CN105438942A - 一种防爆电梯门控安全型隔离模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防爆电梯门控安全型隔离模块，包括电源稳压电路、直流交流转换电路、第一交流直流转换电路、第二交流直流转换电路、隔离变压器、输入限能电路、第一光耦、第二光耦、第一信号转换检测电路、第二信号转换检测电路、功能安全输出电路；所述隔离模块还包括：三极管控制电路，一端与所述限能电路的低压端相连，另一端与所述第二光耦的阴极相连；第一光耦的阳极连接所述输入限能电路的高压端，阴极连接所述第二光耦的阳极。本发明能够弱化门控开关因环境气体腐蚀带来的影响，使得客户的维护成本大为降低。

Description

一种防爆电梯门控安全型隔离模块

技术领域

本发明涉及一种隔离模块，特别是涉及一种防爆电梯门控安全型隔离模块。

背景技术

在防爆技术广泛应用的今天，隔离模块作为防爆系统中的一个重要环节，技术也己日趋成熟。如现有技术中的实用新型专利CN201172564Y公开了一种防爆电梯门控安全型隔离模块，同时具有防爆功能和功能安全输出，形成了一种不仅可以应用于防爆电梯、安全门等防爆设备的专用隔离模块，还可以与安全设备配套使用。但其存在一些需要改进的问题：(1)在工业现场，尤其是石油化工场所，现场的坏境较差，电梯门控开关很容易受到气体腐蚀，即使采用很高防护等级的门控开关，也会在使用一段时间后，门控开关的触点导通电阻变的很大，在现场实测可能达到几千欧姆以上，此实用新型中的门控开关的触点导通电阻参与光耦输入电流的控制，使得光耦的导通变的不稳定。因此现场使用变的不可靠，需要经常更换门控开关。(2)功能安全输出电路主要采用3个强制导向继电器R1、R2、R3及其它一些外围器件组成，实现独立故障监测和触点粘结判断停机功能。R1、R2、R3为专用强制导向继电器，成本较高，占隔离模块整体硬件成本的90％以上。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种防爆电梯门控安全型隔离模块，用于解决现有技术中门控开关触点电阻受环境影响而变大使得光耦导通不稳定、隔离模块中硬件成本高等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种防爆电梯门控安全型隔离模块，包括电源稳压电路、直流交流转换电路、第一交流直流转换电路、第二交流直流转换电路、隔离变压器、用于接入门控开关信号的输入限能电路、第一光耦、第二光耦、用于将输入信号转化为判断信号的第一信号转换检测电路以及第二信号转换检测电路、用于接收所述判断信号并进行逻辑判断产生输出信号的功能安全输出电路；所述直流交流转换电路、所述第一交流直流转换电路以及所述第二交流直流转换电路，通过所述隔离变压器相互连接，且所述第一交流直流转换电路还与输入限能电路相连、所述第二交流直流转换电路还与功能安全输出电路相连；所述输入限能电路，具有高压端和低压端；其特征在于，所述隔离模块还包括：三极管控制电路，一端与所述限能电路的低压端相连，另一端与所述第二光耦的阴极相连；第一光耦的阳极连接所述输入限能电路的高压端，阴极连接所述第二光耦的阳极；所述第一信号转换检测电路的输入端连接所述第一光耦的输出端，输出端连接所述功能安全输出电路；所述第二信号转换检测电路的输入端连接所述第二光耦的输出端，输出端连接所述功能安全输出电路。

于本发明的一实施例中，所述输入限能电路包括稳压管和电阻，所述稳压管连接在所述输入限能电路的高压端与低压端之间，所述电阻连接在所述输入限能电路的低压端。

于本发明的一实施例中，所述稳压管包括一个双向TVS管TVS1和两个稳压二极管D1、D2，所述电阻包括电阻R1和电阻R2。

于本发明的一实施例中，所述电阻R1的一端连接所述输入限能电路的低压端，另一端连接所述TVS管TVS1的一端、稳压二极管D1的一端、稳压二极管D2的一端以及所述电阻R2的一端；所述TVS管TVS1的另一端连接所述输入限能电路的高压端以及电源端；所述稳压二极管D1和所述稳压二极管D2的另一端均连接所述输入限能电路的高压端；所述电阻R2的另一端连接所述三极管控制电路。

