CN113224726A - 一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械技术领域，公开了一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统及方法，该方法采用的控制系统,包括:安全继电器、急停按钮、主断路器、延时跳闸装置和移动控制器，所述主断路器输入端连接悬臂掘进机主回路AC1000V电源，主断路器输出端通过延时跳闸装置与安全继电器连接；安全继电器的急停按钮端与急停按钮相连；所述安全继电器的一路输出点与控制柜柜门的限位开关串联在一起，通过延时跳闸装置与主断路器的欠压脱扣装置连接；所述安全继电器的其他路输出点接入截割电机、液压电机、一运电机和二运电机的控制回路中。本发明可以远程控制断路器通断，增强了断路器的可操作性。增强了整个系统的安全性。

Description

一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统及方法。

背景技术

悬臂式掘进机是隧道挖掘工程机械中的重要组成部分，它可以实现连续截割、装载和运输等作业，是一种大型的挖掘设备。装载功率和供电电压都较大。现场工作人员在操作掘进机运行过程，难免会出现机械故障或一些紧急特殊情况，需要快速、可靠地停止正在进行挖掘作业的掘进机，以免造成设备损坏或者人员伤亡。

国内设计的悬臂式掘进机的安全回路系统，大都是通过按压布置在掘进机车体上的急停按钮，断开急停按钮的一路常闭触点来停止悬臂式掘进机所有电机的控制回路的运行，没有考虑常闭触点的接点熔结问题；急停按钮断开电机的控制回路然后断开供电回路，主供电回路依然带电，依然有电机带电的故障隐患；急停按钮只有硬件回路上面的停止保护，忽视了软件上面的停止保护。总之，保护设备的安全性、可靠性较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有的安全回路控制系统和方法，提供一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统及方法，是从硬件回路和程序控制双重保护供电回路的控制系统和方法，旨在增强高压供电回路的安全性和可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统,包括: 安全继电器、急停设备、主断路器、延时跳闸装置和移动控制器，所述主断路器输入端连接悬臂掘进机主回路AC1000V电源，主断路器输出端通过延时跳闸装置与安全继电器连接；安全继电器的急停端与急停设备相连；急停设备的一对常开触点与移动控制器相连；

所述安全继电器的一路输出点与控制柜柜门的限位开关串联在一起，通过延时跳闸装置与主断路器的欠压脱扣装置连接；

所述安全继电器的其他路输出点接入截割电机、液压电机、一运电机和二运电机的控制回路中。

一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统,所述急停设备包括：悬臂掘进机整车前后左右设置有四个急停按钮、两个皮带机拉绳开关、一个皮带机控制器急停按钮、控制柜急停按钮、驾驶室急停按钮、遥控器急停按钮；所有急停按钮的常闭触点通过串联连接安全继电器急停回路，所述截割电机、液压电机、一运电机、二运电机的启动接触器的常闭辅点和移动控制器的运行继电器的常开触点均接到安全继电器的故障复位回路；

一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统,所述的四个急停按钮、两个皮带机拉绳开关、一个皮带机控制器急停按钮、控制柜急停按钮、驾驶室急停按钮、遥控器急停按钮都是含有两对常闭触点和一对常开触点，所有的急停设备的两对常闭触点都是分别串联在一起，再连接到安全继电器为硬件保护装置。

一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统,所述的主断路器采用伊顿穆勒的NZMH3-AE630-S1具有远程开关控制的电动操作机构NZM3-XR208-240AC，所述的电动操作机构具有储能电机M、分闸线圈C2和合闸线圈C1，合闸线圈带电断路器闭合，分闸线圈带电断路器断开。

一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统,所述的延时跳闸装置采用伊顿穆勒UVU-NZM 220-240 VAC，是将所需检测回路的高电压转化为断路器欠压脱扣装置所需的DC18V电压；控制柜高压侧的门限开关和安全继电器的输出触点串联连接进入延时跳闸装置，延时跳闸装置输出电压信号接入断路器的欠压脱扣装置。

一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统,所述的欠压脱扣装置NZM 2/3-XUV，是检测控制电压是否正常的主断路器的附件。

一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统,所述的安全继电器采用施耐德XPS AV11113安全继电器，具有2路并行急停条件输入点、1路急停故障复位输入点、6路安全继电器安全输出点和3路固态信号输出点。

一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制方法,其步骤如下：

1）将所有的急停按钮的常开触点都接入移动控制器的DI点中，做安全急停保护；

当出现紧急情况，其中一个急停按钮被按下时，将主回路断路器分闸，一将各个设备电机的控制回路断开；二将各个设备电机的接触器断开，具有双重保险的作用；

2）采用的主断路器具有远程开关控制的电动操作机构，能够进行远程开关控制，能够调节短路瞬时保护值和过载保护值，且具有欠压脱扣装置；

当主断路器因为短路、过流或者欠压等原因跳闸时，断路器会分断到脱扣状态，通过脱扣辅助触点的闭合，自动给断路器电动操作机构的分闸线圈通电，将断路器动作到分闸位置，避免误操作引起断路器再次闭合；

