简介《美国久益长臂采煤机电气控制系统.docx》是一份深度解析久益7LS(JNA)系列采煤机电控系统的专业资料适合煤矿机电工程师、设备维护人员及矿业院校师生阅读用于快速掌握采煤机电气系统组成、控制原理与故障排查方法。文档基于久益采煤机实际构造系统介绍了电控箱位于中部两个牵引部之间的布局特点并按功能拆解了2CB断路器板、接触器板、保护控制板、JNA0/JNA1控制板、本安控制板及高压电源腔等核心模块详细说明了真空接触器、RTD保护、急停继电器、接地漏电检测等关键部件的工作机制同时对高压隔离开关、电流传感器在3300V电源监控中的作用也作了清晰阐述。资源为1个docx文档包体约19.59MB内容结构清晰图文化描述便于对照学习。该资料在平台上已有109人学习对于从事采煤设备操作、维护或技术管理的人员而言是一份实用且有价值的参考资料可帮助读者建立从电气部件到整体控制的系统性认知提升日常维护和故障处理的效率。1. 从“黑匣子”到可维护拆解这套进口采煤机控制系统的真实面貌我最早接触久益长臂采煤机的电气控制系统是在一次相当狼狈的现场故障处理中。当时工作面采煤机在割透机尾后突然停机显示屏上跳出一串我从未见过的故障代码现场的外方服务工程师已经撤场随机资料只有薄薄几页操作手册全套图纸都锁在矿技术科的铁皮柜里。那次我们花了整整两个班才把问题定位到牵引变频器的通信光纤接头氧化看似不起眼的小问题却因为对整个系统架构缺乏足够认知浪费了大量时间。也正是从那次之后我开始系统性地梳理这套美国久益Joy Global长臂采煤机的电气控制系统。说实话久益的电气系统在业内口碑两极分化一部分人觉得它集成度高、保护完善、调速性能出色是综采工作面设备里的标杆另一部分人则被它繁杂的电气图纸、封闭的通信协议和动辄上万的备件价格折磨得头疼。但无论评价如何理解这套系统的基本结构、核心模块和工作逻辑对每一位从事综采机电维护的技术人员来说都是实打实的硬通货。这篇文章我不会去复述厂家说明书而是结合我自己的拆解、测绘和故障处理经验把久益长臂采煤机电气控制系统的整体架构、关键部件、调试步骤和典型故障排查链路捋一遍。文中涉及的具体参数和操作都基于我接触过的中厚煤层长壁工作面机型不同矿区配置会有差异但底层逻辑相通。无论你是刚接触进口采煤机的年轻电工还是准备对老旧系统进行国产化改造的工程师这篇文章应该都能给你一些在图纸上看不到的思路。2. 为什么这套系统让人又爱又恨四大痛点与设计逻辑久益长臂采煤机的电气控制系统在国内综采工作面已经服役了相当长的时间。从早期的模拟信号控制到后期的CAN总线与光纤通信架构其设计理念一直围绕一个核心目标在井下恶劣环境中实现高可靠性、高实时性的采煤机控制。但真正在一线干过的人都知道这套系统有四个非常突出的特点理解这些特点是后续所有排查和调试工作的前提。2.1 高度集成化让排查路径变长久益的电气控制柜通常集成了主控单元、牵引变频单元、工况监测单元和多路传感器采集模块整个系统高度一体化。好处是设备占用空间小、接线规范、防护等级高但坏处是一旦发生故障你面对的是一个充满了多层电路板、航空插头和光纤跳线的“黑匣子”。排查任何问题都得先理清信号链路是从哪个传感器出发、经过哪块采集板、进入哪个控制单元、最终驱动哪个执行元件链路一长出错的可能性就成倍增加。我在现场经常看到新手一上来就拿万用表量变频器输出量不出问题就懵了。但实际上很多牵引故障的根源根本不在变频器本身而在主控给出的速度给定信号、通信链路的质量、甚至是操作站的急停回路状态。理解这种集成化设计带来的排查特点才不会一开始就走弯路。2.2 机电液耦合决定了电气系统不能孤立看待长臂采煤机的电气系统不是孤立的它与液压系统、机械系统深度耦合。