于本发明的一实施例中，所述三极管控制电路包括三极管Q1、Q2，二极管D3、D4，电阻R3、R4，所述二极管D3的输入端连接所述电阻R2的另一端，输出端连接所述电阻R3的一端以及所述三极管Q1的基极，所述二极管D4的输入端连接所述电阻R2的另一端，输出端连接所述电阻R4的一端以及所述三极管Q2的基极，所述三极管Q1的集电极连接所述第二光耦的阴极，发射极连接所述三极管Q2的集电极，所述三极管Q2的发射极、所述电阻R3的另一端以及所述电阻R4的另一端均接地。

于本发明的一实施例中，所述第一光耦的阳极与所述输入限能电路的高压端之间还串联电阻R5、R6。

于本发明的一实施例中，所述功能安全输出电路包括用于接收所述判断信号并进行逻辑的逻辑判断电路以及用于产生进行安全控制的输出信号的安全输出电路。

于本发明的一实施例中，所述逻辑判断电路包括第一继电器、第二继电器、至少一个电容充放电电路以及两个判断信号对应的常开开关；所述安全输出电路包括第一继电器和第二继电器。

于本发明的一实施例中，：所述逻辑判断电路中，所述两个判断信号对应的常开开关与所述第二继电器常闭开关、所述电容充电电路连接，控制电容的充电，所述两个判断信号对应的常开开关与所述第一继电器常闭开关、所述第二继电器常开开关、所述第二继电器线圈相连构成所述第二继电器线圈的自锁结构控制第二继电器的线圈得电，所述电容放电电路与所述第一继电器线圈相连控制所述第一继电器的线圈得电，所述两个判断信号中的一个所对应的常开开关与所述第一继电器常开开关、所述第一继电器线圈相连控制所述第一继电器的线圈得电。

于本发明的一实施例中，所述安全输出电路中，所述第一继电器常开开关与所述第二继电器常开开关连接，控制安全输出。

如上所述，本发明的一种防爆电梯门控安全型隔离模块，具有以下有益效果：

(1)弱化门控开关因环境气体腐蚀带来的影响，使得客户的维护成本大为降低；

(2)节约硬件成本，可以节约30％以上的成本。

附图说明

图1显示为本发明的防爆电梯门控安全型隔离模块结构示意图。

图2显示为本发明的输入电路图。

图3显示为本发明的信号转换检测电路图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1-图3，本发明提供一种防爆电梯门控安全型隔离模块，应用于防爆领域，还可以与安全设备配套使用，能够解决现有技术中门控开关触点电阻受环境影响而变大使得光耦导通不稳定、隔离模块中硬件成本高等问题。

如图1所示，为本发明的防爆电梯门控安全型隔离模块结构示意图；如图2所示，为本发明的隔离模块中的输入电路图。本发明提供的一种防爆电梯门控安全型隔离模块，包括电源稳压电路1、直流交流转换电路2、第一交流直流转换电路3、第二交流直流转换电路4、隔离变压器5、输入限能电路6、三极管控制电路7、第一光耦8、第二光耦9、第一信号转换检测电路10、第二信号转换检测电路11、功能安全输出电路12。电源稳压电路1与直流交流转换电路2相连，用于稳定接入电源；直流交流转换电路2、第一交流直流转换电路3、第二交流直流转换电路4，通过隔离变压器5相互连接，以实现其相互间的电压转换，第一交流直流转换电路3还与输入限能电路6相连以用于，为输入限能电路6提供电压，第二交流直流转换电路4还与功能安全输出电路12相连，以用于功能安全输出电路12提供电压。输入限能电路6，用于接入门控开关信号具有高压端和低压端；三极管控制电路7的一端与输入限能电路6的低压端相连，另一端与第二光耦9的阴极相连；第一光耦8的阳极连接输入限能电路6的高压端，阴极连接第二光耦9的阳极；第一信号转换检测电路10连接第一光耦8的输出端，将输入信号转化为判断信号Y1；第二信号转换检测电路11连接第二光耦9的输出端，将输入信号转化为判断信号Y2；功能安全输出电路12，连接第一信号转换检测电路10以及第二信号转换检测电路11，接收两个判断信号Y1、Y2，并进行逻辑判断产生输出信号。

