專利名稱：本質(zhì)安全型組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種開關(guān)控制裝置，特別是涉及一種包括電源電路，信號(hào)處理單 元，本安先導(dǎo)回路，顯示單元，執(zhí)行單元和自保單元的本質(zhì)安全型組件。
背景技術(shù)：
隨著煤礦井下采掘設(shè)備的集中化和大型化，可編程控制技術(shù)(簡(jiǎn)稱PLC)得到了相 應(yīng)的推廣和應(yīng)用，越來越多的井下開關(guān)采用了 PLC的控制和保護(hù)。由于設(shè)備的集中化和大 型化，起動(dòng)器與控制按鈕的控制引線不斷延長(zhǎng)，致使該電纜被損壞和短路的概率增加，又因 煤礦井下存在瓦斯和煤塵，要求起動(dòng)器至控制按鈕的電路必須采用本質(zhì)安全型組件。目前，國(guó)內(nèi)煤礦井下大部分開關(guān)的遠(yuǎn)方控制都選用一種叫做“本安型控制繼電器” 的控制組件，這是我國(guó)上世紀(jì)八、九十年代的產(chǎn)品，它主要靠流過其先導(dǎo)繼電器的直流電流 達(dá)到一定值時(shí)動(dòng)作。由于受普通繼電器工作電流限制，它的短路電流高達(dá)80mA以上，結(jié)構(gòu) 上存有非本質(zhì)安全的缺點(diǎn)。據(jù)有關(guān)資料記載，在某種環(huán)境下，當(dāng)電機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)控制電纜被 短接時(shí)，接觸器不能斷開，停止按鈕也失去停機(jī)作用；當(dāng)電機(jī)在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，如果遠(yuǎn)控電纜 被短接時(shí)，由于回路處在半波整流狀態(tài)下，可能發(fā)生“自啟動(dòng)”現(xiàn)象，且不管電機(jī)運(yùn)行與否， 只要遠(yuǎn)控電纜被短接，繼電器都會(huì)產(chǎn)生尖銳的打點(diǎn)噪音，觸點(diǎn)產(chǎn)生劇烈抖動(dòng)，并很快損壞。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種在開機(jī)狀態(tài)下，如果控 制電纜被短接能馬上停機(jī)；在停機(jī)狀態(tài)下，控制電纜被短接不會(huì)出現(xiàn)自啟動(dòng)；無論何時(shí)都 不會(huì)出現(xiàn)繼電器打點(diǎn)現(xiàn)象，避免了繼電器的損壞的本質(zhì)安全型組件。本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種本質(zhì)安 全型組件，包括電源電路，還設(shè)置有信號(hào)處理單元，本安先導(dǎo)回路，顯示單元，執(zhí)行單元和自 保單元，其中，所述的本安先導(dǎo)回路用于對(duì)外部電源進(jìn)行取樣；所述的信號(hào)處理單元連接本 安先導(dǎo)回路，對(duì)取樣信號(hào)進(jìn)行處理，并控制執(zhí)行單元執(zhí)行開車動(dòng)作，同時(shí)還控制顯示單元進(jìn) 行顯示，所述的自保單元的輸入端連接外部電源，輸出端連接本安先導(dǎo)回路用于完成啟動(dòng) 后的自保持動(dòng)作，所述的電源電路分別向信號(hào)處理單元、顯示單元和執(zhí)行單元提供電源。所述的本安先導(dǎo)回路包括有變壓器，并聯(lián)在變壓器次級(jí)的雙柵保護(hù)器，依次串聯(lián) 在變壓器次級(jí)的第一限流電阻和第二限流電阻，連接在第二限流電阻另一端的整流橋，以 及與整流橋相連的光電耦合器，所述的光電耦合器的輸出端連接信號(hào)處理單元。所述的本安先導(dǎo)回路的終端點(diǎn)分別連接外部裝置的開關(guān)。所述的信號(hào)處理單元包括與本安先導(dǎo)回路輸出相連的第一運(yùn)算放大器，通過第 十四電阻與第一運(yùn)算放大器輸出相連的單片機(jī)和通過第十三電阻與第一運(yùn)算放大器輸出 相連的第二運(yùn)算放大器，所述的第二運(yùn)算放大器的輸出端通過第十二電阻連接執(zhí)行單元， 所述的單片機(jī)通過第一電阻連接顯示單元，還通過第十五電阻連接執(zhí)行單元。