CN1044877A - 电控的门联锁系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种门联锁系统和方法，适用于对一个封闭室(11)内设备的供电。如果门开启，则设备的供电被切断。它使用供电电路断路器(5)，和封闭室电路断路器(27)。门检测电路(31)对由门开关装置(33)关闭的封闭室(11)的门进行检测。如果门开启，门检测电路(31)断开控制电路(25)，使控制继电器(21)控制断路器(5)跳闸，从而，封闭室(11)断电。继电器电路(29)与电路(25)、装置(31)和断路器(27)连接，使断路器(5)或断路器(27)跳闸，以响应检测出的其它电气故障。

Description

本发明涉及一种门联锁系统及方法，特别地但不是唯一地涉及一种用于控制具有固定或移动性质的防爆电气装置和/或封闭室供电的门联锁系统及方法。

电气封闭室上的联锁封闭室门系统，以用于危险区防爆是常规的需要，这一系统在门打开时可将封闭室内的电气设备的供电切断。危险区可定义为聚集有危险可燃气体、蒸气、尘埃或其他物质的特定区域。这样的区域可存在于煤矿或其他矿物开采环境，也可存在于汽油工业或其他工业。

为了防止防爆封闭室内可能发生的爆炸与具有如可燃气体的危险区相连通，封闭室必须防爆良好，而这需要保证封闭室具有足够强度并在连接部件做特别设计来达到。为了使连接部件的使用寿命超过设备的寿命，特别为了使这一效果不致由于维护或检查封闭室内的设备时反复移动门或其他部件而受到损害，通常不使用诸如垫圈、密封圈或类似物的连接或密封装置。而是由连接部件、轴、开口、通风装置及类似装置根据所考虑的封闭门的体积和可燃气体的特性规定接触面（joint    face），即火焰通路的最小宽度和间隙的最大开口。这是为了确保如果封闭室内发生爆炸，火焰在经过接触面的任何路径上受到充分的约束和冷却，从而不能点燃周围的可燃气体。

在危险环境下的防爆封闭室内的已知电气装置中，使用了机械式门联锁连杆，它保证封闭室的门或盖子在移动之前，电源被切断。这样的机械式门联锁装置一般难于使用，并且使用一段时间后，由于连杆的磨损、腐蚀或损坏，可靠性将受到怀疑。而更重要的是可能人为地造成机械式联锁连杆的失效，使得封闭门被打开而供电未被切断。

本说明书的全部术语“门”被用来描述用于覆盖封闭室进出口的有合页或无合页的阻挡物。

本发明是为提供一种更可靠的门联锁系统而设计的，该系统对人为影响不太敏感，因而可以确实改善在危险区中的安全性。

本发明提供一种门联锁系统，用于控制封闭室内设备的供电，门将封闭室关闭并可打开使人能接触到所述设备。该系统包括：

一个供电电路断路器，它与控制电路继电器装置相连，该装置在电流击穿情况发生时，将切断所述供电电路断路器与其的联系，所述供电电路断路器和所述控制电路继电器均在所述封闭室的外部，所述控制电路继电器连接在所述供电电路断路器的入线端。

一条供电引线从所述供电电路断路器连接到所述封闭室内的封闭室电路断路器，通过所述封闭室电路断路器和所述供电电路断路器供给所述封闭室内的所述设备电源。

另一条引线从所述控制电路继电器装置连到所述封闭室内的控制电路，用于传送控制电路电流。

一个在所述封闭室内确实安全的阻挡装置（barrier    device）从所述封闭室电路断路器的入线端上连接供电，所述确实安全的阻挡装置含有门开关装置和控制电路开关装置，所述确实安全的阻挡装置提供所述控制电路开关装置的控制电路电流路径，如果电源已供给所述封闭室而门被打开时，则控制电路电流路径消失，门的打开将使所述供电电路断路器跳闸。

另一方面，本发明还提供一种控制封闭室内设备供电的方法，封闭室由门来关闭，门可开启使人能接触到设备，该方法包括：

供电给供电电路断路器和与其连接的控制电路继电器，所述控制电路装置在电流击穿情况发生时将所述供电电路断路器与所述控制电路继电器装置的联系切断，所述供电电路断路器和所述控制电路继电器均在所述封闭室的外部。

