CN102568931A

CN102568931A - 一种用于控制强制导向继电器的双通道电路

Info

Publication number: CN102568931A
Application number: CN2011104419701A
Authority: CN
Inventors: 刘进; 云建军; 吴宁宁; 唐侃; 南非
Original assignee: China Aerospace Times Electronics Co Ltd; China Academy of Aerospace Electronics Technology Co Ltd
Current assignee: China Aerospace Times Electronics Co Ltd; China Academy of Aerospace Electronics Technology Co Ltd
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2031-12-23
Also published as: CN102568931B

Abstract

一种用于控制强制导向继电器的双通道电路，电源模块输出一个高电平信号和一个低电平信号给控制模块和输出模块；控制模块包括两个通道：主动通道和从属通道，主动通道、从属通道分别用于控制强制导向继电器一和强制导向继电器二的线圈，主动通道和从属通道之间设置一个电子延时开关；强制导向继电器二的常闭触点串联控制强制导向继电器一的线圈，强制导向继电器一的常闭触点串联电子延时开关；当主动通道建立即强制导向继电器一线圈通电后，触发电子延时开关，由电子延时开关确保从属通道的建立，输出模块的输出由强制导向继电器一和强制导向继电器二的常开触点串联而成。

Description

一种用于控制强制导向继电器的双通道电路

技术领域

本发明涉及一种用于控制强制导向继电器的双通道电路，尤其适用于实现双通道控制的安全继电器电路结构，属于机械安全控制领域。

背景技术

控制强制导向继电器的双通道电路结构主要用于机械安全控制领域。并不是“没有故障的继电器”，而是发生故障时做出有规则的动作。安全继电器是由数个强制继电器与电路组合而成，为了是能互补彼此的异常缺陷，达到正确且低误动作的继电器完整功能，使其失误和失效率愈低，安全因素愈高。1987年，皮尔磁公司推出了世界上第一个急停安全继电器，主要目的在保护暴露于不同等级之危险性的机械操作人员。国外在该领域技术由于保密等原因没有检索到相关文献。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于控制强制导向继电器的双通道电路，该电路采用主从启动模式确保电路安全、工作可靠。

本发明的技术解决方案是：一种用于控制强制导向继电器的双通道电路，所述的强制导向继电器由线圈和常开触点、常闭触点构成；各触点间采用机械联锁结构，常开触点和常闭触点同时动作；其特征在于双通道电路包括电源模块、控制模块和输出模块；

电源模块输出一个高电平信号U₊和一个低电平信号U_-给控制模块和输出模块；

控制模块包括两个通道：主动通道和从属通道；其中，

主动通道：启动/复位开关与强制导向继电器二的常闭触点K21、强制导向继电器一的线圈K1、常闭急停按钮依次串联在U₊、U_-之间，强制导向继电器一的一个常开触点K12一端连接U₊、另一端连接在强制导向继电器二的常闭触点K21与强制导向继电器一的线圈K1之间；

从属通道：强制导向继电器二的线圈K2与强制导向继电器二的一个常开触点K22串联后接入U₊、U_-之间；

主动通道和从属通道之间设置一个电子延时开关；强制导向继电器一的常闭触点K11串联电子延时开关；当主动通道建立即强制导向继电器一线圈通电后，触发电子延时开关，由电子延时开关驱动从属通道的建立；

输出模块的输出由强制导向继电器一和强制导向继电器二的常开触点串联而成。

所述的电子延时开关包括光耦、电解电容C1、电阻R1～R5和三极管T1、T2；三极管T1的集电极串联电阻R3，基极连接电阻R1、R2的一端，电阻R1的另一端与R3一起串联常闭触点K11后接入高电平信号U₊，电阻R2的另一端接入低电平信号U_-；电解电容C1的一端接入电阻R3与常闭触点K11之间，另一端接入低电平信号U_-；电阻R4、R5串联后一端接入三极管T1的集电极，另一端接入低电平信号U_-；三极管T2的基极接入电阻R4、R5之间，三极管T2的的集电极连接线圈K2，三极管T1、T2的发射极接入低电平信号U_-；光耦的输入端OP_D1连接在常开触点K12与线圈K1之间，光耦的输出端OP_T1一端连接三极管T1的基极，另一端接入低电平信号U_-；上述所有接入低电平信号U_-端在接入前串联常闭急停按钮。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明涉及一种用于控制强制导向继电器的双通道电路结构。依靠强制导向继电器的常开触点和常闭触点的机械联锁特性，该电路结构采用主从启动模式。每个通道分别利用一个强制导向继电器，将属于主动通道继电器的一组常闭触点串联到从通道的启动回路中，将属于从通道继电器的一组常闭触点串联到主通道的启动回路中。主动通道导通后，通过电子延时开关驱动从通道电路。这种主从模式启动时序确保两个通道能按确定的时序可靠开通，这保证了该电路出现致命性故障(如常开触点粘接、电子延时开关短路或开路等情况)，能在下一个周期能检测故障，同时保证该电路不能启动。