于本实施例中，隔离模块的隔离是通过隔离变压器5及第一光耦8、第二光耦9实现2500V的隔离要求。门控开关作为输入经过输入限能电路6进入隔离模块，先经过三极管控制电路7使得第一光耦8、第二光耦9串联导通，隔离传输到输出侧，再经过第一信号转换检测电路10、第二信号转换检测电路11识别输入信号状态，实现双重冗佘，最后，再通过功能安全输出电路12进行逻辑判断，产生输出信号。本实施例中的门控开关作为一种安全开关，可用于门锁开关中，实现安全控制。第一信号转换检测电路10、第二信号转换检测电路11识别到输入端口的状态，并转化为两个独立信号Y1、Y2。Y1、Y2的状态传递到功能安全输出电路12，功能安全输出电路12包含两个继电器K1、K2以及其他一些外围器件组成，并至少包含一个电容充放电电路。

如图2所示，本发明中输入限能电路包括稳压管和电阻，稳压管连接在所述输入限能电路的高压端与低压端之间，电阻连接在所述输入限能电路的低压端。稳压管包括一个双向TVS管TVS1、两个稳压二极管D1、D2，电阻包括电阻R1和电阻R2；电阻R1的一端连接输入限能电路6的低压端，另一端连接TVS管TVS1的一端、稳压二极管D1的一端、稳压二极管D2的一端以及电阻R2的一端；TVS管TVS1的另一端连接输入限能电路6的高压端以及电源端；稳压二极管D1、D2的另一端均连接输入限能电路6的高压端；电阻R2的另一端连接三极管控制电路7。三极管控制电路7包括三极管Q1、Q2，电阻R3、R4，二极管D3、D4；三极管控制电路7中，二极管D3的输入端连接电阻R2的另一端，输出端连接电阻R3的一端以及三极管Q1的基极，二极管D4的输入端连接电阻R2的另一端，输出端连接电阻R4的一端以及三极管Q2的基极，三极管Q1的集电极连接第二光耦9的阴极，发射极连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极、电阻R3的另一端以及电阻R4的另一端接地。第一光耦8的阳极与输入限能电路6的高压端之间还串联两个电阻R5、R6。

三极管Q1、三极管Q2的可靠导通需要大于1V即可，VCC在门锁开关导通电阻R1、R2、R3、R4分压，使得门锁开关导通电阻在50千欧的情况下，三极管Q1、三极管Q2能够可靠导通。而第一光耦8、第二光耦9的导通电流近似为VCC/(R5+R6)，并且不会随门锁开关导通电阻的变化而变化。由此可见，本发明中的门锁开关导通电阻不参与光耦输入电流的控制，而电阻R5、电阻R6的电阻不会变化可保证光耦的导通电流稳定，进而保证光耦的可靠导通。

如图3所示，为本发明的第一信号转换检测电路的结构示意图，第一信号转换检测电路10包括电阻R7、R8、R9，保险丝F1，TVS管TVS2、TVS3，三极管Q3，二极管D5；电阻R7的一端连接第一光耦8的集电极，另一端连接电阻R8的一端以及TVS2的输出端；TVS3的输出端连接TVS2的输入端，输入端连接第一光耦的发射极以及接地；电阻R8的另一端连接保险丝F1的一端；电阻R9的一端连接保险丝F1的另一端以及三极管Q3的基极，另一端连接三极管Q3的发射极以及电压端；二极管D5的输入端连接三极管Q3的集电极，输出端连接功能安全输出电路12。

同样的，第二信号转换检测电路11包括电阻R10、R11、R12，保险丝F2，TVS管TVS4、TVS5，三极管Q4，二极管D6；电阻R10的一端连接第二光耦9的集电极，另一端连接电阻R11的一端以及TVS4的输出端；TVS5的输出端连接TVS4的输入端，输入端连接第二光耦9的发射极以及接地；电阻R11的另一端连接保险丝F2的一端；电阻R12的一端连接保险丝F2的另一端以及三极管Q4的基极，另一端连接三极管Q4的发射极以及电压端；二极管D6的输入端连接所述三极管Q4的集电极，输出端连接功能安全输出电路12。

