(dāng)選擇合理的控制流程和方法來(lái)對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行控制。圖3-1 采煤機(jī)控制系統(tǒng)總體方案圖Fig.3-1 Overall plan for coal winning machine control system如圖3-1所示，整個(gè)采煤機(jī)檢測(cè)與控制系統(tǒng)大致可以分為3個(gè)層次：第一級(jí)為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息采

32、集系統(tǒng)，第二級(jí)為系統(tǒng)的控制核心層，第三級(jí)為遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制層。第一級(jí)主要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，第二級(jí)是對(duì)檢測(cè)到的各項(xiàng)采煤機(jī)參數(shù)進(jìn)行采集、數(shù)據(jù)處理。第三級(jí)主要負(fù)責(zé)對(duì)采煤機(jī)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)顯示，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)的遠(yuǎn)程啟動(dòng)停止控制以及數(shù)據(jù)、故障的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。3.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)需要對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行檢測(cè)和保護(hù)的項(xiàng)目有電動(dòng)機(jī)溫度、冷卻水進(jìn)水壓力與流量、易燃易爆氣體瓦斯?jié)舛?、整機(jī)輸入電壓、牽引傳動(dòng)箱振動(dòng)等方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)與保護(hù)因此，需要選擇合適的傳感器對(duì)以上各項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)和保護(hù)。3.2.1 溫度傳感器的選擇與應(yīng)用溫度傳感器用于采煤機(jī)電機(jī)、變壓器和油箱等部件的實(shí)時(shí)工作溫度監(jiān)測(cè)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行熱保護(hù)。本設(shè)計(jì)采用

33、SBWZ(R) 系列一體化溫度傳感器。如圖3-2所示。a) 型號(hào)：SBWZ(R) 系列一體化溫度變送器圖3-2 SBWZ(R) 系列一體化溫度變送器實(shí)物圖Fig.3-2 SBWZ (R) series of integrate temperature transmitterb) 工作原理： 變送器電路模塊由放大單元、線性化單元、電壓/電流轉(zhuǎn)換、自較正電路、電壓調(diào)整單元和反向保護(hù)電路等構(gòu)成。對(duì)以熱電偶為測(cè)溫部件的變送器還包括有冷端補(bǔ)償器。c) 技術(shù)規(guī)格：熱電偶測(cè)量范圍：B分度：0350 輸出信號(hào)：4-20mA(四線) 測(cè)量精度：0.2%，0.5% 溫度漂移：0.025%/,年漂移小于0.5% 工

34、作電源：1236VDC 工作環(huán)境：1) 液體溫度：-25+85；2) 環(huán)境溫度：-30+1203) 相對(duì)濕度：595%RH，無(wú)冷凝 儲(chǔ)存環(huán)境：-40+85 負(fù)載能力：0600 防爆等級(jí)：隔離防爆ExiaCT6 d) SBWR(Z) 系列溫度變送器具有以下特點(diǎn)： 1) 工作環(huán)境溫度寬2) 具有高精度冷端補(bǔ)償電路，全溫度范圍絕對(duì)偏差0.5(S熱電偶0.8) 。3) 先進(jìn)的非線性較正電路，輸出信號(hào)與被測(cè)溫度成線性關(guān)系。4) 內(nèi)帶漂移自校系統(tǒng)，在整套工作溫度范圍內(nèi)保證測(cè)量精度。5) 附有特殊的控?zé)釞C(jī)構(gòu)，有效的控制熱傳導(dǎo)作用。6) 采用環(huán)氧樹(shù)脂封裝，耐腐蝕，抗震功能好，可靠性高。3.2.2 壓力與流量傳

35、感器的選擇與應(yīng)用壓力傳感器用來(lái)檢測(cè)液壓系統(tǒng)的工作情況，分為高壓、低壓壓力表，分別顯示高壓和控制油源的壓力。同時(shí)采煤機(jī)要用壓力傳感器檢測(cè)制冷卻水壓力以及使用流量計(jì)監(jiān)測(cè)水流量。（1）流量傳感器的選擇與應(yīng)用本設(shè)計(jì)選用型號(hào)為GLC250/500防爆流量計(jì)傳感器。礦用超聲波流量傳感器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)流量傳感器）是利用低電壓多脈沖平衡發(fā)射接收專(zhuān)利技術(shù)設(shè)計(jì)原理的一種嶄新通用時(shí)差型多功能超聲波傳感器，適用于煤礦井下連續(xù)測(cè)量不含大濃度懸浮粒子或氣體的絕大多數(shù)清潔均勻液體的流量和熱量。防爆流量計(jì)使用了國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀半導(dǎo)體廠商推薦的元器件，具有低功耗、高可靠性、抗干擾、適用性好等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)化的智能信號(hào)自動(dòng)適應(yīng)處理，用戶無(wú)需任何

