变频调速采煤机

变频调速采煤机（精选10篇）

变频调速采煤机 篇1

1 采煤机CAN总线调速理论概述

采煤机CAN总线能将采煤机设备各个单独的功能模块连接起来,进行统一调配,并控制采煤机实际操作情况的速度,避免模块独立运作时不受制约,影响采煤机正常运行。随着我国煤炭等产量的减少,为了满足当下对煤矿产品较大的需要量,在采煤过程中提升开采效率尤为重要,目前对煤炭开采技术的革新与设备结构的优化已成了重要研究的任务之一。采煤机通过采用CAN总线调速系统能实现采煤机设备的智能调速,其能给采煤机带来以下几方面的优势:

1.1 操作简单,使用可靠

CAN总线调速实现采煤机的无线调控操作,采煤机运行环境通常较恶劣,工作人员长期处在这样的条件下会对个人健康不利,但对采煤机的控制又必须执行。利用CAN总线调速将采煤机设备内各结构结合在一起,进行统一的速度控制,使得实际操作采煤机方法更简单,不用考虑或者另外投入过多的人力物力,通过采煤机设备内管理系统智能控制使用也较可靠。

1.2 维修成本低,容易维护

CAN总线调速系统能够保证在采煤机各设备内功能模块单独运行时能正常进行,使每个模块工作效率以及工作速度与实际进程相当,避免有的快有的慢造成整个机器内运作不良。利用统一调速系统,避免模块运行时发生不良状况,也保障了采煤机设备的顺利运行,使得维修过程变得更加简便,只需要对系统调速进行设置即可,有针对性的问题处理与分析也减少了维修成本浪费,具有维修成本低、容易维修的优势。

1.3 牵引功率大,采煤效率高

CAN总线调速系统能给采煤机设备内各功能模块提供较大的牵引功率,通过平均分配与整体控制,将各模块运行功率平均,使采煤机实际运行能充分发挥所被利用的功率,提升工作效率。CAN总线调速根据具体的设备运行情况,结合每个功能模块的工作需求,提供适应的功率,将总的牵引功率按照每个功能模块的结构与要求分成一个个单独的功率,使得采煤机整体在实际操作时具备强有力的大功率,提升采煤效率。

2 传统采煤机调速系统存在的问题

2.1 成本高

目前,采煤机调速系统还存在有成本高、误差大等问题,成本高主要是因为采煤机调速系统所需的结构元件费用较高。我国当下还未开发出来技术层次较高的调速系统设备,大多数都是从国外引进,使得采煤机的制作成本提高。另外,对调速系统也要进行定期维护,防止系统紊乱,在出现意外情况时,要及时进行编程,在这方面也存在一些人力物力的成本费用。

2.2 误差大

传统的采煤机系统由于设备老旧,精准度不高,使得在实际操作中对设备的调速做得不够,容易出现误差较大的情况。另外,误差大的原因还有采煤机设备内各结构制作较为粗糙,也未采用最新型的分功能模块的形式开展运行,导致采煤机本身在操作上就很容易产生问题,只要一处结构有怠慢,那么整个设备运行就会受到影响,对设备的调速也难以做到高度精准。

2.3 测量烦琐

老式的采煤机调速系统未能智能化,为了保证设备正常运行,需要隔一段时间就去检测一次,这会导致测量较烦琐,不仅给人工操作带来麻烦,系统以及设备内各配件使用的太频繁也会影响到采煤机的使用寿命。另外,多次测量会进行多次调速操作,调速过程太多容易损坏设备,设备速度若变动频率较大,很难在今后的实际工作中保持正常的速度运行,速度不正常就需要重复调速,这样恶性循环,会对采煤机造成很大影响。

2.4 不能实时监控

传统的采煤机不能进行实时监控,需要相关技术人员定期去操作,实地去检查,然而采煤机工作环境恶劣,高温、多尘、多灰,长期停留在这种环境内会给工作人员的身体健康带来严重危害。但是这种环境对采煤机运行也会产生不良影响,为了保证设备能够正常运行,避免出现运行障碍,采煤机的实时监控这个部分不能少,因此,现代的采煤机设备内增添了智能化系统,实现了对采煤机的实时监控管理,还节省了一定的人力物力成本,是采煤机设备的一大进步。

3 采煤机CAN总线调速系统

3.1 主控模块

主控模块是采煤机管理系统的主体,连接CAN总线调速口,能对设备中各个功能模块进行管理与控制,是整个CAN总线调速系统的核心部位。对主控模块设计需要注意的地方就是能够提供足够的控制动力实现对其他各个功能模块的管理,以及能够将其他模块的实际操作情况结合起来,进行针对的控制处理,并不影响各个功能模块的正常使用。将主控模块编入进人工操作的系统显示上,让相关工作人员能及时了解设备运行的实时情况及主控模块对其他模块的调速进度。

3.2 数据采集模块

数据采集模块通过通信接口单位连接主控模块,这部分的工作内容主要是将采煤机设备的实际操作情况转化成数据,再将这些数据整理起来,通过系统控制,将数据反映至主控模块中心,供模块分析,再决定是否模块运行状态不佳是否需要调速等。设计数据采集模块这部分结构时需要注意保证其具备较大的数据储存空间,并能够进行自行数据整理。通过把工作情况数据化,为设备智能控制创建一个平台。

3.3 指令执行模块

指令执行模块也是通过通信接口与主控模块相连,此模块的功能主要是传达主控模块的指令,主控模块根据对数据采集信息的分析,针对不同功能模块制定合适的调速方案,再由指令模块执行下去,指令将调速控制传达至每个独立模块,并确保其按照指令进行调速操作。在设计指令模块这部分中需要注意信息传送与接收的敏捷性,要让高敏捷性的结构元件构成此模块,这样才能确保信息发布及时。

3.4 数据显示模块

数据显示模块既与主控模块相连,也与人工控制界面相连,能够通过远程通信将采集到的数据传送至计算机控制中心并显示出来,供相关工作人员参考与管理。数据显示提供给主控模块中心,主控模块根据其进行调速操作,实现CAN总线调速功能。另外,数据显示模块设计时,需注意采用新型的数据整理的结构元件,能智能地对采集到的数据进行处理,再将处理后的数据反映至主控模块,增强主控模块的运行效率。

4 小结

采煤机CAN总线调速系统能实现对设备的实时监控,能够智能地针对实际情况进行相应的调速操作,保证采煤机设备能始终保持在正常的运行速度范围内,不仅有利于延长采煤机设备的使用寿命,还能提升设备仪器的实际操作效率。另外,利用CAN总线模块化的系统控制方式,将整个设备结构分为一个个独立的功能模块,方便了对设备维修与检查,也能使维护的成本降低。在今后的工作研究中,还要深入探究该如何优化采煤机结构的问题,进一步增强采煤机的技术层次,推进我国煤矿产业发展。

参考文献

[1]张世洪,何敬德,管亚平.电牵引采煤机的技术现状和发展趋势[C]//中国煤矿综采机械化发展30周年学术研讨论文专集,2000.

薄煤层采煤机摇臂设计 篇2

关键词 煤层资源 采煤机 辅助功能

中图分类号：TD421.6 文献标识码：A

0 前言

我国的薄煤层资源分布广泛，1.3m以下煤层可采储量约占全部可采储量的20%。在一些省、区薄煤层储量比重很大，如四川省占60%，山东省54% ，黑龙江省占51%，贵州省占37%。特别是在南方地区，有些省份薄煤层净占50%以上，而目薄煤层分布广，煤质好。但由于其开采煤层厚度薄，与中厚和厚煤层相比，薄煤层机械化开采存在着工作条件差，设备移动困难，煤层厚度变化、断层等地质构造，对薄煤层设备生产性能影响大，以及投入产出比高、经济效益不如厚与中厚煤层等特殊问题，造成薄煤层机械化开采技术发展速度相对缓慢。另外，对一些薄、厚煤层并存的煤矿，由于薄煤层开采速度缓慢，使其下部的中厚煤层长期得不到及时开采，以至影响工作面的正接替，而有的就只能被迫丢失一些薄煤层资源。

1 采煤机基本功能的结构方案

用于走向长壁采煤法的采煤机应该具有的如下三种基本功能；（1）把煤从煤壁上破碎下来的功能；（2）把破碎下来的煤装在工作面输送机上的功能；（3）采煤机能沿着工作面自移的功能。

在鼓形滚筒的表面或在螺旋滚筒的叶片上安装截齿，滚筒随采煤机前移并自转，截齿边用铣削的方式把煤从煤壁上截割下来，这是铣削结构。

在侧铣方式中螺旋滚筒结构应用最普遍，其主要优点是它不仅能实现截落煤的功能，还能实现装煤的功能；水平旋转轴调整滚筒高度比较方便，对不同煤层厚度的适应性好；具有自开缺口的功能等。

