电牵引采煤机PLC 控制系统故障分析

刘 妍

（中煤科工集团太原研究院，山西 太原 030006）

0 引言

我国煤矿综合机械化采煤工作面95%以上的采煤机为国产交流电牵引采煤机，其控制策略为遥控器发出操作信号，接收机（端头站）收到信号、处理后传送给控制中心；或用端头站的控制按钮，把各种操作信号传送给控制中心。控制中心的核心为PLC，执行各种操作，如采煤机滚筒、破碎机的调高，变频器牵引方向和牵引速度、截割电动机恒功率控制，各电动机过电流和温度保护等，控制思想先进，控制系统完善[1]。但是，在使用中PLC 控制器也出现故障，降低了开机率，在一定程度上影响了原煤的生产。以MG2×2×125/571-WD 型采煤机的主控制器为例，说明常见故障的分析、判断和排除方法。

1 主控制器故障分析及排除

该采煤机控制中心由主控制器和辅助控制器组成。主、辅控制器分别为2 个防电磁干扰的不锈钢盒子。主控制器内装有FX2N-32MR 基本单元、RS232C 接口模块FX2N-232IF、主控数据采集通讯模块、输出继电器板等。FX2N-32MR 简称为PLC，FX2N-232IF 称为PLC 的接口模块。辅助控制器不锈钢盒内装有直流控制电源、本质安全型电源等。基本单元FX2N-32MR 由内置电源、输入单元、输出单元、CPU 与存储器等组成。内置电源为1 块独立电路板。输入单元又称输入继电器电路，接收外部按钮等接点控制信号，即按钮接输入继电器X 端子和公共端子COM，如左截割电动机启动（X0 左启）、右截割电动机启动（X1 右启）、主停（X3）等。输出单元也称输出继电器电路，接线端子为Y，控制如左右摇臂的升降、牵引方向、牵引速度等[2]。主控制器PLC 部分见图1。

图1 MG2×2×125/571-WD 型采煤机主控制器PLC 部分接线示意

PLC 输入回路指外部控制电路和PLC 内部输入继电器电路（输入单元），PLC 输出回路指外部控制电路和PLC 内部输出继电器电路（输出单元）。

1.1 故障一

PLC 有电后程序不能工作，且PLC 上的电源指示灯不亮，为内置电源板故障。其可能的原因：

（1）内置电源板5 A 熔断器熔丝熔断。更换熔芯。

（2）CN1 插接线柱接触不良，电弧烧伤，振动后电源指示灯时亮时灭。更换CN1 插接线柱。

（3）内置电源板MA4820 集成开关电源模块损坏、SK8050S 开关稳压电源模块损坏、SE024 三端稳压模块损坏、其他元器件损坏等。更换对应损坏的器件，或更换电源板。

第（1）、（2）项故障的概率较高，第（3）项的较低。这一故障只能将主控制器从采煤机拆下，出井修理。

1.2 故障二

顺槽配电点给采煤机供电的隔爆型二组合开关不自保，其控制原理见图2。

图2 采煤机先导控制回路

图2 中左侧是顺槽组合开关先导控制回路部分，P、E 线为采煤机动力电缆控制芯线，右侧为采煤机上的启动控制按钮。为减少控制芯线，用PLC 输出继电器Y10 控制KA，KA 的接点作为顺槽开关的自保接点，参见图1。

由图2 可见，PLC 外部控制电路接触不良，或PLC 输出继电器Y10 控制的中间继电器KA 不动作，自保接点KA 不闭合，顺槽组合开关先导回路不自保。PLC 内部输出继电器Y10 电路故障可能的原因：

（1）中间继电器KA 故障，更换KA。

（2）PLC 输出继电器Y10 不动作，可能的原因是：①Y10 与KA 之间的连接线路开路；②Y10 接线柱接触不良；③PLC 电源板故障，更换电源板。

PLC 输出单元故障可从Y10 指示灯是否点亮判断。Y10 点亮时，程序正常，Y10 接点故障；Y10 不亮时，查看PLC 是否有电；锂电池电量不足，程序丢失，重装梯形图程序等。用万用表检测先导电路应接触良好，远方整流二极管D1 接线完好，其性能符合要求，顺槽磁力启动器仍不能自保，将主控制器从采煤机拆下，出井修理。

1.3 故障三

端头站操控时，采煤机不能牵引。经检查，用变频器操作键盘控制时采煤机可以牵引，则故障在主控制器和主控制器与变频器的控制线路上。其原因：

（1）控制线路故障。用万用表检测其控制回路，接线应可靠。

（2）由图1 可见，X6 输入回路长时连通，程序中处于牵引停止状态，所以不能牵引。用万用表检测X6 回路，牵停按钮SB8（6P8，6P1）接点是否粘连等。

（3）PLC 输出的公共线COM1 开路。

（4）程序丢失，重装梯形图等（井下没有条件，只能在地面进行操作）。

多数故障是控制回路连接出的问题引起，这一故障在现场是能够排除的。

1.4 故障四

采煤机只能在最大速度的50%以下运行。经检测变频器无故障，显示器显示截割电动机电流小于其额定电流，牵引电动机电流也小于其额定电流。属于信号采集回路故障。

由图1 知，PLC 输出继电器Y2（增速）控制牵引变频器，而Y2 是由程序控制，牵引速度受截割和牵引电动机电流控制，主控数据采集通讯模块（图1中未画出）采集的左右截割和牵引电动机的电流信号处理后送给PLC，由程序控制牵引速度。由此可见，采煤机牵引速度不能提高可能的原因：