一条供电引线从所述供电电路断路器依次连至所述封闭室及所述封闭室内的封闭室电路断路器，使电流通过所述供电电路断路器及所述封闭室电路断路器送到在所述封闭室内的设备上。

另一条引线从所述封闭室外的控制电路继电器连至所述封闭室内的控制电路。

在所述封闭室内安装一个确实安全的阻挡装置，并从所述封闭室电路断路器的入线端给其供电，所述确实安全的阻挡装置含有门开关装置和控制电路开关装置。

在门关闭时，使控制电路电流流入所述控制继电器，所述的另一条引线，以及所述控制电路。

在响应所述门的开启和所述门开关装置的工作时，使所述确实安全的阻挡装置控制所述控制电路开关装置来切断所述控制电路电流，从而使所述供电电路断路器跳闸。

为了更清楚地理解本发明，将结合相应附图为参考来表述本发明的一个优选实施例，它被用于采煤的危险环境中。

图1为门联锁系统的实施例的方框图。

图2为图1部分系统的较详细的方框电路图。

图3为用于图1和图2中示出的实施例的含有控制电路跳闸保护的供电电路断路器的详细电路图。

图4为图1和图2示出的封闭室电路断路器及相关电路的详细电路图。图3和图4可结合着阅读。

图1示出了一个用于采矿环境中的门联锁系统的优选实施例。这里安装有一个电驱动的机构1。机构1由一根例如几百米长的长电缆3供电。电源从供电电路断路器5被加到电缆3上，依次地，电源从电源变压器7被加到供电电路断路器5上，又通过电缆9电源被加到电源变压器7上。典型的是电源变压器7、供电电路断路器5和机构1都安装在一个矿井内。电缆9从矿井的工作面延伸到地面。电缆3终止在防火封闭室11的机构1，该封闭室可有多个分隔间13、15、17等等，它们可由一个门来封闭，也可对应于每个分隔间由各自的门来封闭。供电电路断路器5固定在一个配电盒19内，它本身可以是防爆的。在某些情况下，电缆3可截止到变压器7。在这种情况下，供电电路断路器可固定在变压器7或其他合适的位置上。

参见图2，它示出了比图1更详细的方框电路图。在这里可看出，配电盒19含有供电电路断路器5和控制继电器21，控制继电器21用于在电缆23上检测出故障状态发生后，使供电电路断路器5跳闸。依次地，电缆23可通过封闭室11中的分隔间13内控制电路25的断路来检测封闭室11的故障状态。换言之，在无故障状态，例如门关闭时，检测控制电流将流入控制继电器21，电缆23和控制电路25，但如果门开启控制电路开关装置将被打开，使控制电路电流中断，并且引起供电电路断路器5跳闸。一般用一根单根电缆将电缆3和电缆23包含在内，用已知的电缆强化技术保护电缆不碎裂或损坏。电缆3通过端子直接与封闭室11的分隔间13中的封闭室电路断路器27相连。封闭室电路继电器27可控地与分隔间13内的继电器电路29相连。继电器电路29也与分隔间13内的控制电路25以及门检测电路31相连。封闭室11可有一个或多个分隔间15、17等等。全部的分隔间可由一个门或分别的门封闭。由开关装置33检测门的关闭。因此，在每个分隔间13、15、17等等由分别的门来封闭的情况下，则每个门使用分别的开关装置。实际上，两个串联的开关用来检测每个门的关闭状态。较好的是当门关闭时，开关装置33处于关闭状态。如果各个门或者其中之一被打开，则开关装置33被切断，从而使门检测电路31将电源切断，这通过中断流经检测电路25至检测继电器21的电流使供电电路断路器5跳闸来实现。

因此，如果打开门，检测电路25将立即检测出检测电路电流的消失，并切断供电电路断路器5的电源，以减少危险环境中爆炸发生的可能性。

具有各分隔间13、15、17等等（如果需要那样）的封闭室是标准的防爆封闭室，其细节没有在这里叙述，因为这是此技术中的常识。封闭室电路断路器27示于方框35中，它以框图的形式表示用于至少控制封闭室电路断路器27跳闸或断路的通用螺线管和辅助开关。其细节将示于与之相关的其他图中。

