CN103236817B - 一种工业设备安全装置与齿轮计数器 - Google Patents

Abstract

一种新型的工业设备安全装置，由单一或多条主电路和辅助控制电路组成，其特征在于主电路由断路器、交流接触器、热继电器与电机相连，辅助控制电路包括固定电压线圈、固定电流线圈、固定负载电阻、齿轮计数器、电磁继电器，齿轮计数器预设运行机械的安全极限位置，通过与之相连的电磁继电器动作，控制主电路交流接触器的通、断，进而使电机运行或停止，实现控制运行机械位置的行程限位。本发明不受运行机械位置的制约，可按照操作及维护的方便自由选择，可实现若干主回路控制、使用寿命长、故障率低，使其更有利于运行机械安全可靠的运行，在实现电气限位的集中控制中具有广阔的发展前景。

Description

一种工业设备安全装置 与齿轮计数器

技术领域

本发明涉及电子、电器及电气工程领域中的安全保护技术，特别涉及一种工业设备安全装置。

背景技术

现有几乎所有的工业设备都采用限位开关来控制机械设备运动极限位置的行程，该限位开关分为接触式和非接触式两种。接触式为机械式，非接触式有感应式、干簧式、光电式等形式。接触式限位开关是利用生产机械运动的部件碰撞使其触头动作来实现接通和断开电气控制电路，用来限制机械运动的位置及行程，使运动机械按照一定的位置或行程实现自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动。非接触式限位开关是利用运动机械的位移变化而转换为电信号，使电机改变运动方向，从而控制机械动作或用作程序控制。

作为电气控制的限位开关尽管在设计及生产中满足了现代工业化生产的要求，且在日新月异的发展和大力的普及推广，但目前在长期的使用过程中存在着很多安全隐患，特别是在一些工作环境恶劣的场所更为突出。如安装位置受运动机械位置的制约，特别是因触头锈蚀、接触不良、位置偏移、性能下降都会不同程度地影响运动机械的安全运行，甚至会造成人身、设备安全事故。

发明内容

本发明旨在提供一种工业设备安全装置，确保现有工业设备得到经济实用、安全可靠的限位保护。

一种工业设备安全装置，由单一或多条主电路和辅助控制电路组成，其特征在于主电路由断路器、交流接触器、热继电器与电机相连，辅助控制电路包括固定电压线圈、固定电流线圈、固定负载电阻、齿轮计数器、电磁继电器，齿轮计数器预设运行机械的安全极限位置，通过与之相连的电磁继电器动作，控制主电路交流接触器的通、断，进而使电机运行或停止，实现控制运行机械位置的行程限位。

所述的齿轮计数器，由触点转盘、转轴、制动磁铁、齿轮变速机构、齿轮计数机构组成，齿轮计数机构显示为百位、十位、个位及小数位，按照运行机械的行程需要来显示位数；触点转盘设计为带0-9位数字的触点开关，各数字代表辅助控制电路预设的一个触点，各组触点随与主电路同步运行工作的转轴动作，与各自串接的电磁继电器接通或断开，进而连锁地控制主电路交流接触器的通、断。

所述的齿轮计数器，与各齿轮计数机构相连的触点转盘，其上的触点在辅助控制电路中共同串联，控制各自回路的电磁继电器，各电磁继电器控制各自回路触点的通、断，通过控制回路使主电路交流接触器线圈得电或失电，由此控制主电路交流接触器的通、断，从而实现主电路电机的运行与停止。这里的控制回路既可应用于交流回路，也可应用于直流回路。

所述的齿轮计数器，触点转盘是以中心转轴为公共触点，分别与周围的0-9位数字触点依次接通。齿轮计数器的结构类似于密码锁的形式，其具体在和设备配套连锁工作时要和辅助控制电路相衔接。根据需要设计好齿轮计数机构的位数，从左至右分别是百、十、个及小数位。每组齿轮为0-9循环运行，如小数位运行0-9一圈，则个位计数进一，当个位运行0-9一圈，则十位计数进一，当十位运行0-9一圈，则百位计数进一，改变负载电阻的阻值能变换齿轮计数器数字运行的快、慢，若改变辅助控制电路中固定电流线圈的极性则齿轮计数机构反向运行，则各位计数相应减数。