这种结构的优点是结构简单，制造方便；集落煤和装煤功能于一体；煤的坡度大，及其能耗低。其缺点是这种结构应布置于采煤机的端面，机身必沿其钻削出的空间前进，因此，机身长；这种破煤结构不能自开缺口；为使顶底板平整，还必须配有截割盘，沿顶板和底板截割煤层，因此整个机器的结构复杂；此外，这种破煤结构对煤层厚度的适用性小。

综合上述各种结构的优缺点，结合该采煤机是在煤层厚度小的薄煤层中工作，适用螺旋滚筒结构的特点，所以实现破碎煤壁功能结构方案选择螺旋滚筒结构。

2 采煤机辅助功能的结构方案

该薄煤层采煤机工作于0.8m～1.2m之间的薄煤层中，理论是选择单滚筒，但是为了更有效的采集煤资源，所以采用双滚筒采煤机，使煤资源能够更好的开采出来，不被浪费掉。使一个滚筒沿地板截割，另一个沿滚筒盐顶板截割，两个滚筒完成同一层没的截割。

当煤层厚度变化时，两个滚筒的工作高度应当变化，这就需要能实现适应煤层厚度变化的功能结构，这种结构称为采煤机的调高装置。

调高油缸在机身下面，小摇臂2与摇臂 固联，由于活塞杆伸缩就实现了滚筒工作高度的变化。对于双滚筒采煤机而言，借助于两个滚筒到账高度的变化的改变，就能完全适应煤层厚度等于或小于滚筒直径的变化情况。

采煤机在采空区安装有调斜油缸，采空区侧的滑靴安装在活塞杆上。活塞杆伸缩就改变了采煤机的倾斜角度。

当采煤工作面倾角大于10€埃坏┗髑R渴Я椋擅夯锌赡芟禄？

3 采煤机主要特点及主要参数

（1）两台截割电机分别横向布置在左右摇臂上，使整体结构较为紧凑，且取消了圆锥齿轮传动，增加了传动系统的可靠性，并且使截割电机的维修和更换较为方便。

（2）各大部件无机械传动连接，整机长度短、厚度薄、宽度窄对薄煤层适应性强。

（3）主机采用整体铸造壳体，内分左牵引部腔、泵箱腔、电控箱腔、右牵引部腔，各腔独立，互不相通，整体钢性好，避免了各部件联接松动问题，减少了故障发生率。

（4）机上设有内外喷雾系统，有较好的灭尘效果；

（5）泵箱采用干式系统，管路连接简单，调试方便，便于保持油质清洁。

（6）液压系统采集成高，将辅助泵、调高泵、控制阀组集成于主泵且主泵外置，便于维修及修理。

（7）牵引减速采用双行星结构，结构紧凑，传动比大，体积小。

（8）采用弯摇臂设计，提高装煤效果，行星头外径小，整体长度短，保证卧底要求和缩短整机机身长度。

（9）截割电机采用机械力矩轴离合装置，摇臂传动系统得到有效保护。

（10）整机无底托架，最大程度增大过煤高度。

（11）液压调高油缸采用外置平衡阀取代液压锁，消除摇臂振动，便于维修。

（12）主泵、马达富裕系数大，采用国际名牌产品，可靠性高。

（13）整機两端设有急停按钮，便于及时停车，安全操作。

（14）电气系统设有过热、过流保护装置，保护齐全。

（15）该机设有瓦斯断电报警装置，提高设备使用安全性。

4技术经济分析

近年来，我国采煤机得到了迅猛的发展，应用也越来越广泛，但是经济实用才是每个企业选择产品的关键。

该机适用于顶板中等稳定，煤层厚度在0.8～1.3米，倾角≤30€暗拿翰悖刹善帐嫌捕认凳？≤3的煤质和非金属层状矿床。工作时可与单体液压支柱、金属铰接顶梁配套组成普采或高档普采工作面、也可与薄煤层液压支架配套组成综采工作面。该机设有液压防滑制动器。

按照这套方案所生产的产品，基本满足公司的需求，并且具有一定的经济性和实用性。在减速器的选择中，选取了行星轮减速器来达到减速的效果。又根据采煤机摇臂电动机的自身特点，为了加大采高，增加采煤效率，添加了惰轮。为了加大装煤空间，采用了弯摇臂结构。本文所设计的采煤机的材料都是以经济实用为中心选取的。所以这套设计方案无论是在价格方面，还是在安全方面都是一个很好的选择。

5结论

本设计所研究的薄煤层采煤机是为普采、高档普采工作面研制的一种新型的由多电机驱动的横向布置、较大功率的薄煤层齿轮-销轨式牵引采煤机。该机由三部电动机驱动，其中左、右截割电机功率分别为100KW，牵引电机功率为40KW，总装机功率共240KW。主要由左摇臂、主机体、右摇臂、调高油缸、机身连接、冷却喷雾装置以及滚筒和其它辅属装置等组成。

该机是一种沿长壁回采工作面全长穿梭式采煤的薄煤层采煤机。主机分别由煤壁侧两个支承滑靴和老塘侧的两个导向滑靴支承在运输机的中部槽上，在两液压马达所驱动的左、右行走箱中摆线轮与销排的强力啮合，再由装在两行走箱上的导向滑靴的导向来实现采煤机沿运输机方向的牵引行走，同时左、右截割部的两滚筒也在截割电机的驱动下进行旋转，档煤板铰接在滚筒后从而完成采煤工作面的落煤和装煤。

变频调速采煤机 篇3

采煤机应用于工作面地质条件复杂 (煤质硬度大、断层、夹矸、倾角大) 的极薄煤层开采时, 受工作面空间限制, 需使用非机载调速系统。采煤机非机载调速系统将牵引变压器和牵引调速装置置于工作面巷道中, 通过长牵引电缆对采煤机牵引电动机进行变频调速控制, 这种布置方式解放了调速系统和牵引变压器的空间, 使采煤机在电控箱体的结构设计上有更大的发挥空间。但由于变频器与电动机间使用了长度为200~500 m不等的牵引电缆, 使得采煤机牵引部调速性能受到严峻考验。

变频器从能量等效角度出发, 用高频的PWM波来代替正弦波信号, 通过一定的控制方式对电动机进行调速控制。变频器输出的高电压变化率PWM信号通过长电缆在牵引电动机端产生高的电压冲击, 电动机的绝缘水平将受到考验;同时由于牵引电缆的容性会导致电流脉冲, 这些电流脉冲叠加到电动机电流中, 进而被变频器的电流互感器测量, 使电动机控制精度受到影响;另外, 因长电缆导致的对地漏电流增加、因附加的电流脉冲而导致的变频器内部元件过热、长电缆输出的辐射干扰等都会对采煤机调速系统带来负面影响。

另外, 由于长电缆压降引起的电动机转矩性能降低, 将直接导致整个采煤机牵引力不足, 从而影响整个工作面的生产效率。

本文通过试验对比分析采煤机非机载调速系统使用标量控制 (Vector Control, VC) 、矢量控制 (V/f) 及直接转矩控制 (Direct Torque Control, DTC) 时的调速性能, 为采煤机非机载调速系统设计提供依据。

1 试验设计

试验使用MG150/348-WD1型非机载采煤机用电控箱和调速箱为试验对象, 通过40kW电动机加载试验台进行不同控制方式时的长电缆性能测试。试验主回路布置如图1所示。

试验使用长度为300m的牵引电缆进行标量、矢量及直接转矩3种调速控制方式下的性能测试。针对采煤机实际工况, 分别进行了低频、中频及高频时的牵引性能试验, 以此对比分析调速系统在不同频段、不同控制方式下的变频器调速性能。调速性能依据为调速系统额定电流下的最大负载转矩能力。

试验使用H1000变频器及ACS800变频器作为测试对象, 试验电缆为MCPT 0.66/1.14kV型矿用移动金属屏蔽金属橡套软电缆, 电缆环绕在木质芯柱上, 两头各伸出5 m。负载电动机使用矿用水冷电动机, 额定功率为40kW, 额定电流为76A, 额定转速为1 477r/min。

2 V/f控制性能测试

采煤机牵引部因结构限制无法安装速度编码器, 调速系统使用无编码器的开环控制。表1记录了H1000变频器采用V/f控制时的典型测试数据。

表1中, fref, fout分别为变频器设定频率和变频器实际输出频率;电流为变频器实际输出电流与额定电流的比值;转矩为施加在电动机转子上的实际转矩与电动机额定转矩的比值;实际转速为通过速度传感器检测到的电动机实际运行速度。表2、表3的参数意义与表1同。

从表1可看出, 低频5 Hz额定电流时, 变频器负载转矩为额定转矩的85%, 3Hz时降至额定转矩的19%, 基本开机即堵转。频率为30~50 Hz时调速性能可满足额定转矩要求。

H1000变频器使用开环V/f控制时, 由于电缆过长, 低频时电缆内阻及定子电阻消耗了大部分的输出电压分量, 导致输出电压不足, 进而导致电动机弱磁运行, 变频器负载性能严重降低。

