劉 妍

（中煤科工集團(tuán)太原研究院，山西 太原 030006）

0 引言

我國(guó)煤礦綜合機(jī)械化采煤工作面95%以上的采煤機(jī)為國(guó)產(chǎn)交流電牽引采煤機(jī)，其控制策略為遙控器發(fā)出操作信號(hào)，接收機(jī)（端頭站）收到信號(hào)、處理后傳送給控制中心；或用端頭站的控制按鈕，把各種操作信號(hào)傳送給控制中心?？刂浦行牡暮诵臑镻LC，執(zhí)行各種操作，如采煤機(jī)滾筒、破碎機(jī)的調(diào)高，變頻器牽引方向和牽引速度、截割電動(dòng)機(jī)恒功率控制，各電動(dòng)機(jī)過電流和溫度保護(hù)等，控制思想先進(jìn)，控制系統(tǒng)完善[1]。但是，在使用中PLC 控制器也出現(xiàn)故障，降低了開機(jī)率，在一定程度上影響了原煤的生產(chǎn)。以MG2×2×125/571-WD 型采煤機(jī)的主控制器為例，說明常見故障的分析、判斷和排除方法。

1 主控制器故障分析及排除

該采煤機(jī)控制中心由主控制器和輔助控制器組成。主、輔控制器分別為2 個(gè)防電磁干擾的不銹鋼盒子。主控制器內(nèi)裝有FX2N-32MR 基本單元、RS232C 接口模塊FX2N-232IF、主控?cái)?shù)據(jù)采集通訊模塊、輸出繼電器板等。FX2N-32MR 簡(jiǎn)稱為PLC，F(xiàn)X2N-232IF 稱為PLC 的接口模塊。輔助控制器不銹鋼盒內(nèi)裝有直流控制電源、本質(zhì)安全型電源等?；締卧狥X2N-32MR 由內(nèi)置電源、輸入單元、輸出單元、CPU 與存儲(chǔ)器等組成。內(nèi)置電源為1 塊獨(dú)立電路板。輸入單元又稱輸入繼電器電路，接收外部按鈕等接點(diǎn)控制信號(hào)，即按鈕接輸入繼電器X 端子和公共端子COM，如左截割電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)（X0 左啟）、右截割電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)（X1 右啟）、主停（X3）等。輸出單元也稱輸出繼電器電路，接線端子為Y，控制如左右搖臂的升降、牽引方向、牽引速度等[2]。主控制器PLC 部分見圖1。

圖1 MG2×2×125/571-WD 型采煤機(jī)主控制器PLC 部分接線示意

PLC 輸入回路指外部控制電路和PLC 內(nèi)部輸入繼電器電路（輸入單元），PLC 輸出回路指外部控制電路和PLC 內(nèi)部輸出繼電器電路（輸出單元）。

1.1 故障一

PLC 有電后程序不能工作，且PLC 上的電源指示燈不亮，為內(nèi)置電源板故障。其可能的原因：

（1）內(nèi)置電源板5 A 熔斷器熔絲熔斷。更換熔芯。

（2）CN1 插接線柱接觸不良，電弧燒傷，振動(dòng)后電源指示燈時(shí)亮?xí)r滅。更換CN1 插接線柱。

（3）內(nèi)置電源板MA4820 集成開關(guān)電源模塊損壞、SK8050S 開關(guān)穩(wěn)壓電源模塊損壞、SE024 三端穩(wěn)壓模塊損壞、其他元器件損壞等。更換對(duì)應(yīng)損壞的器件，或更換電源板。

第（1）、（2）項(xiàng)故障的概率較高，第（3）項(xiàng)的較低。這一故障只能將主控制器從采煤機(jī)拆下，出井修理。

1.2 故障二

順槽配電點(diǎn)給采煤機(jī)供電的隔爆型二組合開關(guān)不自保，其控制原理見圖2。

圖2 采煤機(jī)先導(dǎo)控制回路

圖2 中左側(cè)是順槽組合開關(guān)先導(dǎo)控制回路部分，P、E 線為采煤機(jī)動(dòng)力電纜控制芯線，右側(cè)為采煤機(jī)上的啟動(dòng)控制按鈕。為減少控制芯線，用PLC 輸出繼電器Y10 控制KA，KA 的接點(diǎn)作為順槽開關(guān)的自保接點(diǎn)，參見圖1。

由圖2 可見，PLC 外部控制電路接觸不良，或PLC 輸出繼電器Y10 控制的中間繼電器KA 不動(dòng)作，自保接點(diǎn)KA 不閉合，順槽組合開關(guān)先導(dǎo)回路不自保。PLC 內(nèi)部輸出繼電器Y10 電路故障可能的原因：

