930采煤机维护培训手册_电气部分

交流变频电牵引采煤机 使用维护手册

（电气分册）

西安煤矿机械有限公司编制

2009年1月

在使用本产品前，请先仔细阅读

此手册并妥为保存以便日后查阅。

目 录

第一章 电气系统简介 (2)

第二章 采煤机使用注意事项 (4)

第三章 PLC(可编程逻辑控制器) (5)

第四章 变频器操作及维护 (12)

第五章 常见故障分析及处理 (24)

第六章 电气日常检修指南 (28)

第七章 备件表（电气部分） (30)

第一章电气系统简介

交流变频电牵引采煤机的电气系统一般由：⑴启动回路、⑵运输机闭锁（简称闭溜）回路、⑶主供电回路、⑷低压控制回路等组成。

1、启动回路

启动回路一般将隔离开关超前断电接点、左右截割电机的温度接点、瓦斯断电仪接点（可选）串联在回路中，还包括启动按钮、停止按钮、自保节点和启动二极管等。

2、运输机闭锁（简称闭溜）回路

闭溜回路一般就是一组带有机械闭锁的常闭节点。它串联在工作面运输机的启动回路中，当采煤机在检修或紧急需要时可以停止运输机，并且闭溜按钮带有机械闭锁功能，必须手动复位后才可以再次启动运输机，保证人身和设备的安全。

3、主供电回路

主供电回路一般由隔离开关、真空接触器、牵引变压器、控制变压器、变频器、左右截割电机、左右牵引电机、泵电机等组成。

4、低压控制回路

低压控制回路一般包括PLC、本安电源、非本安电源、电磁阀、左右

端头站、遥控器、瓦斯断电仪等。

补充说明：在原理图中1aX1 1表示的意思是1a电控箱隔爆腔中X1端子排的1号端子，a是表示在多个电控箱中第一个电控箱。1a .1X1 1表示的意思是1a电控箱接线腔X1端子排的1号端子，其他以此类推。

第二章 采煤机使用注意事项

1、 交流变频电牵引采煤机启动时，应按起动按钮3—5秒钟，待起动后，观察中文显示屏的电压、电流、温度等信息一切正常后，方可左右牵引。

2、按牵引按钮时，禁止按住不松。初牵引速度控制在1米/分钟内，待行走稳定后方可加速，一般控制在5米/分钟。（初采期间，运行速度≤2米/分钟）以内

3、需要改变牵引方向时，应先将牵引速度降到“0”米附近，按下牵停按钮，再反向牵引，同时观察中文显示屏的电压、电流、温度等信息是否正常，如正常，再调整运行速度。

4、采煤机停机后，严禁立即开机，必须经过不低于3分钟的等待，（等待变频器显示屏黑屏后指示灯灭）才能重新开动采煤机，以保证变频器得到充分的放电时间。

5、开机前必须先供水，严禁无水开机；停机时，应先停机，后停水。

6、牵引变压器、牵引电机的所有的绝缘测试必须在断开变频器电缆连接的情况下进行。否则会引起变频器损坏。

7、当第一次试运行采煤机或再次连接变频器、牵引电机电缆时，应检查相序是否正确。以防由于相序错而导致机器两牵引电机对拉或顶牛，牵引不能正常行走。

8、请使用单位认真阅读相关型号交流变频电牵引采煤机产品说明书，严格按说明书规定操作。

第三章 PLC(可编程逻辑控制器)

PLC（P rogram Logic Control，即可编程逻辑控制器），是采煤机电气系统的控制中心。采煤机正常工作时,变频器的牵引方向、加减速控制；左右摇臂升降、制动抱闸的开断；左右截割电机的温度监测、牵引变压器温度监测、牵引、截割电机的电流采样；采煤机恒功率保护、 “过零保护”、瓦斯断电保护等均通过PLC实现，以达到对采煤机接近完美的控制性能。

交流变频电牵引采煤机电控系统选用的PLC是日本三菱公司的Fx2N系列，它具有可靠性高、抗干扰能力强的特点, 且采用导轨式安装, 非常方便。PLC 采用模块式硬件结构,组合和扩展都相当方便，用程序式的软连接代替传统的继电器式的硬连接，减少了故障连接点，控制系统接线简单、可靠，使得维护检修方便易行。

现简要地将其分述如下：

（一）、结构简介

交流变频电牵引采煤机电控系统的PLC由基本单元、扩展模块、特殊模块等组成。

PLC实物图如下页所示：

箭头5表示PLC主机与扩展模块相连接的排线插头。根据采煤机的控制需求，一般后连FX2N-8EYR、FX2N-4AD（或FX2N-8AD）、FX2N-4AD-PT 等模块。

