CN105790207A - 一种大功率截止型安全栅 - Google Patents

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于月森
柳军停
修俊瑞
曾羿博
伍小杰
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Nanjing Shuangjing Electrical Co., Ltd.
China University of Mining and Technology CUMT
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Abstract

本发明公开了一种大功率截止型安全栅，包括主回路，所述主回路包括输入端和输出端；另外还设有FPGA数字控制器、开关管和电流采样电阻，所述开关管和电流采样电阻均设于所述主回路上；所述FPGA数字控制器通过电压调理及AD采样模块连接于所述输出端，并通过电流调理及AD采样模块串联连接于所述电流采样电阻；所述FPGA数字控制器分别电气连接于所述开关管；所述电流采样电阻连接于所述输出端。本发明克服了目前安全栅效率低、输出功率低、故障后无法自启动的问题。

Description

一种大功率截止型安全栅
技术领域
本发明涉及一种安全栅，具体涉及一种大功率截止型安全栅。
背景内容
随着煤矿、石油、化工、纺织、镀金等易燃易爆危险场所机械化、自动化和信息化程度的提高，电气设备得到快速的推广和应用，而涉及各类易燃易爆物品的生产、加工以及运输和储存过程中，都伴随着易燃易爆危险场所区域的诞生，根据国家强制标准GB3836.1-2010，应用于危险场所区域的电气设备必须具备与之对应的设备保护级别。本质安全型相对于其它防爆型式，可靠性高、体积小、重量轻和维护方便，并且易于实现较高的本质安全设备保护级别。安全栅又称关联设备，是本质安全电路系统的重要组成部分，连接在本质安全电路和非本质安全电路之间，且其结构使非本质安全电路不能对本质安全电路产生不利影响。
目前安全栅主要有齐纳式安全栅和隔离式安全栅两大类，其主要功能为限流限压，保证危险场所的本质安全设备得到的能量不足以引燃爆炸性混合物，但由于现阶段安全栅效率低、输出功率较小，严格限制了处于危险场所的传感器、仪表、照明和控制器等本质安全设备的功耗，成为进一步提高危险场所机械化、自动化和信息化程度的技术瓶颈。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种大功率截止型安全栅，解决目前安全栅效率低、输出功率低、故障后无法自启动的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种大功率截止型安全栅，包括主回路，所述主回路包括输入端和输出端；另外还设有FPGA数字控制器、开关管和电流采样电阻，所述开关管和电流采样电阻均设于所述主回路上；所述FPGA数字控制器通过电压调理及AD采样模块连接于所述输出端，并通过电流调理及AD采样模块串联连接于所述电流采样电阻；所述FPGA数字控制器分别电气连接于所述开关管；所述电流采样电阻连接于所述输出端。
进一步地，所述开关管设置有至少两个。
更进一步地，所述FPGA数字控制器通过驱动模块连接于所述开关管。
上述大功率截止型安全栅的工作方法为：
所述FPGA数字控制器通过电压调理及AD采样模块和电流调理及AD采样模块对输出电压和输出电流实时监控，依据电流变化率di/dt判断电弧放电故障，依据电压瞬态跌落判断火花放电故障；所述FPGA数字控制器检测到电弧放电故障或者火花放电故障后发出控制信号，经驱动模块放大后，驱动开关管在规定时间内彻底关断输出回路，以保证安全栅的输出本质安全特性；
当所述FPGA数字控制器根据接收的输出电压和输出电路信息检测到主回路上发生欠压、过压或过流情况时，也会发出控制信号经驱动模块放大后，驱动开关管在规定时间内彻底关断输出回路。
安全栅具备可靠的双级保护功能，同时具有欠压、过压，过流电气性能。
本发明的有益效果在于：
1、现有的安全栅一般采用稳压管和限流电阻的方案，稳压管并联在输出回路，保证输出限压，正常工作时稳压管不工作，不影响效率，输入过压故障时，稳压管并联支路工作，长时间过压导致稳压管烧毁。而限流电阻一直串在输出回路，并且因为限流电阻较大，在限流电阻上有较大的能量损耗，严重影响效率，对输出功率的影响也显著。
