CN102508441B - 一种煤矿综掘工作面多回路综合控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿综掘工作面多回路综合控制装置，包括防爆外壳，其特征是：所述防爆外壳包括隔离开关腔和主控制腔，所述隔离开关腔内设置有一组隔离开关，所述每个隔离开关连接一组驱动器单元，所述的所有驱动器单元设置于所述主控制腔内，所述每个驱动器单元都连接保护卡单元，所述保护卡单元连接保护卡供电单元，所述保护卡单元连接PLC控制器，所述PLC控制器连接键盘和液晶显示屏。本发明能够同时完成对综掘机、胶带输送机、绞车不同供电电压设备的集中综合控制，解决了目前井下的综掘工作面控制方式存在着接线烦琐、搬迁困难等许多缺点。

Description

一种煤矿综掘工作面多回路综合控制装置

技术领域

本发明涉及煤矿综掘工作面控制领域，具体地讲，涉及一种煤矿综掘工作面多回路综合控制装置。 

背景技术

    现有井下的综掘工作面设备都是用单台的磁力起动器来控制，经过多年的使用证明，这种控制方式存在着接线烦琐、搬迁困难等许多缺点，这种局面大大制约着我国高产高效综合机械化掘进工作面的普及，不能适应高效快掘的需要。此为现有技术的不足之处。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种煤矿综掘工作面多回路综合控制装置，提高了煤矿电气控制的技术水平，具有较高经济价值。 

本发明采用如下技术方案实现发明目的： 

一种煤矿综掘工作面多回路综合控制装置，包括防爆外壳，其特征是：所述防爆外壳包括隔离开关腔和主控制腔，所述隔离开关腔内设置有一组隔离开关，所述每个隔离开关连接一组驱动器单元，所述的所有驱动器单元设置于所述主控制腔内，所述每个驱动器单元都连接保护卡单元，所述保护卡单元连接保护卡供电单元，所述保护卡单元连接PLC控制器，所述PLC控制器连接键盘和液晶显示屏；所述隔离开关为4个，分别为隔离开关QS1、QS2、QS3、QS4，所述驱动器单元包括10个驱动器单元KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、KM9、KM10，所述驱动器单元还包括反向驱动器单元KM5’、KM8’，所述隔离开关QS1连接驱动器单元KM1、KM2, 所述隔离开关QS2连接驱动器单元KM3、KM4、KM5、KM5’, 所述隔离开关QS3连接驱动器单元KM6、KM7、KM8、KM8’, 所述隔离开关QS4连接驱动器单元KM9、KM10，所述保护卡单元包括保护卡B1-B10；

所述驱动器单元KM1包括主回路、保护电路和控制回路，所述主回路上设置有真空接触器CJZ1,所述主回路上还连接有电流互感器AA1、AB1、AC1、零序电流互感器AA0和阻容吸收电路RC，所述电流互感器AA1、AB1、AC1、零序电流互感器AA0都连接保护卡B1，所述控制回路包括继电器1ZJ1、2JZ1和与它们相匹配的继电器常开触点1ZJ1-1、2ZJ1-1，所述继电器2JZ1连接保护卡B1。

作为对本技术方案的进一步限定，所述的主控制腔内还设置有控制变压器单元、照明综保单元、照明变压器单元和三相电抗器单元，所述主控制腔上设置有一组前门，所述每个前门都设有机械闭锁机构，所述前门上设置有照明、信号电源显示灯和所述键盘和液晶显示屏。照明综保单元对照明回路具备过流、漏电闭锁及漏电保护，并能进行漏电闭锁及漏电保护试验。照明变压器单元是一个功率4kVA的660、1140V/127V的变压器。 

作为对本技术方案的进一步限定，所述控制变压器单元包括变压器T1、T2、T3、T4，所述变压器T1输入端连接所述主回路，所述变压器T1的输出端L11、N11连接所述控制回路，所述变压器T1的输出端BN1、BL11连接保护卡B1，同时，所述变压器T1的输出端BN1、BL11还连接一远控电路Y1。 