箭头12表示锂电池，当采煤机停机时，为内部元件提供电源支持，保证信息和程序的可靠存贮。电池寿命约5年，当电池电压下降时，箭头11放大图中的“BATT.V”灯亮（红色），这时PLC还可以工作一个月左右，但建议及时更换电池，以免因程序丢失等原因耽误生产。

箭头15表示功能扩展板安装插座，也就是FX2N-485-BD模块的插座。PLC通过该模块与变频器进行通讯，用来实时地读取变频器的内部运行数据及故障信息。

箭头10放大图中的箭头17表示PLC的编程口，它用来连接中文显示屏，将PLC内部的各种数据显示在中文显示屏上，在插拔时，一定要注意针脚的对应位置。。

箭头10放大图中的箭头16表示PLC内置的RUN/STOP（运行/停止）开关。当采煤机正常工作时，此开关应处于RUN上，此时箭头11放大图中的RUN灯亮（绿色）。如果置于STOP上，PLC停止工作，也就是说采煤机的所有功能将不起作用，请拨至RUN位置。

（二）指示灯

PLC的指示灯包括输入指示灯、输出指示灯、内部运行状况指示灯，分别如实物图中的箭头4、箭头7、箭头11所示。

2.1 输入、输出指示灯：

对于每一个输入、输出端子,PLC的输入端子一般用X**对应，输出端子一般用Y**对应，输入和输出的公共端是无关的，都有与之唯一对应的输入、输出指示灯。如能深刻理解输入、输出指示灯的状态，对于处理分析电气故障非常有好处。当采煤机控制部分出现问题时，可将问题一分为二（输入或者输出），简化处理。

例如：当通过采煤机左端头站操作“左升”时，左摇臂并没有升起的动作，而手动升降正常，这时我们就可以通过观察PLC输入、输出指示灯的办法来排查问题: 首先观察相应输入指示灯，若灯亮，则表示从端头站

至PLC的输入回路正常；若指示灯不亮，则需要重点检查输入回路。输入

指示灯正常后，察看相应的输出指示灯，若灯亮，则需要重点检查左升电

磁阀、24V电源、2Mpa控制油压及其线路连接等；若不亮，则估计PLC自

身出现故障。从而根据输入、输出指示灯的状态快速准确地排查问题，处

理故障。

2.2 内部运行状况指示灯

PLC基本单元右方中部有四个指示灯，也就是箭头11放大图中所示的

四个灯，它们表明了PLC内部的运行状况。这四个指示灯的含义分别是： 第一个为POWER灯，即电源指示灯，正常时，绿色，常亮。

第二个为RUN灯，即运行指示灯，正常时，绿色，常亮。

第三个为BATT.V灯，即电池电压下降指示灯，正常时熄灭，故障时红色。

当此灯红色闪烁时，提示尽快更换电池，当此灯红色常亮时，程序不工作。

第四个为PROG-E、CPU-E指示灯，PROG-E即程序出错指示灯，正常时熄灭，

故障时红色闪烁。CPU-E灯，即CPU故障指示灯，正常时熄灭，故障时红

色常亮，说明PLC主模块损坏。（注意：对于BATT.V、PROG-E、CPU-E灯，

在送、断电的瞬间红色，属正常现象。

（三）输入、输出端子

所谓输入输出，也就是将采煤机的外围信号输入到PLC（不管是中间

操作按钮还是端头站、遥控器的操作），经过程序逻辑处理后输出，驱动负

载工作。

例如：对于Fx2N-32MR-001型号的PLC来说，输入16点，输出16点，

继电器型输出。输入继电器（X）、输出继电器（Y）的编号是按8进制数码

分配。输入端子编号为X0～X7、X10～X17；输出端子编号为Y0～Y7、Y10～Y17。

（四）公共端

对于电气控制系统来说，都有回路的概念，对于PLC也不例外。

输入、输出点要工作，都要与另外一点构成回路。此点就是公共端COM。

对输入端子来说，只有一个公共端COM，也就是说每一点都必须与COM 端形成回路，才可以正常工作。

对输出端子来说，由于电压等级不同，负载类型不同，并且公共端接点容量有限，所以通常分为几个公共端COM1、COM2…。

在判断PLC的一路输出是否正常时，可用万用表测试。从PLC上甩开此端子的负载连线，用万用表测试输出端子与其对应的公共端是否畅通，来进一步确定端子是否损坏。

PLC作为采煤机控制的核心元件，它的质量相当可靠。当存在不可预知的因素导致其损坏时，更换也相当简单：先用梅花螺丝刀卸下输入、输出端子的两个黑色固定螺丝，再用两个平口螺丝刀将PLC实物图中箭头8所示的导轨卡子同时拉出，即可方便更换。这时不要拆除输入、输出端子的连接线，以免导致线路混乱。