3）采用的急停按钮都是含有两对常闭触点和一对常开触点，所有的急停设备的两对常闭触点都是分别串联在一起，最后连接到安全继电器中，作为硬件保护；

在工作过程中，两对常闭触点中有任何一对断开，都会导致安全继电器动作；急停设备的一对常开触点引入移动控制器中，作为软件保护；

4）采用的延时跳闸装置，是和主断路器的欠压脱扣装置配合使用的元件，将所需检测回路的高电压转化为断路器欠压脱扣装置所需的DC18V电压；控制柜高压侧的门限开关和安全继电器的输出触点串联连接进入延时跳闸装置，延时跳闸装置输出电压信号接入断路器的欠压脱扣装置；

当延时跳闸装置检测回路的电压下降，控制柜的门限开关动作或者安全继电器动作，三种情况有一种情况动作都会导致延时跳闸装置的输入电压小于DC18V，最终引起断路器的欠压脱扣装置动作，断路器跳闸；

5）采用的欠压脱扣装置，是配合断路器检测控制电压是否正常，当欠压脱扣装置的控制电压正常时，断路器正常闭合，当控制电压低于正常电压15%时，欠压脱扣装置动作，断路器脱扣分闸；

6）采用的安全继电器具有2路并行急停条件输入点、1路急停故障复位输入点、6路安全继电器大电流故障输出点和3路小电流故障输出点；

安全继电器只有两路通道信号都正常时，安全继电器才能正常工作；即安全继电器正常工作时，安全继电器的两路故障检测回路所连接的触点都处于闭合状态，安全继电器6路安全继电器安全输出点和3路固态信号输出点全部闭合；

在工作过程中，当安全继电器的2路并行急停条件输入点，只要其中任一通道输入信号断开，都会导致安全继电器动作，即安全继电器都会停止输出，直到两个通道信号都正常且复位后才能正常工作；

其中的安全继电器7K1的端子S31和S32、S21和S22组成两路故障检测回路,掘进机的前后左右四个急停按钮8S1~8S4、控制柜急停按钮8AS1、2个二运皮带拉绳开关8S5~8S6、二运皮带控制器急停按钮26A1、驾驶室急停按钮2S4、远程遥控器急停按钮9AS1及所有的急停设备的两路常闭触点和移动控制器运行继电器39K1的两路常开触点串联接入安全继电器的两路故障检测回路；

当正常运行时，安全继电器的两路故障检测回路所连接的触点都处于闭合状态，当有任意一个设备的触点断开，安全继电器就会动作；所有的急停设备都有一路常开触点进入移动控制器中，进行控制保护；

其中的安全继电器7K1的端子S33和S34组成安全继电器的复位回路，串联接入截割电机旁路接触器10K1常闭触点、截割电机高速接触器10K2常闭触点、截割电机低速接触器10K3常闭触点、液压电机主接触器13K1常闭触点、液压电机星形接触器13K3常闭触点、液压电机角形接触器13K4常闭触点、一运电机正反转接触器16K1和16K2常闭触点、二运电机接触器18K1的常闭触点、移动控制器中运行继电器39K1的常开触点、控制柜的带灯复位按钮7S1和驾驶室的带灯复位按钮6S1；

当发生故障时，产生的故障被解除后，所有的电机都停止运行，相应的接触器常闭触点闭合，并且移动控制器正常运行，点击控制柜或者驾驶室的带灯复位按钮都可以将安全继电器复位，安全继电器复位后，安全继电器自身解除故障状态，六路输出回路输出点闭合，各路电机控制回路进入正常状态；有故障时复位按钮上的红色指示灯点亮，故障排除后，点击复位按钮，红色指示灯消灭；

其中的安全继电器7K1的端子03和04、13和14、23和24组成瞬时断开的安全输出通道，端子37和38、47和48、57和58组成延时断开的安全输出通道，瞬时断开的安全通道和延时断开的安全通道分别接入截割电机软启动器控制回路、一运电机控制回路、二运电机控制回路、截割电机控制回路、液压电机控制回路和主断路器控制回路；

没有故障时，安全继电器安全输出通道闭合，各电机控制回路正常；

发生故障时，安全继电器动作，安全输出通道断开，各个电机控制回路断开，电机停止运行；在安全继电器复位之前各个电机控制回路都不会接通；安全继电器动作输出点、安全继电器内部K1~K2输出点和安全继电器内部K3~K4输出点都进入移动控制器中进行保护；

急停按钮的一路常开触点与安全继电器的端子Y64、Y74和Y84组成的安全继电器固态信号输出点都接入移动控制器的DI点中，做安全急停保护动作，作为程序安全保护；当上述触点断开时，移动控制器中的软件程序将驱动中间继电器动作，断开各个电机的控制回路，使电机回路的交流接触器断开，断开电机供电，实现程序回路安全保护；