长电缆低频时的负载特性降低问题, 可以通过电压补偿进行优化。但由于电缆过长, 试验变频器无法顺利完成电动机的参数辨识, 电压补偿只能使用简单的固定值补偿, 无法实现不同频段、不同负载情况下的性能优化。

由于V/f控制方式使用的是一种无反馈环节的恒压频比控制, 变频器输出频率保持不变, 调速系统主要依靠降低实际转速进而提高转差率来实现对负载的响应。

采用V/f控制时, 电动机对负载的响应能力完全依靠电动机的机械硬特性实现, 负载特性不平滑, 特别在负载出现突变时电流会出现跳变, 图2为变频器使用300m牵引电缆在3 Hz时的V/f控制方式下的变频器负载特性曲线。

图2中, 横向代表时间, 2s/格;纵向代表监控值, 因每幅图都标志了3条曲线, 为保证3条曲线能在同一图中出现, 使用了不同的纵向监控值。给定速度的纵向监控值为3.3 Hz/格, 试验台加载电动机施加的给定负载电流的纵向监控值为65.45A/格, 变频器监测的电动机定子电流纵向监控值为61.27A/格。从图2可以看出, 由于仅依靠电动机自身特性提高转差率进而提高输出转矩, 电动机对负载的响应较慢, 在电动机负载突变时电流变化率明显增大, 且低频时定子电流脉动大, 稳定性不好。

3 VC控制性能测试

由于采煤机牵引系统结构限制, 无法使用闭环矢量, 试验针对开环VC控制, 开环VC控制的控制性能直接与变频器对电动机参数的辨识精度有关。由于工作面现场牵引电动机已经被施加了大负载, 变频器无法实施旋转型参数辨识。电动机的参数辨识只能使用变频器的静态辨识功能实现。

本试验使用H1000变频器进行长电缆时的VC控制性能测试, 电动机参数通过“无电动机测试报告的停止型自学习1”进行辨识。

长电缆开环VC控制时变频器负载特性测试数据见表2。从表2可看出, 长牵引电缆VC控制时变频器全频段调速性能保持稳定, 电动机加载至额定电流时可以输出额定转矩。

由于VC控制将电动机原有的稳态数学模型通过坐标变换转换为以同步角频率旋转的M/T动态坐标, 调速系统控制精度及性能得到大幅提升。

通过参数辨识得到的精确的电动机数学模型, 使得变频器在无速度编码器的开环状态下也可以精确控制转子实际速度。电动机转差率也可通过提高变频器输出频率得到提升, 使电动机在保证稳定输出转矩的同时具有可靠的速度精度。

长电缆在3 Hz时的开环VC控制方式下的变频器负载特性曲线如图3所示。

图3中, 横向代表时间, 2s/格;纵向代表不同的监控值:电动机定子电流, 250A/格, 变频器给定转矩, 150 (N·m) /格, 试验台加载电动机施加的给定负载转矩, 84.81 (N·m) /格。在给定转矩小幅度振荡时, 定子电流基本保持稳定, 负载变化时的电流响应极为平滑, 整体控制性能稳定且精度高。

4 DTC控制性能测试

试验使用开环DTC控制进行长电缆时的DTC性能测试。DTC控制的控制变量为电动机磁通和转矩, 需要将电动机稳态数学模型变换为动态数学模型。但较之VC控制, DTC控制的电动机动态数学模型更为简单, 控制算法相对简便。

试验使用ACS800型变频器为测试对象。电动机模型通过变频器自身的“ID MAGN”功能辨识得到。

300m长牵引电缆开环DTC控制时变频器负载特性测试数据见表3。

分析表3数据可看出, DTC控制的长电缆牵引调速系统全频段性能保持稳定。特别在速度控制精度上, ACS800型变频器的DTC控制较之前2种都有明显优势。

图4为用ABB DriveWindow软件监控的长电缆在3Hz时的开环DTC控制方式下的变频器负载特性曲线。

图4中, 实际的直流电压纵坐标值为图中标示值的10倍, 实际的电动机电流纵坐标值为图中标示值的5倍, 实际的电动机转矩纵坐标值为图中标示值的16倍, 实际的给定频率纵坐标值与图中标示值一致。图4中监测的是电动机在换向及加载时的定子电流及转矩情况。从图4可以看出, 在换向及加载期间, 调速系统整体保持稳定, 变频器速度、转矩控制精度及对负载的响应速度都极为优良。

5 结语

非机载调速系统的采煤机大多应用于工作面极为严苛的工作场合, 对电动机的负载特性要求极高, 调速系统在冲击负载出现时能保证及时响应, 防止因负载冲击大而导致机械传动系统故障, 这就要求采煤机调速系统在长电缆模式时具有优良的负载特性及转矩响应能力。本文通过实际试验对长电缆模式时的V/f控制、VC控制及DTC控制的调速性能进行对比分析, 结果表明, VC控制和DTC控制较之V/f控制更适应采煤机非机载运行工况。在采煤机非机载调速系统设计时应尽量使用VC控制和DTC控制方式。

参考文献

[1]许振.交流电动机变频调速技术的发展[J].微特电机, 2005 (4) :39-43.

[2]马向前.变频器输出端滤波器的设计[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2004.

[3]崔纳新, 张承慧, 杜春水.变频调速异步电动机效率优化控制的研究进展[J].电工技术学报, 2004, 19 (5) :37-38.

[4]CHHBORTY C, HORI Y.Fast efficiency optimization techniques for the indirect vector controlled induction motor drives[J].IEEE Transaction on Industry Applications, 2003, 39 (4) :920-926.

连续采煤机掘进影响因素的探析 篇4

关键词：连续采煤机掘进；影响因素；策略

1连续采煤机掘进特点

连续采煤机和自带动力的锚杆机配合，采用双巷（或多巷）掘进交叉换位施工工艺，即连续采煤机和锚杆机在双巷（或多巷）系统中的不同巷道内掘进和支护，再通过交叉循环换位完成掘、支工作。以连续采煤机及后配套设备为基础，采用大断面全煤巷锚杆支护技术及运输巷道与回风巷道双巷布置方式，既保证了掘进与支护平行作业，又满足了长距离大断面掘进通风要求，实现了连续采煤机快速掘进，彻底改变了传统矿井巷道掘进方式，形成以[1]连续采煤机为主要装备的快速掘进技术。连续采煤机掘进的主要工艺为：依靠连续采煤机截割头通过切槽和采垛两道工序完成巷道的掘进成形，连续采煤机上装有收集头机构和刮板输送机，连续采煤机截割时，煤落入收集头铲板上，铲板上的耙爪连续运转，将落煤装入刮板输送机内，刮板输送机将煤转运至梭车车斗内。工作面运煤由梭车完成，梭车往返于连续采煤机和给料破碎机之间，将割下的煤运至给料破碎机，再由胶带将煤运出掘进工作面。

2影响连续采煤机快速掘进的主要因素

2.1地质因素影响

因连续采煤机本身设备及工艺限制，在煤矿巷道掘进所面临的地质构造问题，是影响连续采煤机快速掘进的第一因素。在煤矿巷道掘进过程中，其地质构造因素主要指的是工作面煤岩硬度及强度，工作面褶曲构造、围岩等发育状况，巷道顶板及底板稳定状[2]况，地质构造中瓦斯含量，地质涌水量等。地质构造条件较好，可以为连续采煤机掘进提供良好的基础条件，而复杂不稳定的地质构造，则会对巷道掘进作业带来约束。例如巷道顶板稳定性差，为防止顶板冒落而减少掘进空顶距，连续采煤机掘进循环进度相应的减少。与大循环进度掘进相比，完成相同进尺的巷道掘进，循环进度小增加了设备倒机的次数，造成了时间浪费。不稳定的地质构造不利于锚杆机的快速支护，需要更为复杂的支护工序才能保证巷道顶板的稳定与安全，因连续采煤机掘进大多采用巷道掘进与支护平行作業方式，锚杆支护的速率下降，掘进作业需要等待支护作业完成后才能继续进行巷道掘进，这样造成巷道掘进整体的工作效率下降。同时巷内积水使煤层底板软化直接影响了梭车的行走速度；巷道存在褶曲断层节理等，对连续采煤机掘进施工的进度及安全性带来严重影响；巷道瓦斯涌出量偏高，严重则会引起瓦斯爆炸事故，需要采取措施降低煤层瓦斯含量，降低掘进效率等，这些较复杂地质条件，严重影响了连续采煤机掘进的速度和施工的质量。