调高泵的启停由电气信号控制液压油缸的行程位置通过传感器反馈到电气系统牵引部的机械制动器由电气回路释放和抱闸滚筒调高的动作则依赖于电液控制阀组。这种机电液一体化设计意味着任何一个电气故障都可能表现为机械动作异常反之亦然。最典型的就是采煤机牵引力不足的故障。电气系统给出的牵引指令一切正常变频器输出电流也达到额定值但采煤机就是原地不动或者走走停停。这时候问题很可能出在液压制动器没有完全释放而制动器没释放又可能是因为控制制动的电磁阀线圈供电异常或者液压系统压力不足。所以排查电气故障时一定要具备系统思维不能只盯着电路图还要结合液压原理图和机械传动结构综合判断。2.3 通信协议封闭导致外部诊断工具失灵久益采煤机的主控系统使用专用的通信协议操作站与主控之间、主控与变频器之间的数据交换依赖专用的CAN总线或者光纤链路。这种封闭协议带来两个直接影响一是通用诊断工具无法直接读取全部内部参数必须使用厂家专用的程序或至少是专用的通信适配器二是当通信链路出问题时故障信息往往晦涩难懂不像西门子或倍福等开放式系统那样有明确的报错文本。但大家要注意封闭不等于完全黑箱。久益的系统通常会配置一个人机交互界面可以显示大量实时数据和历史故障记录只是部分深层参数需要通过特定顺序的按键操作才能进入。我在后面会详细说这套菜单逻辑这是很多一线人员容易忽略、但排查故障时极其有用的功能。2.4 安全保护回路冗余高误动作也不少作为井下大型机电设备久益采煤机的安全保护设计非常完善甚至可以说是繁琐。急停回路、瓦斯断电回路、油温油位保护、牵引过载保护、冷却水流量保护、遥控器失联保护等等大大小小的保护点加起来有几十个。双回路急停设计、先导回路检测、继电器冗余都是为了确保任何一台保护动作都能可靠停机。但高冗余也带来了高误动作率。井下振动大、潮湿、接插件容易氧化任何一个保护回路的接触不良都可能引发整机停机。所以排查久益采煤机故障时保护回路的检查应该放在非常重要的位置。很多“疑难杂症”最终都归结为某个安全继电器的触点接触电阻过大或者某个急停按钮的常闭触点因振动瞬间断开。这一点后面我还会结合具体故障案例细说。3. 控制系统硬件地图从主控箱到牵引变频的核心模块要把一套复杂的电气系统吃透第一步是在脑海里建立一张“硬件地图”。久益长臂采煤机的电气系统虽然集成度高但核心模块的划分还是相对清晰的。我按照从控制核心到执行末端的顺序梳理一下这套系统的关键硬件组成。3.1 主控计算机整套系统的“大脑”久益采煤机的控制核心是一台专用工业计算机通常安装在机身中部的电气控制箱内。这台主控负责采集所有传感器信号、执行逻辑运算、输出控制指令、与操作站和遥控器通信并实时记录运行数据和故障事件。早期机型使用摩托罗拉处理器近年的机型则升级为更高性能的工业级处理器但整体架构保持兼容。主控的面板上通常有状态指示灯、诊断接口和一组拨码开关或DIP开关。指示灯的含义在维护手册中有明确说明但我建议大家在日常巡检时多观察正常状态下各灯的状态这样故障时一眼就能看出差异。主控内部有多个I/O扩展板卡用于连接数字量输入输出、模拟量输入和通信接口。更换主控板卡时要注意版本号匹配和程序备份否则可能出现硬件兼容性问题。3.2 牵引变频系统驱动采煤机行走的“肌肉”久益长臂采煤机的牵引系统不同时期和不同机型差异较大。早期采用直流调速系统通过晶闸管整流装置驱动直流牵引电机近年来则普遍采用交流变频系统使用IGBT变频器驱动交流牵引电机。无论哪种形式牵引变频系统都是电气系统中功率最大、发热最严重、故障率也相对较高的部分。交流变频系统的核心包括整流单元、直流母线、逆变单元和控制板。