作为对本技术方案的进一步限定，所述三相电抗器单元包括三相电抗器SK1、SK2、SK3、SK4和零序变压器SU1、SU2、SU3、SU4，所述三相电抗器SK1和零序变压器SU1串接，所述三相电抗器SK1连接所述主回路，所述零序变压器SU1连接保护卡B1。 

作为对本技术方案的进一步限定，所述远控电路Y1包括控制变压器T8、电阻R、光耦TLP1、TLP2、二极管D1、D2、起动按钮QA1-Z、QA1-F、停止按钮TA1-Z、TA1-F，所述控制变压器T8的初级接主控制变压器T1的次级两端BN1、BL11，所述远控电路Y1次级的一端经电阻R，接起动按钮QA1-Z、QA1-F，起动按钮QA1-Z的另一端及起动按钮QA1-F的另一端，分别接停止按钮TA1-Z、二极管D1、光耦TLP1及停止按钮TA1-F、二极管D2、光耦TLP2，所述光耦TLP1、TLP2接至控制变压器T8次级的另一端，其中，起动按钮QA1-Z及起动按钮QA1-F两端分别与电阻R1及R2并联，光耦TLP1、TLP2的输出端与保护卡B1连接。 

作为对本技术方案的进一步限定，所述防爆外壳的一端设置有引出电缆连接器，另一端设置有引入电缆连接器，所述引出电缆连接器的上部还设置有远控回路引入引出喇叭和远控回路小接线腔。远控回路引入引出喇叭口是将外部的远控回路的电缆接入隔爆腔体内；远控回路小接线腔是将外部的经过远控回路喇叭口引入的电缆线接到接线腔的接线柱上，使壳体内部的控制信号线与其接通。 

作为对本技术方案的进一步限定，所述每个隔离开关一侧都设置有电气闭锁按钮。 

作为对本技术方案的进一步限定，所述保护卡B1上还连接隔离开关反馈点QS1-1、真空接触器反馈点CJZ1-Z1、CJZ1-F1、接触器、继电器的常闭节点CJZ1-2、K1-3、1ZJJ-2。接触器、继电器的常闭节点CJZ1-2、K1-3、1ZJJ-2是在电机起动之前的漏电闭锁检测回路，所以要串接常闭点，接触器吸合之后就断开此漏电闭锁电路。 

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明能够同时完成对综掘机、胶带输送机、绞车不同供电电压设备的集中综合控制，解决了目前井下的综掘工作面控制方式存在着接线烦琐、搬迁困难等许多缺点；采用突变量大于整定值时启动短路保护及相敏保护两种方法，避免了远距离起动产生的误动作；配件的集成化、互换性，并采用插接技术，满足井下快速处理故障和维护的要求；具有高压绝缘检测功能和选择性漏电保护功能，避免了因电缆绝缘低等产生的漏电事故；主回路可以同时输入1140V和660V，输出1140V、660V及127V照明及信号电源，整体综合技术水平有普遍提高。 

附图说明

图1为本发明的主视图。 

图2为本发明的左视图。 

图3为本发明的内部布置图。 

图4为本发明的电路原理方框图。 

图5为本发明的驱动器单元KM1的电路原理图。 

图6为本发明液晶显示屏显示的主界面图。 

图7为本发明的参数设置界面图。 

图8为本发明近控显示界面图。 

图中：1—隔离开关腔、2—照明、信号电源显示灯、3—主控制腔、4—隔离开关、5—液晶显示屏、6—键盘、7—引出电缆连接器、8—引入电缆连接器、9—电气闭锁按钮、10—远控回路用引入引出喇叭口、11—远控回路小接线腔、12—控制变压器单元、13—照明综保单元、14—照明变压器单元、15—驱动器单元KM1-KM10、16—PLC控制器、17—保护卡单元、18—保护卡供电单元、19—三相电抗器单元。 

具体实施方式

    下面结合附图和优选实施例对本发明作更进一步的详细描述。 

参见图1-图8，包括防爆外壳，所述防爆外壳包括隔离开关腔1和主控制腔3，所述隔离开关腔1内设置有一组隔离开关4、主接线柱及九芯接线柱。所述每个隔离开关4连接一组驱动器单元15，所述的所有驱动器单元15设置于所述主控制腔内，所述每个驱动器单元15都连接保护卡单元17，所述保护卡单元17连接保护卡供电单元18，所述保护卡单元17连接PLC控制器16，所述PLC控制器16连接键盘6和液晶显示屏5。 

