1、本科毕业论文（20 届）采煤机电气控制系统设计DESIGN OF ELECTRICAL CONTROL SYSTEM OF SHEARER所在学院 专业班级 矿山机电 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I毕业设计（论文）共 83 页（其中：外文文献及译文 28 页）图纸共 2 张摘要煤炭是目前乃至未来相当长的一段时间内我国的主要能源，也是重要的生产原料。占我国可燃矿产资源可采储量的 90%以上，在我国目前的能源消费中占 70%以上。一直以来，我国的燃料结构长期以直接烧煤为主，燃料煤的耗用量占我国原煤产量的 84%左右。在能源结构中约占 58.8%。由于我国的燃烧技术滞后，大部分
2、都是直接燃烧原煤，对燃料煤质量无统一标准。因而，燃烧效率低，污染严重，不但浪费煤矿，而且经济效益差。采煤机是主要机械之一，提高设备效能，对于保证矿山生产的发展方向，人身和设备安全，提高经济效益，都具有深远影响。本文针对采煤机电气控制系统中存在的有关问题，把可编程序控制器，变频调速技术等应用到采煤机电气控制系统中。通过电机和变频器的选定，再通过 PLC 进行编程，实现对采煤机的控制。本文采用西门子系列的 PLC对采煤机电气控制系统进行编程，编写梯形图，再采用 STEP 7-Mircro/WIN 32 编程软件实现对编完的 PLC 进行监测等过程。采用 PLC 后，克服了原继电器系统的不足，系统安
3、全可靠，性价比提高，且控制程序可根据需要修改，对提高控制技术水平具有广阔的应用前景。关键词：采煤机；自动化控制；PLC；电气控制IIAbstractCoal 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 ene
4、rgy consumption accounts for more 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 comb
5、ustion of coal, fuel coal quality 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 performa
6、nce, to ensure the development direction 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
7、 Shearer Electrical Control System. 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
8、to the PLC End programmed to monitor 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: coa
9、l mining machine; automatic control; PLC;Electrical control目录1 绪论 .11.1 电牵引采煤机国内外发展及特点 .11.1.1 电牵引采煤机国外发展状况 .11.1.2 电牵引采煤机国内发展状况 .11.2 研究背景和意义 .21.3 本设计主要设计内容 .32 采煤机介绍 .42.1 采煤机主要结构 .42.1.1 采煤机截割部 .42.1.2 采煤机牵引部 .52.1.3 采煤机电气部分 .52.1.4 采煤机辅助装置 .52.2 采煤机工作原理 .62.3 采煤机电机选型 .62.3.1 截割电机选型 .72.3.2 牵引电机
10、选型 .72.3.3 泵电机选型 .72.4 采煤机控制系统特殊要求 .83 采煤机电气控制系统总体设计方案 .93.1 控制系统总体方案设计 .93.2 监测系统硬件设计 .93.2.1 温度传感器的选择与应用 .103.2.2 压力与流量传感器的选择与应用 .113.2.3 瓦斯传感器的选择与应用 .133.2.4 电压传感器的选择与应用 .143.2.5 电动机振动传感器的选择与应用 .163.2.6 电动机电压、电流检测系统设计 .173.2.7 电动机过载保护 .183.3 PLC 中央处理模块的选型设计 .213.3.1 PLC 的 CPU 模块选择 .214.2.2 扩展模块的选
11、择 .253.4 PLC 控制系统接线设计 .263.4.1 按 键 和 PLC 接 线 设 计 .263.4.2 传 感 器 和 PLC 接 线 设 计 .273.4.3 继 电 器 接 触 器 和 PLC 接 线 设 计 .283.5 采煤机电控系统主接线图设计 .283.5.1 截割电机接线图 .293.5.2 泵电机接线图 .303.5.3 牵引电机接线图 .303.5.4 变频器选型 .313.6 电源选型 .324 软件系统设计 .354.1 软件介绍 .354.1.1 新建 .354.1.2 编辑程序 .354.1.3 输入编程元件 .364.2 牵引电动机启动停止控制 .374
