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（中国神华神东煤炭集团设备维修中心,陕西 榆林 719315）
摘 要：文章结合笔者多年的大修及电气故障处理经验,总结了久益采煤机GIO模块的结构与功能,介绍了该模块的工作原理及故障分析,此模块集中控制了采煤机所有的外部传感器,是电控系统的核心部件之一.目前,中国神华神东煤炭集团已大量使用该机型.
关键词：久益采煤机；JNA FACEBOSS系统；GIO模块；电控系统；光耦故障
中图分类号：TD672 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）15-0009-02
随着高产高效矿井增多,采煤机控制技术也在日新月异的发展,外设（传感器等）的增加势必给设备故障诊断带来诸多不便.作为用来传送信息、信号的控制电缆有着举足轻重的位置,特别在高危行业尤为重要.笔者在井下排查JOY采煤机电气故障时曾遇到很多由于电缆（GIO及其他外部电缆）挤、压、划损导致采煤机无法正常运行的故障.
1. GIO模块的结构与功能
采煤机的外部输入/输出传感器采用模块化的设计,占用空间小、扩展性好、可串接4个扩展单元、采用RS485通讯、传输距离远、外壳采用IP55防护等级易于恶劣环境中使用.GIO的输入/输出端口是完全可配置的,便于每个传感器和每个模块的电缆布线.GIO用于传感器连接的是一体化的可插拔COM8连接器.每个GIO能监测多达12个本安传感器（带传感器电源）.
GIO顶部有两个指示灯可以显示工作状态及故障状态,上部为电源和故障指示灯,当不亮时表示没电源,绿色为正常状态,红色为电源故障,红闪是GIO故障.下部为数据发送和接收指示灯.红绿交替闪烁时为正常状态（绿-发送数据,红-接收数据）.若通讯故障状态时,该指示灯为红或绿或者不亮.所以在GIO故障时,通过指示灯显示可以简单判断故障的范围,再结合屏幕上的显示能准确地判断出故障点,减小了排查故障时间,缩小停机时间.
2. GIO模块工作原理
GIO网络是一个本安电路,用于监控采煤机上的每个本安传感器的输入/输出.本安传感器输入/输出信号都是经GIO进行数模转换到光耦OC2与CCU进行通讯,同时CCU将GIO传来的本安传感器的信息传递给显示计算机用于显示各传感器的状态.CCU一直在监视GIO运行状态及数据传输,若CCU未监测到GIO的运行状态或CCU发出的指令给GIO后未给CCU一个反馈,那么CCU就认为GIO故障或/和GIO通讯故障.同时显示计算机给出相应的故障状态.如果JNA Face Boss系统在通道（DI数字输入）检测到电压,相对的状态块将变绿.如果JNA Face Boss系统发出输出（DO数字输出）指令,相对的状态块将变绿.如果没有输入或输出,其相应的状态块将变黑.灰色的状态块不会高亮显示,因为它们没有相对应的功能.
屏幕显示监测左侧D齿轮、左侧SIRSA复位、左侧油位、左侧油温、左侧摇臂温度、左侧截割滚筒水流量和左侧截割滚筒水压的通道是否有输入信号.屏幕有时也显示实际的仪表读数和RTD输入信号的模拟值.如图1和图2所示：
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每个GIO模块位于电控箱外,电源为12Vdc电源,通过3300V/110V本安变压器（ISCT)给本安电源IPS1提供110Vac,本安电源IPS1把110Vac转变成12Vdc,用于光电耦合和左右多路输入/输出模块GIO的供电,然后,这些部件给传感器、流量开关、压力开关、温度开关提供本安电源.光耦通过RS-485 Modbus协议把这些部件的输入信号传输给CCU.
3. GIO模块的故障诊断及分析
3.1 GIO模块内部处理器损坏
故障现象：启动先导开关,给久益采煤机送电,启动完成后,屏幕显示GIO与CCU失去通讯,观察左右GIO上的指示灯电源指示灯为红色,信号灯不亮.初步判断GIO模块损坏.
故障诊断：闭锁采煤机电源,打开采煤机本安腔门板,重新上电,光耦非本安侧及本安侧的电源指示灯显示正常,本安侧发送指示灯（TX）灭,屏幕显示左GIO与右GIO通讯线为红色,JNA FaceBoss系统在正常工作时监视GIO内部的电源、通讯及所带传感器等的状态,从CCU发射的信号到GIO后以输入的方式未反馈给CCU,CCU通过运算在屏幕上显示为通讯故障.说明故障现在GIO内部,更换GIO后,重新上电,通讯正常.
3.2 与GIO模块相连的光耦故障
故障现象：久益采煤机上电后,经一段时间的延时进入主态界面,CCU与GIO相连的通讯线为红色.观察左右GIO上的电源指示灯显示红灯闪烁,信号灯为红色闪烁不亮.初步判断光耦或/和GIO损坏.
诊断故障：闭锁采煤机电源,打开采煤机本安腔门板,重新上电,光耦非本安侧及本安侧的电源指示灯显示正常,非本安侧故障指示灯亮,更换光耦模块,重新上电,屏幕显示通讯正常,GIO画面的各输入输出通道显示正常.而有时24V电源PS1输出不稳或损坏,也可以导致CCU与光耦以及GIO的通讯中断.
3.3 通讯电缆接地
故障现象：启动先导开关,给久益采煤机送电,启动完成后,屏幕显示GIO通讯故障,观察左右GIO上的电源及通讯指示灯都不亮,初步判断电源故障.
故障诊断：闭锁采煤机电源,打开采煤机本安腔门板,重新上电,用万用表测本安电源IPS1的一次侧有控制电源110V,测量输出端无直流12V,更换一个完好电源后,故障依然存在.后单独给本安电源IPS1提供110V输出12V正常.由于与之相连的GIO已通过测试.用万用表欧姆档测试GIO控制电缆每颗线与地的电阻,其中有一颗与地的电阻为零,判断可能为GIO或/和控制电缆有接地现象,经逐一排查,是电缆拖拽开关接线端子接触到外壳.通讯电缆的接地可以将你误导为ISP1电源故障,其实质是电缆的接地直接拉低了ISP1直流12V输出.有时电缆接地故障可导致两个GIO与CCU通讯同时中断,这时就要将两个GIO分离开来逐一排查缩小故障范围.
通过以上分析可以得出以下结论：从指示灯、显示计算机的状态并不能够准确快速排除故障.从常见的故障现象来看导致电气运行不稳定的主要原因是GIO及其附件分布在采煤机的不同的部件上,易受水、物体的挤压.导致外部传感器电缆绝缘下降,GIO电源长期在过电流下工作而不易被排除,继而损坏GIO及光耦影响采煤机的整体运行.根据我对此类故障的分析,故障的导火索是电缆的强度及如何在绝缘下降能报警并被发现,为此在每传感器加装漏电开关,设定不同的漏电值,当电缆被挤压绝缘下降到设定值时,漏电脱扣器迅速跳闸,漏电指示灯得电,从而快速发现是那个传感器上的故障杜绝了故障的扩大,此改进在久益LWS658采煤机进行测试,故障率大大降低.
作者简介：乔永军（1984—）,男,山西柳林人,中国神华神东煤炭集团设备维修中心电气技术员,助理工程师,研究方向：美国久益采煤机电控系统.
总结：这篇故障电源论文范文为免费优秀学术论文范文,可用于相关写作参考。
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