根据设备工作的需要，辅助控制电路为固定单相供电，辅助控制电路的运行与停止受主电路交流接触器的控制，除固定电压线圈外，固定电流线圈、固定负载电阻随主电路交流接触器主触点闭合后，再通过其辅助常开触点构成回路启动运行计数器机构。只有主电路交流接触器接通运行，其常开触点闭合才使辅助控制电路投入运行，这是齿轮计数器工作的驱动条件。实际工业应用控制过程中，这里的主电路既可是单一主电路，也可以是若干主电路，齿轮计数器数字触点的通、断也可通过PLC自动控制，从而精准控制辅助控制电路上电磁继电器的通、断。

如通过PLC自动控制，则将各组齿轮计机构的数字触点作为PLC控制电路的开关输入点，只有当齿轮计数器显示为设置的极限位置时，与之相应的数字触点才闭合，PLC数字量输入模块便接通内部电路使电磁继电器得电工作，从而使串接在辅助控制电路上的电磁继电器各触点断开，切断主回路交流接触器的线圈电压，从而切断电机主回路而停止运行。

所述的热继电器实现过载、过热的保护，当电机发生过流、过热时热继电器能及时切断控制电源，使得电机停止运行，这与齿轮计数器的作用共同构成对电机的双重保护。

在工业设备工作中，本发明与被测运行机械同步运行，同步停止，其齿轮计数器所显示的数字一般为模拟数据，是运行机械能安全到达的极限位置所显示的触点数字，并不是真实的位置数据；也可以按照比例设置成能代表运行机械实际位置的计数显示，但必须预先调试设置。首先调试好运行机械与齿轮计数器同步运行的安全极限位置，记录此时齿轮计数器所显示的数字作为运行机械的安全限位数字，改变辅助控制电路中固定电流线圈电流的方向可以显示运行机械反向运行的数字。将运行机械安全位置极限数字的触点串接在被控电磁继电器的控制回路中，就能按照设备安全运行的距离位置有规律地控制主电路交流接触器的运行与停止，从而实现控制电机并使运行机械安全停止。

本发明的创新点在于利用运行机械的位移变化，比如旋转的角度或直线距离的变化实现开关量与模拟量的一种相对固定的运行模式转换。主电路是通过断路器、交流接触器和热继电器来控制电机运转，辅助控制电路是利用电磁感应的涡流作用产生计数功能的驱动电路，通过固定电压线圈、固定电流线圈的电流方向改变齿轮计数器的计数，其固定负载电阻的作用就是按照工业现场的需要确定齿轮计数机构显示数字的快、慢。本发明通过齿轮计数器的转动角度和角速度等效机械限位机构移动部件的移动范围和移动速度，通过开关量与模拟量的转换，实现安全行程范围的电气限位。

本发明不受运行机械位置的制约，可按照操作及维护的方便自由选择，可实现若干主回路控制、使用寿命长、故障率低、使其更有利于运行机械安全可靠的运行，在实现电气限位的集中控制中，具有广阔的发展前景。

附图说明

构成本申请的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解，其与实施例不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的控制原理图。

图2为齿轮计数器的显示图。

图3为辅助控制电路局部图。

图4为PCL控制连接图。

标号说明：1、断路器；2、交流接触器；3、热继电器；4、电机；5、热继电器常闭触点；6、电磁继电器常闭触点；7、交流接触器自保触点；8、交流接触器线圈；9、齿轮计数器；10、数字触点；11、百位计数机构；12、十位计数机构；13、个位计数机构；14、小数位计数机构；15、固定电压线圈；16、固定电流线圈；17、固定负载电阻；18、交流接触器辅助常开触点；19、电磁继电器；20、主回路计数机构串联触点；21、启动按钮。