(2)本发明的电子延时开关组成简单、工作可靠。由光耦OP、电阻R1、R2、R3、R4、R5和电解电容C1、三极管T1、T2组成，用于接受强制导向继电器一(以下简称“继电器1”)工作后信号从而触发通道2对应的强制导向继电器二(以下简称“继电器2”)线圈K2。继电器1的常开触点K12先导通才能触发OP_D1，依次触发OP_T1，保证电子延时开关D工作：C1相当于电池，储存的电量释放确保T2饱和导通，之后继电器2的线圈K2可靠通电，对应的常开触点吸合。

(3)本发明继电器1的常闭触点K11串联到电子延时开关D，确保通道2必须在通道1导通后启动后通道2才可靠的启动，以避免误触发。在启动复位信号(Start/Reset)未触发之前，如果K1的常开触点K12、K13、K14任何一个被粘接，K1的常闭触点K11会保持断开，确保电子延时开关回路呈现断路状态，三极管不能饱和导通以至于无法触发K2线圈吸合，整个控制电路不能启动。

(4)本发明将继电器2的常闭触点K21串联到K1线圈回路，在Start/Reset未触发之前，如果常开触点K22、K23、K24任何一个被粘接，K2的常闭触点K21会保持断开，确保K1线圈回路呈现断路状态，该K1线圈无法吸合，电路无法启动。

附图说明

图1为本发明电路图；

图2为本发明的启动状态，即通道1暂态电路建立示意图；

图3为本发明通道1稳态电路建立示意图；

图4为本发明通道2暂态电路建立示意图；

图5为本发明通道2稳态电路建立示意图；

图6为本发明急停按钮被触发瞬间，通道1和通道2稳态电路不能建立示意图；

图7为本发明电路图复位示意图；

图8为本发明继电器1常开触点被粘接时电路工作模式分析图；

图9为本发明继电器2常开触点被粘接时电路工作模式分析图。

具体实施方式

一种用于控制强制导向继电器的双通道电路，电源模块、控制模块和输出模块；

电源模块通过外接电源供电，输出一个高电平信号U₊和一个低电平信号U_-。电源模块具备过流保护、过压保护和输出短路保护功能。当该电路过流时，通过保险丝FUSE1切断电源模块主回路，实现保护。过压时，通过压敏保险丝FUSE2在承受过电压会短路的特性，使U₊和U_-的电势差减至低于强制导向继电器线圈吸合电压，继电器常开触点释放，实现安全保护。当电源模块的输出U₊和U_-出现短路时，通过三极管电路切换电源保护状态，控制模块中强制导向继电器的线圈失电，输出触点释放。该电源模块是目前常用技术手段可以实现的，此处不过多进行赘述。

控制模块由双通道电路控制强制导向继电器开通和关断。每个通道由一个暂态电路和一个稳态电路构成。强制导向继电器由线圈和常开触点、常闭触点构成；触点间采用机械联锁结构，常开触点和常闭触点同时动作——该结构确保了在一个稳定状态下，常开触点和常闭触点通断状态互异。

控制模块包括两个通道：主动通道和从属通道，主动通道、从属通道分别用于控制强制导向继电器一和强制导向继电器二的线圈，主动通道和从属通道之间设置一个电子延时开关；强制导向继电器二的常闭触点串联控制强制导向继电器一的线圈，强制导向继电器一的常闭触点串联电子延时开关；当主动通道建立即强制导向继电器一线圈通电后，触发电子延时开关，由电子延时开关确保从属通道的建立，即采用主从启动模式，由电子延时开关确保通道2必须在通道1建立以后启动，以避免误触发。

