1、摘要本设计以“连续采煤机电气控制系统”为选题背景，以美国久益（JOY）公司的12CM15型连续采煤机为例，对原有的连采机截割部电气控制系统进行改进，详细分析和设计了采用传感器对连采机各种参数进行采集，并通过PLC、触摸屏和组态软件对连采机进行检测和控制的基本原理和方法。通过传感器和保护元件对连采机的温度参数等各种参数的采集以及对连采机截割部电动机进行过载保护，结合通信技术，将信号以模拟量或开关量的形式传送至PLC，PLC通过对信号的处理，逻辑分析来对连采机进行启动、停止和故障处理，并通过现场的触摸屏和远程的上位机组态软件对连采机进行监控，以保证连采机的安全、稳定运行。本设计主要设计连续采煤机截
2、割部电气控制系统。关键词：连续采煤机；截割部；电气控制IAbstract The design of continuous miner electrical control system for the background, to the United States Joy (JOY) Company 12CM15 type continuous miner, for example, even the original mining machine cutting unit electrical control system improvements , detailed analysis
3、 and design of the basic principles and methods of using sensors Continuous Mining machine parameters for the collection, and by PLC, touch screen and even the mining machine configuration software to detect and control. Through sensors and protection elements of the various parameters of mining mac
4、hine parameters such as temperature acquisition and for Continuous Mining Machine cutting unit motor overload protection, combined with communications technology, the signal sent to the PLC in analog or digital form of, PLC through the signal processing, logic analysis of mining machines even start,
5、 stop, and troubleshooting, and through on-site and remote touch-screen PC configuration software to monitor even the mining machine, mining machine connected to ensure safety, stability run. The design of the main design of a continuous miner cutting unit electrical control systemKey words：Continuo
6、us miner; cutting unit; electrical control1目录1 绪论12 连续采煤机设备介绍42.1连续采煤机的基本组成42.2连续采煤机工作原理62.3连续采煤机截割部阻力计算73 连续采煤机电气设备概述93.1连续采煤机电气控制系统简介93.2 电动机选型及其特性123.2.1电动机选型123.2.2异步电动机固有机械特性123.3.3电动机的固有启动特性143.2.4电动机变频调速机械特性153.2.5三相异步电动机的制动特性163.3 变频器选型设计184 PLC硬件选型224.1 S7-200系列PLC性能简介224.2 PLC各组成部分及作用234.3
7、可编程序控制器的工作原理244.4 PLC中央处理模块的选型设计274.4.1 PLC的CPU模块选择274.4.2 扩展模块的选择295 PLC软件程序设计316 保护电路设计376.1截割电机热保护设计376.2截割电机过载保护设计386.3 恒功率自动控制保护设计397 结论41致谢42参考文献43附录A44附录B541 绪论连续采煤机起源于美国，从1949年美国利诺斯公司研制成功第一台连续采煤机以来，已经历了半个世纪的发展历程。到现在，连续采煤机已日臻完善，其采掘工艺走向成熟，不仅美国，而且世界许多国家，在房柱式采煤、回收边角煤以及长臂开采的煤巷快速掘进中得到了广泛的应用，在单产、单进
8、作业过程中创出了前所未有的水平，效益十分可观，为采煤界所公认。这套技术装备，在60年代之前，主要用于房式或房柱式采煤，到60年代之后，美国推广应用于长臂采煤的准备巷道快速掘进中，现在在许多国家中使用，发展很快，取得了显著地经济效益。它的发展演变过程，按落煤机构划分，大体经历了以下三个阶段：第一阶段，40年代，以利诺斯公司CM28H型和久益公司的3JCM及6CM型为代表的截链式连续采煤机，主要用于开采煤炭、钾碱、铝土、硼砂、页岩及永冻土等；缺点是结构较复杂、装煤效果差、生产能力不高。第二阶段，50年代，以久益公司的8CM型为代表的摆动式截割头连续采煤机，其优点是生产能力高，装煤效果好；缺点是震动
