專利名稱：礦用隔爆兼本安型傳輸與控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種井下監(jiān)控和寬帶通信設(shè)備，具體是一種礦用隔爆兼本安型傳 輸與控制器，可用于煤礦井下含瓦斯及煤塵較多的危險(xiǎn)易燃易爆的場(chǎng)所，或冶金礦山、露天 煤礦、港口碼頭、選煤廠、發(fā)電廠等惡劣環(huán)境中。
背景技術(shù)：
煤礦礦區(qū)環(huán)境復(fù)雜，特別是井下作業(yè)遠(yuǎn)離地面、地形復(fù)雜，容易存在安全隱患，因 此煤礦井下的安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)煤礦高效安全開采的關(guān)鍵技術(shù)。但是煤礦是多工序、作 業(yè)點(diǎn)分散的大型生產(chǎn)企業(yè)，很難用一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或一種通信方式來覆蓋全礦井。隨著我國(guó)煤炭開采技術(shù)的發(fā)展，一些大型煤礦不斷向現(xiàn)代化高產(chǎn)高效、生產(chǎn)集約 化方向發(fā)展，生產(chǎn)設(shè)備及控制配套設(shè)施日益先進(jìn)。作為與煤礦安全生產(chǎn)息息相關(guān)的煤礦監(jiān) 控技術(shù)也在不斷地完善和提高自己。目前隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，煤炭工業(yè)領(lǐng)域已出現(xiàn)基于 隔爆的工業(yè)高速以太環(huán)網(wǎng)。計(jì)算機(jī)智能化監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展和企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的 需求促使系統(tǒng)向結(jié)構(gòu)集成化、接口 /協(xié)議開放化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)備信息處理控制智能 化、應(yīng)用軟件組態(tài)化、系統(tǒng)綜合自動(dòng)化方面發(fā)展，傳輸方式采用工業(yè)以太網(wǎng)+無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)+現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)化模式，構(gòu)建一種混合控制的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成為礦井信息化建設(shè)的 一種必然選擇。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型提供一種礦用隔爆兼本安型傳輸與控制 器，對(duì)井下各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)造成的多種不同形式的輸出信號(hào)提供一種接口和傳輸設(shè)備，打破 現(xiàn)有各種網(wǎng)絡(luò)自成體系互不兼容的格局。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是一種礦用隔爆兼本安型傳輸 與控制器，包括殼體和安裝在殼體內(nèi)的控制電路，所述的控制電路包括—本實(shí)用新型的控制中心可編程邏輯控制器Ul；用于檢測(cè)信號(hào)、控制設(shè)備、顯示 狀態(tài)、故障報(bào)警及操作；—通過網(wǎng)線與可編程邏輯控制器Ul連接的千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)U2，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 通信；—與可編程邏輯控制器Ul連接的觸摸屏液晶顯示器U3，將各種現(xiàn)場(chǎng)傳感器采 集過來的模擬信號(hào)或開關(guān)量信號(hào)的狀態(tài)顯示出來；—與外部電源電線連接的電源輸入端子U4；—隔離變壓器TO，將從電源輸入端子U4輸出的額定電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換后給可編程邏 輯控制器Ul、千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)U2、24V開關(guān)電源TO、24V本安電源U7和5V本安電源 U8供電；---24V開關(guān)電源U6，給液晶顯示屏U3、PLC繼電器Ull、485隔離板U12和5路開 關(guān)按鈕U14供電；