当出现紧急情况，其中一个急停按钮被按下时，从硬件上将主回路断路器分闸、将各个设备电机的控制回路断开；或从软件上将各个设备电机的接触器断开，通过双回路保护设计，从硬件和软件上都能够断开电源，起到双重保险的作用；

其中的安全继电器7K1的输出通道通过端子57和端子58和控制柜的左右门限开关4S1、4S2串接在一起，接入断路器的延时跳闸装置的端子X1和X2，延时跳闸装置的端子0和2接入控制电压AC220V，延时跳闸装置输出电压控制信号通过端子D1/51和D2/52接入断路器的端子D1和D2进入欠压脱扣装置；

当安全继电器动作、控制柜门打开或者AC220V控制电压降低都会导致主断路器欠压脱扣跳闸，从而断开供电电源；

7）各个电机的控制回路的构成都相似，二运电机控制回路为，将安全继电器7K1的输出回路端子23和端子24、热继电器18F2常闭触点、二运电机接触器线圈18K1、二运启停继电器28K4触点和电源AC220V串联一起，整个控制回路带电，二运接触器闭合，二运电机启动，控制回路断开，二运电机停止；

8）主进线断路器6、断路器延时跳闸装置7，主断路器具有电控操作机构，

主断路器的端子71是电控操作机构的合闸线圈，70是分闸线圈，75是断路器闭合指示回路；

当断路器闭合时，指示灯1H1点亮；主断路器通过控制柜按钮1S1远程闭合断路器，控制柜按钮1S2远程断开断路器；

当断路器发生跳闸故障时，脱扣辅点HIA闭合，电控操作机构的分闸线圈闭合，自动断开主断路器，增强了主供电回路的安全性。

由于采用如上所述技术方案，本发明具有如下优越性：

一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统及方法，是一套掘进机发生故障时，停止掘进机供电回路的控制系统和方法。特别适用于隧道挖掘工程机械悬臂式掘进，本发明整个供电回路的安全保护采用安全继电器、急停设备和主断路器等设备电气互锁的控制方式，当有故障发生时，既能立即将主断路器跳闸切断主回路电源，又能通过安全继电器将各个电机的控制回路断开，切断各个电机的供电回路，只有各个电机回路的供电接触器断开后，故障点解除后，才能复位安全继电器，各电机控制回路才能正常运行。通过安全继电器和各个电机控制回路进行电气互锁，增强了电控系统的安全性和可靠性。既有硬件回路的电气保护又有软件回路的程序保护，通过双回路保护，可以增强电控系统的安全性和可靠性，降低系统的失效性。具体优越性如下：

1、主断路器采用电控操作系统，可以远程控制断路器通断，增强了断路器的可操作性。断路器的通断和控制回路电压、门限开关和安全继电器的动作之间硬件电气互锁，增强了整个系统的安全性。

2、安全继电器的故障输出常开点接入各电机控制回路，各电机运行接触器的常闭点接入安全继电器的复位回路，当安全继电器故障报警时，从硬件上断开各电机控制回路，且只有各电机接触器断开电机断电后，才能复位安全继电器，通过电气互锁，使控制更加安全。

3、整个电控系统的急停设备都有一路信号进入移动控制器中，作为软件保护回路，进一步增强了整个电控系统的安全性。

附图说明

图1掘进机供电回路安全保护自动控制系统急停回路电控系统图；

图2主断路器和延时跳闸装置系统简图；

图3自动控制系统的移动控制器保护功能电路方框图。

图4二运电机控制回路电路图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统,包括: 安全继电器、急停设备、主断路器、延时跳闸装置和移动控制器，所述主断路器输入端连接悬臂掘进机主回路AC1000V电源，主断路器输出端通过延时跳闸装置与安全继电器连接；安全继电器的急停端与急停设备相连；急停设备的一对常开触点与移动控制器相连；急停设备包括：悬臂掘进机整车前后左右设置有四个急停按钮、两个皮带机拉绳开关、一个皮带机控制器急停按钮、控制柜急停按钮、驾驶室急停按钮、遥控器急停按钮。

所有急停按钮的常闭触点通过串联连接安全继电器急停回路，所述截割电机、液压电机、一运电机、二运电机的启动接触器的常闭辅点和移动控制器的运行继电器的常开触点均接到安全继电器的故障复位回路；

所述安全继电器的一路输出点与控制柜柜门的限位开关串联在一起，通过延时跳闸装置与主断路器的欠压脱扣装置连接；

所述安全继电器的其他路输出点接入截割电机、液压电机、一运电机和二运电机的控制回路中。

所述的主断路器采用伊顿穆勒的NZMH3-AE630-S1具有远程开关控制的电动操作机构NZM3-XR208-240AC，所述的电动操作机构具有储能电机M、分闸线圈C2和合闸线圈C1，合闸线圈带电断路器闭合，分闸线圈带电断路器断开。