（1）截割电动机动力回路的电流变送器故障，反映动力回路电流的信号恒为控制电源电压DV12 V。更换截割电动机动力回路的电流变送器。

（2）牵引电动机动力回路电流变送器故障，输出采样信号增大等。更换牵引动力回路的电流变送器。

（3）主控数据采集通讯模块故障，更换模块。排除这一故障要从采煤机上拆下主控制器，地面维修。

2 PLC 内部输入和输出继电器电路故障分析

在地面维修采煤机主控制器，分析、判断PLC内部输入和输出继电器电路故障（见图1）。

FX2N-32MR 的L、N 端接入AC220 V 电源。

（1）查看PLC 输入继电器X、输出继电器Y 指示灯点亮情况，与电气原理图对照。没有操作之前，输入继电器X、输出继电器Y 哪个指示灯应点亮。

（2）根据控制原理图，分别点接触输入继电器X，即将PLC 输入的COM 端子与需要点接触的X 端子碰触，X 灯点亮，表示输入继电器X 正常。对照梯形图（程序）是否有对应的输出继电器Y 动作，如果Y 动作，则Y 指示灯点亮。具体如下：

①当点接触X 端子时，X 灯不亮，则故障出在X输入继电器回路内。排除方法：通常PLC 控制器设计时，输入继电器回路留有备用继电器，如图1 中输入继电器X7、X10、X11、X12 是备用输入继电器。哪个输入继电器X 电路损坏，可将其拆开，接在1个备用继电器输入端子上。如X7，拆开的备用继电器X7 的线用绝缘包扎处理；再调出梯形图，将原输入继电器编号全部改为已接入备用继电器X7，故障得以排除。

②当输入继电器X 动作后，由电气控制原理图可知被控制的对象Y 应动作，Y 指示灯点亮。如Y不动作，说明输出继电器Y 电路故障。排除方法：同样，PLC 控制器设计时，输出继电器回路留有一定数目的备用继电器，如图1 中输出继电器Y5（BY）、Y6（BY）是备用输出继电器。物理接线是将故障输出继电器Y 从PLC 输出端子上拆下，接到1 个备用输出继电器Y5（或Y6）的端子上，拆下的Y5（或Y6）用绝缘处理包扎。程序修改是将原故障的输出继电器Y 全部改为Y5（或Y6），故障被排除。

判断图1 控制器工作是否正常，对照梯形图分析效果最好。如：X0 左启，X0 接通，PLC 程序控制，输出继电器Y4 吸合，中间继电器KA1 吸合，接触器-KM1 吸合，左截割电动机M1、M2 启动。

可用绝缘导线触及PLC 输入端COM 与X0，X0灯点亮，输出继电器Y4 灯点亮，程序运行正常。

当X0 接通时，PLC 本体上指示灯X0 不亮，程序不能运行，则输出继电器Y4 指示灯不亮，故障发生在输入继电器X0 电路内。排除方法：拆下X0 线，接到备用输入继电器X7 端子上，拆下的原X7 线绝缘包扎处理，再将梯形图中的所有X0 修改为X7，故障得以排除。

当X0 接通时，PLC 本体上指示灯X0 亮，程序运行，则输出继电器Y4 指示灯不亮，故障发生在输出继电器Y4 电路内。排除方法：拆下Y4 线，接到备用输出继电器Y6 端子上，拆下的原Y6 线绝缘包扎处理，再将梯形图中的所有Y4 修改为Y6，故障得以排除。

X1 右启：用绝缘导线触及PLC 输入端COM 与X1，X1 灯点亮，输出继电器Y5 灯点亮，程序运行正常。

X3 主停：用绝缘导线触及PLC 输入端COM 与X3，X3 灯点亮，Y10 灯熄灭，继电器KA 释放，常开接点KA（6P25，6P26）断开顺槽组合开关的先导回路，顺槽开关跳闸。

其他继电器不再一一列举。总之，在PLC 输入端，用绝缘导线分别触及COM 线与对应的输入继电器X，对应的输入继电器X 指示灯亮。当操作的是一个动作时，对应的输出继电器Y 的指示灯点亮。若输入指示灯不亮，则输入继电器电路故障，改在备用输入继电器上，再改变程序对应的继电器编号，故障得以排除；执行动作的输出继电器指示灯Y 不亮，则输出继电器电路故障，同样改在备用输出继电器上，再改变程序对应的继电器编号，故障得以排除。若锂电池故障，程序可能丢失，需要重装程序。可见，通过观察X 指示灯和Y 指示灯可以判断故障的范围，有针对性地处理。

3 结语

判断国产电牵引采煤机主控制器故障的方法，是在熟悉采煤机电控系统、PLC 梯形图的基础上，在输入回路中，逐点触及COM 与对应的X，观察输入继电器X 和输出继电器Y 的指示灯是否点亮确定故障范围，用备用输入、输出继电器代替故障继电器，在煤矿维修采煤机主控制器、掘进机PLC 控制器、组合开关PLC 控制器时，不失为一较好的方法。

[1]穆连生.现代煤矿采掘设备电气控制及维修技术[M].北京：煤炭工业出版社，2008：552-577.

[2]张运刚.PLC 职业技能培训及视频精讲——三菱FX 系列[M].北京：人民邮电出版社，2013：106-206.