久益的变频器通常具备完善的过流、过压、欠压、过温、接地保护并且能够通过其内部的控制程序实现牵引电机的速度闭环和转矩闭环控制。维护时需要注意直流母线电容的放电问题断电后必须等待足够时间或者使用专用放电工具否则存在触电风险。我遇到过不止一次因为操作人员没有等电容放电就打开变频器腔室结果被母线残余电压电击的险情。3.3 操作站与遥控器人机交互的两条通道操作站是安装在采煤机机身上的固定人机界面通常是一块工业液晶屏配合若干按键。通过操作站可以实现整机启停、牵引方向和速度设定、摇臂调高等全部控制功能并可以查看运行参数和故障记录。遥控器则是操作工在离机操作时使用的手持设备通过无线信号与机身上的接收器通信实现对采煤机的远程控制。遥控系统需要重点注意两个方面一是电池电量和信号强度二是急停按钮的可靠性。久益的遥控器都设计有独立的急停按钮信号丢失时接收器会触发保护停机。井下工作面环境复杂无线信号容易受到干扰如果频繁出现操作无响应或者误动作首先要检查遥控器天线和接收器的安装位置其次要排查工作面是否有其他无线设备造成同频干扰。3.4 传感器与执行机构系统的“神经末梢”传感器和执行机构是整个控制系统最分散、也最容易被忽视的部分。久益采煤机常用的传感器包括摇臂角度传感器用于滚筒调高控制、牵引速度传感器用于速度反馈、电机温度和绕组温度传感器用于过热保护、冷却水流量传感器用于冷却保护、油位油温传感器用于液压系统保护等。执行机构则包括调高电液阀组、牵引制动器电磁阀、喷雾冷却电磁阀、各种接触器和继电器等。传感器的定期校验非常关键。摇臂角度传感器如果零点漂移会导致滚筒预设高度与实际高度偏差影响截割质量甚至引发割顶割底事故牵引速度传感器如果信号异常会导致速度闭环失控变频器输出异常。我在日常维护中养成了一个习惯——每次交接班时用操作站查看一遍关键传感器的实时数据看是否在正常范围内很多隐患在数据层面会提前暴露。4. 一整套故障排查链路从启动失败到牵引停机的实战复盘再完美的系统也会出故障关键在于排查思路是否清晰。下面这段我结合几个真实处理过的故障案例完整走一遍从现象到根因的排查链路你会发现方法比经验更重要。4.1 故障案例一整机启动无响应显示屏黑屏采煤机操作工报告按压启动按钮后整机无任何反应操作站显示屏黑屏。这种故障看起来吓人但排查链路其实非常明确。第一步检查供电电源。用万用表在电气控制箱的电源进线端测量三相电压是否正常有无缺相或电压过低。实测发现进线电压正常问题不在工作面供电。第二步检查控制变压器和电源模块。久益系统的控制电源通常由专用的控制变压器从660V或1140V降压得到再经开关电源模块转换为稳定的直流电压。我在主控箱内测量开关电源输出端发现24V直流电压为零而电源模块输入侧有电压。此时怀疑开关电源模块本身损坏但进一步检查发现模块输入端的保险管已经熔断。第三步排除保险熔断的原因。保险不会无缘无故熔断更换前必须先排查后级短路。用万用表电阻挡测量24V母线的对地电阻发现阻值接近短路。逐路断开负载最终查到是操作站内部的一块显示驱动板有击穿短路。更换保险管和显示驱动板后系统恢复正常。这个案例的启发是黑屏故障首先要分清是电源问题还是显示单元本身的问题而电源问题又要分清是电网问题、电源模块问题还是后级负载短路。按这个顺序排查效率最高也最安全。4.2 故障案例二牵引时频繁跳闸变频器报过流另一类常见故障是采煤机牵引时变频器频繁报过流跳闸。一开始大家以为是牵引电机有问题更换了电机后故障依旧又怀疑是机械卡阻把牵引部传动箱拆开检查了一遍也没有发现异常。我从控制系统角度重新梳理。变频器报过流说明逆变器输出电流超过设定阈值但过流的原因可能是电机故障、电缆绝缘损坏、机械负载突增也可能是变频器本身的控制参数异常。