现参见图3，图中示出了包括供电电路断路器5的详细电路图。从图中可看出实际是三相AC供电。供电电路断路器5为NZM12型，它与NHi22和AHi21辅助接点合为一体，这由澳大利亚的柯罗纳·穆勒公司（Klockner    Moeller，716    Springvale    Road，Mulgrave    3170，Australia）提供。该电路断路器与欠压继电器螺线管为一体，一般为释放状态，并可手动或电控地使其进入闭合状态。用在此处的环境下，它是手动地切换到闭合状态。欠压电压继电器螺线管标为37，装在配电盒19内的为控制继电器21，它包括一个伯拉姆柯（BRAMCO）元件，型号为CPM    1E2    HLUV    2110，它可用澳大利亚伯拉姆柯电子公司（Bramco    Electronics，47    Orlando    Road，Lambton，New    South    Wales，2299，Australia）的产品。控制继电器21也包括地电流故障检测电路和闭锁电路，它们未被示出，因为这是该技术中的常识，并且不成为本发明概念的任何部分。图3示出了对控制电路25的供电，它包括通过控制电路25和地的地连续电路。该供电构成控制继电器21的一部分。控制继电器21包括第一变压器T1和第二变压器T2，每个变压器连至供电电路断路器5的主供电侧，并跨在两相电压上。变压器T1和T2的初级有双路保险。变压器T1和T2的各铁心接地。变压器T2的次级与常开继电器开关39及欠压电压继电器螺线管37相串联。继电器开关39由螺线管41控制，该线圈与变压器T1的次级以及电缆23相串联。该电缆供给控制电路25内的地连续控制电路电流。变压器T1和T2的次级用各自的保险丝进行保险。

现参见图4，图中示出在封闭室11内电路的详细电路图。在此实施例中，构成本发明门联锁系统的电路安装在分隔间13内，电源从分隔间13通过封闭室电路断路器27用汇流条42供给各分隔间15、17等等。可安装于各分隔间15、17等等的电气控制电路未被表示出来。

可看出控制电路25，封闭室电路断路器27，继电器电路29，以及门检测电路31均安装于封闭室13中。门检测开关装置33可在每个分隔间13、15和17上安装，并与门检测电路31连接。全部开关装置33均以串联方式连接，示于图4的电路假设每个分隔间13、15、17等等有各自的门。如果分隔间13、15、17等等只安装一个门，则开关装置33可简单地包括两个独立的开关装置33，它们安装于封闭室相对的两侧以检测门的闭合。典型的是开关装置33含有微动开关，当门关闭时它们闭合。并且，像这样的装置在门不开启时出现机械故障是不可能的。

封闭室电路断路器27可包括与NHi22和AHi21辅助接点为一体的NZM12型电路断路器，辅助接点如所示的A、B、C和E，它们由柯罗纳·穆勒公司提供（地址参见上面）。所有这些接点为常闭接点。当电路断路器27的主接点闭合，接点A、B、C和E将断开。开关接点A和B可被看作为衔柄接点，在封闭室电路断路器27的操作衔柄使主接点闭合和断开时，这些接点断开和闭合。接点A在闭合时有一延迟。实际上，所有辅助接点A、B、C和E被安装得可响应衔柄的转动而动作，该衔柄操纵封闭室电路断路器27的主接点。封闭室电路断路器27可手动地或电控地闭合。在这里表示的实施例是手动闭合。

继电器电路29的电源由变压器T3供给。变压器T3的初级跨接在电缆3的两相上。初级加有双路保险。定时螺线管41通过开关接点A跨接在变压器T3的次级上。定时螺线管41与开关接点Q机械地相联系，该接点被表示为常开接点，它瞬时闭合但延迟断开。典型的延迟为三秒。定时螺线管41为LA3-D22A65型，由澳大利亚远动技术控股有限公司制造（TelemecaniqueAustralia    Pty.Ltd.，Sydney    Australia）。一个欠压电压继电器螺线管43通过常开开关接点X跨接于变压器T3的次级，螺线管43为封闭室电路断路器27的一部分。螺线管继电器线圈45和与其相联系的常闭开关接点D和常开开关接点F通过前述的开关接点Q和常开开关接点P的并联电路装置跨接到变压器T3的次级。开关接点P为瞬时闭合，断开时大约延迟三秒。典型的用于螺线管线圈45的螺线管线圈继电器为CA2-DN1229-A65型，由澳大利亚远动技术控股有限公司提供。冷接触继电器47跨接在变压器T3的次级，并跨接于封闭室电路继电器27出线端三相的各相上。任何出现在相线上的非对称电压由冷接触继电器47所检测，从而使其跳闸。冷接触继电器47具有与其相联系的常开开关接点P和常闭开关接点G。开关接点P在断开时有一延迟。典型的冷接触继电器装置的名称为BRAMCO型号为IM1F，并在伯拉姆柯电子公司（Bramco    Electronics）进行改造：提供开关接点P和G以满足所述功能的需要。