2.2作业人员的技能因素影响

连续采煤机掘进巷道受到作业人员素质因素影响，包括受教育程度、技能水平程度、安全教育、劳动者的生产积极性等几个方面。因连续采煤机及其配套设备全部是引进世界一流的先进大型现代化装备，巷道掘进全部实现了机械化操作，连续采煤机巷道掘进受到作业人员技能水平影响最大，其技能水平包括生产操作技能水平和设备检修水平。在生产施工时，生产操作技能水平尤为重要，要求每一位作业人员掌握每一道工序及要求，这样才能保证此施工工艺顺利进行。连续采煤机司机要严格按照巷道指向激光调整设备走向防止设备跑偏，克服巷道内视线差的情况下保证巷道掘进质量，保证不损害设备的情况下实现最大落煤截深，同时还有兼顾与梭车司机配合装煤作业；梭车司机则要保证梭车行驶过程中不与巷道两帮或管线碰撞，不碾压梭车电缆和煤机电缆，装卸与行驶过程不洒煤；锚杆机司机要把握好锚杆机的方位，使支护锚杆的间排距符合设计尺寸要求，支护过程中要掌握好钻杆给进速度、锚杆紧固力度等，同时与其他锚杆机司机还要配合好，保证各锚杆机司机支护作业量匹配，支护作业时间均等，连采作业中每个岗位人员都需要较高的技术操作水平才能充分发挥设备本身的最大效能。连续采煤机及其配套设备体积大、机构复杂、吨位高，配件多为进口，检修维护和处理故障较为困难，需要掌握相关专业技术的检修人员不断的摸索与实践才能熟悉检修维护和故障处理的技能。如果检修维护水平不高，造成设备故障率较高，生产班组处理事故的能力相对较差，事故影响周期长，造成生产时间相对过短。

2.3设计因素影响

在掘进施工中，人员、工序要做到合理安排，使各工作紧密衔接，有效地利用工时，提高工作效率，只有这样才能使其掘进效率保持较高的水平。巷道设计也应充分考虑到对连续采煤机施工工序衔接与匹配的影响，因连续采煤机掘进和锚杆机支护为平行作业，而且连续采煤机及其后配套设备组成运煤系统，巷道设计中如果忽视连续采煤机快速掘进的施工特点，则严重制约了连续采煤机的快速掘进效率。

掘进与支护作业匹配连续采煤机掘进巷道多采用掘、支平行作业，所以每个掘支循环中连续采煤机采掘进量与锚杆机支护量是否匹配，影响了巷道整体掘进效率。当巷道掘进时间大于支护时间，则出现支护作业等待掘进作业；如果巷道支护时间大于巷道掘进时间，则出现掘进作业等待支护作业。以上两种情况都造成了等待时间浪费，没有充分利用连续采煤机与锚杆机快速掘进支护的优势。巷道设计断面大小，关系到连续采煤机掘进落煤量，直接影响连续采煤机单位时间的掘进进尺；巷道支护形式与支护参数影响了锚杆机支护作业量的大小，决定了锚杆机单位时间支护进尺。所以在设计巷道断面与巷道支护方式、参数时，既要保证巷道正常使用与顶板安全的前提下，又要考虑到掘进过程中掘、支匹配。

结论

连续采煤机快速掘进技术是实现高产高效矿井的有效方式，连续采煤机掘进效率直接影响着整个矿井开采效率及质量，影响着煤矿企业综合效益。在连续采煤机掘进中，地质条件、作业人员技能水平、设计等因素是影响连续采煤机掘进速度的重要因素。针对连续采煤机掘进工艺特点，在分析以上因素的基础上，提出提高地质勘探水平，通过培训提高作业人员技能水平，优化巷道设计，在保证安全的前提下，以提高连续采煤机速率与效率，实现煤矿开采综合效益。

参考文献

[1]马念杰，潘伟，李新元.煤巷支护技术与机械化掘进[M].徐州：中国矿业大学出版社，2013.

变频调速采煤机 篇5

电牵引采煤机是一种机械和电子信息结合的自动化采煤设备, 基本原理是通过电动机直接带动牵引机构, 能够实现在运输机上按照预定的工艺要求自动变速滑动的目的, 由于其具有性能优良、可靠性高、操作方便、自动化程度高的优点, 因此得到了广泛的应用。然而, 由于复杂的煤岩特点以及操控者的熟练程度差异使得采煤机电动机的工作效率低下、功率波动幅度大、且控制特性不正常, 直接对截割电动机的工作性能和使用寿命产生重要的影响。鉴于采煤机的控制对象包含与煤岩有关的反馈参数, 建立准确的数学模型比较难。本文给出了一种新型的电牵引采煤机调速控制系统, 在确定控制系统总体方案的基础上, 完成了系统各个功能模块的硬件电路和相应的软件程序。

采煤机在恒功率下的调速理论

电动机是实现采煤机做机械移动的动力源, 通过截割电机来驱动采煤机的螺旋滚筒转动, 使得采煤机的行走机构正常行进, 液压泵电机驱动相应的液压系统, 完成采煤机的滚筒调高等动作。一般的采煤系统具有4~7台电机, 包括了两台大功率三相异步截割电机, 特点是能够进行恒速运行;还有两台带有调速控制的牵引电机, 以及需要调速的液压泵电机等。从电机总功率配置角度可以看出, 截割功率在总装机功率中占有很大的比重, 牵引功率缺占有很少的比例, 因此要实现采煤机的恒功率调速, 首先需要保证截割电机的功率保持恒定。由采煤机恒功率控制的机理可以得到相应的功率计算公式为:

式 (1) 中, U代表电动机额定电压, I代表相应的额定电流, cosφ代表相应的功率因数, 为电机工作效率。从式 (1) 看出, 由于工作效率和功率因数是恒定不变的, 因此当电动机额定电压确定后, 电动机输出的功率与额定电路成正比关系。

根据文献介绍可知, 电动机的负载主要是截割阻力, 随着截割阻力变大, 截割阻抗呈现上升趋势, 引起负载电流增大。通过这个规律, 利用电流互感器测量电机的负载工作电流, 将工作电流与额定电流相比较, 根据比较结果发出相应的“超载”或“欠载”信号。综上所述, 牵引速度和截割电机的功率大致呈现正比关系, 因此当发生电机过载时, 可以降低牵引速度来减小截割功率, 保持电机能够大致处在额定功率运行, 达到充分发挥电机效能目的。

电牵引采煤机调速控制系统的总体架构

采煤机基于恒功率下的调速系统实时采集和处理当前的各个运行参数, 包括牵引速度、电动机工作电流和温度以及截割电机的电流、温度等参数, 当上述的某一个参数超过规定值时, 自动发出报警信息并要求运行人员做出处理, 最恶劣情况下将采煤机停止运行;并且依据采集到的截割电机电流信号, 由控制器CPU程序做出及时处理, 同时给变频器控制信号以此来调节牵引电机的速度, 达到截割电机基于恒功率下的调速目的。

本文提出的系统模块化的设计方案包括以下的功能模块:电流信号测量模块、通信接口模块、温度检测模块、PLC控制模块等。控制模块包括了模拟量测量、通信传输以及控制中心处理等功能, 上述的模块功能如下所述。

模拟信号检测模块

该模块主要包括电流和温度两个检测量子模块, 各个子模块采集相应的信号, 并对采集到的信号进行编码处理, 定时的将检测信息发送到通信总线上, 利用LED指示灯实时显示该模块的总线工作状态。

PLC的CPU控制模块

该模块主要用来接收遥控信号和开关控制信号, 并对上述两个信号做出编码处理, 同时发送到通信总线上。操作人员利用遥控器对采煤机进行远程控制, 不仅减少了工作量, 同时降低了恶劣环境下工作人员的危险度。控制开关的按键装设在端头站, 防止遥控器失效, 造成无法控制采煤机的事故, 进一步提高了系统工作的可靠性。

通信接口与传输模块

该模块的接口用于实现PLC、变频器与CAN总线之间的数据传输, 把采集到的采煤机运行参数和控制信号实时地发送到CAN总线, 同时将接收到的各个信号利用RS485总线传送到PLC;并且该模块还将变频器的各项运行数据定时地传送给PLC。

调速系统的硬件电路与软件功能

本文提出的系统采用CAN通信总线, 该串行通信网络具有实时提供数据流、能够分散控制并且保密好的优点。该总线的通信媒介包括了光导纤维、双绞线和同轴电缆。CPU主控模块芯片采用MCU-C8051F050。其带有CAN控制, 是一种具备信号高速处理的单片机, 内核采用了CIP-51, 软件程序开发采用标准的803x/805x汇编/编译器。该CPU具有2个全双UART、5个16位的定时/计数器、256B的RAM以及128B的特殊功能寄存器。温度测量模块用于实时测量牵引电机和截割电机的温度。把每一个截割电机和牵引电机都安装一个PT100。该温度传感器能够显示电机工作温度。电流信号检测模块主要用于测量截割电动机的工作电流, 并能够将当前工作电流信号传送到CAN总线, 最终传送给PLC, PLC根据当前的工作电流值发出相应的反馈控制信号。电流互感器以及变送器主要完成截割电机的电流/电压转换功能, 最终变成0~10V范围的电压信号, 该模块选用F-20B遥控组件, 包括遥控器、接收器和按键三部分。将接收器安装到终端头上, 作为采煤机控制的后备保护。