3[0012]-—24V本安電源U7，給PLC繼電器Ull供電；-—5V本安電源U8，給485隔離板U12供電；—連在可編程邏輯控制器Ul和模擬量輸入端口U17之間的模擬量輸入隔離板 U9，將輸入可編程邏輯控制器Ul中的模擬量信號(hào)進(jìn)行隔離；—連在可編程邏輯控制器Ul和開關(guān)量輸出端口U16之間的PLC繼電器U10，用 來控制開關(guān)量輸出信號(hào)的通斷；---連在可編程邏輯控制器Ul和開關(guān)量輸入端口U15之間的PLC繼電器Ul 1，用 來控制開關(guān)量輸入信號(hào)的通斷；---連在可編程邏輯控制器Ul和RS485通信端口U13之間的485隔離板U12，將 485信號(hào)進(jìn)行隔離；---和通訊線連接的RS485通信端口U13，建立組態(tài)軟件與可編程邏輯控制器Ul 的通信；—與可編程邏輯控制器Ul連接5路開關(guān)按鈕U14，用于‘啟動(dòng)’、‘停止’、‘復(fù)位’、 ‘備用’和‘急?！弧獙F(xiàn)場(chǎng)傳感器采集的開關(guān)量信號(hào)送入可編程邏輯控制器Ul中的開關(guān)量輸入 端口 U15 ；—將可編程邏輯控制器Ul中的控制信號(hào)輸出到控制現(xiàn)場(chǎng)來控制設(shè)備運(yùn)行的開 關(guān)量輸出端口 U16;—將現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集的模擬量信號(hào)送入可編程邏輯控制器Ul中的模擬量輸入 端口 U17。工作原理是通過編程接口將程序下載至本實(shí)用新型中的可編程邏輯控制器Ul 和觸摸屏液晶顯示器U3中，并改變可編程邏輯控制器Ul狀態(tài)至REMOTE RUN ；在U3上打開 組態(tài)軟件，通過RS485通信端口 U13建立組態(tài)軟件與Ul的通信。各種現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集過 來的模擬信號(hào)或開關(guān)量信號(hào)通過相應(yīng)的輸入端口 U17或U15輸入到可編程邏輯控制器Ul 中，通過可編程邏輯控制器Ul內(nèi)部程序的處理和邏輯運(yùn)算，將狀態(tài)顯示在觸摸屏液晶顯示 器U3上，Ul內(nèi)部的控制信號(hào)通過開關(guān)量輸出端口 U15輸出到控制現(xiàn)場(chǎng)來控制設(shè)備的運(yùn)行， 并將必要的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送給千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)U2，工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)U2通過工業(yè)以 太網(wǎng)送給上位機(jī)，便于調(diào)度室人員實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度?，F(xiàn)場(chǎng)總線采集的信號(hào)可以通過RS485接 口 U13建立與可編程邏輯控制器Ul的通信；以太網(wǎng)的信號(hào)可以通過千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī) U2實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)U2與可編程邏輯控制器Ul通過網(wǎng)線相連，實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)通信。本實(shí)用新型的有益效果是安裝簡(jiǎn)單，接線方便，穩(wěn)定性高，在井下可以作為皮帶、 水泵、工業(yè)電視、電力監(jiān)控等的傳輸與控制使用，為煤礦安全生產(chǎn)、調(diào)度和決策指揮提供直 觀、可靠的控制觀察手段。

圖1本實(shí)用新型電原理框圖；圖2本實(shí)用新型隔離變壓器和24V開關(guān)電源的電路原理圖；圖3本實(shí)用新型5V本安電源的電路原理4[0028]圖4本實(shí)用新型24V本安電源的電路原理圖；圖5本實(shí)用新型485信號(hào)隔離板電路原理圖；圖6本實(shí)用新型的模擬量輸入隔離板的電路原理圖。圖中Ul 可編程邏輯控制器；用于檢測(cè)信號(hào)、控制設(shè)備、顯示狀態(tài)、故障報(bào)警及操作；U2 千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，通過網(wǎng)線與可編程邏輯控制器Ul進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；U3:觸摸屏液晶顯示器，將各種現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集過來的模擬信號(hào)或開關(guān)量信號(hào)的 狀態(tài)顯示出來；U4 電源輸入端子，將額定輸入電壓AC660/220接入控制電路中；U5 