所述隔离开关为4个，分别为隔离开关QS1、QS2、QS3、QS4，所述驱动器单元为10个，分别为驱动器单元KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、KM9、KM10，所述隔离开关QS1连接驱动器单元KM1、KM2, 所述隔离开关QS2连接驱动器单元KM3、KM4、KM5、KM5’, 所述隔离开关QS3连接驱动器单元KM6、KM7、KM8、KM8’, 所述隔离开关QS4连接驱动器单元KM9、KM10，所述保护卡单元包括保护卡B1-B10。各驱动器单元15安装于主控制腔内的芯架上，构成抽拉式结构，各驱动器单元15主电源输入、输出方式的连接方式为插接，当各单元插入芯架时，电源输入、输出插头可自动地插接，各驱动器单元15电缆引入引出装置为引入电缆连接器8和引出电缆连接器7，与前3个隔离开关QS1、QS2、QS3连接的电缆输入电压为660V，与第4个隔离开关QS4连接的电缆输入电压为1140V。驱动器单元KM1-KM4、KM6、KM7容量与尺寸均相同，具有互换性。KM5、KM5′、KM8、KM8′容量与尺寸均相同，具有互换性。KM9与KM10容量与尺寸均相同，具有互换性，满足井下快速处理故障和维护的要求。 

整个控制装置共分四路，第一路三相电源主接线柱A1、B1、C1，经隔离换向开关QS1分两路分别接两件驱动器单元KM1、KM2，经驱动器单元后分别与接电机的输出主接线柱U1、V1、W1和U2、V2、W2对应连接。第二、三、四路与第一路相同，它们的主接线柱A2、B2、C2，～A4、B4、C4，分别经过各自的隔离换向开关QS2、QS3、QS4接对应的驱动器单元KM3、KM4、KM5、KM5′；KM6、KM7、KM8、KM8′；KM9、KM10，经驱动器单元后与接电机的输出端主接线柱U3、V3、W3和U4、V4、W4和U5、V5、W5，～U9、V9、W9和U10、V10、W10对应连接。远控电路将起停信号传送给各自的保护卡B1-B10，保护卡将起停信号、采样计算后的电流电压信号及故障信号通过CAN传送至PLC控制器16，通过液晶显示屏5显示，根据客户的需求，远控电路可以设置10－12路。键盘6整定信号直接进入PLC控制器16进行各驱动器单元15的参数整定。 

所述驱动器单元KM1包括主回路、保护电路和控制回路，所述主回路上设置有真空接触器CJZ1,所述主回路上还连接有电流互感器AA1、AB1、AC1、零序电流互感器AA0和阻容吸收电路RC，所述电流互感器AA1、AB1、AC1、零序电流互感器AA0都连接保护卡B1，所述控制回路包括继电器1ZJ1、2JZ1和与它们相匹配的继电器常开触点1ZJ1-1、2ZJ1-1，所述继电器2JZ1连接保护卡B1。此装置启动时，保护卡B1接受远控电路Y1的启动指令或者键盘输入的近控启动指令，保护卡B1使得继电器2JZ1带电，继电器常开触点2ZJ1-1吸合，使得继电器1ZJ1带电，继电器常开触点1ZJ1-1吸合，使得真空接触器CJZ1带电吸合，主回路接通供电。断电时，保护卡B1使得继电器2JZ1短电，继电器常开触点2ZJ1-1断开，使得继电器1ZJ1断电，继电器常开触点1ZJ1-1断开，使得真空接触器CJZ1断开，主回路停止供电。三个电流互感器AA1、AB1、AC1的输出端1Ia、1Ib和1Ic，零序电流互感器AA0的输出端1I01分别与保护卡B1对应连接。 

电压保护有暂态过电压、稳态过电压及欠压保护。暂态过电压由阻容吸收电路RC来完成保护任务，稳态过电压和欠电压保护由主控制变压器T1的次级两端BN1、BL11输出AC36送入保护卡B1，进行运算处理，判断故障并发出指令断开主回路。 

