一种悬臂掘进机电机保护控制系统及方法与流程

1.本发明属于建电气控制领域，具体涉及一种悬臂掘进机电机保护控制系统及方法。


背景技术：

2.悬臂掘进机是一种多功能的、复杂的机电液一体化掘进设备，直接应用于隧道、煤巷的断面开挖，掘进面前方地质情况复杂多变，岩石硬度波动范围较大。不同硬度的截割对象决定了悬臂掘进机运行负载大小，尤其是软岩地质条件下，掘进机日进尺大，连续工作时间长，对设备关重部件如截割电机、液压系统可靠性提出很高要求。较常见的重大故障有截割电机烧毁、液压系统超温等，这些故障属于停机故障，极大影响施工效率和安全施工。
3.作业中，截割电机的过流过温保护停机次数是设备负载的直接反映，引起该故障的主要原因有大负载连续工作、电机冷却水流量不足、操作手进刀量大、截割臂摆动速度快等不当操作。
4.现有的悬臂掘进机控制系统主要按照mt/t971等标准设定电气系统保护，包括截割电机回路过载、过流、断相，液压系统油温保护等。这种方法能满足基本的工况要求，但对于上述负载多变，尤其是软土工况下的连续掘进不能很好地适应。


技术实现要素：

5.本发明为解决上述问题，提供了一种悬臂掘进机电机保护控制系统及方法，通过提出单位时间内电机负载率最大容许值及单位工作时间内电机保护停机率最大容许值概念，解决悬臂掘进机连续大负载工况下的保护问题，同时根据电机温度值自动调整冷却水流量控制，降低了电机温升速度。
6.为了实现上述目的，本发明的第一方面提出一种悬臂掘进机电机保护控制方法，包括；
7.步骤1：设置单位时间内截割电机负载率最大容许值l
max
，并判断单位时间内截割电机负载率与单位时间内截割电机负载率最大容许值l
max
间的大小；
8.若单位时间内截割电机负载率大于单位时间内截割电机负载率最大容许值l
max
，则悬臂掘进机停机；
9.步骤2：设置单位时间内截割电机保护停机率最大容许值s
max
，若单位时间内截割电机负载率小于单位时间内截割电机负载率最大容许值l
max
，则判断单位时间内截割电机保护停机率与截割电机保护停机率最大容许值s
max
的大小；
10.若单位时间内截割电机保护停机率大于截割电机保护停机率最大容许值s
max
，悬臂掘进机停机；
11.步骤3：分别设置截割电机冷却水流量最小容许值f
min
、截割电机启动最小温度值c_temp
lim
和截割电机启动液压油温度最小容许值o_temp
lim
，并依次判断冷却水流量检测值是否满足大于截割电机冷却水流量最小容许值f
min
、截割电机温度检测值是否满足小于截
割电机启动最小温度值c_temp
lim
、截割电机油箱液压油温度检测值是否满足小于截割电机启动液压油温度最小容许值o_temp
lim
；
12.若其中一项判断为不满足，则截割电机停机；
13.步骤4：截割电机带载作业，设置截割电机预警温度值c_temp
warn
，并判断当前截割电机温度检测值是否小于截割电机预警温度值c_temp
warn
，若小于截个电机持续工作；
14.步骤5：设置悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率最大输出值p
max
，当截割电机温度检测值大于截割电机预警温度值c_temp
warn
，判断当前悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率是否大于悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率最大输出值p
max
，若小于进行冷却水回路比例电磁阀功率调节；
15.步骤6：分别设置截割电机最大温度阈值c_temp
max
、冷却水回路出口水温最大阈值w_temp
max
以及截割电机液压油温最大阈值o_temp
max
；
16.判断若当前悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率大于悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率最大输出值p
max
，则分别判断当前截割电机温度检测值与截割电机最大温度阈值c_temp
max
的大小、当前冷却水回路出口水温检测值与冷却水回路出口水温最大阈值w_temp
