專利名稱：本質安全型組件的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種開關控制裝置，特別是涉及一種包括電源電路，信號處理單 元，本安先導回路，顯示單元，執行單元和自保單元的本質安全型組件。
背景技術：
隨著煤礦井下采掘設備的集中化和大型化，可編程控制技術(簡稱PLC)得到了相 應的推廣和應用，越來越多的井下開關采用了 PLC的控制和保護。由于設備的集中化和大 型化，起動器與控制按鈕的控制引線不斷延長，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，要求起動器至控制按鈕的電路必須采用本質安全型組件。目前，國內煤礦井下大部分開關的遠方控制都選用一種叫做“本安型控制繼電器” 的控制組件，這是我國上世紀八、九十年代的產品，它主要靠流過其先導繼電器的直流電流 達到一定值時動作。由于受普通繼電器工作電流限制，它的短路電流高達80mA以上，結構 上存有非本質安全的缺點。據有關資料記載，在某種環境下，當電機在運行狀態控制電纜被 短接時，接觸器不能斷開，停止按鈕也失去停機作用；當電機在停止狀態時，如果遠控電纜 被短接時，由于回路處在半波整流狀態下，可能發生“自啟動”現象，且不管電機運行與否， 只要遠控電纜被短接，繼電器都會產生尖銳的打點噪音，觸點產生劇烈抖動，并很快損壞。
發明內容本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題，提供一種在開機狀態下，如果控 制電纜被短接能馬上停機；在停機狀態下，控制電纜被短接不會出現自啟動；無論何時都 不會出現繼電器打點現象，避免了繼電器的損壞的本質安全型組件。本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是一種本質安 全型組件，包括電源電路，還設置有信號處理單元，本安先導回路，顯示單元，執行單元和自 保單元，其中，所述的本安先導回路用于對外部電源進行取樣；所述的信號處理單元連接本 安先導回路，對取樣信號進行處理，并控制執行單元執行開車動作，同時還控制顯示單元進 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回路用于完成啟動 后的自保持動作，所述的電源電路分別向信號處理單元、顯示單元和執行單元提供電源。所述的本安先導回路包括有變壓器，并聯在變壓器次級的雙柵保護器，依次串聯 在變壓器次級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處理單元。所述的本安先導回路的終端點分別連接外部裝置的開關。所述的信號處理單元包括與本安先導回路輸出相連的第一運算放大器，通過第 十四電阻與第一運算放大器輸出相連的單片機和通過第十三電阻與第一運算放大器輸出 相連的第二運算放大器，所述的第二運算放大器的輸出端通過第十二電阻連接執行單元， 所述的單片機通過第一電阻連接顯示單元，還通過第十五電阻連接執行單元。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腳分別連接穩壓二極管、 二極管、發光二極管和第一繼電器，所述的穩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射極，發光二極管的另一端通過第三電阻連接三極管的發射極， 第一繼電器的另一端連接三極管的發射極，第一繼電器的常開觸點連接本安先導回路。所述的顯示單元包括有電源顯示、開機顯示和短路顯示。本實用新型具有的優點和積極效果是本實用新型的本質安全型組件，信號處理 單元采用單片機技術對先導信號進行采集分析，并根據分析結果發出相應的動作指令。由 于先導回路只負責提供一個反映存在的波形信號，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，很容易滿足本質安全的性能要求。并且本發明在開機狀 態下，如果控制電纜被短接能馬上停機；在停機狀態下，控制電纜被短接不會出現自啟動； 無論何時都不會出現繼電器打點現象，避免了繼電器的損壞。本發明置有“電源”、“開機”和 “短路”信號顯示，當控制電纜短接時，具有“短路”顯示功能。此外，本發明還具有非常靈活 的自保持方式即可通過主接觸器的返回接點，也可用自身繼電器來完成。

圖1是本實用新型的構成框圖；圖2是本實用新型的電路原理圖。圖中的標號分別是1_信號處理單元；2-本安先導回路；3-顯示單元；4-執行單 元；5-電源電路；6-自保單元。
具體實施方式
為能進一步了解本實用新型的發明內容、特點及功效，茲列舉以下實施例，并配合 附圖詳細說明本實用新型的如下如圖1所示，本實用新型的本質安全型組件，包括電源電 路5，信號處理單元1，本安先導回路2，顯示單元3，執行單元4和自保單元6，其中，所述的 本安先導回路2用于對外部電源U進行取樣；所述的信號處理單元1連接本安先導回路2， 對取樣信號進行處理，并控制執行單元4執行開車動作，同時還控制顯示單元3進行顯示， 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回路2用于完成啟動后 的自保持動作，所述的電源電路5分別向信號處理單元1、顯示單元3和執行單元4提供電 源。如圖2所示，所述的本安先導回路2包括有變壓器Bi，并聯在變壓器Bl次級的雙 柵保護器W1-W4，依次串聯在變壓器Bl次級的第一限流電阻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的輸出端連接信號處理單元1。所述的本安先導回路2的終端點1端、2端分別 連啟動接外部裝置的開關，4端為接地引出端子。變壓器Bl的次極電壓為交流44V，經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，1端和2端接入外部裝置的開關，流過光電耦合器的電流為直流半波，故障時，流 過光電耦合器的電流為直流全波。