结束语

变频调速采煤机 篇6

了解变频器的发展趋势可以对变频器的选用和故障诊断维修方式起到指导作用, 目前采煤机中变频器主要有东洋、安川、三菱、ABB、REFU和SAMINCO等几种, 现场调研一些采煤机变频器的使用及常见故障情况如下。

1.1 淮南矿业集团潘一矿

所采用的采煤机主要应用ABB变频器, 出现的问题有:IGBT管易坏, 主控板坏过;

1.2 淮南矿业集团潘二矿

所采用的采煤机主要应用三菱变频器, 出现的问题主要有:地面测试断电再送电无法复位。

1.3 皖北煤电集团任楼矿

所采用的采煤机型号为MG250/600-WD 1和MG 25 0/600-Q WD, 变频器采用日本东洋V64系列。出现过的主要故障有以下几点。

(1) 变频器显示“CPF01”, 主控板故障; (2) 变频器显示“IGBT”, IGBT管烧坏; (3) 快速熔断器熔断; (4) 两台变频器输出不同步; (5) 变频器显示过流; (6) 变频器过压保护动作。

由调研所知, 采煤机中变频器的故障80%集中在IGBT、电容和熔断器等元器件的损坏上, 主要原因是由采煤机的振动引起的。

2 变频器在采煤机中的维护情况

如果变频器出现故障主要是不加维修整机直接返回生产厂家维修, 这时虽然不需培养任何维修技术人员和建立变频器性能测试系统, 可以节约该方面的投入, 但无法及时判断变频器故障产生的原因。同时还需要购买大量整机备件进行更换, 不然就会耽误生产。

如果变频器出现故障后, 人工判断故障, 自己维修简单故障, 维修后需要采用性能实验台进行加载实验。碰到复杂故障再返回厂家维修。这种模式必须在技术人员配备、培养、变频器空载性能测试台进行投入, 可以部分判断变频器故障原因, 可以不需整机返回生产厂家维修, 节约维修费用。同样也需购买整机备件进行更换。

如果变频器维修主要以自己维修为主, 采用购买配件和备件的方法进行故障的维修, 可节省了大量的维修费用。每台维修费用大概可以节省一半以上, 并可以培养了自己的维修技术队伍。但必须建立相应的变频器空载和加载性能测试台, 在该方面的投入是必不可少的。由于具有变频器的维修技术力量, 对变频器可以采用相应的减震、防潮、捆扎和增加固定点等改进措施进行重新加固, 使其适应采煤机的工作环境, 故障率可以大大降低。这种方法只需购买了必要的配件 (如IGBT、大容量电容、驱动板等) 和少量的整机, 对采煤机生产中出现的变频器问题及时处理, 节省维修时间, 节约财力[1]。

3 变频器故障诊断与维修的建议

根据采煤机中变频器应用情况及经济成本的考虑, 本文建议变频器故障采用自己诊断维修的方法。这样可以只采购配件, 不但节省了大量的维修费用, 而且可以及时满足煤矿的生产需求, 保证煤矿的生产能力。同时可以针对本集团的变频器使用特殊情况, 对变频器的使用环境通过一定的方法进行改善, 进一步改进变频器的保护措施, 降低变频器的故障率。变频器维修步骤如下。

(1) 当变频器出现故障时, 把其运至地面维修室。注意运输要小心, 不要再在运输中增加无谓的损坏, 同时经过通风通道时不要使粉尘进入变频器内部。

(2) 运至地面维修室后, 首先问清楚是什么故障, 出现的状况是怎样的 (即表现的症状) 。

(3) 打开变频器盖子, 清除内部灰尘。注意清除灰尘时, 不要碰坏电线、接插件、电路板上元器件。

(4) 检查电线是否断开;接插件是否松动。若电线断开、接插件松动, 就进行相应的处理。

(5) 检查电子元件是否有损坏的痕迹, 如烧糊的痕迹, 松动的痕迹 (由于采煤机振动引起) 等异常现象。如有更换相应元件或整块电路板, 注:元件松动可能致使整块电路板损坏。

(6) 用万用表量取变频器三相输入、输出电阻, 如三相间电阻相差过大, 相应的IG BT就损坏, 这时撤下IG B T, 再用万用表测量IGBT的驱动端是否开路或短路, 如图C2E1与E2之间C2E1与C1之间是否短路或开路, G2、G1与C1、E2之间是否短路或开路, 若出现开路或短路, 则更换驱动板和IGB T;若没有更换IGB T。同时要检查冷却风扇是否完好 (用万用表测量) , 有问题请更换之。

(7) 检查电路中电容, 尤其是47 00U F/400V、1.5UF/1000V的电容, 看他们是否有异常现象 (松动、裂开、漏液体等) , 也可用万用表测量电容的放电情况看它是否是好的。如有更换相应的电容。

(8) 若以上检查都没有发现异常, 装好变频器, 接上电源 (注:一定要完整的复原变频器, 不要有遗漏的地方, 在装IGBT和电容等时要保证接触电阻为零) , 看看操作板上LED显示有没有异常代码显示。若有断开电源10min后, 按相应的故障代码进行相应的处理[2]。

摘要：现场调研采煤机变频器的使用和维护情况, 指出常见的故障源, 结合操作工人的技术特点, 给出了具体的故障诊断与维修建议, 大大节省了企业的成本和提高了企业的生产效益。

关键词：采煤机变频器,故障诊断,维修

参考文献

[1]马天兵, 杨洪涛, 章元.采煤机用V F61变频器故障机理研究[J].煤炭工程, 2010, 3:104～105.

变频调速采煤机 篇7

关键词：遥控器,电磁调速采煤机,无线收发,nRF24L01

1 引言

采煤机是煤矿生产中最重要的设备之一, 工人如何正确操作、控制采煤机的运行一方面关系到采煤的生产效率, 另一方面关系到采煤机的维护、保养的成本。采煤机的人工操作方式有两种, 一种是通过安装在采煤机机身上的控制面板进行就机操作, 一种是通过遥控器进行远程操作。由于就机操作受限于煤矿井下的粉尘、水雾等恶劣条件, 操作难度大, 所以目前大多数采用的是遥控的操作方式。

M G 5 6 1 是一款适用于薄煤层的电磁调速采煤机, 应用在冀中能源公司下属的煤矿, 目前遥控器正处于联调实验阶段。相比于变频调速和开关磁阻调速, 电磁调速系统的突出优点是:结构简单、制造成本低、牵引功率大、控制功率小、容易维护、电控箱短[1]。针对于此款采煤机, 设计一款高性能、易操作的遥控器具有重要意义。

2 方案设计

2.1 数字型遥控器

数字型遥控器根据采煤机的控制要求, 要设计相应的操作按钮, 经过无线转发后, 采煤机的控制模块要预留等同的数字量点。这种遥控器的优点在于程序上处理简单, 但是电控系统预留的点数多, 不便于集成, 且不便于扩展功能。此外, 采煤机的运行参数信息无法反馈到接收器上, 这种开环的控制方式会增加人工的误操作。

2.2 总线型遥控器

总线型遥控器的副机输出接口采用的是自定义的MODBUS协议, 硬件接口为RS485 接口, 与采煤机的主控制器连接, 电控系统不用预留数字量点。这种遥控器的不足在于电控系统的软件有一定的复杂性, 需要解析协议。优点是协议通用性强, 硬件接口简单, 遥控副机可以将采煤机的实时状态信息、参数发送到遥控主机中, 并通过LCD模块显示, 给人工操作带来了便利, 减小了误操作, 实现了采煤机的闭环遥控控制。此外, 基于n RF24L01 的无线收发芯片, 规定了通信规约, 确保了无线传输指令的及时、正确。两种设计方案经过对比, 采用总线型的遥控器。

3 系统实现

3.1 系统组成

系统分为遥控主机和遥控副机两大部分[2]。遥控主机以C8051F340 为核心, 配有多种电路, 如复位电路、时钟电路、电源电路、无线收发模块、LCD显示模块、按键电路等。遥控副机以C8051F340 为核心, 外围以复位电路、时钟电路、电源电路、无线收发模块、MODBUS接口电路为硬件平台。遥控副机与采煤机的主控制器通过以Modbus协议的RS485 接口相连, 遥控副机作为Modbus从站, 主控制器作为Modbus主站, 以便获取采煤机的运行参数。系统框图如图1 所示。

3.2 系统功能

系统启动后, 作为Modbus主站的采煤机的主控制器将运行参数信息写入到Modbus从站的遥控副机的指定地址中, 经无线转发后发送到遥控主机上, 并通过遥控主机的L C D显示出来, 当达到采煤机的运行条件后, 工人操作遥控主机上的按键发出相应的操作指令, 经无线转发后, 将指令发送到遥控副机上, 接收成功后, 由遥控副机发送给遥控主机一个反馈信号。采煤机的主控制器再从遥控副机的指定地址读取指令, 经程序处理后做出相应的动作。