所述的主控制腔内还设置有控制变压器单元、照明综保单元、照明变压器单元和三相电抗器单元，各单元输入、输出方式的连接方式为插接，当各单元插入芯架时，电源输入、输出插头可自动地插接，三相电抗器SK1的输出端U01与保护卡B1对应连接。 

所述主控制腔3上设置有一组前门，所述每个前门都设有机械闭锁机构，主控制腔3有四个前门：两侧的两个为螺栓压接结构、中间的两个为快开门结构。螺栓压接左前门上安装照明信号电源显示灯2，总起动按钮20（照明电路总起动）、总停止按钮21（照明电路总停止）、照明复位按钮22(照明电路故障复位)及照明试验旋钮23（照明电路漏电、短路试验）。左快开门上有防爆标志牌“Exd[ib]I”及警示牌“严禁带电开盖”。右快开门上液晶显示屏 5、键盘6以及急停按钮24（对所有驱动装置进行紧急停止）、运行复位按钮25（对所有回路故障的复位）及运行试验旋钮26（运行时需打到运行位置，试验时打到试验位置）。右螺栓压接前门上有警示牌“严禁带电开盖”。隔离开关4的手柄和各个主控制腔前门间有可靠的机械闭锁机构，闭锁措施确保隔爆箱体打开门后无法操作本产品，而且所有的导电部位均不带电，并保证开门后所有的隔离开关处于分断状态。相反，只有在门盖正确关闭后，隔离换向开关4才能够进行合闸操作。所述每个隔离开关4的一侧设置有电气闭锁按钮9，实现电气闭锁。机械安全连锁机构及电气闭锁可确保本组合开关的安全性能。 

所述控制变压器单元包括变压器T1、T2、T3、T4，所述变压器T1输入端连接所述主回路，所述变压器T1的输出端L11、N11连接所述控制回路，所述变压器T1的输出端BN1、BL11连接保护卡B1，同时，所述变压器T1的输出端BN1、BL11还连接一远控电路Y1。 

漏电跳闸保护由三相电抗器SK1、零序变压器SU1的输出零序电压U01及零序电流互感器AA0的输出零序电流1I01送入保护卡，进行运算处理，判断故障并发出指令断开主回路。 

给接触器单元KM1的控制回路提供电源电压的主控制变压器T1，其初级两端A1、B1分别经熔断器FU1、FU2接三相线的两相，即接660V，并有1140V的抽头可适应两个电压等级的需要。次级220V输出端：一端为L1端经熔断器FU14接L11端，另一端N1经电气闭锁按钮JTA1接N11端。 

所述三相电抗器单元包括三相电抗器SK1、SK2、SK3、SK4和零序变压器SU1、SU2、SU3、SU4，所述三相电抗器SK1和零序变压器SU1串接，所述三相电抗器SK1连接所述主回路，所述零序变压器SU1连接保护卡B1。 

所述远控电路Y1包括变压器T8、电阻R、光耦TLP1、TLP2、二极管D1、D2、起动按钮QA1-Z、QA1-F、停止按钮TA1-Z、TA1-F，所述控制变压器T8的初级接主控制变压器T1的次级两端BN1、BL11，所述远控电路Y1次级的一端经电阻R，接起动按钮QA1-Z、QA1-F，起动按钮QA1-Z的另一端及起动按钮QA1-F的另一端，分别接停止按钮TA1-Z、二极管D1、光耦TLP1及停止按钮TA1-F、二极管D2、光耦TLP2，所述光耦TLP1、TLP2接至控制变压器T8次级的另一端，其中，起动按钮QA1-Z及起动按钮QA1-F两端分别与电阻R1及R2并联，光耦TLP1、TLP2的输出端与保护卡B1连接。 

所述防爆外壳的一端设置有引出电缆连接器，另一端设置有引入电缆连接器，所述引出电缆连接器的上部还设置有远控回路引入引出喇叭和远控回路小接线腔。壳体右侧有2个引入电缆连接器8。壳体左侧有12个引出电缆连接器7。远控回路小接线腔11内有九芯接线柱及单芯接线柱，在壳体左上侧设有端盖及远控回路用引入引出喇叭口10，便于远控回路电缆的连接及维修。 