检查牵引电机三相绕组电阻平衡绝缘良好动力电缆用兆欧表测绝缘也正常。通过操作站查看故障记录发现过流报警都发生在增速段而且伴随直流母线电压的异常波动。顺着母线电压异常这个线索继续查发现直流母线的滤波电容有鼓包痕迹容量明显下降。滤波电容失效后母线电压纹波增大变频器在动态加速过程中就会出现电流冲击触发过流保护。更换同规格滤波电容后牵引运行恢复正常。这类问题的隐蔽性在于故障根源在变频器内部电源环节而不在电机或机械部分。4.3 故障案例三滚筒调高时不动作偶发性失联还有一个非常典型的偶发故障滚筒调高指令发出后有时动作有时不动而且故障没有任何规律让人非常头疼。排查时先检查了调高电机和液压泵站工作正常检查调高电磁阀线圈电阻正常检查主控输出信号指令发出时输出电压也正常。问题锁定在电磁阀线圈的连接环节。拆开航空插头后发现插头内部的一根端子已经松动公母插接件之间的接触压力不足导致线圈得电不连续。在井下振动环境下端子偶尔接触到位就动作稍微振动一下就断开。重新压接端子并做好紧固防松处理后故障彻底消失。这类接触不良是井下设备最普遍的故障源之一。我的经验是任何想不明白的偶发故障都应该先按“接触问题”来排查先查插头、端子、继电器触点、接地连接再考虑电子元件本身。因为井下振动是常态任何接点都是一个潜在的故障点。5. 核心调试流程与参数逻辑送电、通信、标定、试车的完整顺序调试一套久益采煤机的电气系统顺序和方法至关重要。很多问题恰恰是因为调试顺序不当引起的。我这里分享一套经实践检验行之有效的基本调试流程。5.1 送电前的静态检查送电之前必须先完成静态检查这一步不能省。我用对照表的形式列一下最常见的检查项目检查项目检查内容判定标准供电电压进线三相电压平衡度相间电压差不超过额定值的5%控制变压器输出电压及抽头位置与铭牌一致无过热痕迹直流母线预充电回路及母线电容无鼓包、漏液母线对地电阻正常接地系统主接地、辅助接地、屏蔽接地接地电阻小于4Ω连接牢固绝缘电阻动力电缆、电机绕组对地绝缘不低于10MΩ航空插头各连接器插紧、锁扣到位无松动锁扣完好急停回路各急停按钮常闭触点导通电阻接近0Ω按下后可靠断开传感器接线各传感器插头及线缆外观无破损、无挤压、无进水痕迹静态检查不是走过场井下环境对电气设备的考验非常大一个不起眼的接线松动到了运行中就可能演变成大故障。我见过有人跳过静态检查直接送电结果送电瞬间短路放炮把控制板烧毁的教训至今记忆犹新。5.2 分级送电与通信建立静态检查通过后进行分级送电。首先是合上工作面馈电开关给采煤机供电此时采煤机处于待机状态操作站显示屏应该点亮。观察主控箱面板指示灯是否正常有无异常报警。然后是建立通信。久益系统上电后主控与操作站、主控与变频器之间会自动进行通信握手。如果通信异常操作站会提示通信故障此时要逐段检查通信线路。对于CAN总线检查终端电阻是否匹配、通信线是否受干扰对于光纤链路检查光纤插头是否污染、弯曲半径是否过小。通信正常后再依次启动液压泵电机、冷却系统观察各电机的启动电流和运行电流是否正常有无异响和异常振动。5.3 参数设置与传感器标定通信建立后就需要进行参数设置和传感器标定。通过操作站的菜单系统可以进入参数设置界面。需要注意的参数包括牵引最大速度、牵引加减速时间、摇臂调高上下限位、电机过载保护整定值、冷却水流量预警值等。这些参数应按照工作面工况和厂家推荐值设定不可随意修改。传感器标定中最常见的是摇臂角度传感器标定。操作方法是将摇臂放到机械零位通常是最低位置在操作站中进入标定菜单记录当前角度为零点再将摇臂升至最高位置记录最大角度系统自动计算标定系数。标定后要实际试运行几个循环确认角度显示与实际位置一致。