max
的大小以及当前截割电机液压油温度检测值与截割电机液压油温最大阈值o_temp
max
的大小，若其中一项判断为大于则截割电机停机。
17.进一步地，所述单位时间内电机负载率最大容许值l
max
如公式(1)所示：
[0018][0019]
其中，t
load
为电机带载时长，t
work
为电机工作时长。
[0020]
进一步地，所述电机保护停机率最大容许值s
max
如公式(2)所示：
[0021][0022]
其中，s
count
为工作时间内电机保护停机的次数。
[0023]
进一步地，所述步骤2还包括；
[0024]
步骤202：设置停机保护时限t
limit
，当单位时间内电机保护停机率大于电机保护停机率最大容许值s
max
，悬臂掘进机电机停机时，在停机保护时限t
limit
时长完成后，悬臂掘进机电机启动功能复位。
[0025]
进一步地，所述截割电机负载计算按照80％电机的额定电流进行表示。
[0026]
进一步地，所述截割电机保护停机率计算按照1.2倍过载保护及过流保护次数统计或1.5倍过载保护及过流保护次数统计。
[0027]
进一步地，在步骤1～6之间设置有预警模块，所述预警模块用于在截割电机停机前发出预警信号，所述预警模块设置有预警延迟，所述预警延迟在步骤3和步骤6满足截割电机停机时进行延迟指令。
[0028]
对应上述方法，本技术第二方面提出一种悬臂掘进机电机保护控制系统，包括主控器，所述主控器用于设置单位时间内截割电机负载率最大容许值l
max
，并判断单位时间内截割电机负载率与单位时间内截割电机负载率最大容许值l
max
间的大小；若单位时间内截割电机负载率大于单位时间内截割电机负载率最大容许值l
max
，则悬臂掘进机停机；
[0029]
设置单位时间内截割电机保护停机率最大容许值s
max
，若单位时间内截割电机负
载率小于单位时间内截割电机负载率最大容许值l
max
，则判断单位时间内截割电机保护停机率与截割电机保护停机率最大容许值s
max
的大小；
[0030]
若单位时间内截割电机保护停机率大于截割电机保护停机率最大容许值s
max
，悬臂掘进机停机；
[0031]
分别设置截割电机冷却水流量最小容许值f
min
、截割电机启动最小温度值c_temp
lim
，和截割电机启动液压油温度最小容许值o_temp
lim
，并依次判断冷却水流量检测值是否满足大于截割电机冷却水流量最小容许值f
min
、截割电机温度检测值是否满足小于截割电机启动最小温度值c_temp
lim
、截割电机油箱液压油温度检测值是否满足小于截割电机启动液压油温度最小容许值o_temp
lim
；
[0032]
若其中一项判断为不满足，则截割电机停机；
[0033]
设置截割电机预警温度值c_temp
warn
，并判断当前截割电机温度检测值是否小于截割电机预警温度值c_temp
warn
，若小于截个电机持续工作；
[0034]
设置悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率最大输出值p
max
，当截割电机温度检测值大于截割电机预警温度值c_temp
warn
，判断当前悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率是否大于悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率最大输出值p
max
，若小于进行冷却水回路比例电磁阀功率调节；
[0035]
分别设置截割电机最大温度阈值c_temp
max
、冷却水回路出口水温最大阈值w_temp
max
以及截割电机液压油温最大阈值o_temp
max
；
[0036]
判断若当前悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率大于悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率最大输出值p
max
，则分别判断当前截割电机温度检测值与截割电机最大温度阈值c_temp
max
的大小、当前冷却水回路出口水温检测值与冷却水回路出口水温最大阈值w_temp