如图1所示的功能安全输出电路12中，包括逻辑判断电路和安全输出电路，逻辑判断电，用于接收判断信号，并进行逻辑判断，安全输出电路，用于产生进行安全控制的输出信号。

所述逻辑判断电路包括第一继电器K1、第二继电器K2、至少一个电容充放电电路、两个判断信号对应的常开开关以及其他一些外围器件组成；安全输出电路包括第一继电器和第二继电器以及其他一些外围器件。逻辑判断电路中，两个输出信号Y1、Y2对应的常开开关与第二继电器K2常闭开关、电容充电电路连接，控制给电容充电，两个输出信号Y1、Y2对应的常开开关与第一继电器K1常闭开关、第二继电器K2常开开关、第二继电器K2线圈相连构成第二继电器K2线圈的自锁结构控制第二继电器K2的线圈得电，电容放电电路与第一继电器K1线圈相连控制第一继电器K1的线圈得电，输出信号Y1对应的常开开关与第一继电器K1常开开关、第一继电器K1线圈相连控制第一继电器K1的线圈得电。安全输出电路中，第一继电器K1常开开关与第二继电器K2常开开关连接，控制安全输出。

于本实施例中，当输出信号Y1、Y2均为1时，两个输出信号Y1、Y2对应的常开开关为1、第二继电器K2常闭开关为1，与电容充电电路连接后，给电容充电，输出为0；两个输出信号Y1、Y2对应的常开开关为1，第一继电器K1常闭开关为1，与第二继电器K2线圈连接后，第二继电器K2线圈得电，使得与第一继电器K1常闭开关并联的第二继电器K2常开开关闭合形成自锁结构，输出为0；第二继电器K2常闭开关为0，电容开始对第一继电器K1线圈放电，第一继电器K1线圈得电，第一继电器K1常开开关闭合，输出为1；输出信号Y1对应的常开开关为1，第一继电器K1常开开关为1，第一继电器K1线圈得电，形成自锁，输出为1；对于安全输出电路，在第一继电器K1常开开关、第二继电器K2常开开关均为闭合的情况下，安全输出为1。

具体逻辑工作过程如下：

(1)门控开关闭合，信号转换检测电路输出Y1为1，Y2为1

第一行：Y1为1，Y2为1，K2常闭触点为1，电容开始充电，输出为0；

第二行：Y1为1，Y2为1，K1常闭触点为1，K2线圈得电，相关触点动作，K2常开触点闭合，形成自锁，输出为0；

第三行：K2常闭触点为0，电容开始对K1线圈放电，K1线圈得电，相关触点闭合，输出为1；

第四行：Y1为1，K1常开触点为1，K1线圈得电，形成自锁，输出为1。

(2)门控开关断开，信号转换模块输出Y1为0，Y2为0

第二行，第四行的自锁回路被破坏，K1线圈，K2线圈失电，输出为0。

(3)当安全回路出现单一故障时，如继电器触点粘连故障时，输出冗余结构，可以保证输出可靠断开，并使得在下次启动输出前，诊断到该故障，输出不能启动。

本发明中的继电器K1，K2之间互相监控，实现独立故障监测和触点粘接判断停机功能，保证在发生故障或信号不确定状态时能够可靠关断停机。

综上所述，本发明提供的隔离模块能够弱化门控开关因环境气体腐蚀带来的影响，使得客户的维护成本大为降低，并能节约硬件成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种防爆电梯门控安全型隔离模块，包括电源稳压电路、直流交流转换电路、第一交流直流转换电路、第二交流直流转换电路、隔离变压器、用于接入门控开关信号的输入限能电路、第一光耦、第二光耦、用于将输入信号转化为判断信号的第一信号转换检测电路以及第二信号转换检测电路、用于接收所述判断信号并进行逻辑判断产生输出信号的功能安全输出电路；所述直流交流转换电路、所述第一交流直流转换电路以及所述第二交流直流转换电路，通过所述隔离变压器相互连接，且所述第一交流直流转换电路还与输入限能电路相连、所述第二交流直流转换电路还与功能安全输出电路相连；所述输入限能电路，具有高压端和低压端；其特征在于，所述隔离模块还包括：