所述保护卡B1上还连接隔离开关反馈点QS1-1、真空接触器反馈点CJZ1-Z1、CJZ1-F1， 接触器、继电器的常闭节点CJZ1-2、K1-3、1ZJJ-2。接触器、继电器的常闭节点CJZ1-2、K1-3、1ZJJ-2是在电机起动之前的漏电闭锁检测回路，所以要串接常闭点，接触器吸合之后就断开此漏电闭锁电路。 

本发明的其它驱动器单元KM2、KM3、KM4、KM5、、KM6、KM7、KM8、KM9、KM10的内部控制电路原理与驱动器单元KM1相同，在此不再赘述，驱动器单元KM5’、KM8’为反向驱动器单元，其控制原理与所述驱动器单元KM1相同，分别由保护卡B5、B8完成控制保护，在此不再赘述。 

隔离开关合闸后，保护单元与PLC得电，系统首先进行自检，没有故障时会在人机对话界面上显示主画面。主画面显示各隔离开关与驱动器的状态具体如图6。 

1、按一下“设置”键，画面转到驱动器参数设置画面，如图7如示： 

2、此时光标停留在“1#驱动器”处，系统默认为调整1#驱动器的参数。如果需要调整其它驱动器，按“+”“—”键，即可相应地在2#、10#等各驱动器间转换，调整范围为1-10#驱动器。按“+”键，驱动器号相应增加；按“-”键，驱动器号相应减少。选定要调整的驱动器后，可进行相应的参数调整。

3、选定驱动器后，按“→”“←”按键，光标会在需要设置的各参数之间移动，选中的参数会高亮显示。可进行起动方式、起动允禁、运行方式等参数的设置。当光标停在相应参数时，按“+”“—”键，参数值会相应改变或增减。具体参数内容如下： 

起动方式：分为近控与远控两种，远控由远控电路完成启动任务，近控时由键盘输入启动命令。

起动允禁：允许、禁止。只有在起动允禁选为允许时，才允许驱动器吸合。 

运行方式：单控、1#皮带A电机、1#皮带B电机、2#皮带A电机、2#皮带B电机。单控时驱动器独立运行，不与其它配合。当为A电机与B电机时，两台驱动器单元进行联动。起动时，A电机先吸合，当切换时间到后B电机吸合，如果B电机不能正常吸合，则A电机也会停机；停止时，只需要停A电机就可，A电机停止后，B电机会立即停车。电磁起动器提供两组电机联动，分别位于3#驱动器、4#驱动器与6#驱动器、7#驱动器。 

额定电压：有660与1140V两种电压等级。其中I、II、III回路为660V回路，IV为1140V回路。系统默认，不需设置。 

额定电流：用于设定回路电路。最高电流有400A、250A、125A三种规格，最低电流为5A。可根据所接负荷进行整定,整定范围依次为：5～400A或5～200A或5～100A。 

切换时间：电机联控使用时，A电机起动后切换时间计时，时间到后起B皮带。 

过压定值：实际电压与额定电压的比值，做为过压保护的整定值。整定范围为：110～150％。 

过压延时：电源电压过高时，保护起作用，延时时间到后，保护断开驱动器，实现保护。整定时间为1-30S。 

欠压定值：实际电压与额定电压的比值，做为欠压保护的整定值。整定范围为：50～80％。 

欠压延时：电源电压过低时，保护起作用，延时时间到后，保护断开驱动器，实现保护,整定时间为1-30S。 

漏电延时：检测到绝缘降低时，用来控制保护动作的时间。整定范围为30-200mS. 