隔離變壓器，將額定輸入電壓AC660/220V轉(zhuǎn)換為AC220V，AC40V和AC20V三種 輸出電壓；U6 :24V開關(guān)電源，給液晶顯示屏U3、PLC繼電器Ull、485隔離板U12和5路開關(guān) 按鈕U14供電；；U7 :24V本安電源，將AC40V電壓轉(zhuǎn)換為24V電壓，給本安電路供電；U8 :5V本安電源，將AC20V電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓，給本安電路供電；U9 模擬量輸入隔離板，避免惡劣環(huán)境中模擬量輸入信號(hào)的失真；U10, Ull :PLC繼電器，用于控制電路中作信號(hào)轉(zhuǎn)換用；U12 485隔離板，對(duì)485信號(hào)進(jìn)行隔離；U13 :RS485通信端口，現(xiàn)場(chǎng)總線采集的信號(hào)與可編程邏輯控制器Ul進(jìn)行通信的端 Π ；U14:5路開關(guān)按鈕，用于‘啟動(dòng)’、‘停止’、‘復(fù)位，‘備用’、‘急?！?；U15 開關(guān)量輸入端口，本實(shí)用新型支持16路開關(guān)量輸入；U16 開關(guān)量輸出端口，本實(shí)用新型支持16路開關(guān)量輸出；U17 模擬量輸入端口，本實(shí)用新型支持8路模擬量輸入。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型主要由可編程邏輯控制器U1、千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)U2、 觸摸屏液晶顯示器U3、電源輸入端子U4、隔離變壓器U5以及外加一些隔離板U9、PLC繼電 器UlO和U11、本安電源U7和U8、開關(guān)電源U6、5路開關(guān)按鈕U14、輸入端口 U15和U17、輸 出端口 U16組成。所述的可編程邏輯控制器Ul具有隔爆本安性質(zhì)，且有配套的網(wǎng)管軟件。 所述的千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)U2具有2路千兆以太網(wǎng)光信號(hào)接口和2路百兆以太網(wǎng)光信 號(hào)接口，并且兩個(gè)千兆光口可以組成光纖自愈環(huán)網(wǎng)。電源部分，將電源電纜連接到端子排的電源接線端，額定輸入電壓AC660/220V通 過接線端子U4接入，首先經(jīng)過隔離變壓器U5轉(zhuǎn)換為AC220V，AC40V和AC20V三種輸出電壓， 其隔離變壓器U5的電路原理圖如圖2所示；其中AC220V電壓一方面給千兆工業(yè)以太網(wǎng)交 換機(jī)U2和可編程邏輯控制器Ul供電，另一方面經(jīng)過開關(guān)電源U6轉(zhuǎn)換為24V的開關(guān)電源給 液晶顯示屏U3、PLC繼電器Ull、485隔離板U12和5路開關(guān)按鈕U14供電；AC40V和AC20V 輸出電壓采用本安電源U7和U8轉(zhuǎn)換為24V和5V本安電壓給本安電路供電。5V本安電源 U8的電路原理圖如圖3所示，24V本安電源U8的電路原理圖如圖4所示，其中虛線框內(nèi)為 本安電路。[0051]通訊部分，若采用RS485通訊，則將通訊線連接到端子排的485通訊端口 U13 ；若 采用以太網(wǎng)通訊，則通過網(wǎng)線連接到千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)U2的RJ45連接器上。開關(guān)量 輸入電纜、模擬量輸入電纜和開關(guān)量輸出電纜分別連接到端子排的開關(guān)量輸入端U15、模擬 量輸入端U17和開關(guān)量輸出端U16。其中模擬量輸入需要通過模擬量輸入隔離板U9進(jìn)行隔 離，避免在井下惡劣的工作環(huán)境中造成信號(hào)的失真，然后再輸入可編程邏輯控制器Ul中。 其模擬量輸入隔離板的電路原理圖如圖6所示，其中虛線框內(nèi)為本安端口。485信號(hào)的輸入 和輸出也需要經(jīng)過485隔離板U12進(jìn)行隔離，485隔離板的電路原理圖如圖5所示，其中虛 線框內(nèi)為本安電路，光耦合器6W37輸入輸出可以承受50Hz，1500V耐壓1mm，無擊穿、閃爍 現(xiàn)象。輸入輸出信號(hào)采用隔離板，隔離電壓1500V。以太網(wǎng)的信號(hào)可以通過千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)U2實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，千兆工業(yè)以太 網(wǎng)交換機(jī)U2與可編程邏輯控制器Ul通過網(wǎng)線相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。只需焊接尾纖并連接至 U2的光纜接口上，阻燃五類線進(jìn)線后，只需將其中的八根傳輸線連接至U2的RJ45電纜接口 上。