4 硬件电路设计

4.1 CPU的选取

CPU选取C8051F340 芯片, 它是完全集成的混合信号片上系统型M C U 。片内F L A S H存储器为6 4 K B , 多达4352 字节的片内RAM, 具有一个200ksps的10 位逐次逼近寄存器型ADC, 内部有一个SMBus/I2C接口, 两个全双工U A R T和一个增强型S P I接口。中断系统有16 个中断源, 具有可编程数字I/O和交叉开关功能。系统时钟采用外部振荡器的11.0592MHz的晶振为振荡源, 复位电路采用上电复位方式, 低电平有效。

4.2 无线电路的设计

4.2.1 n RF24L01 简介

n R F 2 4 L 0 1 是由N O R D I C公司生产的工作在2 .4GHz~2.5GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片[3]。采用FSK调制, 最高通信速率可达2 M B P S 。共125 个可选工作频道, 6 个数据通道, 可以实现点对点或1 对6 的无线通信, 频道切换时间很短, 可用于调频。设计有增强型的shock BurstTM模式, 可以同时控制应答及重发功能而无需增加M C U工作量。内置硬件C R C检错和点对多点通信地址控制。SPI接口速率最高可达10Mbps, 适合与各种MCU连接。体积小, 封装为20 脚Q F N 4 ×4 m m 。低功耗设计, 当工作在发射模式下发射功率为-6d Bm时电流消耗为9.0m A , 接收模式时为12.3m A (在数据传输速率为2Mbps时) 。掉电模式和待机模式下电流消耗更低[4]。

4.2.2 n RF24L01工作原理

n RF24L01 与C8051F340 的连接方式如图2 所示。单片机采用普通I/O模拟SPI接口与n RF24L01 连接。CSN为芯片的片选线, 低电平时芯片工作, S C K为芯片控制的时钟线, MISO、MOSI为芯片控制数据线, IRQ是中断信号, CE为芯片模式控制线。

n RF24L01 根据PWR_UP、PRIM_RX、CE的状态可设置为接受模式、发送模式、待机模式、掉电模式。n RF24L01 的数据包处理方式有shock BurstTM、增强型shock BurstTM两种方式。n RF24L01 传送给单片机3 种中断, 发送数据完成中断、接收数据完成中断、重发次数超限中断, 这三种中断信号通过I R Q引脚反馈给单片机[5]。

本文采用增强型的shock BurstTM方式。其数据收发过程为:首先配置n RF24L01 的相关寄存器, 如发送节点地址、接收节点地址, 使能自动应答, 配置自动重发次数, 选择通信频率, 配置发射参数 (发射功率、无线速率) , 选择通道0 的有效数据宽度等, 完成发送模式和接收模式的初始化工作。

然后单片机将要发送的数据通过S P I接口写入n RF24L01 的TX_FIFO, 数据传输完成后, n RF24L01 将数据封装为通信规约规定的数据包格式, 若C E引脚为高电平, 则启动发射。发射完一包数据后立即进入接收模式来响应接收端的反馈信号。接收端接收到数据包后, 若为有效的数据包 (地址匹配、CRC校验正确) , 则将数据存入R X _ F I F O , 同时R X _ D R位置高, 并产生接收数据完成中断, 然后进入发送模式并发送确认信号, 发送完成后单片机将CE引脚置低, 进入待机模式Ⅰ, 将数据从SPI接口读出, 根据需要n RF24L01 进入接收模式或待机模式或发送模式。若在有效的时间内发送端收到了反馈信号, 则TX_DS位置高, 产生发送数据完成中断并把数据从TX_FIFO中清除掉。如果在设定的时间范围内没有收到反馈信号, 则重新发送数据直至发送的次数超过自动重发计数器A R C _ C N T所设定的次数, 此时M A X _ R T位置高, 产生重发次数超限中断, 数据包丢失计数器PLOS_CNT加一, 此时TX_FIFO的数据没有清除, 无法发送新的数据, 只有清除掉M A X _ R T中断且CE为高电平, 才能发送下一包数据。若TX_FIFO寄存器内容为空, 则系统根据引脚C E的状态选择是否进入待机模式。收发流程如图3 所示。

4.3 电源电路的设计

电源电路以LM2576-3.3 芯片为核心。LM2576-3.3 是一款线性性能好、负载调整能力强的稳压器。输入电压范围广, 最大可达45V, 输出电压为3.3V, 能驱动3A的负载。工作温度范围为-40℃~+125℃。本文采取的封装为TO-263。遥控副机的电源由采煤机的主控制器提供, 因为LM2576-3.3 输入电压范围广, 通用性强, 适合多种数值的电源电压输入。

遥控主机的电源采用铅酸电池。铅酸电池简称VRLA, 是一种电极由铅及氧化物制成, 电解液是硫酸溶液的蓄电池。考虑到矿井下的安全性, 铅酸电池相比于其它类型的电池, 具有以下的突出优点: 1 、安全性高, 2、原料易得, 价格低廉, 3、适合于浮充充电, 使用寿命长, 无记忆效应。本设计采用的铅酸电池的规格为6V1.3AH, 经估算, 整个遥控主机的功耗最大值为100ma, 则1.3AH铅酸电池至少可以保证遥控主机10 个小时的工作时间, 可以满足一个班组的使用时间。此外, 对单片机进行低功耗的设计, 在单片机不工作的时候使其进入空闲模式或停机模式, 这样就可进一步降低功耗, 延长遥控主机的使用时间。当电池没电的时候, 对其进行浮充式充电, 可反复使用, 而且可以延长电池寿命。

4.4 键盘电路与显示电路的设计

键盘电路采用独立连接式键盘, 每个键独立地接入一根数据输入线[6], 设计11 个键位。数据线接10K的上拉电阻, 连接至单片机的引脚P2.2~P3.5。当有按键按下时, 与之相连的引脚被拉至低电平。这种键盘电路结构简单, 使用方便。

显示电路选用128*64 点阵的液晶模块, 驱动IC为ST7565R, 尺寸为55.07*26.52mm, 功耗为2-200mw, 使用寿命高, 带绿色背光, 电路电源为3 . 3 V , 通过并行接口与单片机相连。

5 软件设计

5.1 按键扫描电路与液晶模块的设计

键盘电路采用程控扫描方式, CPU上电后反复不断的扫描键盘, 等待命令, 因为硬件上采用了独立式的键盘, 所以软件上只要用位处理指令即可判断是否有按键按下, 此外程序上还设计了按键防抖功能, 确保指令的正确输入。

为了降低系统功耗, 液晶模块在软件设计上对背光的开启及显示的时间长度做了处理, 即当工人需要查看采煤机运行参数时, 按下按钮, 背光开启, 并显示一定的时长, 然后背光关闭。此外, 为了减小CPU的运行负担, 当运行参数更新后, L C D才调用驱动程序进行显示。

5.2 无线数据收发的设计

根据采煤机的控制功能需求, 设计了遥控主机和遥控副机的软件控制流程图, 如图4 所示。

5.3 Modbus协议的设计

Modbus是一种基于工业现场的总线型协议, 可以实现不同厂商设备之间的组网, 便于信息传递, 通用性强, 使用灵活, 应用广泛。本设计中采煤机的主控制器作为Modbus主站, 遥控副机作为Modbus从站。使用Modbus协议的03 和06 功能码进行寄存器的读写, 从而实现主、从站的数据交换。考虑到采煤机运行的实时性强, 要求参数的传递及时、准确, 所以设置波特率为19200bps。下图列出了自定义的Modbus协议的部分功能。

6 结束语

基于以C8051F340 与n RF24L01 为核心的总线型遥控器系统, 电路设计简单, 使用器件少, 扩展性好, 成本低, 使用灵活。本遥控器系统已在MG561 型号的采煤机上正常使用, 实现了预期的设计效果。但是考虑到井下的作业条件, 系统仍需在防爆以及产品化方面作进一步的处理。

参考文献

[1]刘建功.电磁调速电牵引采煤机控制系统[M].煤炭工业出版社, 2006, 5.

[2]江帆, 李伟, 张传书.基于C8051F021的采煤机遥控系统设计和研究[J].矿山机械, 2011, 39 (2) :30-31.

[3]李辉, 宋诗, 周建江.基于ARM和nRF24L01的无线数据传输系统[J].国外电子元器件, 2008, (12) :43-46.

[4]张永宏, 曹健, 王丽华.基于单片机与nRF24L01无线门禁控制系统设计[J].江苏科技大学学报 (自然科学版) , 2013, 27 (1) :64-69.

[5]王涛.基于nRF24L01的2.4GHz无线通信系统设计[J].通信系统与网络技术, 2011, 37 (3) :4-7.