所述的信號處理單元1包括與本安先導回路2輸出相連的第一運算放大器U4A，通 過第十四電阻R14與第一運算放大器U4A輸出相連的單片機U3和通過第十三電阻R13與第一運算放大器U4A輸出相連的第二運算放大器U4B，所述的第二運算放大器U4B的輸出端 通過第十二電阻R12連接執行單元4，所述的單片機U3通過第一電阻Rll連接顯示單元3， 還通過第十五電阻R15連接執行單元4。流過本安先導回路2的電流經整流橋D3和光電耦合器U2進行取樣，在光電耦合 器U2的4腳取得電壓信號，經信號處理單元1處理后，連通繼電器K2和繼電器K3。只要 本安先導回路2有電流，繼電器K2就吸合，沒電流時能及時釋放。繼電器K3收到先導回路 的電流為直流半波信號時，該繼電器吸合，為直流全波信號時該繼電器釋放，同時三極管Q5 導通，將電源指示燈由紅色變為桔黃色，進行短路報警顯示。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 腳分別連接穩壓二極管W5、二極管VI、發光二極管LED和第一繼電器K1，所述的穩壓二極管 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的發射極，發光二極 管LED的另一端通過第三電阻R3連接三極管Ql的發射極，第一繼電器Kl的另一端連接三 極管Ql的發射極，第一繼電器Kl的常開觸點連接本安先導回路2。所述的顯示單元3包括電源顯示L、開機顯示K和短路顯示D。 所述的執行單元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連接信號處理單元1，繼電器K3的常開觸點連接三 極管Q3的發射極，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 號處理單元1，繼電器K2的常開觸點連接本裝置的輸出端口，只有繼電器K3的常開觸點吸 合，繼電器Κ2的線圈通電，繼電器K2的常開觸點吸合，才能發出開車指令。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，開車指令發出 后，外部接觸器KM被啟動，它的返回接點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的常開觸點閉合，完成了啟動后的自保持工作。本實用新型的本質安全型組件，僅從先導回路截取了一個電壓波形信號，通過單 片機的分析、判斷，得出是否發出開機的指令。其先導回路的電流可以做得很低。而且，本 實用新型的本質安全型組件的終端元件沒有方向性要求。
權利要求一種本質安全型組件，包括電源電路(5)，其特征是還設置有信號處理單元(1)，本安先導回路(2)，顯示單元(3)，執行單元(4)和自保單元(6)，其中，所述的本安先導回路(2)用于對外部電源(U)進行取樣；所述的信號處理單元(1)連接本安先導回路(2)，對取樣信號進行處理，并控制執行單元(4)執行開車動作，同時還控制顯示單元(3)進行顯示，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回路(2)用于完成啟動后的自保持動作，所述的電源電路(5)分別向信號處理單元(1)、顯示單元(3)和執行單元(4)提供電源。
2.根據權利要求1所述的本質安全型組件，其特征是所述的本安先導回路(2)包括 有變壓器(Bi)，并聯在變壓器(Bi)次級的雙柵保護器(W1-W4)，依次串聯在變壓器(Bi)次 級的第一限流電阻(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 號處理單元(1)。
3.根據權利要求1所述的本質安全型組件，其特征是所述的本安先導回路(2)的終 端點分別連接外部裝置的開關。
4.根據權利要求1所述的本質安全型組件，其特征是所述的信號處理單元(1)包括 與本安先導回路(2)輸出相連的第一運算放大器(U4A)，通過第十四電阻(R14)與第一運算 放大器(U4A)輸出相連的單片機(U3)和通過第十三電阻(R13)與第一運算放大器(U4A) 輸出相連的第二運算放大器(U4B)，所述的第二運算放大器(U4B)的輸出端通過第十二電 阻(R12)連接執行單元(4)，所述的單片機(U3)通過第一電阻(Rll)連接顯示單元(3)，還 通過第十五電阻(R15)連接執行單元(4)。
5.根據權利要求1所述的本質安全型組件，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腳分別連接穩壓二極管 (W5)、二極管(VI)、發光二極管(LED)和第一繼電器(Kl)，所述的穩壓二極管(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)的發射極，發光二極管 (LED)的另一端通過第三電阻(R3)連接三極管(Ql)的發射極，第一繼電器(Kl)的另一端 連接三極管(Ql)的發射極，第一繼電器(Kl)的常開觸點連接本安先導回路(2)。
6.根據權利要求1所述的本質安全型組件，其特征是所述的顯示單元(3)包括有電 源顯示(L)、開機顯示(K)和短路顯示(D)。
專利摘要一種本質安全型組件，有用于對外部電源進行取樣的本安先導回路，信號處理單元連接本安先導回路，對取樣信號進行處理，并分別控制執行單元和顯示單元，自保單元的輸入端連接外部電源，輸出端連接本安先導回路用于完成啟動后的自保持動作，電源電路分別向信號處理單元、顯示單元和執行單元提供電源。本安先導回路有并聯在變壓器次級的雙柵保護器，依次串聯在變壓器次級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安全的性能要求，在開機狀態下，如果控制電纜被短接能馬上停機，在停機狀態下，控制電纜被短接不會出現自啟動；無論何時都不會出現繼電器打點現象，避免了繼電器的損壞。
文檔編號H02H3/08GK201682258SQ201020125379
公開日2010年12月22日 申請日期2010年3月9日 優先權日2010年3月9日
發明者劉建春, 周仲晶, 孫光輝, 張良干, 陳國存 申請人:天津市天礦電器設備有限公司