U2的兩個(gè)千兆光口可以組成環(huán)網(wǎng)，百兆口不能組成環(huán)網(wǎng)。一般情況下，為方便管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)及地面系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入，工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)中應(yīng)當(dāng) 設(shè)置至少1臺(tái)非隔爆地面環(huán)網(wǎng)交換機(jī)在地面控制機(jī)房(網(wǎng)絡(luò)機(jī)房)或其它部門，并將其中 一臺(tái)設(shè)置為主交換機(jī)(Master)。將網(wǎng)管軟件HiDiscovery安裝到一臺(tái)服務(wù)器或工控機(jī)上， 并將該服務(wù)器或工控機(jī)的RS232串行接口通過網(wǎng)管線與主交換機(jī)的網(wǎng)管接口連接。網(wǎng)管軟件的使用步驟1、安裝網(wǎng)管軟件，在桌面建立快捷方式HiDiscovery。2、打開快捷方式進(jìn)入網(wǎng)管系統(tǒng)，軟件將自動(dòng)掃描然后將掃描到的交換機(jī)添加到主 頁(yè)面，使用“ Singal，，按鍵定位交換機(jī)。3、雙擊需要配置的交換機(jī)條目彈出對(duì)話框，分別填寫交換機(jī)名稱、IP地址、子網(wǎng)掩 碼及默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)IP地址分配。4、在瀏覽器地址欄內(nèi)輸入交換機(jī)IP地址，以TOB頁(yè)面登陸交換機(jī)，頁(yè)面中填寫相 應(yīng)的用戶名和口令，從而進(jìn)行配置備份與讀取、HIPER-Ring配置及Coupling配置等工作。5、交換機(jī)上電后，在一分鐘內(nèi)可以完成自檢、啟動(dòng)和功能設(shè)定，此時(shí)打開網(wǎng)管軟 件，則可以看到網(wǎng)絡(luò)上所有的環(huán)網(wǎng)交換機(jī)；并根據(jù)DIP開關(guān)的設(shè)置及指示燈的顯示，判斷 各個(gè)交換機(jī)及網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)是否正常。上述電路安裝在隔爆殼體內(nèi)部。所述的殼體是具有防爆功能且符合煤礦井下安 全規(guī)范的金屬或非金屬殼體。殼體內(nèi)部分為上、下兩個(gè)部分，上部用于光纜及阻燃五類線、 電源進(jìn)線的接線腔，下部用于交換機(jī)模塊、電源模塊、備用電池等部件安裝的隔爆腔。從上 部打開本實(shí)用新型的防爆外殼上蓋后，可以看到接線腔，從側(cè)面打開側(cè)門后可以看到隔爆 腔。防爆外殼的內(nèi)外表面涂以灰色1320(1321、1322、1323)耐弧漆；所有的印制電路板表面 都均勻地涂覆兩遍三防漆，隔爆接合面進(jìn)行了磷化處理或涂一層204-1防銹油，殼體緊固 螺栓和圓螺母涂有潤(rùn)滑脂，防止緊固件的自動(dòng)松脫；所有的金屬零部件都進(jìn)行了防銹、防蝕 處理；防爆外殼設(shè)有內(nèi)、外接地螺栓，接地螺栓也進(jìn)行電鍍等防銹處理；所有的隔爆外殼材 質(zhì)、隔爆結(jié)合面結(jié)構(gòu)參數(shù)均符合GB3836. 2-2000的有關(guān)規(guī)定。設(shè)備外殼上有‘啟動(dòng)’、‘停止’、‘復(fù)位，‘備用’、‘急?！?5個(gè)按鈕，通過U15端口將 開關(guān)信號(hào)輸入到可編程邏輯控制器Ul中負(fù)責(zé)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)也可顯
6示在U3上?！畣?dòng)’ ‘停止’按鈕用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備開、停控制；‘復(fù)位’按鈕用于故障發(fā)生 并排除后清除控制器記憶的故障狀態(tài)；‘急?！粹o用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備緊急停機(jī)；‘備用’ 按鈕用于顯示速度、備用量、電機(jī)電流等值。 在本實(shí)施例中，本實(shí)用新型內(nèi)部的本安電路接線端子與非本安電路接線端子距離 不小于50mm ；非本安電路接線端子及非本安電路接線端子與外殼間電氣間隙不小于10mm， 爬電距離不小于20mm ；本安電路接線端子與接地端子及與外殼間電氣間隙不小于6mm、爬 電距離不小于6mm，本安電路與非本安電路裸露導(dǎo)體間電氣間隙不小于3mm，爬電距離不小 于3mm，所有選用的光纜均具有安標(biāo)證。需要注意本實(shí)用新型在井下安裝后，其防爆外殼的 接地端子需要可靠連接大地，以減小電壓、電流的波動(dòng)對(duì)交換機(jī)帶來的沖擊。