变频调速采煤机 篇8

在煤矿全面机器化开采进程中, 电牵引采煤机是开采作业的主要设施。当前我国生产的电牵引采煤机, 主要是由主控设备、PLC控制设备、彩色液晶显示器、左右操控室、主控编辑器、工控设备、模式组件和一部分传感器构成。它是采煤机的把控核心, 同时也是电控体系的中心。在电牵引采煤机中最重要的就是牵引把控器和高压箱, 牵引把控箱的主要职能是控制采煤机运行, 处在牵引把控箱右前端的变频器主要是对采煤机的左右运行速率进行把控, 它的主要功能是支持全面设施的运行效率。这样的把控方式整体整合了来回液压牵引的作业机理方式, 稳固了作业的简单功能水平, 后期维护作业操作起来就变得简单。最重要的是提高了采煤机运营的平稳效力, 支持了相应程序的合理经济发展价值, 全面适用于当代高产综合发展行业的发展要求。变频器在电牵引采煤机上的运用代替了以往的液压牵引, 方便操控和维护, 保障了设备的完整度, 运转速率高, 行动稳步敏捷, 牵引能力较强, 因此从根本上提高了采煤机运行的稳固性, 实现了采煤作业效率和产量的全面提高。

2 变频器构架的原理

变频器主要是由控制电路和主电路两部分构成。控制电路可以把控整流设备电压和逆变设备开关, 借外围接口电路对把控部分进行运送, 并且达成一系列的防护。中枢直流步骤存储构件可以转换电动机无功率和直流步骤。逆变设备是借功率构件, 对逆变设备中间的主开关断流进行规则把控。整流设备是整流三相交流电。

3 选取变频器

3.1 连接电动设备直流, 对变频器容积进行选取

速度借助变频设备运转异步电动机实现, 在确定电动机以后, 要求连接异步电动机, 设定电流或者实际运转的电流值来选取变频器。

3.2 连接输出电压进行选取

可以依照电动机对电压的设定来选取变频设备的输出电压。比如采用380V双牵引电机的变频器, 1 140V的采煤机电源, 变频器使用一拖一带电动机, 两个变频器之间实行主从通信。

3.3 依照运用场所选取变频设备的保障构架和维护方式

变频设备产生的热度很大, 照顾到散热的实用性, 除了容量小的情况, 其他时间为开放式构架, 借助风扇强行冷却。变频器装设场地在室外或者周边环境不好的时候, 最好装在独立盘上, 使用具备冷却效果的热置换设备。

4 电牵引采煤机变频器设施常见障碍和处理措施

在变频设备产生障碍的时候, 不要急于连接电源进行维修, 千万不能使用万用表来维修。在变频设备装置不接输出或是输入的状况下, 对功率模板全面展开检修, 这样就防止了在损坏功率模板的情况下连接电源而提高障碍范围。此外, 应尽量全面地检查外围出现的障碍。做好以上措施以后, 连接电源, 把变频设备进行完整地检查维修。通常情况下, 变频设备会出现如下障碍。

4.1 显示面板无障碍显示

连接电源以后的变频设备, 显示面板显示正常或者无故障, 但是不能开始运转。处理方法是独自借助变频设备的外接把控侧和把控面板来控制变频设备。如果这两项处理方式都不能使变频设备运转, 可能是驱动电路发生了障碍, 处理方式是更换驱动板。也可能是变频器设备的CPU被损毁, 处理方式是更换主板。

4.2 显示面板有障碍显示

第一, 过流障碍。需要对变频装备的数值展开查询, 是否设定负载防护电流值太小, 是否外围接线绝缘接地或者绝缘过低, 是否每层机器卡或者硬度强, 是否采煤机的牵引效率过大。要是以上问题都不是产生障碍的要点, 那么应该检修变频设备电流监测路线是否出现故障。第二, 欠电压故障。需要对变频设备的速率和输入电压是否正常进行检查。检修滤波电解电容是不是老化或者电容量减弱等状况, 检修变频设备的整流模板是不是完整, 有没有损毁构成的缺陷。第三, 过电压障碍。对直流线路和输入电源的电压进行检修, 要是没有异样, 那么就是制动电线发生异样, 如果不能够根据指示发动制动电路VT, 就会构成电动机制动减速进程里的泵生电压向直流线路上部返程, 从而产生过高的直流电压。第四, 通信障碍。变频设备对通信障碍的显示会出现以下3 种情况:一是变频设备不能够根据显示面板通信。二是变频设备不能够借以信号接口跟上位机或是PLC通信, 构成这两种状况是因为内存或者CPU损毁, 只要更换主把控主板就可以。三是变频设备不能够展开通信, 造成这种现象的原因可能是通信设备错接或者损毁, 也可能是主板上的控制主板或者通信构件损毁。第五, 负载障碍。负载障碍包含变频负载和电动机负载, 主要是因为采煤机的牵引提速时间过短, 电网电压过低, 电动机堵住或者负载太高通常能够通过加长提速时间、检修电网电压、减弱载荷等办法来解决。第六, 温度过高。如果因为温度过高报警, 应该先查看温度传感设备是不是还在运转, 如果正常, 要继续查看是哪些因素引发的误差, 能够把障碍屏蔽。此外, 还需要检修变频设备的风扇是不是正常运转, 变频设备外部底壳上的散热装置是否适用。

5 结语

电牵引采煤机变频设备是采煤机的必要构成部分, 它维修起来比较复杂, 需要很高的技能水平。在对障碍进行修理的时候, 应该对一部分显示实时查看, 并且对障碍部分进行把控, 在遇到故障的时候应该思维清楚, 不能够随意的拆卸, 要透过现象准确找出问题所在, 并且重视保养和维修, 进而保障采煤工作的成功进行。

摘要：在矿业全面机器化开采进程中, 电牵引采煤机是综合采煤工作的主要设施, 变频器是电牵引采煤机的重要构成部件, 为了全面实现机器化开采, 应当充分了解电牵引采煤机变频器设施的使用。当前我国生产的电牵引采煤机主要由主控设备、PLC控制设备、彩色液晶显示器、左右操控室、主控编辑器、工控设备、模式组件和一部分传感器构成。

关键词：煤矿,电牵引采煤机,变频器

参考文献

[1]胡俊.电牵引采煤机故障信息处理与推理机制的研究[D].北京:煤炭科学研究总院, 2009.

[2]彭学前.采煤机故障诊断与故障预测研究[D].南京:南京理工大学, 2013.

浅议采煤机装配方法及注意要点 篇9

关键词:采煤机 装配方法 注意要点

中图分类号:TH6文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0075-01

Abstract:the coal mining machine in coal mine is mainly used with conveyer,belt conveyer and hydraulic support.It can be applied to the invorenment with coal dust,gas or other explosive gases.The use of coal mining machine can increase production and efficiency to provide an effective support,so that the coal mining working face in coal mining whichis so important to realize mechanical integration.

Key words:coal mining machine;assembling method;points for attention

1 采煤机机械结构分析

采煤机是一种复杂而且是大型的机器,这个机器当中包括有液压系统以及电力系统。机器的工作环境是比较恶劣的,所以说如果出现了任何一个小小的故障,就会影响整个工作,导致其它的工作也相继停止,给企业和国家的经济能够带来很大的损失。所以说,采煤机一定要达到一定程度的安全性。采煤机的电动机所负责的主要事项就是提供动力,采煤机的牵引部分就是能够使得机器行走,而采煤机当中的喷雾以及防滑等装置能够有效保证机器在工作过程当中的安全性。

2 装配方法及注意要点

2.1 轴的装配

因传统使用铜锤打入的装配方式效果很不理想,我们特别采用了冷装的方法,提高了装配质量和生产效率,而且操作方法简便使用起来也更为安全。

在使用铜锤安装的时代,与之配合的的零件经常受到损坏。例如在对行星机构惰轮轴进行装配时,轴的装配需要三到四个并列轴承的配合,如果使用铜锤强行打入很容易造成周表面局部研死而无法继续安装的现象。

安装前实际测量轴孔尺寸,计算过盈量,可参照公式δ＝D×αk×△t(D:工件直径;αk:工件线膨胀系数;△t:温度变化量)进行计算。根据计算结果设置冷却温度,具体操作方法如下:(1)设置初始温度,通常设定设备环境温度;(2)设定冷却温度,可以根据需要分段进行冷却设置,不必一次冷却至要求温度。因为我们冷装时通常不低于－80℃,所以不进行分段设置;(3)设置冷却速率,即从初始温度冷却至要求温度所需时间,系统自动计算冷却速率。我们从室温20℃冷却至－80℃,一般会把时间设置为半个小时;(4)设置保温时间。当设备按照设定的速率冷却至要求的温度时,只是工件的环境温度达到了要求,实际工件本身的温度没有达到规定值,所以进行保温设置,一般情况下时间是20分钟。

2.2 齿轮的装配

(1)齿轮与轴(此处轴在传动链中旋转)花键连接的,应该在正式装配前试装一次,如试装合格,在进行正式装配。在这一装配过程中应注意的是要严格禁止使用铁锤,需要敲击的环节都应使用铜锤来完成。

(2)齿轮与轴(此处轴在传动链中固定不发生转动,配合一般为过渡配合)是通过轴承连接的,可将齿轮进行加热后与轴承进行安装。加热所需温度应根据实际的测量结果进行计算最终确定,但加热时的最高温度不应超过250℃。