36、電路調(diào)整。先進(jìn)的電路設(shè)計(jì)、元件使用、優(yōu)秀的硬件、軟件設(shè)計(jì)，使流量傳感器成為國(guó)內(nèi)當(dāng)前礦山行業(yè)的主要產(chǎn)品。1)GLC250/500防爆流量計(jì)技術(shù)參數(shù)電壓：本安DC18V；電流：100mA；輸出信號(hào)：4-20mA，200-1000Hz，RS485三種；安裝方式：外貼式、插入式兩種；管徑范圍：DN50DN500；傳感器電纜：15m。圖3-3 GLC250/500防爆流量計(jì)實(shí)物圖Figure 3-3 GLC250/500 explosion-proof flow meter physical map2)GLC250/500防爆流量計(jì)使用環(huán)境條件 環(huán)境溫度540； 海拔高度不超過(guò)2000m； 空氣相對(duì)濕度

37、不大于95（25時(shí)）。（2）壓力傳感器的選擇與應(yīng)用本設(shè)計(jì)選用型號(hào)為HDP501的壓力傳感器。如圖3-4所示。HDP501壓力傳感器/變送器運(yùn)用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具備良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性，測(cè)量精度高，反應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備、水利、化工、醫(yī)療、電力、空調(diào)、金剛石壓機(jī)、冶金、車(chē)輛制動(dòng)、樓宇供水等壓力檢測(cè)與控制。a) 型號(hào)：HDP501壓力傳感器/變送器b) 技術(shù)參數(shù)：量 程:01.5MPa綜合精度:0.2%FS、0.5%FS、1.0%FS輸出信號(hào):420mA(二線制) 供電電壓:24DCV(936DCV) 介質(zhì)溫度:-2085150環(huán)境溫度:常溫(-2085) 負(fù)載電阻:

38、電流輸出型：最大800絕緣電阻:大于2000M(100VDC) 密封等級(jí):IP65 長(zhǎng)期穩(wěn)定性能:0.1%FS/年圖3-4 HDP501壓力傳感器Fig.3-4 HDP501 press.sensor3.2.3 瓦斯傳感器的選擇與應(yīng)用 瓦斯傳感器是采煤機(jī)必備的，用于檢測(cè)采煤機(jī)附近的瓦斯?jié)舛?。?dāng)檢測(cè)到瓦斯?jié)舛瘸^(guò)1%時(shí)，傳感器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；當(dāng)檢測(cè)到瓦斯?jié)舛却笥谙薅ㄖ禃r(shí)，采煤機(jī)就會(huì)斷電停機(jī)。本設(shè)計(jì)選用GJ4型甲烷傳感器。如圖3-5所示。圖3-5 GJ4型甲烷傳感器實(shí)物圖Figure 3-5 Type of GJ4 methane sensor in kindGJ4型甲烷傳感器是為了滿足我國(guó)煤礦

39、監(jiān)測(cè)井下沼氣的需要而研制，它可以連續(xù)自動(dòng)的將沼氣濃度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸送給關(guān)聯(lián)設(shè)備，并顯示沼氣濃度值，超限聲光報(bào)警及斷電。適宜在煤礦采掘工作面、機(jī)電硐室、回風(fēng)巷道等地點(diǎn)固定使用。主要技術(shù)指標(biāo): 1)工作環(huán)境條件： 溫度：040 相對(duì)濕度：98% 大氣壓力：86116kPa 風(fēng)速：08m/s 2)測(cè)量范圍：04.004 基本誤差：01.00%CH4時(shí)，0.10%CH4 1.002.00%CH4時(shí)，0.20% CH4 2.004.00% CH4時(shí)，0.30% CH4 3）報(bào)警方式：二級(jí)間歇式聲光報(bào)警 聲強(qiáng)85dB，光強(qiáng)：能見(jiàn)度20m 4）報(bào)警點(diǎn)范圍：04%CH4可調(diào) 5）催化元件使用壽命：1年 6