具体实施方式

为实现上述目的，本发明提供了一种工业设备安全装置，下面仅以在斗轮机臂架旋转上的实施应用为例进行介绍：

要使臂架在旋转时达到极限角度时停止，可以利用限位来控制其有效行程。首先调试主电路中的电机（4）分别运行到左、右两个极限时，确定齿轮计数器（9）所显示的数字。如图1、图2、图3、图4所示，本实施例只画出图1的1个主回路，图3、图4分别画出3个及4个辅助控制回路。图1启动辅助控制电路的热继电器常闭触点（5）、电磁继电器常闭触点（6）、交流接触器自保触点（7）、交流接触器线圈（8），应接入单相220V电路，即一端接主电路交流接触器（2）的端子，另一端改接零线N端。按下启动按钮（21）后，接通了交流接触器线圈（8），主电路交流接触器（2）闭合工作，其自保触点（7）闭合，在松开启动按钮（21）后仍保证交流接触器线圈（8）工作，从而保证主电路正常工作。只有在热继电器（3）的热继电器常闭触点（5）和电磁继电器（19）的常闭触点（6）断开时，才能使交流接触器线圈（8）失电，从而使交流接触器（2）断电，电机停止运行。

本实施例中，在主电路工作交流接触器（2）的辅助常开触点（18）闭合时，输入为单相固定电压，流经固定电压线圈（15），固定电流线圈（16）和固定负载电阻（17）得电，再到达电磁继电器（19），齿轮计数器（9）开始工作。齿轮计数器（9）与主电路同步工作，直到主电路停止运行为止。根据需要设计好齿轮计数机构的位数，从左至右分别是百位（11）、十位（12）、个位（13）及小数位（14）。每组齿轮为0-9数字触点（10）循环运行，如小数位运行0-9一圈，则个位计数进一，当个位运行0-9一圈，则十位计数进一，当十位运行0-9一圈，则百位计数进一，若改变固定电流线圈（16）的极性则计数机构反向运行，则各位计数相应减数。改变固定负载电阻（17）的阻值可以改变计数机构数字运行的快、慢。每组齿轮计数机构的0-9各个数字都是电气控制电路的一个触点，计数机构百、十、个、小数位在各个主回路串联的触点（20）作为PLC开关量控制输入。在设备投入运行前首先调试到安全的标准位置，以便将臂架的左、右两个极限位置定好，臂架从中间位置向左及向右各运行到极限位置，观察计数机构显示的数据，比如向左旋转到极限位置时数字显示为100，向右旋转到极限位置为负100，则所选择的起点为合适的中点位置。为此便可以将正、负100各个数字作为作为电路的开关触点，齿轮计数器（9）的各数字触点只有达到数字100时，也就是说百位是1、十位和个位都是0，此时作为PLC开关量控制输入的三个数字触点串联（20）常开触点闭合，电磁继电器（19）才得电工作，其串接在图1辅助控制电路中的电磁继电器常闭触点（6）就会断开，主电路中的交流接触器线圈（8）失电，从而切断电机（4）主回路而停止运行。

如利用自动控制的PLC控制，即将图4计数机构百、十、个位的串联触点（20）作为PLC开关量控制输入，则更能发挥上述电气控制的优越性。将各组齿轮计机构的串联触点（20）作为PLC控制电路的开关输入点，只有当齿轮计数器（9）显示为100时，与之相应的三个数字触点（10）才闭合，具体在设备上是机械运行到安全极限位置时，齿轮计数器（9）显示预设安全位置数字时串联触点（20）闭合。这时，PLC数字量输入模块便接通内部电路使电磁继电器（19）得电工作，从而使串接在辅助控制电路上的电磁继电器常闭触点（6）断开，切断主回路交流接触器线圈（8）电压，进而使交流接触器（2）失电而断开，这样就切断电机（4）主回路使之停止运行。

无论设备是旋转运行或者是直线运行，甚至是俯仰运行，前提必须是首先将设备各个运行的极限位置设定到安全位置，再根据计数器机构百、十、个位的位置所显示的计数数字定义到各控制电路的数字触点（10）或作为PLC开关量输入点，就如同开密码锁一样，首先按要求设置好密码数字，待需要打开时只有将所有数字运行到当初设定的密码数字时才能打开。所不同的是，设置密码锁可按照自己的意愿随便设置，但设备必须按照工作的实际需要，从实践中调试得出反映真实的数字，这一真实数字并不一定代表运行机械的实际数值，仅作数字显示。因为一套完整的设备其运行的主回路可单独运行，也可以同时运行，只是各个运行回路的安全极限位置不一样，所以各回路所显示的触点数字会不一样，但控制原理是一样的。