（1）中間繼電器KA 故障，更換KA。

（2）PLC 輸出繼電器Y10 不動(dòng)作，可能的原因是：①Y10 與KA 之間的連接線路開路；②Y10 接線柱接觸不良；③PLC 電源板故障，更換電源板。

PLC 輸出單元故障可從Y10 指示燈是否點(diǎn)亮判斷。Y10 點(diǎn)亮?xí)r，程序正常，Y10 接點(diǎn)故障；Y10 不亮?xí)r，查看PLC 是否有電；鋰電池電量不足，程序丟失，重裝梯形圖程序等。用萬用表檢測(cè)先導(dǎo)電路應(yīng)接觸良好，遠(yuǎn)方整流二極管D1 接線完好，其性能符合要求，順槽磁力啟動(dòng)器仍不能自保，將主控制器從采煤機(jī)拆下，出井修理。

1.3 故障三

端頭站操控時(shí)，采煤機(jī)不能牽引。經(jīng)檢查，用變頻器操作鍵盤控制時(shí)采煤機(jī)可以牽引，則故障在主控制器和主控制器與變頻器的控制線路上。其原因：

（1）控制線路故障。用萬用表檢測(cè)其控制回路，接線應(yīng)可靠。

（2）由圖1 可見，X6 輸入回路長(zhǎng)時(shí)連通，程序中處于牽引停止?fàn)顟B(tài)，所以不能牽引。用萬用表檢測(cè)X6 回路，牽停按鈕SB8（6P8，6P1）接點(diǎn)是否粘連等。

（3）PLC 輸出的公共線COM1 開路。

（4）程序丟失，重裝梯形圖等（井下沒有條件，只能在地面進(jìn)行操作）。

多數(shù)故障是控制回路連接出的問題引起，這一故障在現(xiàn)場(chǎng)是能夠排除的。

1.4 故障四

采煤機(jī)只能在最大速度的50%以下運(yùn)行。經(jīng)檢測(cè)變頻器無故障，顯示器顯示截割電動(dòng)機(jī)電流小于其額定電流，牽引電動(dòng)機(jī)電流也小于其額定電流。屬于信號(hào)采集回路故障。

由圖1 知，PLC 輸出繼電器Y2（增速）控制牽引變頻器，而Y2 是由程序控制，牽引速度受截割和牽引電動(dòng)機(jī)電流控制，主控?cái)?shù)據(jù)采集通訊模塊（圖1中未畫出）采集的左右截割和牽引電動(dòng)機(jī)的電流信號(hào)處理后送給PLC，由程序控制牽引速度。由此可見，采煤機(jī)牽引速度不能提高可能的原因：

（1）截割電動(dòng)機(jī)動(dòng)力回路的電流變送器故障，反映動(dòng)力回路電流的信號(hào)恒為控制電源電壓DV12 V。更換截割電動(dòng)機(jī)動(dòng)力回路的電流變送器。

（2）牽引電動(dòng)機(jī)動(dòng)力回路電流變送器故障，輸出采樣信號(hào)增大等。更換牽引動(dòng)力回路的電流變送器。

（3）主控?cái)?shù)據(jù)采集通訊模塊故障，更換模塊。排除這一故障要從采煤機(jī)上拆下主控制器，地面維修。

2 PLC 內(nèi)部輸入和輸出繼電器電路故障分析

在地面維修采煤機(jī)主控制器，分析、判斷PLC內(nèi)部輸入和輸出繼電器電路故障（見圖1）。

FX2N-32MR 的L、N 端接入AC220 V 電源。

（1）查看PLC 輸入繼電器X、輸出繼電器Y 指示燈點(diǎn)亮情況，與電氣原理圖對(duì)照。沒有操作之前，輸入繼電器X、輸出繼電器Y 哪個(gè)指示燈應(yīng)點(diǎn)亮。

（2）根據(jù)控制原理圖，分別點(diǎn)接觸輸入繼電器X，即將PLC 輸入的COM 端子與需要點(diǎn)接觸的X 端子碰觸，X 燈點(diǎn)亮，表示輸入繼電器X 正常。對(duì)照梯形圖（程序）是否有對(duì)應(yīng)的輸出繼電器Y 動(dòng)作，如果Y 動(dòng)作，則Y 指示燈點(diǎn)亮。具體如下：

①當(dāng)點(diǎn)接觸X 端子時(shí)，X 燈不亮，則故障出在X輸入繼電器回路內(nèi)。排除方法：通常PLC 控制器設(shè)計(jì)時(shí)，輸入繼電器回路留有備用繼電器，如圖1 中輸入繼電器X7、X10、X11、X12 是備用輸入繼電器。哪個(gè)輸入繼電器X 電路損壞，可將其拆開，接在1個(gè)備用繼電器輸入端子上。如X7，拆開的備用繼電器X7 的線用絕緣包扎處理；再調(diào)出梯形圖，將原輸入繼電器編號(hào)全部改為已接入備用繼電器X7，故障得以排除。