如果标定不准自动调高功能就会失灵严重时可能造成滚筒截割顶板梁或者底板。5.4 空载试车与带载验证参数设置和标定完成后进行空载试车。先低速牵引来回几次观察牵引电流、速度反馈、制动器动作顺序是否正常然后进行调高动作试验观察摇臂升降是否平稳是否到达限位。空载试车确认无异常后才能进行带载试运行。带载试运行要注意观察各系统的联动情况特别是牵引过程中变频器的电流波动是否正常调高动作时液压系统压力是否稳定整机运行参数是否都在正常范围。试运行期间最好安排专人连续监测数据及时发现潜在隐患。任何异常都应立即停机处理不能带着疑问强行生产。6. 久益系统日常维护中容易忽略的三个细节维护进口采煤机电气系统的核心经验其实可以浓缩为三个经常被忽略的细节这三个细节我在多个矿井现场反复验证过都直接关系到系统的长期稳定运行。6.1 图纸和技术文档的管理比想象中更重要久益采煤机的电气图纸往往有上百页包括主回路图、控制回路图、端子接线图、通信拓扑图、传感器分布图等。很多矿井拿到图纸后随便往技术科一放现场检修时根本找不到或者找到的图纸是旧版本与设备实际状态严重不符。这种情况下排查故障等于盲人摸象。我建议把全套图纸电子化放入图纸管理系统并在每次技术改造或设备升级后及时存档更新。同时应该把常见的故障代码、指示灯含义、接线端子号等关键信息摘录成口袋卡随车携带现场排查时能省大量时间。这一条经验听起来太平常了但恰恰是很多矿井现场最欠缺的。6.2 备件管理中易损件的库存策略久益采煤机的备件价格高、采购周期长一味追求全备件库存不现实。我的策略是区分关键路径凡是影响全系统运行的部件如主控板、电源模块、通信转换器、急停继电器必须保持一定的最低库存量凡是磨损性或易损性部件如接触器触点、保险管、航空插头按照近一年的更换频率建立安全库存。尤其要注意的是电子元件的保管条件容易被忽视。主控板和变频器控制板需要防潮防静电应该放在带有干燥剂的密封柜里。煤矿井下湿度大我曾见过备用的控制板因为在库房受潮上机后直接工作异常的案例。备件管理的本质是对整个系统的可靠性保障投入而不是简单的“多买点备用”。6.3 数据趋势分析是提前发现隐患的最好工具久益采煤机的操作站具备数据记录和趋势查看功能日常运行中可以持续记录牵引电流、电机温度、冷却水流量、母线电压等关键参数。很多故障在实质性发生之前数据层面已经出现了微妙的变化只是平时很少有人去关注。我个人的习惯是每周导出一次运行数据做简单的趋势分析。例如如果牵引电流的平均值在相同载荷条件下逐周升高可能意味着机械传动阻力在增大或者制动器存在拖滞如果电机温度整体上移可能是冷却系统效率下降或者绕组老化。通过数据提前发现异常并安排计划性检修远比等到故障停机后抢修要划算得多。这算是我在实际工作中最受益的一条经验。7. 写在最后进口设备维护思路比经验更值钱这些年下来我接触过不少久益采煤机的电气系统故障也拆过无数个插头、换过不少板卡。如果说有什么心得可以分享那就是对待进口设备思路永远比单纯的经验重要。经验只能覆盖你见过的情况而思路能引导你处理没见过的问题。每次打开电气控制箱之前先在脑子里过一遍信号链路从操作站或遥控器发出的指令经过通信链路到达主控主控做逻辑运算后输出到变频器或者电磁阀传感器再把执行结果反馈回主控。故障就在这条链路的某个环节用排除法逐段缩小范围比漫无目的地乱拆乱量高效得多。另外我非常建议大家建立自己的维护日志。每次故障处理记录故障现象、排查过程、根因和解决措施日积月累就是一本最贴合自己设备的维修宝典。这份日志的价值往往超过厚厚一摞厂家资料。你所在的矿井设备有什么独特的故障规律只有你自己最清楚。做好记录和总结比什么都管用。本文还有配套的精品资源点击获取