CN105955401B - 一种矿用隔爆兼本安型计算机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种矿用隔爆兼本安型计算机，包括隔爆接口、安全栅模块、交流滤波模块、直流稳压电源模块、工控机模块、USB磁藕隔离模块、RS485磁藕隔离模块、液晶显示屏、本安电源模块、RS485通信接口、矿用本安键盘USB接口、U盘连接器接口、I‑V转换模块、本安供电接口、I‑V通信接口、矿用本安型键盘。本发明所述的矿用隔爆兼本安型计算机处理速度快、功能强大，集信息采集、处理、显示、通信于一身；采用模块化设计，结构简单、维护及升级方便；采用磁藕隔离模块对USB通用串行总线及RS485串行总线进行电气隔离，采用2500V隔离芯片对电源进行电气隔离，提高计算机的可靠性与安全性。

Description

一种矿用隔爆兼本安型计算机
技术领域
本发明涉及一种煤矿与石油使用的工业控制计算机，具体涉及一种矿用隔爆兼本安型计算机。
背景技术
矿用隔爆兼本安型计算机被广泛应用于煤矿、石油等恶劣环境中，用以实现信息的采集、处理、显示及通信。但当前大多矿用隔爆兼本安型计算机在通信方式上过于单一，通信端口多为以太网、RS485串行通信端口、USB通信端口等3种；在隔离方式上仍采用光藕隔离不但体积大、可靠性差且功耗高、传输速度慢；在结构设计上，普遍存在着结构复杂、可维护性差的缺陷。在供电方面，不具备本安电源输出接口，无法给外部设备提供本安电源输出。
发明内容
本发明的目的在于针对现有矿用隔爆兼本安型计算机存在的不足，提供了一种模块化设计的矿用隔爆兼本安型计算机。
为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：
一种矿用隔爆兼本安型计算机，包括隔爆接口、安全栅模块、交流滤波模块、直流稳压电源模块、工控机模块、USB磁藕隔离模块、RS485磁藕隔离模块、液晶显示屏、本安电源模块、RS485通信接口、矿用本安键盘USB接口、USB连接器接口、I-V转换模块、本安供电接口、I-V通信接口、矿用本安型键盘，其特征在于：
所述隔爆接口为计算机交流电源输入端，所述安全栅模块提供过流保护；所述直流稳压电源模块将通过交流滤波模块的AC127V电压转换成三路直流DC24V、DC12V、DC5V输出，分别给工控机、液晶显示屏、2路独立RS485磁藕隔离模块及DC15V本安电源模块供电；
所述DC15V本安电源模块输出两路本安电源到I-V转换模块和本安供电接口；所述2路独立RS485磁藕隔离模块，一路通过RS485通信接口接收RS485通信设备或本安型发出的数字信号，隔离转换后送给工控机进行处理，另一路通过I-V转换模块及I-V通信接口接收本安型电流设备发出的数字信号，隔离转换后送给工控机进行处理；
所述3路独立USB磁藕隔离模块通过USB连接器接口或本安键盘USB接口接收矿用本安型键盘或标准USB设备发出的信号，隔离转换后送给工控机处理；所述工控机将接收到的信号处理后，将信息直接显示到液晶显示屏上或回传给外接设备。
进一步的，所述隔爆接口实现127VAC隔爆输入。
进一步的，所述安全栅模块提供2A过流保护。
进一步的，所述交流滤波模块分别采用共模滤波器和差模滤波器来抑制交流电源线上输入的干扰信号及信号传输线上感应的各种干扰。
进一步的，所述直流稳压电源模块将127VAC转换成3路独立输出24VDC、12VDC、5VDC输出，所述直流稳压电源模块的24VDC给本安电源模块和RS485磁藕隔离模块供电，所述直流稳压电源模块的12VDC给工控机供电，所述直流稳压电源模块的5VDC给液晶显示屏供电。
进一步的，所述15VDC本安电源模块双路输出，分别给I-V转换模块和本安供电接口提供15VDC/1A本安电源。
进一步的，所述本安供电接口供电给关联本安型电压设备，所述的I-V通信接口连接本安型电流设备。
进一步的，所述工控机模块以I5处理器为核心，主频1.9GHz，具有2路以太网通信接口，用于实现网络通信；所述工控机模块具有2路USB2.0接口及2路USB3.0接口，通过USB磁藕隔离模块实现矿用本安型键盘或标准USB设备的信息交互；工控机模块具有VGA模式和LVDS模式两种视频输出模式用于连接液晶显示器，工控机模块工作电压DC12V由直流稳压电源模块提供；工控机模块具有2路RS232串口接口、2路RS485串行接口，通过RS485磁藕隔离模块实现与RS485通信设备的信息交互。
进一步的，所述USB磁藕隔离模块的输入端口采用USB-B型方口，所述USB磁藕隔离模块的输出端口采用3路独立USB-A型口；所述USB磁藕隔离模块的输入端口和输出端口均采用专用的USB接口静电保护芯片进行静电保护；所述USB磁藕隔离模块采用基于芯片级变压器，通过磁藕合完成信号的隔离、传输功能；所述USB磁藕隔离模块采用多路复用芯片实现单路USB输，三路USB输出；所述USB磁藕隔离模块采用支持2500VDC电压隔离芯片进行隔离，采用开关级过流过压保护芯片实现过流过压保护。