所述的四个急停按钮、两个皮带机拉绳开关、一个皮带机控制器急停按钮、控制柜急停按钮、驾驶室急停按钮、遥控器急停按钮都是含有两对常闭触点和一对常开触点，所有的急停设备的两对常闭触点都是分别串联在一起，再连接到安全继电器为硬件保护装置。

所述的延时跳闸装置采用伊顿穆勒UVU-NZM 220-240 VAC，是将所需检测回路的高电压转化为断路器欠压脱扣装置所需的DC18V电压；控制柜高压侧的门限开关和安全继电器的输出触点串联连接进入延时跳闸装置，延时跳闸装置输出电压信号接入断路器的欠压脱扣装置。所述的欠压脱扣装置NZM 2/3-XUV，是检测控制电压是否正常的主断路器的附件。

所述的安全继电器采用施耐德XPS AV11113安全继电器，具有2路并行急停条件输入点、1路急停故障复位输入点、6路安全继电器安全输出点和3路固态信号输出点；安全继电器限定2路并行急停条件输入点信号都接通，且急停故障复位输入点信号接通，安全继电器才能正常工作。

所述的安全继电器2路并行急停条件输入点只要其中任一路输入信号断开，安全继电器都会停止输出；所述的安全继电器1路急停故障复位输入点的输入信号全部接通安全继电器才能正常工作；当安全继电器正常工作时，所述的安全继电器6路安全继电器安全输出点和3路固态信号输出点全部闭合，有故障发生时6路安全输出点和3路固态信号输出点全部断开。其具体运行步骤如下：

安全继电器7K1的端子S31和S32、S21和S22是两路故障检测回路,掘进机的前后左右四个急停按钮8S1~8S4、控制柜急停按钮8AS1、2个二运皮带拉绳开关8S5~8S6、二运皮带控制器急停按钮26A1、驾驶室急停按钮2S4、远程遥控器急停按钮9AS1，及所有的急停设备的两路常闭触点和移动控制器运行继电器39K1的两路常开触点串联接入安全继电器的两路故障检测回路；

当正常运行时，安全继电器的两路故障检测回路所连接的触点都处于闭合状态，当有任意一个设备的触点断开，都会导致安全继电器就会动作；其中所有的急停设备都有一路常开触点进入移动控制器中。

安全继电器7K1的端子S33和S34是安全继电器的复位回路，串联接入10K1截割电机旁路接触器常闭触点、10K2截割电机高速接触器常闭触点、10K3截割电机低速接触器常闭触点、13K1液压电机主接触器常闭触点、13K3液压电机星形接触器常闭触点、13K4液压电机角形接触器常闭触点、16K1和16K2一运电机正反转接触器常闭触点、18K1二运电机接触器的常闭触点、39K1移动控制器中运行继电器的常开触点、控制柜的带灯复位按钮7S1和驾驶室的带灯复位按钮6S1；

当发生故障时，产生的故障被解除后，所有电机的都停止运行，相应的接触器常闭触点闭合，并且移动控制器正常运行，点击控制柜或者驾驶室的带灯复位按钮都可以将安全继电器复位，安全继电器复位后，安全继电器自身解除故障状态，六路输出回路输出点闭合，各路电机控制回路进入正常状态；有故障时复位按钮上的红色指示灯点亮，故障排除后，点击复位按钮，红色指示灯消灭；

安全继电器7K1的端子03和04、13和14、23和24是瞬时断开的安全输出通道，端子37和38、47和48、57和58是延时断开的安全输出通道，安全通道分别接入截割电机软启动器控制回路、一运电机控制回路、二运电机控制回路、截割电机控制回路、液压电机控制回路和主断路器控制回路；

没有故障时，安全继电器安全输出通道闭合，各电机控制回路正常；发生故障时，安全继电器动作，安全输出通道断开，各个电机控制回路断开，电机停止运行；在安全继电器复位之前各个电机控制回路都不会接通；端子Y64、Y74和Y84是安全继电器固态信号输出点接入移动控制器中.

安全继电器7K1的输出通道通过端子57和端子58和控制柜的左右门限开关4S1、4S2串接在一起接入断路器的延时跳闸装置的端子X1和X2，延时跳闸装置的端子0和2接入控制电压AC220V，延时跳闸装置输出电压控制信号通过端子D1/51和D2/52接入断路器的端子D1和D2进入欠压脱扣装置；

当安全继电器动作、控制柜门打开或者AC220V控制电压降低都会导致主断路器欠压脱扣跳闸，从而断开供电电源；

如图3所示，上述急停按钮的一路常开触点和安全继电器的端子Y64、Y74和Y84固态信号输出点都接入移动控制器的DI点中，做安全急停保护程序，作为软件安全保护。当上述触点断开时，移动控制器中的软件程序将驱动中间继电器动作，断开各个电机的控制回路，使电机回路的交流接触器断开，断开电机供电，实现软件回路安全保护。