实施例1

如图1所示，电路包括电源模块、强制导向继电器一、强制导向继电器二和电子延时开关；针对强制导向继电器一，K1是该继电器线圈，K11是常闭触点，K12、K13、K14是常开触点；针对强制导向继电器二，K2是该继电器线圈，K21是常闭触点，K22、K23、K24是常开触点。各器件的连接关系如下：

电源模块输出一个高电平信号U₊和一个低电平信号U_-，启动/复位开关与常闭触点K21、线圈K1依次串联在U₊、U_-之间，常开触点K12一端连接U₊、另一端连接在常闭触点K21、线圈K1之间；三极管T1的集电极串联电阻R3，基极连接电阻R1、R2的一端，电阻R1的另一端与R3一起串联常闭触点K11后接入高电平信号U₊，电阻R2的另一端接入低电平信号U_-；电解电容C1的一端接入电阻R3与常闭触点K11之间，另一端接入低电平信号U_-；电阻R4、R5串联后一端接入三极管T1的集电极，另一端接入低电平信号U_-；三极管T2的基极接入电阻R4、R5之间，三极管T2的的集电极连接线圈K2后接入高电平信号U₊，三极管T1、T2的发射极接入低电平信号U_-，常开触点K22一端接入三极管T2的集电极，另一端接入低电平信号U_-；光耦的输入端OP_D1连接在常开触点K12与线圈K1之间，光耦的输出端OP_T1一端连接三极管T1的基极，另一端接入低电平信号U_-；常开触点K13、K23串联、K14、K24串联后作为电路的两路输出端；上述所有接入低电平信号U_-端在接入前串联常闭急停按钮。

将上述连接关系按照功能进行划分，具体进行介绍并详细说明电路的工作过程。

主动通道(通道1)的暂态电路由常闭触点K21、继电器线圈K1、急停按钮E-STOP常闭触点构成。通道1的稳态电路由常开触点K12、继电器线圈K1、急停按钮E-STOP常闭触点构成。

从属通道(通道2)的暂态电路由电子延时开关D辅助继电器线圈K2实现。通道2的稳态电路由常开触点K22、继电器线圈K2、急停按钮E-STOP常闭触点构成。

电子延时开关D由触发电路和延时电路构成。触发电路由常开触点K12、光耦的输入极OP_D1、继电器1线圈K1、急停按钮E-STOP常闭触点构成；延时电路由常开触点K11、光幕输出极OP_T1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、三极管T1和T2、电容C1构成。

(1)图1：电源模块连接到外接电源，输出一个高电平信号U₊和一个低电平信号U_-。启动前，急停按钮处于复位状态——触点闭合；Start/Reset处于释放状态。继电器1和继电器2未通电；这两个继电器的常开触点保持断开，常闭触点保持闭合。

(2)图2为电路的启动状态：Start/Reset闭合之前，电解电容C1通过继电器1的常闭触点K11，被U₊充满。由于光耦的输入极未触发，光耦的输出极OP_T1处于关断状态，并且常闭触点K11保持闭合，得到R2上的电压为(R2/R1+R2)×U₊。这个电压使T1饱和导通，N点的电位被拉到地。T2的基极电压由R5上的电压(R5/(R5+R4)×UN)决定：低电平。因此，T2处于截止状态，K2线圈无法导通。

Start/Reset闭合之后，通道1暂态电路建立：U₊→Start/Reset→常闭触点K21→K1线圈→E-STOP常闭触点→U_-；K1线圈通电。

(3)图3：K1线圈通电。继电器1常开触点K12闭合，通道1稳态电路建立：U₊→常开触点K12→K1线圈→E-STOP常闭触点→U_-；继电器1工作回路建立。与此同时，光耦的输入极OP_D1通过回路(U₊→常开触点K12→光耦的输入极OP_D1→K1线圈→E-STOP常闭触点→U_-)被触发；光耦的输出极OP_T1保持导通。同时，常闭触点K11断开。

(4)图4：光耦的输出极OP_T1保持导通并且常闭触点K11断开后，电容C5上的电荷通道R3→R4→R5放电，T2的基极电压由R5上的电压(R5/(R5+R4+R3)×UC1＝(R5/(R5+R4+R3)×UU1)决定，T2饱和导通。通道2暂态电路建立：U₊-→K2线圈→T2→E-STOP常闭触点→U_-；K2线圈通电。

