專利名稱：雙本安通信的隔爆兼本安plc的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及煤礦井下自動(dòng)控制系統(tǒng)，尤其涉及在煤礦井下有瓦斯或煤塵等爆炸性氣體環(huán)境中使用的自動(dòng)排水控制系統(tǒng)，具體為一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC。
背景技術(shù)：
隨著煤礦井下自動(dòng)化技術(shù)的不斷提高，煤礦井下自動(dòng)排水系統(tǒng)逐漸推廣使用隔爆兼本安PLC，隔爆兼本安PLC無論是單獨(dú)運(yùn)行組成控制裝置實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控功能；還是在組網(wǎng)運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)多設(shè)備的復(fù)雜監(jiān)控功能，都能充分發(fā)揮其強(qiáng)大的控制功能。它具有極高的可靠性，極豐富的指令集，易于學(xué)習(xí)和掌握，豐富的內(nèi)置集成功能，強(qiáng)大的通訊能力，豐富的擴(kuò)展能力。不僅大大提高了煤礦排水系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，而且還降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了排水系統(tǒng)的可靠性。因此在煤礦井下自動(dòng)排水系統(tǒng)中隔爆兼本安PLC獲得廣泛的應(yīng)用。 傳統(tǒng)煤礦井下自動(dòng)控制系統(tǒng)中使用的PLC，與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信，僅能使用非本安RS485 口，無法與本安RS485接口通信；以太網(wǎng)模塊同樣也不滿足本安要求。目前應(yīng)用的隔爆兼本安PLC，僅在模擬量與開關(guān)量采集實(shí)現(xiàn)本安要求，不具備兩路本安通信功能，最多只有一路，存在的問題就是不具備本安通信功能，則無法與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或遠(yuǎn)程上位機(jī)交換數(shù)據(jù)，系統(tǒng)無法具備一個(gè)完善的網(wǎng)絡(luò)功能。ZL 200920126402. O雖然提出了一種礦用隔爆型可編程控制器，僅在PLC輸入端連接有輸入光耦安全柵輸出端，PLC輸出端連接輸出光耦安全柵的輸入端，在通信上并沒有給出非本安與本安的信號(hào)隔離的解決方案。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型旨在提出一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC，其能通過RS485本安隔離電路與光電通信隔離電路與現(xiàn)場(chǎng)RS485本安通信設(shè)備通信和通過光纖與上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，從而構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)型控制系統(tǒng)，適用對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)需要組網(wǎng)控制的煤礦井下自動(dòng)排水系統(tǒng)設(shè)備，提供一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC。本實(shí)用新型具體采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC，包括RS485本安隔離電路，光電通信隔離電路，PLC,按鈕操作電路,模擬量輸入輸出模塊，本安與非本安隔尚電路、電源、隔尚繼電器電路和觸摸屏顯示模塊，PLC接電源，PLC的輸入端通過輸入端子接入按鈕操作電路、模擬量輸入輸出模塊，通過PLC的I/O 口接入本安與非本安隔離電路；PLC輸出端接RS485本安隔離電路、隔離繼電器電路、光電通信隔離電路、經(jīng)RS485連接觸摸屏顯示模塊以及經(jīng)本安與非本安隔離電路接外部被控本安設(shè)備；光電通信隔離電路包括以太網(wǎng)模塊、RJ45網(wǎng)絡(luò)連接線、光纖收發(fā)器、光纜，PLC控制以太網(wǎng)模塊通過RJ45連接光纖收發(fā)器輸出本安光信號(hào)。電源由開關(guān)電源和本安電源組成，開關(guān)電源連接隔爆腔內(nèi)非本安設(shè)備，本安電源連接外部本安設(shè)備及隔爆腔內(nèi)的本安設(shè)備。本裝置的PLC為非本安設(shè)備，當(dāng)它需要控制本安設(shè)備時(shí)，必須完成非本安電路轉(zhuǎn)成本安電路的轉(zhuǎn)換；同時(shí)當(dāng)外設(shè)備為本安設(shè)備并且其本安信號(hào)需輸入PLC時(shí)，此時(shí)必須保證外設(shè)備(本安設(shè)備)的本安性能，就需要將本安信號(hào)轉(zhuǎn)成非本安信號(hào)再輸入PLC。所述RS485本安隔離電路實(shí)現(xiàn)非本安RS485轉(zhuǎn)換為本安RS485，從而保證本機(jī)可與外部本安設(shè)備聯(lián)網(wǎng)通信，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)PLC自由口與單片機(jī)控制的RS485通信。