max
的大小以及当前截割电机液压油温度检测值与截割电机液压油温最大阈值o_temp
max
的大小，若其中一项判断为大于则截割电机停机。
[0037]
进一步地，所述主控器连接有液压油温度传感器、截割电机温度传感器、截割电机冷却水温度传感器和冷却水流量传感器，所述液压油温度传感器用于检测截割电机油箱液压油温度；
[0038]
所述截割电机温度传感器用于检测截割电机温度；
[0039]
所述截割电机冷却水温度传感器用于检测冷却水回路冷却水温度；
[0040]
所述冷却水流量传感器用于检测冷却水回路冷却水流量；
[0041]
液压油温度传感器、截割电机温度传感器、截割电机冷却水温度传感器和冷却水流量传感器与主控器的adc端口连接，所述主控器包括plc控制器和muc芯片中的一种或多种组合，所述主控器设置有上位机和显示模块，主控器与上位机和显示模块之间设置有通信模块，所述通信模块包括can总线、485总线网线中的一种或多种组合；
[0042]
主控器设置有报警模块，所述报警模块用于发出报警信号，主控器连接有冷却水比例电磁阀。
[0043]
通过上述技术方案，本发明的有益效果为：
[0044]
1.本发明方法部分提出单位时间内截割电机负载率最大容许值及单位工作时间内截割电机保护停机率最大容许值概念，解决悬臂掘进机连续大负载工况下的保护问题。
[0045]
2.本发明的方法根据截割电机温度值自动调整冷却水流量控制，动态实时降低截
割电机温升速度。
[0046]
3.本发明将截割电机保护停机信号进行分类，部分报警停机进行一定预警时间后再行报警、停机保护，提高设备工作连续性。
附图说明
[0047]
图1是本发明一种悬臂掘进机截割电机保护控制方法的步骤流程图；
[0048]
图2是本发明一种悬臂掘进机截割电机保护控制系统的电气原理图。
[0049]
附图标号：1为主控器，2为液压油温度传感器、3为截割电机温度传感器、4为截割电机冷却水温度传感器、5为冷却水流量传感器、6为通信模块、7为报警模块、8为冷却水比例电磁阀。
具体实施方式
[0050]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：
[0051]
实施例1
[0052]
如图1所示，本发明的第一方面提出一种悬臂掘进机电机保护控制方法，包括；
[0053]
步骤1：设置单位时间内截割电机负载率最大容许值l
max
，并判断单位时间内截割电机负载率与单位时间内截割电机负载率最大容许值l
max
间的大小；
[0054]
若单位时间内截割电机负载率大于单位时间内截割电机负载率最大容许值l
max
，则悬臂掘进机停机；
[0055]
步骤2：设置单位时间内截割电机保护停机率最大容许值s
max
，若单位时间内截割电机负载率小于单位时间内截割电机负载率最大容许值l
max
，则判断单位时间内截割电机保护停机率与截割电机保护停机率最大容许值s
max
的大小；
[0056]
若单位时间内截割电机保护停机率大于截割电机保护停机率最大容许值s
max
，悬臂掘进机停机；
[0057]
步骤3：分别设置截割电机冷却水流量最小容许值f
min
、截割电机启动最小温度值c_temp
lim
和截割电机启动液压油温度最小容许值o_temp
lim
，并依次判断冷却水流量检测值是否满足大于截割电机冷却水流量最小容许值f
min
、截割电机温度检测值是否满足小于截割电机启动最小温度值c_temp
lim
、截割电机油箱液压油温度检测值是否满足小于截割电机启动液压油温度最小容许值o_temp
lim
；
[0058]
若其中一项判断为不满足，则截割电机停机；
[0059]
步骤4：截割电机带载作业，设置截割电机预警温度值c_temp
warn
，并判断当前截割电机温度检测值是否小于截割电机预警温度值c_temp
warn
，若小于截个电机持续工作；
[0060]
步骤5：设置悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率最大输出值p
max
，当截割电机温度检测值大于截割电机预警温度值c_temp
warn