本发明的齿轮计数器（9）采用固定驱动电路工作计数，有利于节能降耗、集中控制、方便操作与维护。使用这种模拟数字触点来代替运行机械的实际位置，并控制着运行机械的安全运行与停止，使其安装位置不受运行机械位置的制约，自由灵活，方便操作与维护，可实现若干主回路控制，特别是安全性、可靠性、使用寿命较现有电气限位大为提高，在现有电气自动化设备控制中有着广阔的发展前景。

除了上述实施例外，本发明还有其他形式的变化，可以是单一主电路，也可以是若干主电路，在未脱离本发明的设计精神和控制原理，本领域普通技术人员对本发明方案作出的各种变形、改进、润饰，均落入本发明权利要求书确定的范围。

Claims (9)

1.一种工业设备安全装置，由单一或多条主电路和辅助控制电路组成，其特征在于主电路由断路器、交流接触器、热继电器与电机相连，辅助控制电路包括固定电压线圈、固定电流线圈、固定负载电阻、齿轮计数器、电磁继电器，齿轮计数器由触点转盘、转轴、制动磁铁、齿轮变速机构、齿轮计数机构组成，齿轮计数器预设运行机械的安全极限位置，齿轮计数机构显示为百位、十位、个位及小数位，触点转盘设计为带0-9位数字的触点开关，各数字代表辅助控制电路预设的一个触点，各组触点随与主电路同步运行工作的转轴动作，与各自串接的电磁继电器接通或断开，进而连锁地控制主电路交流接触器的通、断，使电机运行或停止。

2.根据权利要求1所述的一种工业设备安全装置，其特征在于所述的辅助控制电路的运行与停止受主电路交流接触器的控制，除固定电压线圈外，固定电流线圈、固定负载电阻随主电路交流接触器主触点闭合后，再通过其辅助常开触点构成回路启动运行齿轮计数器。

3.根据权利要求1所述的一种工业设备安全装置，其特征在于所述的齿轮计数器，还将各组齿轮计数机构的数字触点作为PLC控制电路的开关输入点，通过PLC自动控制辅助控制电路上电磁继电器的通、断。

4.根据权利要求1所述的一种工业设备安全装置，其特征在于所述的齿轮计数器，触点转盘是以中心转轴为公共触点，分别与周围的0-9位数字触点依次接通，每组齿轮为0-9循环运行，当小数位运行0-9一圈，则个位计数进一，当个位运行0-9一圈，则十位计数进一，当十位运行0-9一圈，则百位计数进一，若改变固定电流线圈的极性则齿轮计数机构反向运行，各位计数相应减数。

5.根据权利要求1所述的一种工业设备安全装置，其特征在于所述的齿轮计数器，与各齿轮计数机构相连的触点转盘，其上的触点在辅助控制电路中共同串联，控制各自回路的电磁继电器。

6.根据权利要求1所述的一种工业设备安全装置，其特征在于与被测运行机械同步运行，同步停止，所述的齿轮计数器显示的数字为运行机械到达极限位置的模拟数据或按照比例设置的运行机械实际位置的真实数据。

7.一种齿轮计数器，用于权利要求1所述的一种工业设备安全装置，其特征在于由触点转盘、转轴、制动磁铁、齿轮变速机构、齿轮计数机构组成，齿轮计数机构显示为百位、十位、个位及小数位，触点转盘设计为带0-9位数字的触点开关，各数字代表控制电路的一个触点，且作为PLC控制电路的开关输入点，通过PLC自动控制开关量与模拟量的模式转换。

8.根据权利要求7所述的一种齿轮计数器，其特征在于所述的触点转盘是以中心转轴为公共触点，分别与周围的0-9位数字触点依次接通，每组齿轮为0-9循环运行，如小数位运行0-9一圈，则个位计数进一，当个位运行0-9一圈，则十位计数进一，当十位运行0-9一圈，则百位计数进一，改变负载电阻的阻值能变换齿轮计数器数字运行的快、慢，若改变固定电流线圈的极性则齿轮计数机构反向运行，各位计数相应减数。

9.根据权利要求7所述的一种齿轮计数器，其特征在于用于运行机械的限位控制，与辅助控制电路的电磁继电器相接，通过与主电路同步运行工作的转轴动作与各自串接的电磁继电器接通或断开，进而连锁地控制主电路交流接触器的通、断，进而使电机运行或停止。