所述光電通信隔離電路主要完成PLC內(nèi)部非本安以太網(wǎng)信號(hào)與外部本安光纖信號(hào)的隔離，完成本機(jī)與本安光纖的通信，進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸與控制。光纖收發(fā)器通過RJ45以太網(wǎng)口與PLC控制的以太網(wǎng)模塊通信，達(dá)到非本安以太網(wǎng)信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換。所述本安與非本安隔離電路采用光電隔離芯片用于采集外部本安頻率量信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)本安與非本安的隔離。按鈕操作電路與PLC的輸入端子連接，實(shí)現(xiàn)功能控制及觸摸屏顯示切換功能。觸摸屏顯示模塊能提供參數(shù)的顯示功能，如提供水位、流量、開停、查詢、故障顯示功能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC能同時(shí)通·過本安RS485與本安光纖與外部設(shè)備進(jìn)行通信的控制器,從而既可與下位機(jī)本安設(shè)備通信完成協(xié)調(diào)，又可與上位機(jī)遠(yuǎn)程光纖通信執(zhí)行遠(yuǎn)程遙測(cè)遙控指令，具有強(qiáng)大的通訊能力和豐富的擴(kuò)展能力，大大提高了煤礦排水系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，而且降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了排水系統(tǒng)的可靠性。能夠適用于煤礦井下有瓦斯和煤塵爆炸的危險(xiǎn)場(chǎng)所，用作井下自動(dòng)排水設(shè)備的控制器。

圖I為本實(shí)用新型所述一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC的原理框圖；圖2為本實(shí)用新型所述電源的結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖3為本實(shí)用新型所述RS485本安隔離電路的原理框圖；圖4為本實(shí)用新型所述光電通信隔離電路光電隔離芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型所述本安與非本安隔尚電路原理框圖。
具體實(shí)施方式
下面，將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)介紹。如圖I所示，一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC，包括RS485本安隔離電路，光電通信隔尚電路，PLC,按鈕操作電路,模擬量輸入輸出模塊，本安與非本安隔尚電路、電源、隔離繼電器電路和觸摸屏顯示模塊，PLC接電源，PLC的輸入端通過輸入端子接入按鈕操作電路、模擬量輸入輸出模塊，通過PLC的I/O 口接入本安與非本安隔離電路；PLC輸出端接RS485本安隔離電路、隔離繼電器電路、光電通信隔離電路、經(jīng)RS485連接觸摸屏顯示模塊以及經(jīng)本安與非本安隔離電路接外部被控本安設(shè)備；光電通信隔離電路包括以太網(wǎng)模塊、RJ45網(wǎng)絡(luò)連接線、光纖收發(fā)器、光纜，PLC控制以太網(wǎng)模塊通過RJ45連接光纖收發(fā)器輸出本安光信號(hào)。具體的，由PLC的I/O 口、RS485 口及模擬量模塊采集現(xiàn)場(chǎng)頻率量、開關(guān)量、通信信息及模擬量，依靠PLC內(nèi)部協(xié)議傳送至以太網(wǎng)模塊，以太網(wǎng)模塊通過TCP/IP協(xié)議由RJ45通信口傳輸至光纖收發(fā)器，依靠光電轉(zhuǎn)換機(jī)理轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。如圖2所示，電源由開關(guān)電源和本安電源組成，開關(guān)電源連接隔爆腔內(nèi)非本安設(shè)備，本安電源連接外部本安設(shè)備及隔爆腔內(nèi)的本安設(shè)備。具體包括外部輸入電源、開關(guān)、變壓器、開關(guān)電源、本安電源。變壓器一側(cè)的進(jìn)線電源為交流單相127V或660V，輸出為127V。外供的單相127V或660V單相交流電經(jīng)開關(guān)隔離后，進(jìn)入變壓器降壓，降壓后的電壓輸出為交流127V，此后分為兩路，一路進(jìn)入寬范圍輸入開關(guān)電源，得到一個(gè)較為平滑的直流24V電壓，輸出額定電流2A，供PLC的操作按鈕開關(guān)量輸入電路(按鈕操作電路)，PLC輸出驅(qū)動(dòng)隔離繼電器電路，觸摸屏顯示模塊，模擬量輸入輸出模塊，以太網(wǎng)模塊、光纖收發(fā)器模塊使用。另一路進(jìn)入本安電源的輸入端，經(jīng)整流、濾波、雙重過流過壓保護(hù)輸出，其目的是防止輸出端可能出現(xiàn)的非安全電壓電流而造成輸出電壓瞬間超壓或過流而形成不安全因素。本安電源電壓電流的參數(shù)為額定電壓DC18V±5% ;最大工作電流不大于IA ;過壓保護(hù)動(dòng)作值小于19. IV ;最大短路電流小于I. 