9、大，维护费用高。第三阶段，60年代至今，是滚筒式连续采煤机高速发展，且日趋成熟的阶段。60年代末，久益公司生产出10CM、11CM系列的连续采煤机，它是现代这种机型的雏形，到70年代末，在11CM型基础上又生产出12CM系列连续采煤机。经过对12CM系列连续采煤机的不断改进、完善和提高，生产出适用于开采中硬煤的12CM12-10B、12CM18-10D和B型机，以及适用于特别坚硬煤层的12HM31C型和B型机。美国是使用台数最多、使用成效最好的国家。井工采煤产量的50%是靠连续采煤机生产的.长臂工作面的采区巷道、工作面平巷全由连续采煤机掘进。美国连续采煤机掘进平均班进尺60m，日产煤2000t
10、，并有许多高产工作面，日进达百米，月产煤超10万t。英国长期以来，井工开采一直以长臂为主，掘进巷道主要靠悬臂式掘进机，但自80年代后期到现在，使用连续采煤机取得了良好的效果。目前，英国最大的RJBudg公司拥有连续采煤机80多台，使用连续采煤机掘进进尺占总进尺的65%。使用连续采煤机掘进已成为英国煤巷掘进的主要方法之一，是英国煤炭工业近几十年来技术变革的一个重要方面。德国使用连续采煤机在海底煤层开采已有40年的历史，而且效益最好，曾有5个回采工作面，保持年产量200万t。在南非井工煤产量的90%是用连续采煤机房柱式生产的，但南非的煤质特别坚硬，截齿消耗量一般为万吨125个，相当于每个截齿只能生
11、产80t煤。据95年不完全统计，目前，世界上使用的连续采煤机约有2100余台套，其中美国有1600台套，南非有220台套，澳大利亚有190台套，英国有90台套。1976年我国开始引进连续采煤机，到现在为止，大体上可分为两个阶段。第一阶段：80年代，引进单机为主，共引进32台，使用较好的是大同矿务局大斗沟矿。1983年，在巷道断面15m平巷掘进中使用12CM11和12CM14型连续采煤机，最高月产原煤3.5万t，年产30万t，年进尺近万米，平均日进尺30m。目前，这批设备由于多数不配套，掘进巷道断面偏小，备件供应困难，维护管理技术跟不上等原因，基本上在生产中已不使用了。第二阶段：90年代，以 配
12、套引进为主。黄陵矿区和神东公司先后配套引进27台套，由于房柱式开采和长臂工作面煤巷掘进，取得了优异的技术经济指标。据神东公司的统计，使用它比使用悬臂式掘进机每米成巷成本低160元。大柳塔煤矿采用1台连续采煤机、1台锚杆钻机、2台运煤车：双巷掘进，于2000年6月掘进断面为18.9m（5.4m3.5m）的煤巷，月进尺达2843.5m，共产原煤，工作效率达2.93m/工；65.1/工。范各庄煤矿使用AM50型悬臂式掘进机，曾创造月进1153.5m的好成绩，折算标准巷道断面进尺1762m,产煤量23948t，但全员工效仅为0.255m/工，合2.6t/工。不难看出，悬臂式掘进机的工效是无法与连续采煤
13、机相比的。但是，连续采煤机一般只适用于煤巷的矩形断面掘进，而悬臂式掘进机不仅可在煤巷中掘进，而且还在普氏系数f=68级半煤岩巷中掘进矩形、梯形、拱形等断面。据不完全统计，美国、英国、南非等国，不论在房柱式采煤还是长臂采煤巷掘进中，连续采煤机都具有很好的经济效益和社会效益，而它的缺点是初期投资费用比悬臂式掘进机大，仅限于煤巷中使用。 随着国民经济的快速发展，工业生产和人民生活对煤炭的需求依然有增无减。煤炭在我国一次能源生产和消费构成中的比例一直在70%左右，这种以煤为主的能源生产和消费格局在未来相当长的时期内不会改变。作为一个煤炭生产和消耗的大国，煤炭企业应注重生产过程的效率和安全，为此，煤炭工
14、业自动化是当前迫切需要解决的问题。2 连续采煤机设备介绍2.1连续采煤机的基本组成连续采煤机通由截割机构、装运机构、行走机构、液压系统、电气系统、冷却喷雾除尘装置以及安全保护装置等组成。美国生产的连续采煤机适用于薄、中厚及厚煤层，其截割高度一般在0.83.9m，最大截高可达6m。不同截高的连续采煤机的结构虽有区别，但其结构的基本特点是一致的。（1） 多电机驱动，模块化布置。连续采煤机都采用多电机分别驱动截割、装运、行走、冷却喷雾除尘及液压系统等，简化了传动系统，电动机多达68台。在总体布置上将各机构的电动机、减速器及其控制装置全部安设在机架外侧，便于维修检修。设计上将工作机构及其驱动系统分开，
15、构成简单独立的模块式组合件，便于拆运、安装、维护和故障处理，从而达到缩短停机时间，减少维护的目的，这也有利于采煤机实现自动监控和故障诊断，提高运行的可靠性。（2） 横轴式滚筒，强力截割机构。连续采煤机一般采用横轴式滚筒截割机构，滚筒宽度大、截割煤体面积宽，落煤能力强，生产能力大，这是区别于一般纵轴式部分断面掘进机的主要特点。连续采煤机的截割滚筒上，装有按螺旋线布置的齿座和锥形截齿，左右截割滚筒分别由2台交流电机经各自的减速器减速后同步驱动。电动机、减速器和截割滚筒安装在截割臂上，截割臂则铰接在采煤机机架上并由2个升降液压缸驱动实现上、下摆动，滚筒截割落煤。截割机构性能的好坏直接影响连续采煤机的生产能力以及采掘速度和效率。近年来，由于煤矿集中化生产的发展以及高效高产矿井的出现，对连续采煤机的性能不断提出新的要求，连续采煤机的装机总功率已增长到690kW，一般也在300500kW。装机总功率的增长中，以截割电动机容量的增长最快，已从过去占总装机总容量的30%增至60%，普遍已达300kW左右。当前，新型的连续采煤机已具备截割坚硬煤层，包括天然碱和钾碱的能力。连续采煤机向提高截割效率、增大截割能力的强力截割方向发展。1. 右截割滚筒 2.截割链 3.悬臂筒形轮毂 4.截割臂 5.截割链张紧装置6.左截割滚筒 7.截割电动机 8.扭矩轴
