久益采煤机电气部分讲义.docx
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久益采煤机电气部分讲义
久益采煤机电气部分讲义
第一章
久益6LS（HOST）采煤机
电气系统概述及电控系统的原理
第一节
电气基础
电气基础的内容非常多,这里只介绍几个与我们所使用的设备密切相关的概念
一、电的特点
电是一个非常大的概念，我们不好对其做出完整又准确的定义，我们就把它当作是一种自然现象。
但它有以下特点：
容易获得和转换；便于输送及分配；易于控制。
电能已成为现代生产的基础，被广泛应用于人们的生活和国民经济中。
电很复杂，学之不易，学好更难。
二、电路的组成
电只有形成一个闭合的回路才能发挥其作用。
电路通常是由四部分组成——电源、负载、连接导线、辅助设备。
电的两个重要概念——电位（电压）、电流，与水位、水流相似。
电路图
三、电动机的工作原理
电动机是“电家族”中最重要的一个成员，所以我们应当对其进行了解。
电动机很复杂，这里只对其如何旋转进行分析。
任何电机的工作原理都是建立在电磁感应和电磁力这个基础上的。
即通电线圈周围存在着磁场；位于磁场中的闭合线圈，在作切割磁力线运动时，会在线圈中产生感应电流；通电线圈在磁场中会受到力的作用。
对于交流电机由于磁场是旋转的，就相当于转子线圈在作切割磁力线运动。
对于直流电机由于形不成旋转磁场，在转子线圈中不会产生感应电流，所以必须给转子线圈通入电流，这就是交直流电机很大的不同之处。
异步电动机的调速公式：
n=（1-s）60f/p，s-转差率，f-频率，p-极对数。
所以有变极、变频、变转差率三种调速方式。
直流并励电机的调速公式：
n=（V-IaRa）/KEΦ，V-电源电压，Ia-电枢电流，Ra-电枢电阻，KE-电机结构常数，Φ-励磁磁通。
所以有调磁、调压两种调速方式。
第二节
6LS采煤机电气系统概述
参考《综采设备》中册P311
一、电气系统的基本构成（LongWallShearer）
久益6LS采煤机由以下一些电气部件组成：
电气控制箱、左截割电机、右截割电机、左牵引电机、右牵引电机、液压油泵电机、破碎机电机、电磁阀、遥控启动/停止开关装置、水流量/压力开关、油温/油位开关、左接收器和遥控器、右接收器和遥控器、翻页器等。
二、电控箱的总体结构
久益采煤机的电控箱，位于采煤机的中部，在两个牵引部之间。
电气控制箱的作用是配电、控制、检测与保护，其总体结构如图所示。
三、电控箱内部元件的布置（结合采煤机图片）
电控箱共有10块较大的电路板，分别是HOST板，漏电继电器板，RTD板，2CB断路器板,4个接触器板,光电耦合器板,接线端子排板。
表2
表3
表4
表5
表6
表7
表8
表9
HOST板（见图7）：
此板上主要安有1个HOST，1个DD显示单元，电源指示灯，计数器等件。
图7
漏电继电器板（见图8）：
此板上主要有GFR继电器，3EL3和4EL3，电阻，漏电继电器，小整流器等件。
图8
RTD板（见图9）：
此板上主要有RTD，各时间继电器，油温油位保护装置，部分电阻等。
图9
2CB断路器板（见图10）：
此板较小主要有1个断路器和一个电抗器。
图10
4个接触器板（见图11）：
4个接触器板基本相同，就一个接触器。
图11
光电耦合器板（见图12）：
此板上主要有3个光电耦合器，1个数据耦合器，2个本安电源，小熔断器等件。
图12
接线端子排板（见图13）：
主要有4个接线端子排（TB3-TB6），小整流器，5A和15A保险等件。
第三节
6LS采煤机电控系统原理
一、如何看图（LWS457手册）
久益采煤机的画图方法与国内是一样的，即上面或左面是主回路，用粗实线表示；下面或右面是控制回路，用细实线表示。