门检测电路31包括一确实安全的阻挡装置31，型号为MTL2000，由测量技术有限公司制造（Measurement    Technology    Limited，Power-court    Luton    Bedfordshire，England    LU13JJ）。确实安全的阻挡装置31包含内固定的常开开关接点X和Y。确实安全的阻挡装置31与开关装置33相连，并用于检查开关装置33上的电路中断，这通过发现电流的断路来达到。确实安全的阻挡装置是常规装置，在此技术中是熟知的。

控制电路25包括几条控制电路电流路径，这取决于其内各开关B、C、D、E、F、G和Y的状态。各路径上的控制电路电流通过二级管D1流入地。因此，在通常状态下的控制电路25将具有沿电缆23和地的地返向控制电路电流。任意控制电路电流的中断将引起配电盒19上的控制继电器21控制供电电路断路器5跳闸。

在使用中，系统首先检查控制电路25中的地控制电流，以便将电力从电源变压器7供至配电盒9，并供至机构1。于是，如果控制电路25中的一个或多个开关接点B，C，D，E，F，G和Y是断开的，就会使电流中断，供电电路断路器5由于其内的机械联锁装置而不能闭合，它将用于避免手闭合直至欠压继电器螺线管37通电。当供电电路断路器5闭合，电源被加到电缆3上，它又将电源加到机构1上的封闭室11。封闭室电路断路器27在此时是断开的。包含门检测电路31的确实安全的阻挡装置31被加电，因为电从封闭室电路断路器27入线端的电缆3直接加入。门检测电路31检测开关装置33，以检查电路的连续性。如果得知电路连续，即门都关闭，则开关X和控制电路开关装置Y均闭合。当开关X和控制电路开关Y闭合时，电压被加到欠压继电器螺线管43上，从而使封闭室电路断路器27闭合。闭合可通过手动或电控来实现。此实施例中，闭合由手动实现。如果欠压继电器螺线管43上无电压，要闭合电路断路器是不行的，因为封闭室电路断路器27中机械连锁装置的作用是避免手动闭合，直到欠压继电器43上加有电压。

包含门检测电路31的确实安全的阻挡装置31连续地检查开关装置33，看它们是否保持闭合。在开关装置33的某一个断开的情况下，将引起包含开关装置33的电路上的电流中断，确实安全的阻挡装置31则使开关接点X和控制电路开关接点Y跳开。欠压继电器螺线管43上的电压中断将引起封闭室电路断路器27跳闸，从而切断供给各封闭室15，17等等的电源。

本系统可有几种情况向封闭室11供电和/或断电。

1.门关闭且无故障时的供电

通过开关接点B，C，G和D，然后通过开关接点B，C，G，E和F获得控制电路的连续，使得封闭室电路断路器27主接点处于断开或者闭合状态。一组确实安全的阻挡装置31（门检测电路31）检测开关装置33（即门开关）并确认是连通的，则门接点X和控制开关接点Y闭合，使欠压继电器螺线管43加电，并使得封闭室电路断路器27闭合;控制电路电流流过开关接点Y和F。

2.门开启且封闭室电路断路器27断开时的供电

这个状态可被用来检查系统。在这种情况，控制电路25保持在工作状态，这里，通过闭合的开关接点B，C，G和F并通过二极管D1流入地使控制电路电流流通。通过对螺线管线圈45的操作，使开关接点D和F改变状态，这是通过闭合接点A，即断开封闭室电路断路器27来实现。这使电压加至定时螺线管41而使其吸合，因此又使开关接点Q闭合。由于开关接点B，C，G和D的闭合，电源被立即接通。随着定时螺线管41的动作，开关接点B，C，G，E和F关闭，流经控制电路25的控制电路电流保持不变，使供电电路断路器5保持供电状态。