40、）工作電壓：24V 7）工作電流:85mA 8）防爆型式：礦用本質(zhì)安全兼隔爆型； 隔爆標(biāo)志：BxibdI 9）外形尺寸：19011457， 重量：700g3.2.4 電壓傳感器的選擇與應(yīng)用電壓傳感器用于測(cè)量采煤機(jī)整機(jī)輸入電壓和部分用電設(shè)備的輸入電壓，檢測(cè)輸入的三相電壓的過(guò)、欠電壓情形，當(dāng)輸入的三相電壓不在整定范圍時(shí)，保護(hù)動(dòng)作使真空接觸器斷電。本設(shè)計(jì)選用HV100-4000系列霍爾電壓傳感器。如圖3-6所示?；魻栯妷簜鞲衅魇且环N采用霍爾效應(yīng)，利用原邊電壓通過(guò)外置或內(nèi)置電阻，將電流限制在10mA,此電流經(jīng)過(guò)多匝繞組過(guò)后，經(jīng)過(guò)聚磁材料將原邊電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)被氣隙中的霍爾元件檢測(cè)到，并感應(yīng)出相應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，

41、該電動(dòng)勢(shì)經(jīng)過(guò)電路調(diào)整后反饋給補(bǔ)償線圈進(jìn)而補(bǔ)償，該補(bǔ)償線圈產(chǎn)生的磁通與原邊電流（被測(cè)電壓通過(guò)限流電阻產(chǎn)生）產(chǎn)生的磁通大小相等，方向相反，從而在磁芯中保持磁通為零。事實(shí)上霍爾電壓傳感器采用的是與磁平衡閉環(huán)霍爾電流傳感器一樣的技術(shù)，即零磁通霍爾電壓傳感器。HV100-4000系列霍爾電壓傳感器技術(shù)參數(shù)：額定輸入電壓1004000V測(cè)量電壓范圍2006000A總輸入功耗0.2510W額定輸入電流 2.5mA額定輸出電流500.5%FS mA測(cè)量電阻15V Vpn 50(min) 200(max) 2XVpn0(min) 100(max) 24V Vpn100(min) 330(max) 2XVpn10

42、0(min) 200(max)電源電壓 15-24(10%) V失調(diào)電流0.25 mA失調(diào)電流漂移 -4085 0.6 mA響應(yīng)時(shí)間 200 S工作溫度-40+85 儲(chǔ)存溫度-40+125 圖3-6 HV100-4000系列霍爾電壓傳感器實(shí)物圖Figure 3-6 HV100-4000 series Holzer voltage sensor physical map3.2.5 電動(dòng)機(jī)振動(dòng)傳感器的選擇與應(yīng)用采煤機(jī)振動(dòng)傳感器主要針對(duì)采煤機(jī)現(xiàn)實(shí)工作中常出現(xiàn)故障的軸承、齒輪箱、搖臂、牽引行走輪等幾個(gè)位置監(jiān)測(cè)振動(dòng)參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)比較全面的工況監(jiān)測(cè)和故障診斷，增強(qiáng)工作可靠性。電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)檢測(cè)是設(shè)備維

43、修及預(yù)防設(shè)備故障的大前提。有效地監(jiān)控電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況，防止電動(dòng)機(jī)的過(guò)修與失修可以降低檢修費(fèi)用，縮短檢修時(shí)間，保證生產(chǎn)的安全運(yùn)行，不時(shí)提高電動(dòng)機(jī)的利用率及使用效益率。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)合格為4.5mm/s。振動(dòng)傳感器的機(jī)電變換原理:大體而言，振動(dòng)傳感器在機(jī)械接收原理方面，只有相對(duì)式、慣性式兩種，但在機(jī)電變換方面，出于變換方法和性質(zhì)不同，其種類(lèi)層出不窮，應(yīng)用范圍也相當(dāng)廣泛。在目前振動(dòng)測(cè)量中所用的傳感器，早就不是傳統(tǒng)概念上獨(dú)立的機(jī)械測(cè)量裝置，它不僅是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，而且與后續(xù)的電子線路關(guān)系密切?？紤]到傳感器中機(jī)電變換原理的不同，輸出的電量也各不相同。有的是采用機(jī)械量變化變換為電動(dòng)勢(shì)、