所述的自保單元包括與外部電源相連的整流橋，所述的整流橋的2腳連接三極管的集電極，還通過第四電阻連接三極管的基極，所述的整流橋的4腳分別連接穩(wěn)壓二極管、 二極管、發(fā)光二極管和第一繼電器，所述的穩(wěn)壓二極管的另一端連接三極管的基極，二極管 的另一端連接三極管的發(fā)射極，發(fā)光二極管的另一端通過第三電阻連接三極管的發(fā)射極， 第一繼電器的另一端連接三極管的發(fā)射極，第一繼電器的常開觸點(diǎn)連接本安先導(dǎo)回路。所述的顯示單元包括有電源顯示、開機(jī)顯示和短路顯示。本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本實(shí)用新型的本質(zhì)安全型組件，信號(hào)處理 單元采用單片機(jī)技術(shù)對(duì)先導(dǎo)信號(hào)進(jìn)行采集分析，并根據(jù)分析結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)作指令。由 于先導(dǎo)回路只負(fù)責(zé)提供一個(gè)反映存在的波形信號(hào)，沒有能量要求，故短路電流僅十幾毫安， 使得本安性能得到了很大的提升，很容易滿足本質(zhì)安全的性能要求。并且本發(fā)明在開機(jī)狀 態(tài)下，如果控制電纜被短接能馬上停機(jī)；在停機(jī)狀態(tài)下，控制電纜被短接不會(huì)出現(xiàn)自啟動(dòng)； 無論何時(shí)都不會(huì)出現(xiàn)繼電器打點(diǎn)現(xiàn)象，避免了繼電器的損壞。本發(fā)明置有“電源”、“開機(jī)”和 “短路”信號(hào)顯示，當(dāng)控制電纜短接時(shí)，具有“短路”顯示功能。此外，本發(fā)明還具有非常靈活 的自保持方式即可通過主接觸器的返回接點(diǎn)，也可用自身繼電器來完成。

圖1是本實(shí)用新型的構(gòu)成框圖；圖2是本實(shí)用新型的電路原理圖。圖中的標(biāo)號(hào)分別是1_信號(hào)處理單元；2-本安先導(dǎo)回路；3-顯示單元；4-執(zhí)行單 元；5-電源電路；6-自保單元。
具體實(shí)施方式
為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲列舉以下實(shí)施例，并配合 附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的如下如圖1所示，本實(shí)用新型的本質(zhì)安全型組件，包括電源電 路5，信號(hào)處理單元1，本安先導(dǎo)回路2，顯示單元3，執(zhí)行單元4和自保單元6，其中，所述的 本安先導(dǎo)回路2用于對(duì)外部電源U進(jìn)行取樣；所述的信號(hào)處理單元1連接本安先導(dǎo)回路2， 對(duì)取樣信號(hào)進(jìn)行處理，并控制執(zhí)行單元4執(zhí)行開車動(dòng)作，同時(shí)還控制顯示單元3進(jìn)行顯示， 所述的自保單元6的輸入端連接外部電源U,輸出端連接本安先導(dǎo)回路2用于完成啟動(dòng)后 的自保持動(dòng)作，所述的電源電路5分別向信號(hào)處理單元1、顯示單元3和執(zhí)行單元4提供電 源。如圖2所示，所述的本安先導(dǎo)回路2包括有變壓器Bi，并聯(lián)在變壓器Bl次級(jí)的雙 柵保護(hù)器W1-W4，依次串聯(lián)在變壓器Bl次級(jí)的第一限流電阻Rl和第二限流電阻R2，連接在 第二限流電阻R2另一端的整流橋D3，以及與整流橋D3相連的光電耦合器U2，所述的光電 耦合器U2的輸出端連接信號(hào)處理單元1。所述的本安先導(dǎo)回路2的終端點(diǎn)1端、2端分別 連啟動(dòng)接外部裝置的開關(guān)，4端為接地引出端子。變壓器Bl的次極電壓為交流44V，經(jīng)雙柵限壓和電阻限流后，用工頻表在本安端 口 1端和2端測(cè)量它的開路電壓彡33V，短路電流彡13mA，直流工作電流不大于6mA。