2A。按鈕操作電路與PLC的輸入端子連接，實(shí)現(xiàn)功能控制及觸摸屏顯示切換功能。按鍵設(shè)置了八個(gè)，切換開關(guān)一個(gè)，切換開關(guān)有三個(gè)位置，分別是手動(dòng)、自動(dòng)與檢修，按鈕功能設(shè)置為返回、選擇、確定、加鍵、減鍵、啟動(dòng)、停止、設(shè)置。在手動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，可以采用手動(dòng)方式控制設(shè)備的啟停，在自動(dòng)方式時(shí)，依靠采集的水位信息自動(dòng)控制水泵的狀態(tài)；模擬量輸入輸 出模塊主要完成外部非本安模擬量的米集；本安與非本安隔尚電路主要完成外部本安頻率量或開關(guān)量轉(zhuǎn)換為非本安量，并被PLC采集；開關(guān)電源主要提供本機(jī)非本安部分設(shè)備的供電工作，本安電源主要為本機(jī)本安設(shè)備供電；觸摸屏顯示模塊能提供參數(shù)的顯示功能，如提供水位、流量、開停、查詢、故障顯示功能。本裝置的PLC為非本安設(shè)備，其核心部分是采用德國(guó)SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-200可編程序控制器。當(dāng)PLC需要控制本安設(shè)備時(shí)，必須完成非本安電路轉(zhuǎn)成本安電路的轉(zhuǎn)換；同時(shí)當(dāng)外設(shè)備為本安設(shè)備并且其本安信號(hào)需輸入PLC時(shí)，此時(shí)必須保證外設(shè)備(本安設(shè)備)的本安性能，就需要將本安信號(hào)轉(zhuǎn)成非本安信號(hào)再輸入PLC。如圖3所示，RS485本安隔離電路實(shí)現(xiàn)非本安RS485轉(zhuǎn)換為本安RS485，從而保證本機(jī)可與外部本安設(shè)備聯(lián)網(wǎng)通信，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)PLC自由口與單片機(jī)控制的RS485通信。RS485本安隔離電路包括單片機(jī)、MAX1480隔離電路、小型開關(guān)電源(18V變5V)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)兩路MAX1480芯片實(shí)現(xiàn)非本安RS485轉(zhuǎn)換本安RS485。非本安RS485轉(zhuǎn)換本安RS485，RS485是一種多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，其接口采用一對(duì)平衡差分信號(hào)線，允許雙導(dǎo)線上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)32個(gè)負(fù)載設(shè)備，負(fù)載設(shè)備可以是被動(dòng)發(fā)送器、接收器或收發(fā)器。RS485總線接口的接線方式是驅(qū)動(dòng)輸出和接受輸入端連接在一起，再通過這一對(duì)線連接出去。由于RS485傳輸信號(hào)的距離長(zhǎng)、速度快，且可以帶多個(gè)負(fù)載設(shè)備，S7-200PLC有兩個(gè)RS485接口，其電氣特性為非本安特點(diǎn)，無法與外部本安設(shè)備進(jìn)行RS485通信，本方案選用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)兩路MAX1480芯片實(shí)現(xiàn)。MAX1480是美國(guó)MAXM公司生產(chǎn)的帶光電隔離的RS485數(shù)據(jù)通訊接口芯片。該產(chǎn)品將光電耦合器、變壓器、DC-DC轉(zhuǎn)換器和二極管等器件組裝成單一 28引腳直插封裝內(nèi)構(gòu)成一個(gè)完整的RS485收發(fā)器。是專為半雙工串行通訊模式設(shè)計(jì)的。MAX1480最主要的特點(diǎn)是具有限擺率驅(qū)動(dòng)器，即驅(qū)動(dòng)器發(fā)送的數(shù)字信號(hào)的擺率是受限制的，可使電磁干擾減到最小，在數(shù)據(jù)率高達(dá)250Kbps時(shí)能做到無誤差的數(shù)據(jù)傳送。MAX1480提供低耗的關(guān)閉方式，其驅(qū)動(dòng)器具有限制短路電流的功能，它由熱關(guān)閉電路保護(hù)，功耗不大。傳輸速率1200bps ;傳輸距離10km (采用MHYBV煤礦用信號(hào)電纜，導(dǎo)體截面不小于I. 5 mm2)。[0028]所述光電通信隔離電路主要完成PLC內(nèi)部非本安以太網(wǎng)信號(hào)與外部本安光纖信號(hào)的隔離，完成本機(jī)與本安光纖的通信，進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸與控制。光纖收發(fā)器通過RJ45以太網(wǎng)口與PLC控制的以太網(wǎng)模塊通信，達(dá)到非本安以太網(wǎng)信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換。如圖4所示，非本安以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換本安光纖，以太網(wǎng)模塊選用CP243-1通訊以太網(wǎng)擴(kuò)展模塊，并可通過光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為光信號(hào)進(jìn)行傳輸，將S7-200 PLC作為以太網(wǎng)從站連接到網(wǎng)絡(luò)中。