最大的优点是元件在电控箱内的位置与线路图上的位置是一致的。
线路图上有每一根线的来去路径。
仔细观察会发现图纸上有许多解释说明。
看图最好用倒推法。
二、先导回路分析
从图纸上看先导回路较复杂，其实如下图所示。
先导电路又叫遥控起动电路，它是工作面负荷控制中心漏电检测电路的一部分，先导电路只有一部分在煤机中。
使用时，必须把采煤机与顺槽负荷控制中心连接起来，此负荷中心必须有漏电监视和高压试验能力。
先导电路通过高压隔离开关连接。
当高压隔离开关转到“开”位置时，负荷控制中心内额定值为13V的先导电压经过拉线开关的停止采煤机接点到遥控停止/起动单元的采煤机起动按钮。
当按下起动按钮时，先导电路的电流流过1.5S延时断开打接点和二极管到地。
二极管将交流先导电流整流，负荷控制中心的接地监测电路测试这个电流，并使电缆带电。
在拖曳电缆接通动力电源以后，为了降低先导电路的持续功耗，当采煤机送电以后，在先导电路中串入降耗电阻（30欧），同时负荷控制中心一直监视电路的漏电情况。
三、漏电检测单元分析
采煤机的漏电保护系统分为两类：
无载保护电路和带载保护电路。
无载保护电路由EL3单元和EL5单元组成，带载保护电路由GFR单元组成。
1、EL3漏电保护电路：
采煤机的液压泵和牵引电机电路用由EL3继电器组成的漏电闭锁系统作漏电保护。
这个系统检查所连接的电力线，在检测到被测电力线绝缘电阻降低时，断开泵继电器电路中的继电器接点来保护机器，其内部的连接线还可以避免在拆走EL3单元时开动机器。
当给采煤机供电以后，则漏电保护单元便有15V电源输入。
EL3的1号端和2号端接15V交流电源。
EL3的5号端子经一电阻（6.8KΩ）接到三相电感器的中性点，三相电感器接主电路三相电源线。
在EL3内部有整流电路，使EL3的5号端输出15V直流电压（相对于接地端6号，实际6号端为正，5号端为负）。
如图所示。
三相电源线及电动机绕组对地的绝缘情况可用一等效电阻r表示。
因此，在各电机接触器尚未闭合时便存在EL3（6）→地→r→电感线圈→6.8kΩ→EL3（5）这样的闭合回路。
正常情况下，r的值很大，回路中的电流很小很小。
如果任一相电源线的对地绝缘电阻下降到小于12K-14KΩ，则回路中的电流增大。
该电流流过EL3内部的一个小变压器原边，该变压器的副边感应出足够能量的电压，使接于2号和3号端子间的晶体管被触发导通，漏电继电器ELR得电动作，它串入PR继电器控制回路中的常闭触点断开，使控制回路不能闭合，从而防止在有漏电的情况下电路接通电源。
2、EL5漏电保护电路：
EL5漏电保护系统用作截割电机和破碎电机电路的无载保护。
EL5漏电保护系统是一个固态集成电路模块，内含有三个独立的检测电路。
模块内部有一个振荡器，振荡器的输出使一个内部继电器保持吸合状态。
振荡器的输入端接在一个电阻分压网络上。
网络中的一个电阻是经生产厂家标定过的内部参考电阻。
另外的电阻是动力电缆线路的对地绝缘电阻。
当动力电缆线路的绝缘电阻下降到60千欧或更低时，振荡器停止振荡。
振荡器停振使内部继电器释放，内部继电器释放又使一个外部接地故障继电器得电吸合。
最终使得相关接触器不能吸合。
EL5漏电保护同样有位置闭锁功能，其接点在PR电路中。
EL5漏电保护电路插头上10个端子的功能：
1、2、3是15V电源，4和5是PR电路中的接点，6、10是检测线，7、8、9是外部继电器的电源线。
3、GFR漏电保护电路：
接地故障继电器GFR用来对以下电路进行带载保护。
液压泵、牵引电机和主变压器副绕组。
这个电路包括一个故障检测继电器，该继电器通过一个桥式整流器和两个常开的GFRR接点与主变压器副绕组中性点相连，桥式整流器在电路中是为了保证不论什么极性的接地故障都能检测到。