(5)图5：K2线圈通电。继电器2常开触点K22闭合，通道2稳态电路建立：U₊→K2线圈→常开触点K22→E-STOP常闭触点→U_-；继电器2工作回路建立。

此时，继电器1和继电器2的工作电路建立，两个继电器线圈吸合，常开触点吸合。输出回路中两个分属于两个继电器的串联常开触点吸合，控制强制导向继电器的双通道电路的输出通道建立。

以双通道急停按钮作为传感器为例，并结合图6～图7说明控制强制导向继电器的双通道电路的输出通道断开响应的过程。

(6)当急停按钮被拍下，由于机械联锁作用，急停按钮的两个触点全部断开。通道1和通道2的稳态电路被切断，继电器1和继电器2的线圈失电，常开触点断开；对应的输出通道切断，如图7所示。

至此一个周期结束，进行下一个周期。

当继电器出现单个触点粘接时，电路工作状态如图8～9所示。

(7)当继电器1的常开触点被粘接时，如图8所示。有可能发生在几个状态：

当常开触点粘接发生在控制强制导向继电器的双通道电路的触发以后，急停按钮没有拍下之前——此时，继电器1的常开触点K12、K13、K14被粘联。当急停按钮被拍下的时候，可以通过切断通道2回路，使线圈K2掉电，使常开触点K23、K24，确保断开输出回路。重新上电启动时，由于K12、K13、K14处于被粘联的状态，其不能满足图2的启动状态，控制强制导向继电器的双通道电路不能启动。

当常开触点粘接发生在急停按钮没有拍下之后，控制强制导向继电器的双通道电路触发以前，由于K12、K13、K14处于被粘联的状态，其不能满足图2的启动状态，控制强制导向继电器的双通道电路不能启动。

这种故障情况下，能够确保该电路能被可靠断开，并在故障发生后第二个周期检测到该故障，并且禁止电路被重新触发启动。

(8)当继电器2的常开触点被粘接时，如图9所示。有可能发生在几个状态：

当常开触点被粘接发生在控制强制导向继电器的双通道电路触发以后，急停按钮没有拍下之前——此时，继电器2的常开触点K22、K23、K24被粘联。当急停按钮被拍下的时候，可以通过切断通道1回路，使线圈K1掉电，使常开触点K13、K14，确保断开输出回路。重新上电启动时，由于K22、K23、K24处于被粘联的状态，其不能满足图2的启动状态，控制强制导向继电器的双通道电路不能启动。

当常开触点被粘接发生在急停按钮没有拍下之后，控制强制导向继电器的双通道电路发以前，由于K22、K23、K24处于被粘联的状态，其不能满足图2的启动状态，控制强制导向继电器的双通道电路不能启动。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims

1.一种用于控制强制导向继电器的双通道电路，所述的强制导向继电器由线圈和常开触点、常闭触点构成；各触点间采用机械联锁结构，常开触点和常闭触点同时动作；其特征在于双通道电路包括电源模块、控制模块和输出模块；

控制模块包括两个通道：主动通道和从属通道；其中，

2.一种用于控制强制导向继电器的双通道电路，其特征在于：所述的电子延时开关包括光耦、电解电容C1、电阻R1～R5和三极管T1、T2；三极管T1的集电极串联电阻R3，基极连接电阻R1、R2的一端，电阻R1的另一端与R3一起串联常闭触点K11后接入高电平信号U₊，电阻R2的另一端接入低电平信号U_-；电解电容C1的一端接入电阻R3与常闭触点K11之间，另一端接入低电平信号U_-；电阻R4、R5串联后一端接入三极管T1的集电极，另一端接入低电平信号U_-；三极管T2的基极接入电阻R4、R5之间，三极管T2的的集电极连接线圈K2，三极管T1、T2的发射极接入低电平信号U_-；光耦的输入端OP_D1连接在常开触点K12与线圈K1之间，光耦的输出端OP_T1一端连接三极管T1的基极，另一端接入低电平信号U_-；上述所有接入低电平信号U_-端在接入前串联常闭急停按钮。