（五）FX2N-8EYR/ FX2N-16EYR

FX2N-8EYR/ FX2N-16EYR是一个PLC的输出扩展模块，此模块主要功能是：当煤机送上电后，PLC逻辑运算正常后，接点闭合，实现采煤机自保。

此模块的供电电源由PLC主机单元提供。

当煤机不自保时，应综合分析其原因，若自保点有故障，也会导致不自保，需要更换。

（六）FX2N-4AD/ FX2N-8AD

FX2N-4AD/ FX2N-8AD模拟量输入模块将4路（8路）模拟量输入（电压量或电流量输入）转化成数字值，并且把它们送入到PLC主单元。

此模块的供电电源由PLC主机单元提供。

在采煤机电控系统中，此模块主要将左、右截割电机，左、右牵引电机（或包括由左、右截割电机温度模块、牵引变压器温度模块转化而来的三路电流信号）所采样的电流信号转化为数字量，送入PLC主机单元，用以执行电气保护及中文屏的数据显示。

电流显示不正常时，可以采用替换法排查是模块的某一通道出了问题还是电流变送器出问题，然后再进行处理。

FX2N-4AD实物图如下：

FX2N-8AD实物图如下：

（七）FX2N-4AD-PT

FX2N-4AD-PT模块可以将4个温度传感器（PT100）的输入信号放大，转化成数字值，送入PLC主机单元。

此模块的供电电源由PLC主机单元提供。

在采煤机电控系统中，此模块将左、右截割电机、牵引变压器的温度传感器PT100信号转化为数字量的温度值，送入PLC主机单元，用以执行电气保护及中文屏数据显示。

温度显示不正常时，可以采用替换法排查是模块的某一通道出了问题还是还是PT100电阻损坏，然后再进行处理。

对于PT100电阻，可以用110Ω、1/8W或者120Ω、1/4W的电阻代替。

FX2N-4AD-PT实物图如下：

第四章 变频器的操作及维护

随着电牵引采煤机的广泛应用，对电气维修人员提出了更高的要求。电牵引采煤机的技术核心部分就是PLC和变频器，而变频器更是提到一个重要高度，这里详细介绍ABB变频器的知识。

1、变频器的基本原理

下图是一个四象限运行变频器的主电路原理图，EMC滤波器和LCL滤波器是可供选择的组成部分，ABB变频器在不作特殊要求的情况下，进线侧部分为一个电抗器。

基本原理：

进线侧整流部分把380V、50Hz三相交流电整流为直流电，电容器组一般为四个，作为电能储存器，可以稳定直流母线中间回路电压，IGBT逆变器把直流电压转换为变频变压的交流电压，控制电机的运行速度和方向。

补充说明：两象限和四象限是指电动机工作区间，两象限是指电动机工作在一、三象限，转矩和速度的方向是一致的，处于电动状态；四象限是指电动机除了工作在一、三象限，还存在处于二、四象限状态，转矩和速度的方向是不一致的，电动机处于发电状态。

2、警告

在日常的维护或修理变频器的过程中应严格遵循下列要求：

在切断输入电源之后，应至少等待5分钟，待中间电路电容放电完毕后再进行操作。

在开始操作之前，还应用万用表（阻抗至少为1兆欧）测量：

1、输入端子U1、V1、W1和机壳之间的电压应接近0伏。

2、端子UDC+和UDC-和机壳之间的电压应接近0伏。

禁止在传动单元或外部控制电路带电时操作控制电缆，即使ACS800主电源断电，其内部仍可能存在有外部控制电路引入的危险电压。

所有的绝缘测试必须在断开电缆连接的情况下进行。

当再次连接电缆时，应检查相序是否正确。

印刷电路板上包括许多对静电放电敏感的元件，如果不必要，就不要触摸电路板。

操作光纤时一定要小心。当插拔光纤时，一定要抓住连接头，而不是光纤线。由于光纤对煤尘、灰尘等赃物非常敏感，所以不要

用裸手触摸光纤头，光纤的最小允许弯曲半径是35厘米。

3、变频器控制盘

3.1变频器控制盘实物图

在这里先介绍一些ABB变频器控制盘上显示常见英语词汇及相应的中文对照：

FREQ(FREQUENCY) 频率的简写 单位 Hz

CURRENT 电流 单位 A

SPEED 速度 单位 rpm

POWER 功率 单位 %

TORQUE 转矩 单位 %

CTRL LOC EXT1、EXT2 控制地1和控制地2 ACS 800 TEMP IGBT温度

FAULT 故障

WARNING 警告

变频器控制盘的实物图如下：

3.2 控制盘显示内容和操作

主变频器控制盘CDP-312R的第一行显示内容：

“1 -> 0.0 rpm O”