CP243-1以太網(wǎng)模塊是S7-200系列的通訊處理器，可使S7-200 PLC與工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)鏈接，以太網(wǎng)模塊使用存儲(chǔ)在S7-200內(nèi)存中的配置信息生成以太網(wǎng)通訊所需的連接。RJ45 口具有10Base-T/100Base-TX自適應(yīng)，全雙工/半雙工自適應(yīng)，支持MDI/MDI-X連接，1000V電磁隔離保護(hù)。光纖光口 100Base-FX，SC接口，支持單模20Km，波長(zhǎng)為1310nm ;全雙工TCP/IP光信號(hào)傳輸；lOMbps/lOOMbps自適應(yīng)；波長(zhǎng)為1310 nm。如圖5所不,本安與非本安隔尚電路米用光電隔尚芯片用于米集外部本安頻率量信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)本安與非本安的隔離。本裝置設(shè)有4路本安轉(zhuǎn)非本安，其中，管腳1-8為輸入信號(hào)，9-16為輸出信號(hào)。當(dāng)輸入端本安輸入有電流流過時(shí)，光電二極管發(fā)光，光敏三極管集·電極電源接通，用其控制PLC輸入口，則可完成本安信號(hào)與非本安信號(hào)的轉(zhuǎn)換，4路頻率型模擬量信號(hào)200Hz 1000Hz頻率信號(hào)或開關(guān)量信號(hào)，通過光電隔離輸入到PLC。盡管已示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，可以設(shè)想，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)設(shè)計(jì)對(duì)本實(shí)用新型的各種修改。
權(quán)利要求1.一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC，其特征在于包括RS485本安隔離電路，光電通信隔尚電路，PLC,按鈕操作電路,模擬量輸入輸出模塊，本安與非本安隔尚電路、電源、隔離繼電器電路和觸摸屏顯示模塊，PLC接電源，PLC的輸入端通過輸入端子接入按鈕操作電路、模擬量輸入輸出模塊，通過PLC的I/O 口接入本安與非本安隔離電路；PLC輸出端接RS485本安隔離電路、隔離繼電器電路、光電通信隔離電路、經(jīng)RS485連接觸摸屏顯示模塊以及經(jīng)本安與非本安隔離電路接外部被控本安設(shè)備；光電通信隔離電路包括以太網(wǎng)模塊、RJ45網(wǎng)絡(luò)連接線、光纖收發(fā)器、光纜，PLC控制以太網(wǎng)模塊通過RJ45連接光纖收發(fā)器輸出本安光信號(hào)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC，其特征在于所述電源由外部輸入電源、開關(guān)、變壓器、開關(guān)電源和本安電源組成，外部輸入電源可選交流單相127V或660V。
3.如權(quán)利要求I所述的一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC，其特征在于所述的RS485 本安隔離電路包括單片機(jī)、MAX1480隔離電路、小型開關(guān)電源，小型開關(guān)電源為18V變5V。
4.如權(quán)利要求I所述的一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC,其特征在于所述本安與非本安隔離電路，采用光電隔離芯片進(jìn)行隔離。
專利摘要本實(shí)用新型涉及煤礦井下自動(dòng)控制系統(tǒng)，尤其涉及在煤礦井下自動(dòng)排水控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有裝置不具備兩路本安通信功能及無法與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或遠(yuǎn)程上位機(jī)交換數(shù)據(jù)的問題，具體為一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC，包括RS485本安隔離電路，光電通信隔離電路，PLC，電源等模塊，PLC接電源，PLC的輸入端接入按鈕操作電路、模擬量輸入輸出模塊，本安與非本安隔離電路；PLC輸出端接RS485本安隔離電路、隔離繼電器電路、光電隔離電路、觸摸屏顯示模塊以及經(jīng)本安與非本安隔離電路接外部被控本安設(shè)備。本裝置具有強(qiáng)大的通訊能力和豐富的擴(kuò)展能力，大大提高了煤礦排水系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了排水系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號(hào)G05B19/05GK202710992SQ201220208789
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者趙水富, 魏軍建, 牛建忠, 馬貴平, 程志, 姜騎 申請(qǐng)人:山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司