，判断当前悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率是否大于悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率最大输出值p
max
，若小于进行冷却水回路比例电磁阀功率调节；
[0061]
步骤6：分别设置截割电机最大温度阈值c_temp
max
、冷却水回路出口水温最大阈值w_temp
max
以及截割电机液压油温最大阈值o_temp
max
；
[0062]
判断若当前悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率大于悬臂掘进机冷却水回路
比例电磁阀功率最大输出值p
max
，则分别判断当前截割电机温度检测值与截割电机最大温度阈值c_temp
max
的大小、当前冷却水回路出口水温检测值与冷却水回路出口水温最大阈值w_temp
max
的大小以及当前截割电机液压油温度检测值与截割电机液压油温最大阈值o_temp
max
的大小，若其中一项判断为大于则截割电机停机。
[0063]
作为一种可实施方式，所述单位时间内电机负载率最大容许值l
max
如公式(1)所示：
[0064][0065]
其中，t
load
为电机带载时长，t
work
为电机工作时长。
[0066]
作为一种可实施方式，所述电机保护停机率最大容许值s
max
如公式(2)所示：
[0067][0068]
其中，s
count
为工作时间内电机保护停机的次数。
[0069]
进一步地，所述步骤2还包括；
[0070]
步骤202：设置停机保护时限t
limit
，当单位时间内电机保护停机率大于电机保护停机率最大容许值s
max
，悬臂掘进机电机停机时，在停机保护时限t
limit
时长完成后，悬臂掘进机电机启动功能复位。
[0071]
作为一种可实施方式，所述截割电机负载计算按照80％电机的额定电流进行表示。
[0072]
作为一种可实施方式，所述截割电机保护停机率计算按照1.2倍过载保护及过流保护次数统计或1.5倍过载保护及过流保护次数统计。
[0073]
作为一种可实施方式，在步骤1～6之间设置有预警模块，所述预警模块用于在截割电机停机前发出预警信号，所述预警模块设置有预警延迟，所述预警延迟在步骤3和步骤6满足截割电机停机时进行延迟指令。
[0074]
作业时1.大负载连续工作：本发明提出设置单位时间内截割电机负载率最大容许值l
max
，该数值体现单位时间内电机的带载占比，而带载的定义可根据悬臂掘进机截割硬度设定，且一般情况下与截割硬度成正比，从而确保截割电机安全作业。
[0075]
2.作业时出现电机冷却水流量不足：本发明增设冷却水流量监控、流量自动调节及冷却水出口温度限定，通过上述方法保证截割电机冷却水回路正常稳定工作，在非正常时，截割电机能够有效结束工作状态。
[0076]
3.当出现操作进刀量大、截割臂摆动速度快问题时(即设备操作人员的非正常操作)：会造成悬臂掘进机频繁的保护停机并重启，一般大容量的交流电机在频繁启动时冲击电流较大，对电机的温升和机械冲击造成严重的影响。本发明通过提出单位时间内截割电机保护停机率最大容许值s
max
，从而甄别非常规操作，对非常规操作进行重启限制，避免截割电机人为损坏。
[0077]
4.本方法为避免使用步骤1～6对截割电机进行保出现影响设备工作效率的问题，本发明中对温度、流量预警进行延时停机操作，降低停机次数并及时提示设备操作人员改善操作方法，从而提高设备工作连续性。
[0078]
5.本发明采用负反馈控制方法在截割电机温度达到预警温度c_temp
warn
时，自动
调节冷却水回路比例电磁阀开度，有效提高冷却效率，降低电机温升速度。
[0079]
实施例2
[0080]
基于上述实施例，本发明第二方面提出一种悬臂掘进机电机保护控制系统，如图2所示：
[0081]
包括主控器1，所述主控器1用于设置单位时间内截割电机负载率最大容许值l
max
，并判断单位时间内截割电机负载率与单位时间内截割电机负载率最大容许值l
max
间的大小；若单位时间内截割电机负载率大于单位时间内截割电机负载率最大容许值l
max
，则悬臂掘进机停机；
[0082]
设置单位时间内截割电机保护停机率最大容许值s
max
，若单位时间内截割电机负载率小于单位时间内截割电机负载率最大容许值l
