1．前言

　　我国露天矿山现有的电铲基本上为高压原动机—发电机—电动机组拖动，该方式缺点较多，主要表现为：（1）机组为机电机能量转换效率低，电能损耗大，噪声大；（2）分离元件的继电控制系统难以满足电铲的挖土机控制特性，经常造成电机烧损；（3）电气系统维护工作量大，维护费用高，生产作业率低。
　　
　　针对电铲的现状，曾有许多单位在九十年代尝试对其电气系统进行改造，但都没有成功。武汉科技大学集多年的全数字化传动研究的经验，成功开发一套电铲全数字化电气控制系统，该系统结构简洁，抗干扰能力强，维护简便，系统获二零零三年国家专利，并获省科技进步奖，目前已在武钢乌龙泉矿、黄石铜录山铜矿、大冶铜山口矿以及太重挖掘机公司广泛应用。


　　2．系统配置：
　　
　　露天电铲由提升机构、推压机构、回转机构、行走机构及铲斗开斗机构组成，原由一台6KV高压异步电机拖动三台发电机分别驱动各机构。其中，回转、行走由一台发电机供电，切换运行。全数字电气控制系统按如下方式配置：

　　（1）拆除原动机、发电机和原控制柜。

　　（2）安装一台6KV/400V整流变压器，给全数字直流调速器供电。

　　（3）选用爱默生CT公司MentorⅡ全数字直流调速器M825R一台驱动提升机构，M550R一台驱动推压机构，M550R一台驱动回转、行走机构，采用一台M75驱动铲斗拉门电机。

　　（4）各机构主令控制信号、开关信号、各机构抱闸信号均由一台PLC集中控制。

　　其系统如下图1所示：


　　3．系统控制功能及软件组态：
　　
　　电铲全数字电气控制系统具有许多机组电铲无法比拟的控制功能，其控制过程均由软件组态完成。


　　3．1电铲挖土机特性软件编程

　　电铲在挖掘过程中，遇到大块或根底时，提升和推压机构经常会造成堵转，这时电机既要维持出力又要保证不烧损，因此，其堵转即挖土机特性控制是非常重要的。

　　全数字控制系统挖土机特性如图2所示：


　　图中 为拐点电流， 为堵转电流，堵转判别由速度给定、速度反馈、零速设置来决定如图3所示：


　　当速度给定（01.01）>(03.23) 零速设置 且速度反馈(03.02)<(03.23)时系统为堵转，状态字10.13为1。

　　通过如下设置，电机进入堵转保护运行。




　　当实际电流大于拐点电流时，控制系统进入反时限热保护状态，当系统进入堵转时，堵转保护打开。通过05.07设定与反时限单元计算堵转保护跳闸。跳闸时间由下式计算：


　　式中，05.01为反馈电流，最大值为 ，在04.05，04.06中设定，05.06为拐点电流，其中1000对应全数字装置的1.5 值。


　　3．2零位握持特性软件编程
　　
　　电铲在运行中，为了装车方便、准确，电铲必须具有强有力的零位握持功能，即铲斗满料时，高悬空中，回转到装载位过程中，提升或推压给定在零位，铲斗必须保持不下降，便于操作工装车。
全数字控制系统其零位握持功能由下图所示：




　　3．3开斗力矩控制软件编程
　　电铲在装车时，要将斗门拉开下料；铲料过程中，拉绳由一个5A小电流张紧，随推杆收放，当司机给一个拉门信号K时，拉绳叠加输出一个30A大力矩将门拉开。其系统设置为恒力矩控制方式。系统原理图如下：


　　3．4特殊保护设定


　　3．4．1过热保护
　　
　　电铲由于在露天工作，环境温度较高，系统安装有散热风机，为了保护控制装置，系统内部设置温度保护，其框图如下图：




　　3．4．2拉门断绳保护
　　
　　由于拉门系统采用的是恒力矩模式，当拉绳断裂时，其张绳力矩会使电机不停加速，其电机电动势也会随之增大造成电机飞车。针对这种情况，拉门系统设置断绳保护，起框图如下图：

　　4．结束语：
　　
　　电铲全数字电气控制系统投产以来，经过高温、严寒、暴雨、粉尘、震动等各种考验，证明系统是可靠和成功的，系统保护功能完善，维护量小，经济效益明显，节能达20%以上，生产作业率达90%以上。目前，系统正在全国个大型矿山大面积推广。