(3)齿轮基准端面与轴肩或定位套端面应保证贴合,并且根据图纸规定保证齿轮基准端面与轴线的垂直度符合要求。在实际操作中我们总结出,只要零件设计合理,在装配后即可保证垂直度符合要求标准。

2.2.4 检查项目:保证准确的安装中心和齿侧间隙、齿面接触精度是齿轮装配的重点。在装配完成后,我们通常使用以下方法来进行检验:齿面接触斑点检测方法:涂色法(沿齿长方向:50％～70％;沿齿高方向:55％～75％)。齿侧间隙检测方法:铅丝检验法。

2.2.5 试验:每一组齿轮装配完成后,都应进行盘动实验以保证转动的灵活且无异常响动;应进行空载和加载实验,并分别测量温升和噪音。加载测验的加载方法则根据设计要求分别进行。

2.3 轴承装配

轴承的安装方法通常使用的有:冷安装轴承、加热法安装轴承、利用液压技术安装轴承等。我们在实际操作中更多的使用的是冷安装和加热法安装这两种安装形式。

2.3.1 冷安装轴承:传统上小型和中型的轴承通常都是使用冷安装来进行的。使用这种安装方法时,安装力是由滚动体进行传递的,这就造成了轴承滚道被损坏的风险,因此我们要设计专用的安装工具来进行,以降低损伤提高轴承使用寿命。

2.3.2 加热法安装轴承。高温油浴加热轴承是通常使用的方法。然而,这一方法可能污染轴承,导致轴承过早失效。现在,感应加热法已成为最通用的轴承加热技术,因为这种技术具有高度的可控性、高效率和高安全性。

3 结语

本文中介绍的安装方法基本上都是本人在工作中积累的采煤机安装经验,本人认为:程序控制深冷箱及电磁轴承加热器的引进及应用,在很大程度上可以提高采煤机的安装质量。另外,设计合理的安装工具在装配中也是必不可少的。希望广大读者能够不断创新装配工艺,不断提高采煤机的装配质量,保证采煤机在工作状态下的机械性能。

参考文献

[1]王星亮.煤矿机械化开采[M].化学工业出版社,2008(3).

[2]史元伟,张声涛,尹世魁,等.国内外煤矿深部开采岩层控制技术[M].煤炭工业出版社,2008(9).

[3]张建民.中国地下煤火的研究与治理[M].煤炭工业出版社,2008(12).

[4]王陈春,陈晓南,杨培林.基于產品计算机辅助设计模型的装配序列自动规划[J].西安交通大学学报,2003(7).

[5]于欣.CAPP/PDM集成体系研究及其在装配型企业CAPP系统开发中的应用[D].天津工业大学,2003.

[6]杨培林,陈晓南,庞宣明.装配体中的联接关系及子装配生成方法的研究[J].西安交通大学学报,2004(11).

[7]邢彦锋,金隼,周江奇,陈关龙.基于关联图的车身零件装配序列规划[J].汽车工程,2006(2).

变频调速采煤机 篇10

关键词：采煤机,变频器,适配器,参数设置

0引言

目前, 我国大部分煤机供应商所提供的采煤机牵引变频器均采用ABB ACS800系列。ABB变频器控制方式大多是通过PLC控制中间继电器的开/闭来控制变频器的正/反向启动、加/减速, 但从变频器内部读取数据上受限, 因为ABB变频器只提供2个模拟量输出口。由于CAN总线实时性好, 可靠性高, 抗电磁干扰性好, 在众多行业内得到广泛的应用, 并很快立足于恶劣的工作环境中, 因此, 用户对该变频器的控制也越来越倾向于采用CAN通信方式实现通信和控制, 以解决模拟量输出口不足导致的显示参数限制问题。RCAN-01 CANopen 适配器模块是 ABB 变频器的一个可选设备, 它可以将变频器连接到CAN总线系统。通过该模块, 用户可以向变频器发送控制命令及从变频器实时读取状态信息等相关信息。本文介绍了该适配器参数设置方法、参数含义及通信程序编制方法, 对变频器使用和控制具有一定的借鉴意义。

1适配器功能介绍

RCAN-01 CANopen适配器模块具有以下功能[1]: (1) 向变频器发送控制命令, 如启动、停止、允许运行等。 (2) 向变频器提供电动机速度给定或转矩给定。 (3) 为变频器的 PID 控制器提供一个过程实际值或一个过程给定值。 (4) 读取变频器状态信息和实际值。 (5) 更改变频器参数值。 (6) 复位变频器故障。

2适配器参数设置

2.1 适配器拨码开关设置

适配器有3个拨码开关S1、S2、S3, 分别用来设置通信速率及节点号。由于改造后变频器长期处于潮湿的恶劣环境中, 易受电磁干扰影响, 可能会引起软件设置后的波特率参数复位后速率不匹配及死机现象。所以, 建议通过拨码开关设置通信波特率及节点号, 以解决软件复位的问题。根据控制系统统一的传输速率, 对照表1将拨码开关S1旋转到合适的位置, 以设置变频器的通信速率。

拨码开关S2、S3用来设置变频器的ID号, 设置后的ID=10×S2+S3。显然, 通过拨码开关设置的ID号为00～99之间, 如果设置的ID在100～127时, 只能将S2和S3均设置为0后, 从变频器的第51.02组参数设置。适配器ID拨码开关设置如图1所示。

2.2 其它相关参数设置

当使用CANopen通信控制方式时, 必须将变频器的98.02组参数设置为Fieldbus, 用来激活适配器。设置完毕后才能在操作键盘CDP312R上看到第51组配置CANopen通信参数。第51组参数设置如表2所示。

配置完毕第51组参数后, 变频器自动按照其内部CANopen协议程序将过程数据对象PDO1、PDO2、PDO3、PDO4发射映射区对应的变频器映射数据按照设定的循环周期不停地发送到CAN总线上, 同时也按设定的时间间隔读取CAN总线, 以便将接收到的数据写入对应的PDO1、PDO2、PDO3、PDO4接收映射区对应的变频器映射存取区。配置参数的目的是将PDO1、PDO2、PDO3、PDO4接收映射区及发射映射区及需要实时读取及接收的变频器数据建立映射关系, 同时将PDO1、PDO2、PDO3、PDO4接收映射区及发射映射区的数据字典建立映射关系。

3通信程序设计

EPEC控制器是由芬兰EPEC公司开发的一款基于长期恶劣环境如高震动、温度变化剧烈和湿度较大等条件下可靠工作, 集可编程逻辑控制器、比例放大器、模拟量输入A/D模块、继电器输出等功能于一身的高性能工程机械专用控制器。它具有CANopen和CAN2.0两个总线接口, 可与国内外很多标准CANbus总线产品进行链接。本适配器参数设置中采用的EPEC控制器是用来建立与变频器之间的通信, 发送变频器控制指令及接收来自变频器的实时数据。

(1) 控制器初始化

设置好变频器的波特率及ID号之后, 必须在控制器模块中写入CANopen初始化代码[2], 以便控制器能向变频器发送数据或接收来自其节点的数据。

编写控制器和变频器间的收发控制通信程序时, 首先假定变频器波特率为250 kbit/s, ID为2;所对应的拨码开关S1=5, S2=0, S3=2;或者将S1、S2、S3均设置在0处时, 设置参数51.02为2, 51.03为5。初始化程序如下:

初始化完毕后, EPEC控制器就可以同变频器通信, 并向变频器发送控制指令, 同时接收来自变频器内部实际值信号。

(2) 变频器启/停、加/减速控制字

通过EPEC控制器正确发送控制字来启动或停止变频器是控制变频器的关键。主控制字代表的含义详见变频器固件手册[3]。

据查对, 启动变频器命令控制字 (16进制) 为04 7f, 停止控制字为04 76, 于是, 主控器发送给变频器的第四路RPDO第一个字即可确定。

根据表2的设置, 第四路RPDO的第二个字为用来控制变频器的速度。该速度为电动机的最大决定速度, 即-20000=-100%电动机最大绝对速度, 20000=100%电动机最大绝对速度。而变频器的最大绝对速度是用户设置的, 一般根据电动机额定频率设置。该值可通过变频器的21.01、21.02组参数 (DTC控制模式下) 或者21.07、21.08组参数 (SCALE控制模式下) 设定。

4结语

在介绍采煤机ABB变频器通信参数的基础上, 阐述了变频器CAN适配器的参数设置方法, 并用实例说明了通信程序编制方法、启停控制字的编写。实际应用表明, 采用CAN通信控制方法, 数据显示量大, 并且便于调试, 具有较高的可靠性、较强的操作性和实用性。

参考文献

[1]ABB电气传动系统有限公司.RCAN-01 CANopenAdapter Module[EB/OL].[2011-04-12].http://www.abb.com.cn.

[2]上海派恩科技有限公司.SPN控制器使用手册[EB/OL].[2011-04-05].http://www.spntech.com.