任何企图闭合封闭室电路断路器27都是不可能的，因为开关接点X的断开，欠压继电器43的供电被切断，与供电电路断路器5中的欠压继电器43相连接的机械联锁将产生防止封闭室电路断路器27闭合的作用。如果手动的力量起作用而克服了用于防止封闭室电路断路器27闭合的机械联锁的功效，则开关接点A和B断开，中断控制电路25中的电流使供电电路断路器5跳闸。

3.供电接通且门开启

确实安全的阻挡装置31（门检测电路31）检测出开关装置33的断路-即门被打开，这使得开关接点X和Y断开，从而中断流过控制电路25的电流。这使得欠压螺线管线圈43将封闭室电路断路器27跳闸;也使得控制继电器21动作使供电电路断路器5跳闸。

4.供电接通，门闭合且封闭室电路断路器27断开，但由于故障，电压被加至封闭室13，15，17等等内部的电路断路器27出线端上一相或多相上。

在这些情况下，冷接触继电器47检测出电压在一相上的非对称，于是使开关接点G跳闸。这不导致控制电路25出现混乱，因为控制电流仍流过开关接点Y和F。只要门开启，确实安全的阻挡装置31（门检测电路31）将检测出一个或多个开关装置33的断开状态，并且切断开关接点X和Y，它又使控制电路25的电流中断，从而导致供电电路断路器5跳闸。

作为另一种方法，将开关接点G与开关接点B，C，和D相串联，它可被设在J点上。只要冷接触继电器47检测出故障状态，它将切断开关接点G，中断流过控制电路25的控制电路电流，并使供电电路断路器5跳闸。

如上所述，开关接点Q和P有约三秒的延迟。这个时间延迟将用来防止供电电路断路器5的误跳闸，它的产生是由于：

1.封闭室电路断路器27的全部接点没有同时断开或闭合而在冷接触继电器47上出现尖峰电压，这一情况将被检测出来，否则会使得供电电路断路器5跳闸。

2.反向电动势（E.M.F.）出现在电缆3的电源线上，它由各封闭室15，17等等的连接到电源的设备所产生。在电路断路器27可能断开的同时，被连接的电动机或其它设备能产生反向电动势，这可引起供电电路断路器5的误跳闸，而重新闭合它又很麻烦，因为它可能位于距机构1上面的几百米之处。

该系统可被熟悉电气开关或电路控制装置技术的人所利用。

不使用螺线管操纵的继电器开关接触装置，而是在该说明书和权利要求书中使用固态开关装置，这将被认为是直接的等效，并属于本发明的范围。

Claims (11)

1、一种用于控制封闭室内设备供电的门联锁系统，封闭室由门来封闭，门可使人接触所述设备，该系统包括：

一个与控制电路继电器相连接的供电电路断路器，当电流击穿发生时，控制电路继电器切断所述供电电路断路器与其的连接，所述供电电路断路器和控制电路继电器均在所述封闭室的外部，所述控制电路继电器与所述供电电路断路器的入线端连接；

一条从所述供电电路断路器连至所述封闭室内的封闭室电路断路器的供电引线，通过所述封闭室电路断路器和供电电路断路器对所述封闭室内的所述设备供电；

另一条从所述控制电路继电器连至所述封闭室内的控制电路的引线，用于承载控制电路电流；

一个在所述封闭室内的确实安全的阻挡装置，它从所述封闭电路断路器的入线端供电，所述确实安全的阻挡装置包含门开关装置和控制电路开关装置，所述确实安全的阻挡装置通过所述控制电路开关装置在所述控制电路中提供一条控制电路电流路径，如果电源加至封闭室而门开启则控制电路电流路径被切断，门的打开将使所述供电电路断路器跳闸。

2、如权利要求1的门联锁系统，它包括继电器电路装置，用于从所述封闭室电路断路器的入线端对所述封闭室供电;

所述继电器电路装置在所述控制电路装置内含有开关装置;