12、.3 牵引电动机正反转控制 .384.4 牵引电动机 Y降压启动 .395 技术经济分析 .416 结论 .42致 谢 .43参考文献 .44附录 A 采煤机电气控制系统主接线图设计 .45附录 B 采煤机电气控制系统控制原理图 .47附录 C 译文 .48附录 D 外文文献 .63辽宁工程技术大学毕业设计（论文）11 绪论1.1 电牵引采煤机国内外发展及特点电牵引采煤机是采煤机在机械与电子信息融合方面的一个典型应用，电牵引采煤机是采用电动机直接驱动采煤机的牵引机构，使电牵引采煤机能够在刮板运输机上按照采煤的工艺要求自行变速行进。1.1.1 电牵引采煤机国外发展现状现如今，国外较为先进的采煤机
13、电器控制系统有德国 Eickhoff 的 IPC 控制系统，该公司在 1976 年研发直流电牵引采煤机，并且大体上终止了液压牵引采煤机的研制。20 世纪 90 年代研发的 SL 系列横向布置交流电牵引采煤机，把截割电机布置在摇臂内部。该采煤机控制系统具备设备状态监控以及故障预报、交互式人机直接对话、在线控制、数据传输等性能。美国 JOY 公司在 20 世纪70 年代研发 1LS 多电机横向布置直流电牵引采煤机。该采煤机具备故障诊断图形显示与储存、无线电控制、人机通讯界面、牵引控制和保护等性能。英国LONG-AIRDOX 公司在 1984 年成功研发出首台在摇臂上布置截割电机的多电机横向布置的
14、ELECTRA55V 型直流电牵引采煤机，而后又研制出很大功率的直流电牵引采煤机。该系列机型上装置的 Impact 集成保护及监控系统具备机器监控、负荷控制、采煤机自动走位、区域控制、自动调高、智能化安全联锁、随机故障诊断和数据传输等性能。日本三井三池公司在 1987 年研发出多种截割电机纵向布置的 MCLE-DR 系列交流电牵引采煤机。这些系统完成了采煤机的牵引系统控制，司机操作控制，关键系统的故障自诊断和保护。这些优秀的系统不仅可以提高生产效率而且可减少维护工作量，对生产流程的变更提供了可能。1.1.2 电牵引采煤机国内发展现状我国从 80 年代后期开始研制交流电牵引采煤机，借鉴国外先进的
15、采煤机技术，通过二次开发实现采煤机的研发。1991 年煤炭科学总院上海分院与波兰合作，研发出我国首台利用交流变频调速技术的薄煤层爬底板采煤机，随后研发出截割电机纵向布置的交流电牵引采煤机、适用于中厚煤层和较薄煤层的截割电机横向布置的交流电牵引采煤机。研发出全中文界面的 PLC 控制系统可以与各种机型相匹配，实现无线遥控、端头站控制、电控箱面板控制和变频器箱面隋然：采煤机电气控制系统设计2板直接控制，电机温度检测和热保护，功率检测、恒功率控制和过载保护。太原矿山机械厂与上海分院合作，在 AM500 液压牵引采煤机现在有技术基础上改造成 MG375/830-WD 型交流电牵引采煤机。不久后研发出
16、MGTY400/900-3.3D 型和 MG750/1800-3.3D 型及交流变频调速链轨式电牵引采煤机。到 2000 年为止国内使用的采煤机以液压牵引为主，技术限制明显，很难满足煤矿高产高效生产要求，因此电牵引采煤机已经成为发展的必要要求。刚开始国产采煤机控制系统经历了继电器、中小规模集成控制等时期。上世纪 90 年代研发出以单片机和PLC 为主要部件的采煤机操作控制系统。煤科院上海分院采煤机械研究所在 90年代末期研制出以 PLC 为主要控制部件的采煤机控制系统。2000 年太原矿山机械厂研发了以 8051 单片机为主要控制部件的煤机控制系统。2002 年中国矿业大学为太原矿山机械厂开发
17、了以嵌入式单板计算机为核心的采煤机监控及故障诊断系统，此系统利用 i586 商业单板机，windows 操作系统环境，监控及故障诊断软件利用标准 C+开发。2004 年鸡西煤机厂开发的以嵌入式一体化工控机为主要部件，外配基于 485 总显得 IO 模块的工控机控制系统。目前国内经常使用的是以 PLC 和单片机集中控制系统。考虑到 PLC 不防爆，抗振动冲击能力较弱，在煤矿井下适应性弱。功能强的 PLC 又往往在结构上因为其通用性不够紧凑。目前的单片机集中控制系统，受单片机性能和芯片资源的限制，实现的功能非常简单，难以胜任现代化采煤机日益复杂和高级的控制要求。现阶段我国采煤机主要研制方向有：1）进一步完善、升华交流变频调速牵引系统的安全可靠性；2）研发可靠地危机电气控制系统；3）增强电控系统的监控能力；4）研发四象限运行的矿用交流变频调速装置；5）研发装机功率大、采高大的采煤机以提高煤炭产量和回采率：6）增加采煤机开机率和可靠性的研究。1.2 研究背景和意义采煤机是煤炭机械化生产中最要设备，其能否稳定运行对煤炭生产有着重大影响。研究采煤机电气系统有助于提高煤炭资源利用率；有助于提高工作面的生产效率；提高工作面自动化程度；提高采煤工作的劳动安全性；降低劳动