44、電荷的變化，還有的是采用機(jī)械振動(dòng)量變化變換為電阻、電感等電參量的變化。大體而言，這些電量并不能直接被后續(xù)的顯示、記錄、分析儀器所接受。因而對(duì)于不同機(jī)電變換原理的傳感器，務(wù)必附以專(zhuān)配的測(cè)量線路。測(cè)量線路的作用是將傳感器的輸出電量最終變?yōu)楹罄m(xù)顯示、分析儀器所能接受的常用電壓信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用BVM-200B一體化型振動(dòng)變送器。如圖3-7所示。圖3-7 BVM-200B一體化型振動(dòng)變送器實(shí)物圖Figure 3-7 BVM-200B integrated type of vibrating transducer in kindBVM-200B一體化型振動(dòng)變送器，廣泛應(yīng)用于在線監(jiān)測(cè)各種大型設(shè)備運(yùn)行時(shí)的機(jī)械

45、振動(dòng)及設(shè)備狀態(tài)，例如機(jī)殼振動(dòng)、軸瓦振動(dòng)、軸系振動(dòng)等。監(jiān)測(cè)由于轉(zhuǎn)子的不均勻，不對(duì)中、機(jī)件松動(dòng)、滾動(dòng)軸承破壞、齒輪破壞等引起的振動(dòng)變化。應(yīng)用于汽輪機(jī)、水輪機(jī)、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、制氧機(jī)、電機(jī)、泵、齒輪箱等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械。一體化相對(duì)于分體式而言，就是將傳感器與變送器合二為一。 BVM-200B一體化型振動(dòng)變送器可輸出振動(dòng)的振動(dòng)速度有效值，振動(dòng)速度有效值的測(cè)量范圍為0200 mm/s，相對(duì)應(yīng)輸出420mA的電流信號(hào)。尤其適合惡劣環(huán)境的長(zhǎng)時(shí)間狀態(tài)監(jiān)測(cè)。3.2.6 電動(dòng)機(jī)電壓、電流檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用EDA9033A 三相電參數(shù)采集模塊進(jìn)行三相電參數(shù)采集，EDA9033A模塊是一智能型三相電參數(shù)數(shù)據(jù)綜合采集模塊

46、；三表法準(zhǔn)確測(cè)量三相三線制或三相四線制交流電路中的三相電流、三相電壓（有效值）、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、有功電度等電參數(shù)。其輸入為三相電壓（0500V）、三相電流（01000A）；輸出為RS-485或RS-232接口的數(shù)字信號(hào)，支持的通訊規(guī)約有3種：ASCII碼協(xié)議、十六進(jìn)制 LC-01協(xié)議、MODBUS-RTU協(xié)議，3種協(xié)議可同時(shí)識(shí)別使用，無(wú)需配置。 EDA9033A 模塊可大規(guī)模應(yīng)用于各種工業(yè)控制與測(cè)量系統(tǒng)以及各種集散式/分布式電力監(jiān)控系統(tǒng)。EDA9033A 模塊是一款性價(jià)比較高的智能化電參數(shù)變送器，它能替代以前的電流、電壓、功率、 功率因數(shù)、電量等一系列變送器及測(cè)量這些變送器標(biāo)準(zhǔn)輸

47、出信號(hào)的輸入模塊，在很大程度上降低系統(tǒng)成本, 方便現(xiàn)場(chǎng)布線，提高系統(tǒng)的可靠性。其可與其他廠家的控制模塊掛在同一RS485總線上，且便于計(jì)算機(jī)編程，可以輕松構(gòu)建自己的測(cè)控系統(tǒng)。利用電磁隔離和光電隔離技術(shù)，電壓輸入、電流輸入及輸出三方完全切斷。EDA9033A 模塊的主要功能及技術(shù)指標(biāo)：輸入信號(hào)：三相交流50/60Hz電壓、電流。輸入頻率：4575Hz。 電壓量程（相電壓）：60V500V。 電流量程：1A1000A。 信號(hào)處理：16位A/D轉(zhuǎn)換，6通道，每通道均以4KHz速率同步交流采樣，真有效值測(cè)量。 數(shù)據(jù)更新：模塊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的更新周期可設(shè)置（40ms1000ms，每步為10mS）。此功能可通過(guò)