權(quán)利要求一種礦用隔爆兼本安型傳輸與控制器，包括殼體和安裝在殼體內(nèi)的控制電路，其特征在于所述的控制電路包括 本實(shí)用新型的控制中心可編程邏輯控制器U1；用于檢測(cè)信號(hào)、控制設(shè)備、顯示狀態(tài)、故障報(bào)警及操作； 通過網(wǎng)線與可編程邏輯控制器U1連接的千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)U2，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信； 與可編程邏輯控制器U1連接的觸摸屏液晶顯示器U3，將各種現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集過來的模擬信號(hào)或開關(guān)量信號(hào)的狀態(tài)顯示出來； 與外部電源電線連接的電源輸入端子U4； 隔離變壓器U5，將從電源輸入端子U4輸出的額定電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換后給可編程邏輯控制器U1、千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)U2、24V開關(guān)電源U6、24V本安電源U7和5V本安電源U8供電； 24V開關(guān)電源U6，給液晶顯示屏U3、PLC繼電器U11、485隔離板U12和5路開關(guān)按鈕U14供電； 24V本安電源U7，給PLC繼電器U11供電； 5V本安電源U8，給485隔離板U12供電； 連在可編程邏輯控制器U1和模擬量輸入端口U17之間的模擬量輸入隔離板U9，將輸入可編程邏輯控制器U1中的模擬量信號(hào)進(jìn)行隔離； 連在可編程邏輯控制器U1和開關(guān)量輸出端口U16之間的PLC繼電器U10，用來控制開關(guān)量輸出信號(hào)的通斷； 連在可編程邏輯控制器U1和開關(guān)量輸入端口U15之間的PLC繼電器U11，用來控制開關(guān)量輸入信號(hào)的通斷； 連在可編程邏輯控制器U1和RS485通信端口U13之間的485隔離板U12，將485信號(hào)進(jìn)行隔離； 和通訊線連接的RS485通信端口U13，建立組態(tài)軟件與可編程邏輯控制器U1的通信； 與可編程邏輯控制器U1連接5路開關(guān)按鈕U14，用于‘啟動(dòng)’、‘停止’、‘復(fù)位’、‘備用’和‘急?！?； 將現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集的開關(guān)量信號(hào)送入可編程邏輯控制器U1中的開關(guān)量 輸入端口U15； 將可編程邏輯控制器U1中的控制信號(hào)輸出到控制現(xiàn)場(chǎng)來控制設(shè)備運(yùn)行的開關(guān)量輸出端口U16； 將現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集的模擬量信號(hào)送入可編程邏輯控制器U1中的模擬量輸入端口U17。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用隔爆兼本安型傳輸與控制器，其特征在于所述的千兆 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)U2具有2路千兆以太網(wǎng)光信號(hào)接口和2路百兆以太網(wǎng)光信號(hào)接口，并且 兩個(gè)千兆光口可以組成光纖自愈環(huán)網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用隔爆兼本安型傳輸與控制器，其特征在于輸入輸出信 號(hào)采用隔離板，隔離電壓1500V。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種礦用隔爆兼本安型傳輸與控制器，涉及井下監(jiān)控和寬帶通信設(shè)備。主要由可編程邏輯控制器U1、千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)U2、觸摸屏液晶顯示器U3、電源輸入端子U4、隔離變壓器U5以及外加一些隔離板U9、PLC繼電器U10和U11、本安電源U7和U8、開關(guān)電源U6、5路開關(guān)按鈕U14、輸入端口U15和U17、輸出端口U16組成。本實(shí)用新型的有益效果是安裝簡(jiǎn)單、接線方便、穩(wěn)定性高，在井下可以作為皮帶、水泵、工業(yè)電視、電力監(jiān)控等的傳輸與控制使用，為煤礦安全生產(chǎn)、調(diào)度和決策指揮提供直觀、可靠的控制觀察手段。
文檔編號(hào)G05B19/05GK201681279SQ20092004903
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者錢建生 申請(qǐng)人:錢建生