当系统正常时，中性点X0的电流代数和为零。
这意味着X0对地没有电压。
因此，桥式整流器上没有电压，PR继电器电路的内部接点保持接通状态。
如果发生接地故障，主变压器副边绕组X0点上的三相电流将不平衡，这就使X0点有了对地电压。
该电压使得中性点上有电流流动。
接地故障继电器会检测到这个电流，如果该电流达到90MA，继电器将动作并保持，在指示灯面板上，指示GFR动作的灯将点亮。
在泵继电器电路中，常闭内部接点将打开，不给泵PR继电器供电。
四、PR回路分析：
泵、牵引、破碎机电机温度，电控箱温度，泵、牵引漏电，GFR漏电，EL3、EL5位置闭锁，油温油位保护。
五、各接触器回路分析
泵电机回路
泵电路主要接点：
PR继电器接点，2CB辅助接点（自保）
截割电机回路
截割电路主要接点：
泵辅助接点，泵开关起动位置，水流压力继电器接点，2个延时继电器，EL5漏电接点。
破碎电机回路
破碎电路主要接点：
泵辅助接点，泵开关起动位置，水流压力继电器接点，延时继电器，EL5漏电接点，过载保护器。
六、SCR直流牵引换向分析
牵引电机由晶闸管组件供电,用晶闸管调节电机的转速和控制电机的转向。
晶闸管响应HOST单元传送来的指令，这些指令以晶闸管触发脉冲的形式出现，触发脉冲用来触发某一时刻应导通的特定的晶闸管。
晶闸管组内有十只晶闸管元件，这些元件在组件中是成对安装的，一对元件做成一个模块。
晶闸管模块安装在铝质基座上。
铝质基座用螺栓直接固定在电控箱的水冷底板上。
十只晶闸管间用母线相连。
晶闸管组件中的六只晶闸管接成三相整流桥，作为调速用，另外四只晶闸管接成无触点开关，用来控制牵引电机的转向。
整流器的工作原理如下。
晶闸管的触发顺序由HOST单元控制。
HOST单元给每只晶闸管输出一组触发信号。
HOST单元对晶闸管的相位控制进行计算，当计算出某只晶闸管的触发相位角时，适时给该只晶闸管的控制极发出触发脉冲，触发脉冲进入晶闸管控制极使得晶闸管导通，直到其上的电压降到零或变为负值。
七、HOST功能分析
HOST单元是采煤机电控系统中央控制计算机。
HOST单元是英文HydraulicOutputandSCRTriggering的缩写。
HOST是控制的核心，采用新型的单片微机结构，其全称为液压输出和可控硅触发器单元。
它的功能除控制采煤机的液压功能和牵引电动机触发电路外，还能完成遥控器解码与监测、电动机过载温控监测和系统的故障诊断以及紧急停车等。
（一）HOST单元能完成的功能范围：
1、连续数据；
2、液压控制数据；
3、牵引控制数据；
4、紧急停止数据；
5、检测遥控器选择开关：
使坏的或不使用的遥控器不能使用；
6、控制电磁阀：
顺序控制和优先控制；
7、控制晶闸管：
时间和触发顺序；
8、检测和控制电机电流：
检测和控制泵、截割和牵引电机电流，控制截割电流反馈；
9、检测和控制截割电机温度：
通过热敏电阻模块信号；
10、提供电机保护：
保护泵、截割和牵引电机，热过载保护，瞬时过载保护；
11、为图形显示提供诊断数据；
12、为机器信息重现提供更多更好数据。
（二）HOST单元的自检功能：
HOST单元在每次上电时都要进行自检。
自检时检测四个方面的功能：
硬件复位、存储器、模-数转换器和参数模块。
所有这些检测都完成后HOST单元才能允许机器工作。
如果自检时有任意一项不正常，将在图形显示屏上显示“BADHOST”。
如果HOST单元有一项自检失灵或与图形显示单元连接不良，将会显示“NODISPLAYUPDATESRECEIVED”。
具体内容见《综采设备》中册P339。
HOST各插头功能
HOST上共有四个插头和一个参数模块
插头
功能
J1
急停继电器输出，液压电磁阀控制
J2
牵引晶闸管控制以及信号提取
J3
左右截割电机RTD信号
J4