max
，则判断单位时间内截割电机保护停机率与截割电机保护停机率最大容许值s
max
的大小；
[0083]
若单位时间内截割电机保护停机率大于截割电机保护停机率最大容许值s
max
，悬臂掘进机停机；
[0084]
分别设置截割电机冷却水流量最小容许值f
min
、截割电机启动最小温度值c_temp
lim
，和截割电机启动液压油温度最小容许值o_temp
lim
，并依次判断冷却水流量检测值是否满足大于截割电机冷却水流量最小容许值f
min
、截割电机温度检测值是否满足小于截割电机启动最小温度值c_temp
lim
、截割电机油箱液压油温度检测值是否满足小于截割电机启动液压油温度最小容许值o_temp
lim
；
[0085]
若其中一项判断为不满足，则截割电机停机；
[0086]
设置截割电机预警温度值c_temp
warn
，并判断当前截割电机温度检测值是否小于截割电机预警温度值c_temp
warn
，若小于截个电机持续工作；
[0087]
设置悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率最大输出值p
max
，当截割电机温度检测值大于截割电机预警温度值c_temp
warn
，判断当前悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率是否大于悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率最大输出值p
max
，若小于进行冷却水回路比例电磁阀功率调节；
[0088]
分别设置截割电机最大温度阈值c_temp
max
、冷却水回路出口水温最大阈值w_temp
max
以及截割电机液压油温最大阈值o_temp
max
；
[0089]
判断若当前悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率大于悬臂掘进机冷却水回路比例电磁阀功率最大输出值p
max
，则分别判断当前截割电机温度检测值与截割电机最大温度阈值c_temp
max
的大小、当前冷却水回路出口水温检测值与冷却水回路出口水温最大阈值w_temp
max
的大小以及当前截割电机液压油温度检测值与截割电机液压油温最大阈值o_temp
max
的大小，若其中一项判断为大于则截割电机停机。
[0090]
作为一种可实施方式，所述主控器1连接有液压油温度传感器2、截割电机温度传感器3、截割电机冷却水温度传感器4和冷却水流量传感器5，所述液压油温度传感器2用于检测截割电机油箱液压油温度；
[0091]
所述截割电机温度传感器3用于检测截割电机温度；
[0092]
所述截割电机冷却水温度传感器4用于检测冷却水回路冷却水温度；
[0093]
所述冷却水流量传感器5用于检测冷却水回路冷却水流量；
[0094]
液压油温度传感器2、截割电机温度传感器3、截割电机冷却水温度传感器4和冷却
水流量传感器5与主控器1的adc端口连接，所述主控器1包括plc控制器和muc芯片中的一种或多种组合，所述主控器1设置有上位机和显示模块，主控器1与上位机和显示模块之间设置有通信模块6，所述通信模块6包括can总线、485总线网线中的一种或多种组合；
[0095]
主控器1设置有报警模块7，所述报警模块7用于发出报警信号，主控器1连接有冷却水比例电磁阀8。
[0096]
在本实施例中，所述主控器1为muc芯片，所述muc芯片的adc端口分别与液压油温度传感器2、截割电机温度传感器3、截割电机冷却水温度传感器4和冷却水流量传感器5连接，muc芯片的io引脚连接报警模块7，所述报警模块7包括延迟报警模块和报警器模块，若muc芯片遵从步骤1、2和4、5发出停机信号，muc芯片io引脚输出高电平使报警器模块接入电路并进行声光报警，提醒工作人员出现故障，通过can总线与上位机通信，对截割电机进行停机控制。若muc芯片遵从步骤3和6发出停机信号，muc芯片io引脚输出高电平使延迟报警模块接入电路并延迟进行声光报警，给工作人员调整时间。
[0097]
以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。