专利名称：本质安全型组件的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种开关控制装置，特别是涉及一种包括电源电路，信号处理单 元，本安先导回路，显示单元，执行单元和自保单元的本质安全型组件。
背景技术：
随着煤矿井下采掘设备的集中化和大型化，可编程控制技术(简称PLC)得到了相 应的推广和应用，越来越多的井下开关采用了 PLC的控制和保护。由于设备的集中化和大 型化，起动器与控制按钮的控制引线不断延长，致使该电缆被损坏和短路的概率增加，又因 煤矿井下存在瓦斯和煤尘，要求起动器至控制按钮的电路必须采用本质安全型组件。目前，国内煤矿井下大部分开关的远方控制都选用一种叫做“本安型控制继电器” 的控制组件，这是我国上世纪八、九十年代的产品，它主要靠流过其先导继电器的直流电流 达到一定值时动作。由于受普通继电器工作电流限制，它的短路电流高达80mA以上，结构 上存有非本质安全的缺点。据有关资料记载，在某种环境下，当电机在运行状态控制电缆被 短接时，接触器不能断开，停止按钮也失去停机作用；当电机在停止状态时，如果远控电缆 被短接时，由于回路处在半波整流状态下，可能发生“自启动”现象，且不管电机运行与否， 只要远控电缆被短接，继电器都会产生尖锐的打点噪音，触点产生剧烈抖动，并很快损坏。
发明内容本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种在开机状态下，如果控 制电缆被短接能马上停机；在停机状态下，控制电缆被短接不会出现自启动；无论何时都 不会出现继电器打点现象，避免了继电器的损坏的本质安全型组件。本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是一种本质安 全型组件，包括电源电路，还设置有信号处理单元，本安先导回路，显示单元，执行单元和自 保单元，其中，所述的本安先导回路用于对外部电源进行取样；所述的信号处理单元连接本 安先导回路，对取样信号进行处理，并控制执行单元执行开车动作，同时还控制显示单元进 行显示，所述的自保单元的输入端连接外部电源，输出端连接本安先导回路用于完成启动 后的自保持动作，所述的电源电路分别向信号处理单元、显示单元和执行单元提供电源。所述的本安先导回路包括有变压器，并联在变压器次级的双栅保护器，依次串联 在变压器次级的第一限流电阻和第二限流电阻，连接在第二限流电阻另一端的整流桥，以 及与整流桥相连的光电耦合器，所述的光电耦合器的输出端连接信号处理单元。所述的本安先导回路的终端点分别连接外部装置的开关。所述的信号处理单元包括与本安先导回路输出相连的第一运算放大器，通过第 十四电阻与第一运算放大器输出相连的单片机和通过第十三电阻与第一运算放大器输出 相连的第二运算放大器，所述的第二运算放大器的输出端通过第十二电阻连接执行单元， 所述的单片机通过第一电阻连接显示单元，还通过第十五电阻连接执行单元。所述的自保单元包括与外部电源相连的整流桥，所述的整流桥的2脚连接三极管的集电极，还通过第四电阻连接三极管的基极，所述的整流桥的4脚分别连接稳压二极管、 二极管、发光二极管和第一继电器，所述的稳压二极管的另一端连接三极管的基极，二极管 的另一端连接三极管的发射极，发光二极管的另一端通过第三电阻连接三极管的发射极， 第一继电器的另一端连接三极管的发射极，第一继电器的常开触点连接本安先导回路。所述的显示单元包括有电源显示、开机显示和短路显示。本实用新型具有的优点和积极效果是本实用新型的本质安全型组件，信号处理 单元采用单片机技术对先导信号进行采集分析，并根据分析结果发出相应的动作指令。由 于先导回路只负责提供一个反映存在的波形信号，没有能量要求，故短路电流仅十几毫安， 使得本安性能得到了很大的提升，很容易满足本质安全的性能要求。并且本发明在开机状 态下，如果控制电缆被短接能马上停机；在停机状态下，控制电缆被短接不会出现自启动； 无论何时都不会出现继电器打点现象，避免了继电器的损坏。本发明置有“电源”、“开机”和 “短路”信号显示，当控制电缆短接时，具有“短路”显示功能。此外，本发明还具有非常灵活 的自保持方式即可通过主接触器的返回接点，也可用自身继电器来完成。