电流传感器、程序控制器、光电耦合器以及图形显示器信号
八、RTD有关内容
RTD是一种阻值随温度变化的电阻。
是电阻（Resistor）温度（temperature）检测器（detect）的缩写。
6LS采煤机只有截割电机采用RTD来监测电机的温度变体情况，送往HOST单元（J3）作为温度显示和反馈。
RTD的阻值与温度、电压的关系如下：
0度-100欧姆-0伏，125度-150欧姆-5伏，250度-200欧姆-10伏。
九、位置传感器及网络耦合器介绍《综采设备》中册P344
SIRSA（ShearerInitiatedRoofSupportAdvancesystem）是采煤机和自移支架之间的中间环节。
在左右牵引减速箱D齿轮上分别安有三个间距不同的磁头，来感应采煤机的位置和方向。
通过网络耦合器、动力电缆载波到顺槽开关并到支架控制中心，从而实现采煤机与支架联动。
十、遥控及显示器翻页介绍《综采设备》中册P357
采煤机的图形显示屏，可以显示十四个页面和一行总是显示的状态行。
十四个页面如下：
1、截割状态的一般信息；
2、左截割电机电流曲线和数据；
3、左截割电机温升曲线和数据；
4、右截割电机电流曲线和数据；
5、右截割电机温升曲线和数据；
6、牵引速度/电流条形表；
7、直流牵引电机电流曲线和数据；
8、牵引速度曲线和数据；
9、泵电机电流曲线和数据；
10、状态信息灯；
11、错误信息和状态记录查看；
12、传感器状态和复位位置；
13、记忆截割页面；
14、参数模块设定页面。
各个电流曲线页面，在2分钟内每1/4秒标绘一个点。
当标绘线到达图形显示区右边界时，图形显示区将清屏，然后又从图形显示器左边界开始标绘。
各个温度曲线页面，在25分钟内每15秒在右边出现一个新的数据。
错误信息和状态记录查看页面共可列出24种不同的事件。
左侧用星号表示该状态或故障出现的次数。
十一、整体原理图分析，从主回路到控制回路，分部分介绍。
第二章
久益7LS（JNA）采煤机
电气系统概述及电控系统的原理
第一节
7LS（JNA）采煤机电气系统概述
一、目前神东公司所使用的久益采煤机，从外型上看结构大同小异。
所有的电控箱，位于采煤机的中部，在两个牵引部之间。
电气控制箱的作用是配电、控制、检测与保护，其总体结构如图所示。
二、电控箱内部元件的布置
电控箱内电气元件的布置与线路图是相符的。
位于箱内左边的元件就画在图纸的左边，位于箱内右边的元件就画在图纸的右边，位于箱内中间的元件就画在图纸的中间，很有规律。
主要元件如下。
第二节
7LS采煤机电控系统原理
一、如何看图（LWS512手册）
7LS与6LS主线路基本相同，控制回路有很大的差别，所有输入指令全部送入JNA0与JNA1进行程序逻辑控制，并显示出当前状态。
二、先导回路分析
与6LS相同
三、漏电检测单元分析
与6LS基本相同。
四、PR回路分析《采煤机司机》上册P179与P219
PR回路要在JNA0显示器的ESRCIRCUIT菜单下查看信号逻辑线路、ESR逻辑线路、热敏开关线路。
五、各接触器回路分析《采煤机司机》上册P229
在JNA0显示器的MOTORCIRCUITS菜单下查看，主要是泵回路、截割回路、破碎回路、水流压力、热敏开关。
六、VFD交流牵引分析（P238）
在JNA0显示器的HAULAGESTATUS菜单下查看。
七、JNA功能分析（P197）
7LS采煤机电气系统的核心是一个叫JNA的计算机系统。
JNA是英文JoyNetworkArchitecture的缩写，是久益网络体系的意思。
八、RTD有关内容
7LS的RTD与此有关6LS的RTD稍有不同
-25度-90欧姆—1.1伏，250度-200欧姆-10伏。
九、位置传感器及网络耦合器介绍
与6LS相同。