过载常数：用来调整过载动作时间的长短，共有1-5档。其中1档动作时间最短，5档动作时间最长。

当然，上述说明并非对本 发明的限制，本 发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本 发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本 发明的保护范围。 

Claims (8)

1.一种煤矿综掘工作面多回路综合控制装置，包括防爆外壳，其特征是：所述防爆外壳包括隔离开关腔和主控制腔，所述隔离开关腔内设置有一组隔离开关，所述每个隔离开关连接一组驱动器单元，所述的所有驱动器单元设置于所述主控制腔内，所述每个驱动器单元都连接保护卡单元，所述保护卡单元连接保护卡供电单元，所述保护卡单元连接PLC控制器，所述PLC控制器连接键盘和液晶显示屏；所述隔离开关为4个，分别为隔离开关QS1、QS2、QS3、QS4，所述驱动器单元包括10个驱动器单元KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、KM9、KM10，所述驱动器单元还包括反向驱动器单元KM5’、KM8’，所述隔离开关QS1连接驱动器单元KM1、KM2, 所述隔离开关QS2连接驱动器单元KM3、KM4、KM5、KM5’, 所述隔离开关QS3连接驱动器单元KM6、KM7、KM8、KM8’, 所述隔离开关QS4连接驱动器单元KM9、KM10，所述保护卡单元包括保护卡B1-B10；

所述驱动器单元KM1包括主回路、保护电路和控制回路，所述主回路上设置有真空接触器CJZ1,所述主回路上还连接有电流互感器AA1、AB1、AC1、零序电流互感器AA0和阻容吸收电路RC，所述电流互感器AA1、AB1、AC1、零序电流互感器AA0都连接保护卡B1，所述控制回路包括继电器1ZJ1、2JZ1和与它们相匹配的继电器常开触点1ZJ1-1、2ZJ1-1，所述继电器2JZ1连接保护卡B1。

2.根据权利要求1所述煤矿综掘工作面多回路综合控制装置，其特征是：所述的主控制腔内还设置有控制变压器单元、照明综保单元、照明变压器单元和三相电抗器单元，所述主控制腔上设置有一组前门，所述每个前门都设有机械闭锁机构，所述前门上设置有照明、信号电源显示灯和所述键盘和液晶显示屏。

3.根据权利要求2所述煤矿综掘工作面多回路综合控制装置，其特征是：所述控制变压器单元包括变压器T1、T2、T3、T4，所述变压器T1输入端连接所述主回路，所述变压器T1的输出端L11、N11连接所述控制回路，所述变压器T1的输出端BN1、BL11连接保护卡B1，同时，所述变压器T1的输出端BN1、BL11还连接一远控电路Y1。

4.根据权利要求2所述煤矿综掘工作面多回路综合控制装置，其特征是：所述三相电抗器单元包括三相电抗器SK1、SK2、SK3、SK4和零序变压器SU1、SU2、SU3、SU4，所述三相电抗器SK1和零序变压器SU1串接，所述三相电抗器SK1连接所述主回路，所述零序变压器SU1连接保护卡B1。

5.根据权利要求3所述煤矿综掘工作面多回路综合控制装置，其特征是：所述远控电路Y1包括控制变压器T8、电阻R、光耦TLP1、TLP2、二极管D1、D2、起动按钮QA1-Z、QA1-F、停止按钮TA1-Z、TA1-F，所述控制变压器T8的初级接主控制变压器T1的次级两端BN1、BL11，所述远控电路Y1次级的一端经电阻R，接起动按钮QA1-Z、QA1-F，起动按钮QA1-Z的另一端及起动按钮QA1-F的另一端，分别接停止按钮TA1-Z、二极管D1、光耦TLP1及停止按钮TA1-F、二极管D2、光耦TLP2，所述光耦TLP1、TLP2接至控制变压器T8次级的另一端，其中，起动按钮QA1-Z及起动按钮QA1-F两端分别与电阻R1及R2并联，光耦TLP1、TLP2的输出端与保护卡B1连接。

6.根据权利要求1-5之一所述煤矿综掘工作面多回路综合控制装置，其特征是：所述防爆外壳的一端设置有引出电缆连接器，另一端设置有引入电缆连接器，所述引出电缆连接器的上部还设置有远控回路引入引出喇叭和远控回路小接线腔。

7.根据权利要求1-5之一所述煤矿综掘工作面多回路综合控制装置，其特征是：所述每个隔离开关一侧都设置有电气闭锁按钮。

8.根据权利要求2－5之一所述煤矿综掘工作面多回路综合控制装置，其特征是：所述保护卡B1上还连接隔离开关反馈点QS1-1、真空接触器反馈点CJZ1-Z1、CJZ1-F1， 接触器、继电器的常闭节点CJZ1-2、K1-3、1ZJJ-2。

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