正 常工作時(shí)，1端和2端接入外部裝置的開關(guān)，流過光電耦合器的電流為直流半波，故障時(shí)，流 過光電耦合器的電流為直流全波。所述的信號(hào)處理單元1包括與本安先導(dǎo)回路2輸出相連的第一運(yùn)算放大器U4A，通 過第十四電阻R14與第一運(yùn)算放大器U4A輸出相連的單片機(jī)U3和通過第十三電阻R13與第一運(yùn)算放大器U4A輸出相連的第二運(yùn)算放大器U4B，所述的第二運(yùn)算放大器U4B的輸出端 通過第十二電阻R12連接執(zhí)行單元4，所述的單片機(jī)U3通過第一電阻Rll連接顯示單元3， 還通過第十五電阻R15連接執(zhí)行單元4。流過本安先導(dǎo)回路2的電流經(jīng)整流橋D3和光電耦合器U2進(jìn)行取樣，在光電耦合 器U2的4腳取得電壓信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理單元1處理后，連通繼電器K2和繼電器K3。只要 本安先導(dǎo)回路2有電流，繼電器K2就吸合，沒電流時(shí)能及時(shí)釋放。繼電器K3收到先導(dǎo)回路 的電流為直流半波信號(hào)時(shí)，該繼電器吸合，為直流全波信號(hào)時(shí)該繼電器釋放，同時(shí)三極管Q5 導(dǎo)通，將電源指示燈由紅色變?yōu)榻埸S色，進(jìn)行短路報(bào)警顯示。所述的自保單元6包括與外部電源U相連的整流橋Dl，所述的整流橋Dl的2腳 連接三極管Ql的集電極，還通過第四電阻R4連接三極管Ql的基極，所述的整流橋Dl的4 腳分別連接穩(wěn)壓二極管W5、二極管VI、發(fā)光二極管LED和第一繼電器K1，所述的穩(wěn)壓二極管 W5的另一端連接三極管Ql的基極，二極管Vl的另一端連接三極管Ql的發(fā)射極，發(fā)光二極 管LED的另一端通過第三電阻R3連接三極管Ql的發(fā)射極，第一繼電器Kl的另一端連接三 極管Ql的發(fā)射極，第一繼電器Kl的常開觸點(diǎn)連接本安先導(dǎo)回路2。所述的顯示單元3包括電源顯示L、開機(jī)顯示K和短路顯示D。 所述的執(zhí)行單元4包括繼電器K3、繼電器K2和繼電器K4，其中，繼電器K3的線圈 一端接24V電源，另一端通過三極管Q4連接信號(hào)處理單元1，繼電器K3的常開觸點(diǎn)連接三 極管Q3的發(fā)射極，繼電器K2線圈的一端連接24V電源，另一端又是通過三極管Q3連接信 號(hào)處理單元1，繼電器K2的常開觸點(diǎn)連接本裝置的輸出端口，只有繼電器K3的常開觸點(diǎn)吸 合，繼電器Κ2的線圈通電，繼電器K2的常開觸點(diǎn)吸合，才能發(fā)出開車指令。而本裝置的輸出端口通過外部接觸器KM的線圈連接著外部電源，開車指令發(fā)出 后，外部接觸器KM被啟動(dòng)，它的返回接點(diǎn)將本裝置的交流電源輸入端7端與6端短接，繼電 器Kl的線圈得電，繼電器Kl的常開觸點(diǎn)閉合，完成了啟動(dòng)后的自保持工作。本實(shí)用新型的本質(zhì)安全型組件，僅從先導(dǎo)回路截取了一個(gè)電壓波形信號(hào)，通過單 片機(jī)的分析、判斷，得出是否發(fā)出開機(jī)的指令。其先導(dǎo)回路的電流可以做得很低。而且，本 實(shí)用新型的本質(zhì)安全型組件的終端元件沒有方向性要求。
權(quán)利要求一種本質(zhì)安全型組件，包括電源電路(5)，其特征是還設(shè)置有信號(hào)處理單元(1)，本安先導(dǎo)回路(2)，顯示單元(3)，執(zhí)行單元(4)和自保單元(6)，其中，所述的本安先導(dǎo)回路(2)用于對(duì)外部電源(U)進(jìn)行取樣；所述的信號(hào)處理單元(1)連接本安先導(dǎo)回路(2)，對(duì)取樣信號(hào)進(jìn)行處理，并控制執(zhí)行單元(4)執(zhí)行開車動(dòng)作，同時(shí)還控制顯示單元(3)進(jìn)行顯示，所述的自保單元(6)的輸入端連接外部電源(U)，輸出端連接本安先導(dǎo)回路(2)用于完成啟動(dòng)后的自保持動(dòng)作，所述的電源電路(5)分別向信號(hào)處理單元(1)、顯示單元(3)和執(zhí)行單元(4)提供電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的本質(zhì)安全型組件，其特征是所述的本安先導(dǎo)回路(2)包括 