十、遥控及显示器翻页介绍P124与P202
第三节
7LS采煤机电路图分析
（参照LWS-512手册图纸）
1、从主回路到控制回路，找到每一个电气元件在图纸上的位置。
2、观看7LS采煤机图片。
第三章
久益7LS（JNA）采煤机
JNA系统内容介绍
第一节
JNA系统概述
《采煤机司机》上册P197
一、什么叫JNA系统？
组成单元有哪些？
JNA是久益7LS采煤机电气系统的核心，JNA是英文JoyNetworkArchitecture的缩写,是久益网络体系的意思。
JNA通过程序动作的电磁阀控制着采煤机液压系统的各个功能，通过控制变频驱动系统给牵引电机提供最适宜的交流电压与频率。
JNA还通过各种不同的RTD装置和电流传感器来检测所有电机的运行状况。
JNA控制系统由三个单元组成，即JNA0、JNA1、JNA3。
它们是用来监测、控制各种机器功能，包含实现遥控操作所必需的开关线路。
JNA0和JNA1箱内和安装有6个组件，其中一个是电源组件。
这些组件是自成体系的可插入件，包含一个微处理器和其他电路来完成某项功能。
组件的具体功能由机器应用程序（MAP）盒里的软件决定。
程序盒插在JNA0背后。
二、各JNA单元的功能介绍。
JNA功能
JNA0单元上共有13个插头，JNA1单元上共有16个插头
JNA单元
插头
功能
JNA0
J1
遥控选择开关及左遥控信号
J2
内外翻页器信号
J3
遥控选择开关及右遥控信号
J4
急停继电器ESR
J5
不用
J6
电源
J7
左右截割升降电磁阀
J8
不用
J9
破碎升降电磁阀
J10
不用
J11
2CB、油温油位、水流压力及各热敏开关信号
J12
各操作开关及GFR漏电保护信号
J13
与JNA1的J16连接，进行两单元间的通信
JNA1
JNA1
J1
电源
J2
四个电机电流传感器检测信号、破碎电流传感器信号、电源模块及左右牵引电机RTD信号
J3
截割角度/倾斜信号、牵引变压器RTD信号
J4
不用
J5
左截割电流、RTD信号，左变频器RTD信号
J6
右截割电流、RTD信号，右变频器RTD信号，油泵电机电流信号
J7
不用
J8
左复位传感器信号
J9
右位置传感器信号
J10
左位置传感器信号
J11
左右变频器控制信号
J12
不用
J13
网络隔离模块信号
J14
不用
J15
各电机接触器线圈、GFR、各电机电流传感器检测信号电源、左右变频器控制信号
J16
与JNA0的J13连接，进行两单元间的通信
总体来说,JNA作为采煤机的控制中心,能执行下列功能：
1、按顺序控制或按优先次序控制液压系统的电磁阀；
2、控制逆变器模块从而控制采煤机的牵引速度；
3、控制和监测液压泵电机、破碎机电机、截割电机和牵引电机共6个电机的电流，控制截割电机的反馈；
4、通过温度检测器RTD提供的数据来实现控制和监测截割电机的温度、监测牵引电机的温度、三相整流器公用电源模块的温度、逆变器IN1和IN2的温度和牵引变压器温度；
5、监测遥控器的下列状态：
1）连续的数据传输；
2）液压控制数据；
3）牵引控制数据；
4）紧急状况停止信号。
6、监测遥控器选择开关，将有故障的或不需要的遥控器关闭，退出运行；
7、对液压泵电机、破碎机电机、截割电机和牵引电机共6个电机提供如下保护：
1）防止热过载；
2）防止阻塞过载；
3）防止电机相位的不平衡。
8、调整采煤机的有关参数；
9、提供故障诊断数据到JNA的显示屏；
10、提供记录数据的日志功能，以方便对机器的检查。
三、如何更换参数模块MAP？
在每次更换JNA单元或更新机器软件的时候，JNA系统原有的程序软件必须被清空。
只有清空了JNA存储器里的旧程序，才能接受新的程序。
采煤机清空旧程序、安装新程序的步骤如下：
1、关掉采煤机的电源；