图1是本实用新型的构成框图；图2是本实用新型的电路原理图。图中的标号分别是1_信号处理单元；2-本安先导回路；3-显示单元；4-执行单 元；5-电源电路；6-自保单元。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合 附图详细说明本实用新型的如下如图1所示，本实用新型的本质安全型组件，包括电源电 路5，信号处理单元1，本安先导回路2，显示单元3，执行单元4和自保单元6，其中，所述的 本安先导回路2用于对外部电源U进行取样；所述的信号处理单元1连接本安先导回路2， 对取样信号进行处理，并控制执行单元4执行开车动作，同时还控制显示单元3进行显示， 所述的自保单元6的输入端连接外部电源U,输出端连接本安先导回路2用于完成启动后 的自保持动作，所述的电源电路5分别向信号处理单元1、显示单元3和执行单元4提供电 源。如图2所示，所述的本安先导回路2包括有变压器Bi，并联在变压器Bl次级的双 栅保护器W1-W4，依次串联在变压器Bl次级的第一限流电阻Rl和第二限流电阻R2，连接在 第二限流电阻R2另一端的整流桥D3，以及与整流桥D3相连的光电耦合器U2，所述的光电 耦合器U2的输出端连接信号处理单元1。所述的本安先导回路2的终端点1端、2端分别 连启动接外部装置的开关，4端为接地引出端子。变压器Bl的次极电压为交流44V，经双栅限压和电阻限流后，用工频表在本安端 口 1端和2端测量它的开路电压彡33V，短路电流彡13mA，直流工作电流不大于6mA。正 常工作时，1端和2端接入外部装置的开关，流过光电耦合器的电流为直流半波，故障时，流 过光电耦合器的电流为直流全波。所述的信号处理单元1包括与本安先导回路2输出相连的第一运算放大器U4A，通 过第十四电阻R14与第一运算放大器U4A输出相连的单片机U3和通过第十三电阻R13与第一运算放大器U4A输出相连的第二运算放大器U4B，所述的第二运算放大器U4B的输出端 通过第十二电阻R12连接执行单元4，所述的单片机U3通过第一电阻Rll连接显示单元3， 还通过第十五电阻R15连接执行单元4。流过本安先导回路2的电流经整流桥D3和光电耦合器U2进行取样，在光电耦合 器U2的4脚取得电压信号，经信号处理单元1处理后，连通继电器K2和继电器K3。只要 本安先导回路2有电流，继电器K2就吸合，没电流时能及时释放。继电器K3收到先导回路 的电流为直流半波信号时，该继电器吸合，为直流全波信号时该继电器释放，同时三极管Q5 导通，将电源指示灯由红色变为桔黄色，进行短路报警显示。所述的自保单元6包括与外部电源U相连的整流桥Dl，所述的整流桥Dl的2脚 连接三极管Ql的集电极，还通过第四电阻R4连接三极管Ql的基极，所述的整流桥Dl的4 脚分别连接稳压二极管W5、二极管VI、发光二极管LED和第一继电器K1，所述的稳压二极管 W5的另一端连接三极管Ql的基极，二极管Vl的另一端连接三极管Ql的发射极，发光二极 管LED的另一端通过第三电阻R3连接三极管Ql的发射极，第一继电器Kl的另一端连接三 极管Ql的发射极，第一继电器Kl的常开触点连接本安先导回路2。所述的显示单元3包括电源显示L、开机显示K和短路显示D。 所述的执行单元4包括继电器K3、继电器K2和继电器K4，其中，继电器K3的线圈 一端接24V电源，另一端通过三极管Q4连接信号处理单元1，继电器K3的常开触点连接三 极管Q3的发射极，继电器K2线圈的一端连接24V电源，另一端又是通过三极管Q3连接信 号处理单元1，继电器K2的常开触点连接本装置的输出端口，只有继电器K3的常开触点吸 合，继电器Κ2的线圈通电，继电器K2的常开触点吸合，才能发出开车指令。而本装置的输出端口通过外部接触器KM的线圈连接着外部电源，开车指令发出 后，外部接触器KM被启动，它的返回接点将本装置的交流电源输入端7端与6端短接，继电 器Kl的线圈得电，继电器Kl的常开触点闭合，完成了启动后的自保持工作。本实用新型的本质安全型组件，仅从先导回路截取了一个电压波形信号，通过单 片机的分析、判断，得出是否发出开机的指令。其先导回路的电流可以做得很低。而且，本 实用新型的本质安全型组件的终端元件没有方向性要求。