当出现紧急情况，其中一个急停按钮被按下时，从硬件上将主回路断路器分闸、将各个设备电机的控制回路断开；

从软件上将各个设备电机的接触器断开，通过双回路保护设计，从硬件和软件上都可以断开电源，具有双重保险的作用。

其中，主断路器具有远程开关控制的电动操作机构，调节短路瞬时保护值和过载保护值，且具有欠压脱扣装置；当主断路器因为短路、过流或者欠压的原因跳闸时，断路器会分断到脱扣状态，通过脱扣辅助触点的闭合，自动给断路器电动操作机构的分闸线圈通电，将断路器动作到分闸位置，避免误操作引起断路器再次闭合；主断路器的端子71是电控操作机构的合闸线圈，70是分闸线圈，75是断路器闭合指示回路，

当断路器闭合式，指示灯1H1点亮，主断路器通过控制柜按钮1S1远程闭合断路器，控制柜按钮1S2远程断开断路器；当断路器发生跳闸故障时，脱扣辅点HIA闭合，电控操作机构的分闸线圈闭合，自动断开主断路器，增强了主供电回路的安全性。

其中，当延时跳闸装置检测回路的电压下降、控制柜的门限开关动作或者安全继电器动作，三种情况有一种情况动作都会导致延时跳闸装置的输入电压小于DC18V，最终引起断路器的欠压脱扣装置动作，断路器跳闸；

其中，当欠压脱扣装置的控制电压正常时，断路器正常闭合，当控制电压低于正常电压15%时欠压脱扣装置动作，断路器脱扣分闸。

其中，各个电机的控制回路的构成都相似，以二运电机控制回路为例，如图4所示，将7K1安全继电器的输出回路端子23和端子24、18F2热继电器常闭触点、18K1二运电机接触器线圈、28K4二运启停继电器触点和AC220V电源串联一起，整个控制回路带电，二运接触器闭合，二运电机启动，控制回路断开，二运电机停止。

本发明的悬臂掘进机主回路AC1000V电源采用额定电压AC1000V的塑壳断路器进行通断。悬臂掘进机整车前后左右设置有四个急停按钮、两个皮带机拉绳开关、一个皮带机控制器急停按钮、控制柜急停按钮、驾驶室急停按钮、遥控器急停按钮，所有急停按钮的常闭触点都串联在一起接入高性能的安全继电器急停回路中；同时截割电机、液压电机、一运电机、二运电机的启动接触器的常闭辅点和移动控制器正常运行继电器的常开触点都接到安全继电器的故障复位回路。安全继电器的一路输出点和控制柜柜门的限位开关串联在一起接入主断路器的延时跳闸装置和欠压脱扣装置；安全继电器的其他路输出点接入截割电机、液压电机、一运电机和二运电机的控制回路中，只有安全继电器没故障报警时，各个电机控制回路才能正常运行，作为硬件回路安全保护。所有的急停按钮的常开触点都接入移动控制器的DI点中，做安全急停保护程序，作为软件安全保护。当出现紧急情况，某一个急停按钮被按下时，从硬件上将主回路断路器分闸、将各个设备电机的控制回路断开；从软件上将各个设备电机的接触器断开。通过双回路保护设计，从硬件和软件上都可以断开电源，具有双重保险的作用。

所述的主断路器具有电动操作机构，如图2所示，可以进行远程开关控制。该断路器可调节短路瞬时保护值和过载保护值，且具有欠压脱扣装置。当断路器因为短路、过流或者欠压等原因跳闸时，断路器会分断到脱扣状态，通过脱扣辅助触点的闭合，自动给断路器电动操作机构的分闸线圈通电，将断路器动作到分闸位置，避免误操作引起断路器再次闭合。

所述的四个急停按钮、两个皮带机拉绳开关、一个皮带机控制器急停按钮、控制柜急停按钮、驾驶室急停按钮、遥控器急停按钮都是含有两对常闭触点和一对常开触点，所有的急停设备的两对常闭触点都是分别串联在一起，最后连接到安全继电器中，作为硬件保护。在工作过程中，两对常闭触点中有任何一对断开，都会导致安全继电器动作。急停设备的一对常开触点引入移动控制器中，作为软件保护。

所述的延时跳闸装置，是和主断路器的欠压脱扣装置配合使用的元件，将所需检测回路的高电压转化为断路器欠压脱扣装置所需的DC18V电压。控制柜高压侧的门限开关和安全继电器的输出触点串联连接进入延时跳闸装置，延时跳闸装置输出电压信号接入断路器的欠压脱扣装置。当检测回路的电压下降、控制柜的门限开关动作或者安全继电器动作，三种情况有一种情况动作都会导致延时跳闸装置的输入电压小于DC18V，最终引起断路器的欠压脱扣装置动作，断路器跳闸。