2、从JNA0上取下MAP盒；
3、把“清空程序盒”插入到JNA0；
4、作为预防措施，让一人到采煤机的前级电源即顺槽开关处看守开关，防止有人关断采煤机的电源；
5、重新给采煤机送电；
6、等到JNA显示屏的中央出现JOY公司的标志；
7、当屏幕变成空白后或在屏幕上椭圆中出现“UninitialisedDisplay”（未初始化）字样后，再至少等候10分钟，然后停电；
8、插入新的MAP盒；
9、接通采煤电源；注意，显示屏会显示“Initialisingnewunit-waitforthenumberintheupperlefthandcornertocounttozero,thenresetthepower.”（正在初始化新单元，等待左上角的数字计到零，电源复位。
）如果计数器停在7和4之间，电源复位。
出现这种情况是因为JNA存储器不足。
10、在电源复位后，选择参数菜单；
11、选择输入密码；
12、输入正确的密码；
13、选择JNA系统菜单；
14、把“theparsinitialized”（初始化的组件）从1改为0；
15、关断采煤机电源；
16、重新给采煤机送电源。
第二节
JNA系统显示的内容
一、如何看JNA系统的显示屏？
JNA系统所有菜单和子菜单屏幕，以及大部分诊断屏幕都具有相同的屏幕基本格式。
屏幕可分为6个分区。
如下：
1、状态行（StatuaLine）
状态行在每个屏幕的顶端，字体较大。
状态行的功能是实时显示机器上发生的事件。
2、页标志（Identification）
页标志标明现在被显示的JNA系统一页屏幕的名称。
3、帮助框（HelpBox）
帮助框里的信息协助司机操作JNA控制系统。
4、输入控制框（InputControlBox）
输入控制框列出输入控制的硬键和软键。
5、日期行（DateLine）
日期行显示当前系统的日期和时间。
6、菜单框（MenuBox）
菜单框里是可以访问的屏幕列表。
二、主菜单有哪些内容？
JNA控制系统的主菜单，是最顶层的一个屏幕，从这儿可以访问到其他屏幕。
主菜单共有14项内容。
1、快速查阅；
2、急停继电器ESR电路；
3、遥控器状态；
4、开关；
5、电机电路；
6、牵引电机状态；
7、液压状态；
8、事件记录；
9、过载；
10、自动速度区；
11、仪表；
12、参数；
13、自动控制；
14、厂家及用户信息。
三、详细介绍各主菜单及子菜单的内容。
1、快速查阅：
1）综合状态；
2）截割状态；
3）外部连接状态；
4）网络连接状态。
2、急停继电器ESR电路：
1）数据丢失逻辑；
2）ESR逻辑；
3）热敏开关。
3、遥控器状态：
1）左遥控器按钮；
2）右遥控器按钮。
4、开关：
机器的所有开关
5、电机电路：
1）液压泵逻辑；
2）左截割电机逻辑；
3）右截割电机逻辑；
4）破碎机逻辑；
5）水流和水压；
6）热敏开关。
6、牵引电机状态：
1）VFD状态；
2）VFD表；
3）转速表；
4）左牵引通讯；
5）右牵引通讯；
6）牵引电机的电流和电压；
7）动态电流限制；
8）截割反馈。
7、液压状态：
液压状态屏幕显示液压系统的相关信息。
在状态框里每个项目旁边有两个灯（小方块），标有Pvolts字样是电源电压灯，灯亮表示液压系统电磁阀上有24V电源。
标有Command字样是指令灯，灯亮表示遥控器发出运行该液压功能的指令，并且被JNA正确识别。
8、事件记录：
事件记录屏幕报告JNA系统检测到的状态和错误事件。
日志可以记录3000个事件。
它们包括以时间顺序排列的错误、过载情况和状态事件。
事件发生的日期、时间、受影响的元件和事件类型都显示在一
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