有變壓器(Bi)，并聯(lián)在變壓器(Bi)次級(jí)的雙柵保護(hù)器(W1-W4)，依次串聯(lián)在變壓器(Bi)次 級(jí)的第一限流電阻(Rl)和第二限流電阻(R2)，連接在第二限流電阻(R2)另一端的整流橋 (D3)，以及與整流橋(D3)相連的光電耦合器(U2)，所述的光電耦合器(U2)的輸出端連接信 號(hào)處理單元(1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的本質(zhì)安全型組件，其特征是所述的本安先導(dǎo)回路(2)的終 端點(diǎn)分別連接外部裝置的開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的本質(zhì)安全型組件，其特征是所述的信號(hào)處理單元(1)包括 與本安先導(dǎo)回路(2)輸出相連的第一運(yùn)算放大器(U4A)，通過第十四電阻(R14)與第一運(yùn)算 放大器(U4A)輸出相連的單片機(jī)(U3)和通過第十三電阻(R13)與第一運(yùn)算放大器(U4A) 輸出相連的第二運(yùn)算放大器(U4B)，所述的第二運(yùn)算放大器(U4B)的輸出端通過第十二電 阻(R12)連接執(zhí)行單元(4)，所述的單片機(jī)(U3)通過第一電阻(Rll)連接顯示單元(3)，還 通過第十五電阻(R15)連接執(zhí)行單元(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的本質(zhì)安全型組件，其特征是所述的自保單元(6)包括與外 部電源(U)相連的整流橋(D1)，所述的整流橋(Dl)的2腳連接三極管(Ql)的集電極，還通 過第四電阻(R4)連接三極管(Ql)的基極，所述的整流橋(Dl)的4腳分別連接穩(wěn)壓二極管 (W5)、二極管(VI)、發(fā)光二極管(LED)和第一繼電器(Kl)，所述的穩(wěn)壓二極管(W5)的另一 端連接三極管(Ql)的基極，二極管(Vl)的另一端連接三極管(Ql)的發(fā)射極，發(fā)光二極管 (LED)的另一端通過第三電阻(R3)連接三極管(Ql)的發(fā)射極，第一繼電器(Kl)的另一端 連接三極管(Ql)的發(fā)射極，第一繼電器(Kl)的常開觸點(diǎn)連接本安先導(dǎo)回路(2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的本質(zhì)安全型組件，其特征是所述的顯示單元(3)包括有電 源顯示(L)、開機(jī)顯示(K)和短路顯示(D)。
專利摘要一種本質(zhì)安全型組件，有用于對(duì)外部電源進(jìn)行取樣的本安先導(dǎo)回路，信號(hào)處理單元連接本安先導(dǎo)回路，對(duì)取樣信號(hào)進(jìn)行處理，并分別控制執(zhí)行單元和顯示單元，自保單元的輸入端連接外部電源，輸出端連接本安先導(dǎo)回路用于完成啟動(dòng)后的自保持動(dòng)作，電源電路分別向信號(hào)處理單元、顯示單元和執(zhí)行單元提供電源。本安先導(dǎo)回路有并聯(lián)在變壓器次級(jí)的雙柵保護(hù)器，依次串聯(lián)在變壓器次級(jí)的第一限流電阻和第二限流電阻，連接在第二限流電阻另一端的整流橋，與整流橋相連的光電耦合器。本裝置很容易滿足本質(zhì)安全的性能要求，在開機(jī)狀態(tài)下，如果控制電纜被短接能馬上停機(jī)，在停機(jī)狀態(tài)下，控制電纜被短接不會(huì)出現(xiàn)自啟動(dòng)；無論何時(shí)都不會(huì)出現(xiàn)繼電器打點(diǎn)現(xiàn)象，避免了繼電器的損壞。
文檔編號(hào)H02H3/08GK201682258SQ201020125379
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者劉建春, 周仲晶, 孫光輝, 張良干, 陳國(guó)存 申請(qǐng)人:天津市天礦電器設(shè)備有限公司