所述的欠压脱扣装置，是断路器的附件，检测控制电压是否正常，当控制电压正常时断路器正常闭合，当控制电压低于正常电压15%时欠压脱扣装置动作，断路器脱扣分闸。

所述的安全继电器是整个急停控制的核心元件，具有2路并行急停条件输入点、1路急停故障复位输入点、6路安全继电器大电流故障输出点和3路小电流故障输出点。安全继电器只有两路通道信号都正常时，安全继电器才能正常工作；在工作过程中，只要其中任一通道信号断开，安全继电器都会停止输出，直到两个通道信号都正常且复位后才能正常工作。

如图1所示。图中7K1指的是安全继电器，安全继电器的端子S31和S32、S21和S22是两路故障检测回路,掘进机的前后左右四个急停按钮8S1~8S4、控制柜急停按钮8AS1、2个二运皮带拉绳开关8S5~8S6、二运皮带控制器急停按钮26A1、驾驶室急停按钮2S4、远程遥控器急停按钮9AS1等所有的急停设备的两路常闭触点和移动控制器运行继电器39K1的两路常开触点串联接入安全继电器的两路故障检测回路。当正常运行时，安全继电器的两路故障检测回路所连接的触点都处于闭合状态，当有任意一个设备的触点断开，安全继电器就会动作。图中所有的急停设备都有一路常开触点进入移动控制器中，进行软件保护。

端子S33和S34是安全继电器的复位回路，串联接入10K1截割电机旁路接触器常闭触点、10K2截割电机高速接触器常闭触点、10K3截割电机低速接触器常闭触点、13K1液压电机主接触器常闭触点、13K3液压电机星形接触器常闭触点、13K4液压电机角形接触器常闭触点、16K1和16K2一运电机正反转接触器常闭触点、18K1二运电机接触器的常闭触点、39K1移动控制器中运行继电器的常开触点、控制柜的带灯复位按钮7S1和驾驶室的带灯复位按钮6S1。当发生故障时，产生的故障被解除后，所有电机的都停止运行，相应的接触器常闭触点闭合，并且移动控制器正常运行，点击控制柜或者驾驶室的带灯复位按钮都可以将安全继电器复位，安全继电器复位后，安全继电器自身解除故障状态，六路输出回路输出点闭合，各路电机控制回路进入正常状态。有故障时复位按钮上的红色指示灯点亮，故障排除后，点击复位按钮，红色指示灯消灭。

端子03和04、13和14、23和24是瞬时断开的安全输出通道，端子37和38、47和48、57和58是延时断开的安全输出通道，安全通道分别接入截割电机软启动器控制回路、一运电机控制回路、二运电机控制回路、截割电机控制回路、液压电机控制回路和主断路器控制回路。没有故障时，安全继电器安全输出通道闭合，各电机控制回路正常；发生故障时，安全继电器动作，安全输出通道断开，各个电机控制回路断开，电机停止运行。在安全继电器复位之前各个电机控制回路都不会接通。端子Y64、Y74和Y84是安全继电器动作输出点、安全继电器内部K1~K2输出点和安全继电器内部K3~K4输出点，所有的输出点都进入移动控制器中，进行软件保护。

各个电机的控制回路原理如图3二运电机控制回路所示，将7K1安全继电器的输出回路端子23和端子24、18F2热继电器常闭触点、18K1二运电机接触器线圈、28K4二运启停继电器触点和AC220V电源串联一起，整个控制回路带电，二运接触器闭合，二运电机启动，控制回路断开，二运电机停止。

如图2所示，6是主进线断路器，7是断路器延时跳闸装置。主断路器具有电控操作机构，端子71是电控操作机构的合闸线圈，70是分闸线圈，75是断路器闭合指示回路，当断路器闭合式，指示灯1H1点亮。主断路器通过控制柜按钮1S1远程闭合断路器，控制柜按钮1S2远程断开断路器。当断路器发生跳闸故障时，脱扣辅点HIA闭合，电控操作机构的分闸线圈闭合，自动断开主断路器。增强了主供电回路的安全性。

图2中，7K1是安全继电器，安全继电器的输出通道通过端子57和端子58和控制柜的左右门限开关4S1、4S2串接在一起接入断路器的延时跳闸装置的端子X1和X2，延时跳闸装置的端子0和2接入控制电压AC220V，延时跳闸装置输出电压控制信号通过端子D1/51和D2/52接入断路器的端子D1和D2进入欠压脱扣装置。当安全继电器动作、控制柜门打开或者AC220V控制电压降低都会导致主断路器欠压脱扣跳闸，从而断开供电电源。

Claims (8)

1.一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统,其特征是：包括: 安全继电器、急停设备、主断路器、延时跳闸装置和移动控制器，所述主断路器输入端连接悬臂掘进机主回路AC1000V电源，主断路器输出端通过延时跳闸装置与安全继电器连接；安全继电器的急停端与急停设备相连；急停设备的一对常开触点与移动控制器相连；所述安全继电器的一路输出点与控制柜柜门的限位开关串联在一起，通过延时跳闸装置与主断路器的欠压脱扣装置连接；所述安全继电器的截割、液压、一运和二运的各路输出点分别与截割电机、液压电机、一运电机和二运电机的控制回路相连。