②當(dāng)輸入繼電器X 動(dòng)作后，由電氣控制原理圖可知被控制的對(duì)象Y 應(yīng)動(dòng)作，Y 指示燈點(diǎn)亮。如Y不動(dòng)作，說明輸出繼電器Y 電路故障。排除方法：同樣，PLC 控制器設(shè)計(jì)時(shí)，輸出繼電器回路留有一定數(shù)目的備用繼電器，如圖1 中輸出繼電器Y5（BY）、Y6（BY）是備用輸出繼電器。物理接線是將故障輸出繼電器Y 從PLC 輸出端子上拆下，接到1 個(gè)備用輸出繼電器Y5（或Y6）的端子上，拆下的Y5（或Y6）用絕緣處理包扎。程序修改是將原故障的輸出繼電器Y 全部改為Y5（或Y6），故障被排除。

判斷圖1 控制器工作是否正常，對(duì)照梯形圖分析效果最好。如：X0 左啟，X0 接通，PLC 程序控制，輸出繼電器Y4 吸合，中間繼電器KA1 吸合，接觸器-KM1 吸合，左截割電動(dòng)機(jī)M1、M2 啟動(dòng)。

可用絕緣導(dǎo)線觸及PLC 輸入端COM 與X0，X0燈點(diǎn)亮，輸出繼電器Y4 燈點(diǎn)亮，程序運(yùn)行正常。

當(dāng)X0 接通時(shí)，PLC 本體上指示燈X0 不亮，程序不能運(yùn)行，則輸出繼電器Y4 指示燈不亮，故障發(fā)生在輸入繼電器X0 電路內(nèi)。排除方法：拆下X0 線，接到備用輸入繼電器X7 端子上，拆下的原X7 線絕緣包扎處理，再將梯形圖中的所有X0 修改為X7，故障得以排除。

當(dāng)X0 接通時(shí)，PLC 本體上指示燈X0 亮，程序運(yùn)行，則輸出繼電器Y4 指示燈不亮，故障發(fā)生在輸出繼電器Y4 電路內(nèi)。排除方法：拆下Y4 線，接到備用輸出繼電器Y6 端子上，拆下的原Y6 線絕緣包扎處理，再將梯形圖中的所有Y4 修改為Y6，故障得以排除。

X1 右啟：用絕緣導(dǎo)線觸及PLC 輸入端COM 與X1，X1 燈點(diǎn)亮，輸出繼電器Y5 燈點(diǎn)亮，程序運(yùn)行正常。

X3 主停：用絕緣導(dǎo)線觸及PLC 輸入端COM 與X3，X3 燈點(diǎn)亮，Y10 燈熄滅，繼電器KA 釋放，常開接點(diǎn)KA（6P25，6P26）斷開順槽組合開關(guān)的先導(dǎo)回路，順槽開關(guān)跳閘。

其他繼電器不再一一列舉?？傊?，在PLC 輸入端，用絕緣導(dǎo)線分別觸及COM 線與對(duì)應(yīng)的輸入繼電器X，對(duì)應(yīng)的輸入繼電器X 指示燈亮。當(dāng)操作的是一個(gè)動(dòng)作時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出繼電器Y 的指示燈點(diǎn)亮。若輸入指示燈不亮，則輸入繼電器電路故障，改在備用輸入繼電器上，再改變程序?qū)?yīng)的繼電器編號(hào)，故障得以排除；執(zhí)行動(dòng)作的輸出繼電器指示燈Y 不亮，則輸出繼電器電路故障，同樣改在備用輸出繼電器上，再改變程序?qū)?yīng)的繼電器編號(hào)，故障得以排除。若鋰電池故障，程序可能丟失，需要重裝程序?？梢姡ㄟ^觀察X 指示燈和Y 指示燈可以判斷故障的范圍，有針對(duì)性地處理。

3 結(jié)語

判斷國(guó)產(chǎn)電牽引采煤機(jī)主控制器故障的方法，是在熟悉采煤機(jī)電控系統(tǒng)、PLC 梯形圖的基礎(chǔ)上，在輸入回路中，逐點(diǎn)觸及COM 與對(duì)應(yīng)的X，觀察輸入繼電器X 和輸出繼電器Y 的指示燈是否點(diǎn)亮確定故障范圍，用備用輸入、輸出繼電器代替故障繼電器，在煤礦維修采煤機(jī)主控制器、掘進(jìn)機(jī)PLC 控制器、組合開關(guān)PLC 控制器時(shí)，不失為一較好的方法。

[1]穆連生.現(xiàn)代煤礦采掘設(shè)備電氣控制及維修技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2008：552-577.

[2]張運(yùn)剛.PLC 職業(yè)技能培訓(xùn)及視頻精講——三菱FX 系列[M].北京：人民郵電出版社，2013：106-206.