从变频器控制盘CDP-312R的第一行显示内容：

“1 -> 0.0 % ”

3.3 故障信息的查看和清除

4、主从宏的介绍

在采煤机正常工作时，它的负载是变化的，怎样使两个牵引电机负荷一致呢？我公司两台变频器采用主、从控制，主、从变频器之间采取光纤通讯。一个变频器作为主变频器，它检测外界负载大小，平均分配负荷，给定从变频器一个转矩信号，从而使两个牵引电机负荷一致，避免一个牵引电机出力，长时间工作损坏电机。

工作流程：采煤机操作人员选定牵引方向，并给一定加速时间，PLC 计算加速时间，通过主变频器X22端子端口或适配器Modbus通讯，使主变频器启动，主变频器响应为速度值，变频器显示屏第一行即状态行第一行显示为： “ 1（牵引方向） ***rpm I ”

从变频器也随着启动，状态行第一行为：“1（牵引方向） ***% I ”

补充说明：有的变频器可能不显示“I”,但它依然启动了，不为故障，ABB变频器早期产品有此现象。启动时，两个显示屏的牵引方向应该是一

致的。当第一次试运行采煤机或再次连接变频器、牵引电机电缆时，如果采煤机不行走，在检查抱闸没有抱死的情况下，请检查相序，观察电流，有可能两牵引电机对拉或顶牛。

5、“一拖一”控制和“一拖二”控制

“一拖一”控制就是一台变频器拖动一台电机，两台变频器之间采用主从宏控制，“一拖二”控制就是一台变频器拖动两台电机。在“一拖二”控制中，变频器内部存有两组用户宏，当一个牵引电机出现问题，可把X22的DI6线甩掉，变频器自动调用一个电机的辨识参数，在负荷不大的情况下，摘掉损坏电机侧的扭矩轴，可以实现短时间采煤。如果按下单牵引按钮，变频器也可自动调用一个电机的辨识参数，在变频器拖动两个电机的情况下，可能会报电机堵转故障，检查电流是否不大于80安培，则是变频器调用了一个电机的辨识参数。

6、变频器的接线

主变频器的接线分为电源线、负荷线、控制线，电源线为主电源通过变压器降压为380v或460v，经过快速熔断器接到变频器上；负荷线为变频器的输出接到牵引电机上。控制线分两种，一种为PLC通讯输出接到RMIO 控制板扩展插槽上的现场总线适配器；一种为PLC继电器输出连线到RMIO 控制板的X22端子上。RMIO控制板从左到右一次是X16、X21、X22、X23、X25、X26、X27。RMIO控制板如下图：

X16 X21 X22 X23 X25 X26 X27

X16有两个端子；X21有十二个端子；X22有十一个端子；X23有两个端子；X25有三个端子；X26有三个端子；X27有三个端子；DDCS插槽一般 连接通讯模块RDCO-03或RDCO-02用于主从通讯，主从光纤插在通讯模块的第三组端口；可选模块1插槽一般连接PLC通讯输出接到RMIO控制板扩展插槽上的现场总线适配器；可选模块2插槽一般不用。

X22端子如下：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

DI1 DI2 DI3 DI4 DI5 DI6 +24V +24V DGND1 DGND2 DI IL

8和11之间原机带着一根红色的短接线，不要动。PLC到变频器X22端子接线控制一般如下：DI1 变频器启停；DI2左右牵引方向；DI3 加速；DI4 减速；DI5 故障复位；DI6 主从宏调用；DI7 +24V电源。

X25、X26、X27为变频器继电器输出，我们把X27继电器输出作为变频器故障节点反馈给PLC。

RMIO控制板上的可选模块1一般连接RMBA-01模块，用于与PLC通讯，DDCS插槽一般连接RDCO-03C模块，主从之间采用两根光纤通讯，连接在RDCO-03C模块的CH1通道上。连接方式如下：

7、主从互换

我公司交流电牵引采煤机产品中的变频器均可作主或者从变频器，两组参数均存储在变频器内部。主和从变频器是可以互换的，在相应的产品