2.根据权利要求1所述的一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统,其特征是：所述急停按钮包括：悬臂掘进机整车前后左右设置有四个急停按钮、两个皮带机拉绳开关、一个皮带机控制器急停按钮、控制柜急停按钮、驾驶室急停按钮、遥控器急停按钮；所有急停按钮的常闭触点通过串联连接安全继电器急停回路，所述截割电机、液压电机、一运电机、二运电机的启动接触器的常闭辅点和移动控制器的运行继电器的常开触点均接到安全继电器的故障复位回路。

3.根据权利要求1所述的一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统, 其特征是：所述的四个急停按钮、两个皮带机拉绳开关、一个皮带机控制器急停按钮、控制柜急停按钮、驾驶室急停按钮、遥控器急停按钮都是含有两对常闭触点和一对常开触点，所有的急停设备的两对常闭触点都是分别串联在一起，再连接到安全继电器为硬件保护装置。

4.根据权利要求1所述的一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统, 其特征是：所述的主断路器采用伊顿穆勒的NZMH3-AE630-S1具有远程开关控制的电动操作机构NZM3-XR208-240AC，所述的电动操作机构具有储能电机M、分闸线圈C2和合闸线圈C1，合闸线圈带电断路器闭合，分闸线圈带电断路器断开。

5.根据权利要求1所述的一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统, 其特征是：所述的延时跳闸装置采用伊顿穆勒UVU-NZM 220-240 VAC，是将所需检测回路的高电压转化为断路器欠压脱扣装置所需的DC18V电压；控制柜高压侧的门限开关和安全继电器的输出触点串联连接进入延时跳闸装置，延时跳闸装置输出电压信号接入断路器的欠压脱扣装置。

6.根据权利要求1所述的一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统, 其特征是：所述的欠压脱扣装置NZM 2/3-XUV，是检测控制电压是否正常的主断路器的附件。

7.根据权利要求1所述的一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制系统,其特征是：所述的安全继电器采用施耐德XPS AV11113安全继电器，具有2路并行急停条件输入点、1路急停故障复位输入点、6路安全继电器安全输出点和3路固态信号输出点。

8.一种悬臂式掘进机供电回路安全保护自动控制方法,其特征是：其步骤如下：

1）将所有的急停按钮的常开触点都接入移动控制器的DI点中，做安全急停保护；

当出现紧急情况，其中一个急停按钮被按下时，将主回路断路器分闸，一将各个设备电机的控制回路断开；二将各个设备电机的接触器断开，具有双重保险的作用；

2）采用的主断路器具有远程开关控制的电动操作机构，能够进行远程开关控制，能够调节短路瞬时保护值和过载保护值，且具有欠压脱扣装置；

当主断路器因为短路、过流或者欠压等原因跳闸时，断路器会分断到脱扣状态，通过脱扣辅助触点的闭合，自动给断路器电动操作机构的分闸线圈通电，将断路器动作到分闸位置，避免误操作引起断路器再次闭合；

3）采用的急停按钮都是含有两对常闭触点和一对常开触点，所有的急停设备的两对常闭触点都是分别串联在一起，最后连接到安全继电器中，作为硬件保护；

在工作过程中，两对常闭触点中有任何一对断开，都会导致安全继电器动作；急停设备的一对常开触点引入移动控制器中，作为软件保护；

4）采用的延时跳闸装置，是和主断路器的欠压脱扣装置配合使用的元件，将所需检测回路的高电压转化为断路器欠压脱扣装置所需的DC18V电压；控制柜高压侧的门限开关和安全继电器的输出触点串联连接进入延时跳闸装置，延时跳闸装置输出电压信号接入断路器的欠压脱扣装置；

当延时跳闸装置检测回路的电压下降，控制柜的门限开关动作或者安全继电器动作，三种情况有一种情况动作都会导致延时跳闸装置的输入电压小于DC18V，最终引起断路器的欠压脱扣装置动作，断路器跳闸；

5）采用的欠压脱扣装置，是配合断路器检测控制电压是否正常，当欠压脱扣装置的控制电压正常时，断路器正常闭合，当控制电压低于正常电压15%时，欠压脱扣装置动作，断路器脱扣分闸；

6）采用的安全继电器具有2路并行急停条件输入点、1路急停故障复位输入点、6路安全继电器大电流故障输出点和3路小电流故障输出点；

安全继电器只有两路通道信号都正常时，安全继电器才能正常工作；即安全继电器正常工作时，安全继电器的两路故障检测回路所连接的触点都处于闭合状态，安全继电器6路安全继电器安全输出点和3路固态信号输出点全部闭合；