所述继电器电路装置检测不包括门开启的电气故障状态，在检测到故障的情况下它将断开所述控制电路的所述开关装置，所述控制电路电流被切断，导致所述控制继电器将所述供电电路断路器跳闸。

3、如权利要求2的门联锁系统，其中所述继电器的电路装置包括一个欠压继电器装置，在欠压时使所述封闭室电路断路器跳闸;

所述欠压继电器装置通过开关装置供电，开关装置是可闭合的，以响应所述确实安全的阻挡装置检测出的门关闭。

4、如权利要求3的门联锁系统，其中所述继电器电路装置包含一个冷接触继电器装置，它被连接至所述封闭室电路断路器的出线端，用于检查供给所述封闭室内设备的电压，并断开所述控制电路内常闭开关装置以响应检查出的电压故障，籍此中断所述控制电路电流，从而使所述供电电路断路器跳闸。

5、如权利要求4的门联锁系统，其中所述继电器电路装置包含另一个与一对常开开关装置相串联的继电器装置，常开开关装置并联连接，并在断开时有一延迟，当任意一个或两个开关装置闭合时电源被加到所述的另一个继电器装置上，并且当冷接触继电器装置未检查出故障电压时，所述开关装置之一可由冷接触继电器装置闭合，所述开关的另一个可由所述继电器电路装置内的定时继电器装置闭合，电源通过常闭开关装置被加至所述继电器电路装置，当所述封闭室电路断路器闭合时常闭开关装置断开;

所述另一个继电器装置在加电时将所述控制电路内常开开关装置闭合，并将控制电路内的常闭开关装置断开;

所述常闭开关装置使控制电路电流流入所述控制电路以闭合所述供电电路断路器;

所述常开开关装置用于当所述另一个继电器装置加电时保持所述控制电路电流。

6、如权利要求1的门联锁系统，其中所述封闭室有多个独立的分隔间;

所述封闭室电路断路器，所述控制电路和所述确实安全的阻挡装置均安装在一个分隔间内，在分隔间内，当所述封闭室电路断路器闭合时，电源从所述封闭室电路断路器被加至另外的分隔间的汇流条装置。

7、如权利要求6的门联锁系统，其中各分隔间由各自的门封闭，并且各分隔间安装有各自的门开关装置。

8、如权利要求6的门联锁系统，其中所述控制电路内的所述继电器电路装置和开关装置用于在门开启且所述封闭室电路断路器断开时使电源加至所述封闭室电路断路器，使该系统投入工作。

9、一种控制在一封闭室内的设备供电的方法，一个门将封闭室封闭并且是可开启的以使人能接触到所述设备，该方法包括：

供电至供电电路断路器和与其相连的控制电路继电器装置，在电流击穿的情况下，所述控制电路装置将所述供电电路断路器与所述控制电路继电器装置的联系切断，所述供电电路断路器和控制电路继电器均在所述封闭室的外部;

将一条供电引线从所述供电电路断路器引至所述封闭室内的封闭室电路断路器，使得电源通过所述供电电路断路器，通过所述封闭室电路断路器接至所述封闭室内的设备;

将另一条引线从所述控制电路继电器引至所述封闭室，并引至所述封闭室内的控制电路;

在所述封闭室内安装一确实安全的阻挡装置，并从所述封闭室电路断路器的入线端对其供电，所述确实安全的阻挡装置包含有门开关装置和控制电路开关装置;

使控制电路电流在门闭合时流入所述控制继电器，所述的另一条引线和所述控制电路;

响应于所述门的开启和所述门开关装置的动作，使所述确实安全的阻挡装置操纵所述控制电路开关装置来中断所述控制电路电流，并因而使所述供电电路断路器跳闸。

10、如权利要求9的方法，它进一步包括在所述封闭室安装一个继电器电路装置，用于检测除门的开启状态以外的电气故障状态，检测与封闭室相关的电气故障状态，通过断开所述控制电路内的开关装置使控制电路电流中断以响应所述检测。

11、如权利要求10的方法，包括操作所述控制电路的开关装置，使电源在所述门开启以及所述封闭室电路断路器断开时加至所述封闭室电路断路器和所述继电器电路装置，使所述系统投入工作。

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