48、“E系列產(chǎn)品測(cè)試軟件”MODBUS-RTU協(xié)議中的配置界面進(jìn)行配置；更新周期默認(rèn)為250ms。 過(guò)載能力：1.4倍量程輸入可科學(xué)衡量；瞬時(shí)(10周波)電流5倍，電壓3倍量程不損毀。 輸出數(shù)據(jù)：三相相電壓 Ua、Ub、Uc；三相電流 Ia、Ib、Ic；有功功率 P、無(wú)功功率 Q、功率因數(shù) PF、各相有功功率Pa、Pb、Pc；正反向有功電度等電參數(shù)。2）外置互感器EDA9033A外置互感器的電流量程范圍：40A1000A。量程有：40A1000A，也可根據(jù)要求訂制?；ジ衅鞯耐庑陀?種：C-26、C-30、C-64。 C-26的內(nèi)徑為26mm，電流范圍0300A。 C-30的內(nèi)徑為30mm，電流范圍

49、0400A。 C-64的內(nèi)徑為64mm，電流范圍01000A。 考慮到本設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)主機(jī)電壓為500V，可知相電壓為380V，因此EDA9033A 三相電參數(shù)采集模塊的電壓量程選擇500V。我們可根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的電流導(dǎo)線粗細(xì)及電流大小選擇合適的互感器及量程。考慮到本設(shè)計(jì)截割電動(dòng)機(jī)主機(jī)電壓為3300V，電動(dòng)機(jī)功率為500KW，已知計(jì)算公式: （3-1）將已知各項(xiàng)帶入式（3-1），得：因此，選用電流范圍為0300A的C-26作為外置互感器，量程選擇100A，互感器與EDA9033A的電流系數(shù)比為100:5,即外置互感器測(cè)得電流為100A時(shí)，EDA9033A測(cè)得電流為5A，因此EDA9033A電流量程選

50、擇5A。3.2.7 電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)考慮到電動(dòng)機(jī)在過(guò)載、繞組短路、超壓、失壓、過(guò)流等狀況下都會(huì)引起通過(guò)繞組的電流增加，大于額定電流，而繞組的線徑在設(shè)計(jì)時(shí)是根據(jù)額定電流設(shè)計(jì)的，如果實(shí)際電流大于額定電流，那么繞組就會(huì)產(chǎn)生大量的熱，最后由于溫度過(guò)高而引起繞組及電機(jī)燒毀。因此我們需要對(duì)采煤機(jī)截割電機(jī)、牽引電機(jī)、泵電機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。電動(dòng)機(jī)過(guò)載包括截割電機(jī)、牽引電機(jī)、泵電機(jī)過(guò)載。電動(dòng)機(jī)的過(guò)載的原因有：a）自行調(diào)整排氣壓力，系統(tǒng)調(diào)整不當(dāng)（人為原因）；b）機(jī)械故障：電動(dòng)機(jī)內(nèi)部毀壞。電動(dòng)機(jī)欠相工作；安全閥不工作；系統(tǒng)設(shè)定失??；油氣分離器隔閡；c）電器故障：電壓過(guò)低，虛接導(dǎo)致電流過(guò)大；d）機(jī)頭里面有異物卡住機(jī)頭造成

51、電動(dòng)機(jī)負(fù)載過(guò)大。風(fēng)冷機(jī)電機(jī)的過(guò)載原因有：a）風(fēng)扇變形，風(fēng)冷機(jī)電機(jī)熱繼電器故障（老化），風(fēng)扇電機(jī)故障；b）接線松動(dòng)；c) 冷卻器堵塞；d) 排風(fēng)阻力大。 熱繼電器的選擇：當(dāng)今普遍采用熱繼電器來(lái)保護(hù)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載，熱繼電器是利用進(jìn)入熱元件的電流產(chǎn)生熱能，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生變形，當(dāng)變形值達(dá)到額定距離時(shí)，就帶動(dòng)連桿工作，使控制電路切斷，從而使接觸器斷電，主電路斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。繼電器作為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)部件，以其體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)在實(shí)際生產(chǎn)中獲得了大規(guī)模應(yīng)用：1）理論上應(yīng)使熱繼電器的安秒特性在很大程度上接近乃至重合電動(dòng)機(jī)的過(guò)載特性，或者在電動(dòng)機(jī)的過(guò)載情況下，同時(shí)在電動(dòng)機(jī)