权利要求一种本质安全型组件，包括电源电路(5)，其特征是还设置有信号处理单元(1)，本安先导回路(2)，显示单元(3)，执行单元(4)和自保单元(6)，其中，所述的本安先导回路(2)用于对外部电源(U)进行取样；所述的信号处理单元(1)连接本安先导回路(2)，对取样信号进行处理，并控制执行单元(4)执行开车动作，同时还控制显示单元(3)进行显示，所述的自保单元(6)的输入端连接外部电源(U)，输出端连接本安先导回路(2)用于完成启动后的自保持动作，所述的电源电路(5)分别向信号处理单元(1)、显示单元(3)和执行单元(4)提供电源。
2.根据权利要求1所述的本质安全型组件，其特征是所述的本安先导回路(2)包括 有变压器(Bi)，并联在变压器(Bi)次级的双栅保护器(W1-W4)，依次串联在变压器(Bi)次 级的第一限流电阻(Rl)和第二限流电阻(R2)，连接在第二限流电阻(R2)另一端的整流桥 (D3)，以及与整流桥(D3)相连的光电耦合器(U2)，所述的光电耦合器(U2)的输出端连接信 号处理单元(1)。
3.根据权利要求1所述的本质安全型组件，其特征是所述的本安先导回路(2)的终 端点分别连接外部装置的开关。
4.根据权利要求1所述的本质安全型组件，其特征是所述的信号处理单元(1)包括 与本安先导回路(2)输出相连的第一运算放大器(U4A)，通过第十四电阻(R14)与第一运算 放大器(U4A)输出相连的单片机(U3)和通过第十三电阻(R13)与第一运算放大器(U4A) 输出相连的第二运算放大器(U4B)，所述的第二运算放大器(U4B)的输出端通过第十二电 阻(R12)连接执行单元(4)，所述的单片机(U3)通过第一电阻(Rll)连接显示单元(3)，还 通过第十五电阻(R15)连接执行单元(4)。
5.根据权利要求1所述的本质安全型组件，其特征是所述的自保单元(6)包括与外 部电源(U)相连的整流桥(D1)，所述的整流桥(Dl)的2脚连接三极管(Ql)的集电极，还通 过第四电阻(R4)连接三极管(Ql)的基极，所述的整流桥(Dl)的4脚分别连接稳压二极管 (W5)、二极管(VI)、发光二极管(LED)和第一继电器(Kl)，所述的稳压二极管(W5)的另一 端连接三极管(Ql)的基极，二极管(Vl)的另一端连接三极管(Ql)的发射极，发光二极管 (LED)的另一端通过第三电阻(R3)连接三极管(Ql)的发射极，第一继电器(Kl)的另一端 连接三极管(Ql)的发射极，第一继电器(Kl)的常开触点连接本安先导回路(2)。
6.根据权利要求1所述的本质安全型组件，其特征是所述的显示单元(3)包括有电 源显示(L)、开机显示(K)和短路显示(D)。
专利摘要一种本质安全型组件，有用于对外部电源进行取样的本安先导回路，信号处理单元连接本安先导回路，对取样信号进行处理，并分别控制执行单元和显示单元，自保单元的输入端连接外部电源，输出端连接本安先导回路用于完成启动后的自保持动作，电源电路分别向信号处理单元、显示单元和执行单元提供电源。本安先导回路有并联在变压器次级的双栅保护器，依次串联在变压器次级的第一限流电阻和第二限流电阻，连接在第二限流电阻另一端的整流桥，与整流桥相连的光电耦合器。本装置很容易满足本质安全的性能要求，在开机状态下，如果控制电缆被短接能马上停机，在停机状态下，控制电缆被短接不会出现自启动；无论何时都不会出现继电器打点现象，避免了继电器的损坏。
文档编号H02H3/08GK201682258SQ201020125379
公开日2010年12月22日 申请日期2010年3月9日 优先权日2010年3月9日
发明者刘建春, 周仲晶, 孙光辉, 张良干, 陈国存 申请人:天津市天矿电器设备有限公司