在工作过程中，当安全继电器的2路并行急停条件输入点，只要其中任一通道输入信号断开，都会导致安全继电器动作，即安全继电器都会停止输出，直到两个通道信号都正常且复位后才能正常工作；

其中的安全继电器7K1的端子S31和S32、S21和S22组成两路故障检测回路,掘进机的前后左右四个急停按钮8S1~8S4、控制柜急停按钮8AS1、2个二运皮带拉绳开关8S5~8S6、二运皮带控制器急停按钮26A1、驾驶室急停按钮2S4、远程遥控器急停按钮9AS1及所有的急停设备的两路常闭触点和移动控制器运行继电器39K1的两路常开触点串联接入安全继电器的两路故障检测回路；

当正常运行时，安全继电器的两路故障检测回路所连接的触点都处于闭合状态，当有任意一个设备的触点断开，安全继电器就会动作；所有的急停设备都有一路常开触点进入移动控制器中，进行控制保护；

其中的安全继电器7K1的端子S33和S34组成安全继电器的复位回路，串联接入截割电机旁路接触器10K1常闭触点、截割电机高速接触器10K2常闭触点、截割电机低速接触器10K3常闭触点、液压电机主接触器13K1常闭触点、液压电机星形接触器13K3常闭触点、液压电机角形接触器13K4常闭触点、一运电机正反转接触器16K1和16K2常闭触点、二运电机接触器18K1的常闭触点、移动控制器中运行继电器39K1的常开触点、控制柜的带灯复位按钮7S1和驾驶室的带灯复位按钮6S1；

当发生故障时，产生的故障被解除后，所有电机的都停止运行，相应的接触器常闭触点闭合，并且移动控制器正常运行，点击控制柜或者驾驶室的带灯复位按钮都可以将安全继电器复位，安全继电器复位后，安全继电器自身解除故障状态，六路输出回路输出点闭合，各路电机控制回路进入正常状态；有故障时复位按钮上的红色指示灯点亮，故障排除后，点击复位按钮，红色指示灯消灭；

其中的安全继电器7K1的端子03和04、13和14、23和24组成瞬时断开的安全输出通道，端子37和38、47和48、57和58组成延时断开的安全输出通道，瞬时断开的安全通道和延时断开的安全通道分别接入截割电机软启动器控制回路、一运电机控制回路、二运电机控制回路、截割电机控制回路、液压电机控制回路和主断路器控制回路；

没有故障时，安全继电器安全输出通道闭合，各电机控制回路正常；

发生故障时，安全继电器动作，安全输出通道断开，各个电机控制回路断开，电机停止运行；在安全继电器复位之前各个电机控制回路都不会接通；安全继电器动作输出点、安全继电器内部K1~K2输出点和安全继电器内部K3~K4输出点都进入移动控制器中进行保护；

急停按钮的一路常开触点与安全继电器的端子Y64、Y74和Y84组成的安全继电器固态信号输出点都接入移动控制器的DI点中，做安全急停保护动作，作为程序安全保护；当上述触点断开时，移动控制器中的软件程序将驱动中间继电器动作，断开各个电机的控制回路，使电机回路的交流接触器断开，断开电机供电，实现程序回路安全保护；

当出现紧急情况，其中一个急停按钮被按下时，从硬件上将主回路断路器分闸、将各个设备电机的控制回路断开；或从软件上将各个设备电机的接触器断开，通过双回路保护设计，从硬件和软件上都能够断开电源，起到双重保险的作用；

其中的安全继电器7K1的输出通道通过端子57和端子58和控制柜的左右门限开关4S1、4S2串接在一起，接入断路器的延时跳闸装置的端子X1和X2，延时跳闸装置的端子0和2接入控制电压AC220V，延时跳闸装置输出电压控制信号通过端子D1/51和D2/52接入断路器的端子D1和D2进入欠压脱扣装置；

当安全继电器动作、控制柜门打开或者AC220V控制电压降低都会导致主断路器欠压脱扣跳闸，从而断开供电电源；

7）各个电机的控制回路的构成都相似，二运电机控制回路是，将安全继电器7K1的输出回路端子23和端子24、热继电器18F2常闭触点、二运电机接触器线圈18K1、二运启停继电器28K4触点和电源AC220V串联一起，整个控制回路带电，二运接触器闭合，二运电机启动，控制回路断开，二运电机停止；

8）主进线断路器6、断路器延时跳闸装置7，主断路器具有电控操作机构，

主断路器的端子71是电控操作机构的合闸线圈，70是分闸线圈，75是断路器闭合指示回路；

当断路器闭合时，指示灯1H1点亮；主断路器通过控制柜按钮1S1远程闭合断路器，控制柜按钮1S2远程断开断路器；

当断路器发生跳闸故障时，脱扣辅点HIA闭合，电控操作机构的分闸线圈闭合，自动断开主断路器，增强了主供电回路的安全性。

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