高端采煤機電控系統分析

趙光瑞，楊金樓，劉浩明

(國能神東煤炭集團有限責任公司，陜西 神木 719315)

0 引言

采煤機電控系統的保護、電氣備件選型、技術資料等，對采煤機的性能、使用維護等至關重要。本文對進口和國產采煤機的保護功能、硬件選型和布局等方面進行了分析對比，希望能對國產高端、高性能的采煤機設計起到拋磚引玉的作用。

1 采煤機電控系統介紹

1.1 電控系統保護功能

久益和艾柯夫采煤機電控系統有比較齊全的保護功能，但設備遠程控制對第三方不開放，國產電控保護較進口保護功能主要在遙控器信號、電機啟動設置、參數設置等方面存在差異，詳細對比見表1。

表1 進口采煤機保護功能對比

1.2 電氣備件

久益采煤機電氣備件多為定制，其備件集成化高且設計運行狀態指示燈。如智能互感器，集成電機的保護和控制，且設計有運行指示燈，集成化高、體積小，所有信號通過1條Interbus總線傳輸給中央控制器，便于設備現場檢修維護。艾柯夫采煤機多使用標準型號電氣備件，集成化低占用空間多，布局復雜不便于現場檢修維護。

久益和艾柯夫采煤機的主控器程序均存儲在可拆裝的存儲介質內，將程序與硬件分離設計實現相同硬件在不同設備使用時完全互換，大大簡化了控制器程序更新。既減少工程師現場服務頻次又降低了客戶的庫存儲備。

采煤機電控系統硬件選型時應根據實際情況做部分定制(如電機控制與保護模塊、傳感器信號采集模塊、漏電保護模塊可進行定制)，既可以提高集成化又有利于故障診斷。主控器、顯示計算機選型在滿足震動、工作溫度的前提下，應選擇能使用U盤、CF卡、CFast卡等存儲介質更新程序的硬件，從而簡化設備的現場維護和客戶的庫存儲備。

1.3 控制束線

久益和艾柯夫采煤機均采用提前設計加工好的成型電纜束線，久益采煤機功能模塊之間用快速插頭和端子排連接，艾柯夫采煤機功能模塊之間全部使用快速插頭連接。大量使用快速插頭，現場接線快速、簡單但出現故障排查難度較大。使用接線端子排，便于故障排查，但故障率高。

國內采煤機主機廠家的控制線均在電控箱安裝時現場制作，現場施工難度、工藝控制難度大，接線工藝較進口設備差距較大，且設備在運行過程中故障流程較高。使用成型束線設計難度大，但質量控制難度低，施工工藝、可靠性和現場安裝效率均可大幅提升，建議推廣成型束線的應用。

1.4 遙控器

久益和艾柯夫采煤機的遙控器均采用雙向兩種遙控器，遙控器設計顯示屏，可查看采煤機速度、采高、電流等參數，同時遙控器設計了加速度傳感器，當遙控器出現自由落體運行時設備停機保護。設備上電后，遙控器需與采煤機做匹配設置，匹配成功后只能控制相應的設備，采煤機可選擇使用2個或1個遙控器控制采煤機，設備運行過程中遙控器數據丟失，采煤機即停機保護。

建議采煤機遙控器設計增加顯示屏，便于采煤機司機隨時查看設備運行速度、采高、電流等參數及故障信息，同時增加加速度傳感器，當遙控器掉落時設備停機保護。

1.5 變頻器

久益和艾柯夫采煤機變頻器更換各自機型后，無需做任何參數設置，安裝后即可使用，便于現場使用與維護，且新版變頻器可完全兼容舊版變頻器。

國產采煤機多使用ABB變頻器，在使用過程中需做功率、電流、主從設計、電機辨識等設置和操作，對于現場操作工人來說操作難度極大。生產過程中頻繁出現更換變頻器后，現場工人不會操作變頻器主/從參數設置，而導致設備異常停產，必須生產廠家服務人員入井設計，使生產廠家現場服務次數增加。

通過多方交流與研究發現，變頻器的參數、主從設計等均可使用技術手段解決，如主從設置可使用變頻器通訊卡的輸入接口實現定義，ACS880變頻器的參數支持第三方控制器輸入。建議各主機廠家加大對變頻器的研發力量，簡化變頻器的應用。

2 相關技術資料

久益和艾柯夫采煤機的電氣系統均有詳細的電氣原理圖、接線圖、纜線制作圖、三維布局和設備操作說明書，以久益采煤機為例，其僅顯示計算機的屏幕介紹就接近100頁，而國內部分采煤機的所有操作說明加起來都沒有100頁。

設備的可靠性固然重要，但設備的操作說明、電氣原理圖、接線圖、安裝圖直接影響到現場工作對設備的操作與維護，完整、詳細的技術資料可有效地提升客戶對設備的維護水平，延長設備的使用功能壽命，同時也減少廠家的現場服務。

3 國產高端、高性能采煤機設計方向

高端、高性能采煤機應能滿足高產高效的千萬噸級礦井，設備設計、制造與全球領先的采掘設備對標，采掘性能做到持平甚至超越。高端、高性能采煤機應做到以下幾點。

設備性能高端：采煤機采掘性能按照千萬噸級礦井需求設計，以采高4.5 m左右采煤機為例，采煤機截深應達到850 mm，最大牽引力速度最小應達到12 m/min甚至更高。

設備保護齊全：應有過流、漏電、過載保護；應有瓦斯超限、啟動預警、遙控器墜落停機、遙控器配對識別、運輸機閉鎖、急停拉線開關、急停繼電器、開關機械閉鎖等保護，詳見1.1電控系統保護功能。

設備運行穩定：光有高端的性能、齊全的保護并不能滿足使用要求，高端、高性能的采煤機還需要有穩定的性能。抗震、耐高溫的硬件選型；合理、齊全的保護邏輯及參數；合理的布局；控制線的選型、布局；施工工藝的要求等等。從硬件的選型、安裝到程序的編寫都與設備的穩定性關系密切。

設備智能化高：高端高性能的采煤機還需有超高的智能化水平，煤層界面探測、設備可靠性分析、油樣在線監測、震動檢測、慣導系統應用、可視化開采、視覺識別、自動化操作等先進技術的應用。

4 結語

2019年9月，由神東煤炭集團和西安煤礦機械有限公司合作開發的MG1100/3030-GWD 8.8 m超大采高采煤機在神東上灣煤礦投入試用，投產以來單日單產最高達6.02萬t，回采1 965萬t，推進5 272 m，未更換部件，創造了原煤生產的新紀錄，設備的采掘性能、穩定性、可靠性與進口采煤機相差無幾。這標志著國產高端、高性能采煤機自主研發創新又向前邁了一步。

采煤機電控系統的硬件選型、內部布局、安裝方式、保護功能、人機界面等與采煤機的采掘性能、運行的穩定性、維護量等息息相關，通過對國內外采煤機電控系統特點的分析對比，以期為國產高端、高性能采煤機設計起到借鑒作用。