本发明中，采用FPGA数字控制器监测输出电压和电流，识别故障后，在规定时间内彻底关断开关管，截止通过安全栅的能量输入，保证安全栅的输出本质安全性能。由于正常工作时，输出回路没有“串联限流电阻”，减少了电阻上的能量损耗，效率得到明显提升；
2、本发明安全栅对输出电压和输出电流实时性监控和截止型保护，实现安全栅的实时双级保护的前提下，安全栅的输出功率得到了显著的提升；这是因为现有的安全栅的稳压管和限流电阻的方案是通过“限压限流”实现的安全栅本质安全性能指标，即该方案本质就是通过限制输出功率实现的本质安全性能，所以功率较低；而本发明提出的截止型大功率安全栅是通过数字控制器准确识别故障，快速关断输出回路，截止通过安全栅的能量输入，保证安全栅的输出本质安全性能，所以功率可以得到显著提升；
3、相比于现有技术的限流电阻和稳压管，本发明安全栅采用数字控制器实现的故障检测和控制信号输出，便于实现故障精准识别、故障识别后开关管在规定时间内彻底关断输出回路和故障消除后自启动，安全栅的稳定性能得到了显著的改善；
4、采用并行处理数据的电压调理及AD采样模块、电流调理及AD采样模块、FPGA数字控制器能够保证监控的实时性，保证安全栅的输出本安性能。
5、本发明采用数字控制器依据电流采样值对时间的微分直接获取“电流变化率di/dt”的方案，相比于传统模拟电路附加电感并测量附加电感两端电压的间接方案，主回路少了一个附加电感，并且可靠性和稳定性更高。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
如图1所示，一种大功率截止型安全栅，包括主回路，所述主回路包括输入端(Vin +，Vin -)和输出端(Vout +，Vout -)；另外还设有FPGA数字控制器、开关管Q1和开关管Q2、电流采样电阻，开关管Q1和开关管Q2和电流采样电阻均设于所述主回路上；所述FPGA数字控制器通过电压调理及AD采样模块(调理及AD采样模块1)连接于所述输出端，并通过电流调理及AD采样模块(调理及AD采样模块2)串联连接于所述电流采样电阻；所述FPGA数字控制器分别通过驱动模块1和驱动模块2电气连接于开关管Q1和开关管Q2；所述电流采样电阻连接于所述输出端。
上述大功率截止型安全栅的工作方法为：
所述FPGA数字控制器通过电压调理及AD采样模块和电流调理及AD采样模块对输出电压和输出电流实时监控，依据电流变化率di/dt判断电弧放电故障，依据电压瞬态跌落判断火花放电故障；所述FPGA数字控制器检测到电弧放电故障或者火花放电故障后发出控制信号，经驱动模块放大后，驱动开关管Q1和Q2在规定时间内彻底关断输出回路，以保证安全栅的输出本质安全特性；
当所述FPGA数字控制器根据接收的输出电压和输出电路信息检测到主回路上发生欠压、过压或过流情况时，也会发出控制信号经驱动模块放大后，驱动开关管在规定时间内彻底关断输出回路。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，作出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种大功率截止型安全栅，其特征在于，包括主回路，所述主回路包括输入端和输出端；另外还设有FPGA数字控制器、开关管和电流采样电阻，所述开关管和电流采样电阻均设于所述主回路上；所述FPGA数字控制器通过电压调理及AD采样模块连接于所述输出端，并通过电流调理及AD采样模块串联连接于所述电流采样电阻；所述FPGA数字控制器分别电气连接于所述开关管；所述电流采样电阻连接于所述输出端。
2.根据权利要求1所述的大功率截止型安全栅，其特征在于，所述开关管设置有至少两个。
3.根据权利要求1或2所述的大功率截止型安全栅，其特征在于，所述FPGA数字控制器通过驱动模块连接于所述开关管。
4.上述任一权利要求所述的大功率截止型安全栅的工作方法，其特征在于，所述方法为：
FPGA数字控制器通过电压调理及AD采样模块和电流调理及AD采样模块对输出电压和输出电流实时监控，依据电流变化率di/dt判断电弧放电故障，依据电压瞬态跌落判断火花放电故障；所述FPGA数字控制器检测到电弧放电故障或者火花放电故障后发出控制信号，经驱动模块放大后，驱动开关管在规定时间内彻底关断输出回路，以保证安全栅的输出本质安全特性；
当所述FPGA数字控制器根据接收的输出电压和输出电路信息检测到主回路上发生欠压、过压或过流情况时，也会发出FPGA控制信号经驱动模块放大后，驱动开关管在规定时间内彻底关断输出回路。
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