52、短時(shí)過(guò)載和啟動(dòng)的一瞬間，熱繼電器應(yīng)不受影響。2）當(dāng)熱繼電器用于保護(hù)長(zhǎng)期工作制或間斷長(zhǎng)期工作制的電動(dòng)機(jī)時(shí)，大體按電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)選擇。比如，熱繼電器的整定值可等于0.951.05倍的電動(dòng)機(jī)的額定電流，或者取熱繼電器整定電流的中值等于電動(dòng)機(jī)的額定電流，而后進(jìn)行調(diào)整。3）當(dāng)熱繼電器使用在保護(hù)經(jīng)常瞬時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)時(shí)，熱繼電器只有一定范圍的適應(yīng)性。若短時(shí)間內(nèi)操作次數(shù)過(guò)多，則就要挑選帶速飽和電流互感器的熱繼電器。4）對(duì)于正反轉(zhuǎn)和通斷次數(shù)很多的特殊工作制電動(dòng)機(jī)，不適合選用熱繼電器作為過(guò)載保護(hù)裝置，反而應(yīng)使用埋人電動(dòng)機(jī)繞組的溫度繼電器或熱敏電阻來(lái)保護(hù)。綜上所述，并考慮到本設(shè)計(jì)的環(huán)境因素等實(shí)際要求，選用T系

53、列熱繼電器對(duì)采煤機(jī)主機(jī)截割電動(dòng)機(jī)、采煤機(jī)牽引電動(dòng)機(jī)以及采煤機(jī)調(diào)高泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。T系列熱繼電器適用于交流50或60HZ，電壓至660V，電流至500A的電力線路中。一般用作三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載與斷相保護(hù)。當(dāng)熱繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)時(shí)，如圖3-8所示，將熱元件與電動(dòng)機(jī)的定子繞組串聯(lián)，將熱繼電器的常閉觸頭串聯(lián)在交流接觸器的電磁線圈的控制電路中，并適當(dāng)調(diào)節(jié)整定電流調(diào)節(jié)旋鈕，使人字形撥桿與推桿相距一適當(dāng)距離。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，通過(guò)熱元件的電流即為電動(dòng)機(jī)的額定電流，熱元件發(fā)熱，雙金屬片受熱后彎曲，使推桿剛好與人字形撥桿接觸，但又不能推動(dòng)人字形撥桿。常閉觸頭處于閉鎖狀態(tài)，交流接觸器保持吸合，電

54、動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。如果電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過(guò)載情況時(shí)，繞組中電流變大，通過(guò)熱繼電器元件中的電流變大使雙金屬片溫度急劇上升，彎曲程度變大，推動(dòng)人字形撥桿，人字形撥桿推動(dòng)常閉觸頭，使觸頭隔斷而切斷交流接觸器線圈電路，使接觸器釋放、切斷電動(dòng)機(jī)的電源，電動(dòng)機(jī)停車(chē)而得到保護(hù)。圖3-8 熱繼電器原理圖Fig.3-8 Thermal relay diagram3.3 PLC中央處理模塊的選型設(shè)計(jì)PLC是一種專(zhuān)門(mén)應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境下而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它利用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并能透過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程

55、。PLC及其相關(guān)的配套設(shè)備都應(yīng)按照便于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，便于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。3.3.1 PLC的CPU模塊選擇1）PLC的結(jié)構(gòu) 由于微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用在全部工業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)今社會(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求做出快速的反應(yīng)，生產(chǎn)出批量小、品種多、樣式多、成本低和質(zhì)量高的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)務(wù)必具備比較高的可靠性和靈活性?？删幊绦蚩刂破髡菫閷?shí)現(xiàn)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為核心的通用工業(yè)控制裝置。可編程序控制器又名PLC，它的應(yīng)用廣泛、性能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的重要組成部分。PLC大規(guī)模地應(yīng)用在各種