三极管控制电路，一端与所述限能电路的低压端相连，另一端与所述第二光耦的阴极相连；第一光耦的阳极连接所述输入限能电路的高压端，阴极连接所述第二光耦的阳极；

所述第一信号转换检测电路的输入端连接所述第一光耦的输出端，输出端连接所述功能安全输出电路；

所述第二信号转换检测电路的输入端连接所述第二光耦的输出端，输出端连接所述功能安全输出电路。

2.根据权利要求1所述的防爆电梯门控安全型隔离模块，其特征在于：所述输入限能电路包括稳压管和电阻，所述稳压管连接在所述输入限能电路的高压端与低压端之间，所述电阻连接在所述输入限能电路的低压端。

3.根据权利要求2所述的防爆电梯门控安全型隔离模块，其特征在于：所述稳压管包括一个双向TVS管TVS1和两个稳压二极管D1、D2，所述电阻包括电阻R1和电阻R2。

4.根据权利要求3所述的防爆电梯门控安全型隔离模块，其特征在于：所述电阻R1的一端连接所述输入限能电路的低压端，另一端连接所述TVS管TVS1的一端、稳压二极管D1的一端、稳压二极管D2的一端以及所述电阻R2的一端；所述TVS管TVS1的另一端连接所述输入限能电路的高压端以及电源端；所述稳压二极管D1和所述稳压二极管D2的另一端均连接所述输入限能电路的高压端；所述电阻R2的另一端连接所述三极管控制电路。

5.根据权利要求4所述的防爆电梯门控安全型隔离模块，其特征在于：所述三极管控制电路包括三极管Q1、Q2，二极管D3、D4，电阻R3、R4，所述二极管D3的输入端连接所述电阻R2的另一端，输出端连接所述电阻R3的一端以及所述三极管Q1的基极，所述二极管D4的输入端连接所述电阻R2的另一端，输出端连接所述电阻R4的一端以及所述三极管Q2的基极，所述三极管Q1的集电极连接所述第二光耦的阴极，发射极连接所述三极管Q2的集电极，所述三极管Q2的发射极、所述电阻R3的另一端以及所述电阻R4的另一端均接地。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的防爆电梯门控安全型隔离模块，其特征在于：所述第一光耦的阳极与所述输入限能电路的高压端之间还串联电阻R5、R6。

7.根据权利要求6所述的防爆电梯门控安全型隔离模块，其特征在于：所述功能安全输出电路包括用于接收所述判断信号并进行逻辑的逻辑判断电路以及用于产生进行安全控制的输出信号的安全输出电路。

8.根据权利要求7所述的防爆电梯门控安全型隔离模块，其特征在于：所述逻辑判断电路包括第一继电器、第二继电器、至少一个电容充放电电路以及两个判断信号对应的常开开关；所述安全输出电路包括第一继电器和第二继电器。

9.根据权利要求8所述的防爆电梯门控安全型隔离模块，其特征在于：所述逻辑判断电路中，所述两个判断信号对应的常开开关与所述第二继电器常闭开关、所述电容充电电路连接，控制电容的充电，所述两个判断信号对应的常开开关与所述第一继电器常闭开关、所述第二继电器常开开关、所述第二继电器线圈相连构成所述第二继电器线圈的自锁结构控制第二继电器的线圈得电，所述电容放电电路与所述第一继电器线圈相连控制所述第一继电器的线圈得电，所述两个判断信号中的一个所对应的常开开关与所述第一继电器常开开关、所述第一继电器线圈相连控制所述第一继电器的线圈得电。

10.根据权利要求9所述的防爆电梯门控安全型隔离模块，其特征在于：所述安全输出电路中，所述第一继电器常开开关与所述第二继电器常开开关连接，控制安全输出。