进一步的，所述RS485磁藕隔离模块具有2通道电气隔离的RS485接口，自适应波特率为300～115200bps；所述RS485磁藕隔离模块具有1路RS232接口，用于实现与PC机或者其他设备的连接，所述RS485磁藕隔离模块的电源输入接口工作电压9-30VDC，电源隔离模块的隔离电压高达2500VDC，电源带有1A过流保护，30V过压保护；所述RS485磁藕隔离模块具有两种工作模式，分别是中继器模式和转换器模式，当工作在中继器模式下，实现1号通道RS485接口与2号通道RS485接口的远距离通信传输，当工作在转换器模式下，实现2号通道RS485接口与2号通道RS232接口的通信转换；所述RS485磁藕隔离模块的磁隔离电路采用基于芯片级变压器，通过磁藕合完成信号的隔离、传输功能。
进一步的，所述I-V转换模块的电源隔离模块可以实现的隔离电压高达2500VDC，电源带有500mA过流保护，24V过压保护,所述I-V转换模块的4-20mA转换电压电路接收I-V转换接口的电流信号，送到信号处理芯片进行处理、信号转换通过1号通道RS232接口和2号通道RS485接口传递给工控机模块进行处理。
进一步的，所述USB连接器接口，包括插头和插座，其中插头为自由端，插座为固定端；插头与插座对齐，插头向前推进到位即可实现插头与插座之间的锁紧，六方螺母旋进到位，即可实现连接螺帽的一重解锁禁止，不锈钢螺钉旋进到位，即可实现连接螺帽的二重解锁禁止；不锈钢螺钉旋出到位并六方螺母旋出到位，即可实现连接螺帽的解锁允许，当连接螺帽收缩到位后，将插头向后拉出，从而实现插头与插座的快速分离；USB标准接口从设备可以直接安装在USB插座安装体内，从而实现支持即插即用和热插拔的USB主、从设备的通信。
进一步的，所述矿用本安型键盘是矿用本质安全型设备，采用USB通信接口，兼具键盘和鼠标功能，同时具有IP65防尘、防水、防腐蚀、防爆结构。
本发明所述的矿用隔爆兼本安型计算机处理速度快、功能强大，集信息采集、处理、显示、通信于一身；采用模块化设计，结构简单、维护及升级方便；采用磁藕隔离模块对USB通用串行总线及RS485串行总线进行电气隔离，采用2500V隔离芯片对电源进行电气隔离，提高计算机的可靠性与安全性。
附图说明
图1为本发明所述的矿用隔爆兼本安型计算机原理框图。
图2为本发明所述的RS485磁藕隔离模块原理框图(中继器模式)。
图3为本发明所述的RS485磁藕隔离模块原理框图(转换器模式)。
图4为本发明所述的USB磁藕隔离模块原理框图。
图5为本发明所述的I-V转换模块原理框图。
图6为本发明所述的I5处理器内核工控机原理框图。
图7为本发明所述的四芯推拉锁紧式防爆USB插座结构示意图。
图8为本发明所述的四芯推拉锁紧式防爆USB插头结构示意图。
图9为本发明所述的四芯推拉锁紧式防爆USB插头的孔位示意图。
附图标记说明：
图中1.AC127V隔爆接口、2.安全栅模块、3.交流滤波模块、4.直流稳压电源模块、5.I5内核工控机、6.三路独立USB磁藕隔离模块、7.二路独立RS485磁藕隔离模块、8.15英寸液晶显示屏、9.DC15V本安电源模块、10.RS485通信接口、11.本安键盘USB接口、12.USB连接器接口、13.I-V转换模块、14.本安供电接口、15.I-V通信接口、16.矿用本安型键盘、5-1.RJ45以太网接口、5-2.LVDS转换接口、5-3.I5处理器、5-4.VGA转换接口、5-6.DC12V电源接口、5-7.USB接口、5-8.音频输入/输出接口、6-1.USB_B接口、6-2.静电保护芯片、6-3.电压隔离芯片、6-4.过压过流保护芯片、6-5.磁藕隔离芯片、6-6.多路复用芯片、6-7.USB_A接口、6-8.静电保护芯片、6-9.电压隔离芯片、6-10.过压过流保护芯片、7-1.电源输入端口、7-2.电源隔离模块、7-3.主控电路、7-4.2号通道RS232接口、7-5.MOD2转换器模式、7-6.磁藕隔离电路1、7-7.磁藕隔离电路2、7-8.1号通道RS485接口、7-9.2号通道RS485接口、7-10.MOD1中继器模式、12.USB连接器接口、12-1.插头、12-2.插座、13-1.本安电源输入接口、13-2.电源隔离模块、13-3.过流过压保护电路、13-4.4～20mA转换电压电路、13-5.信号处理芯片、13-6.过流过压保护芯片、13-7.1号通道RS232接口、13-8.I-V转换接口、13-9.2号通道RS485接口。
具体实施方式
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。
如图1所示，一种矿用隔爆兼本安型计算机，包括AC127V隔爆接口(1)、安全栅模块(2)、交流滤波模块(3)、直流稳压电源模块(4)、I5内核处理器工控机模块(5)、USB磁藕隔离模块(6)、RS485磁藕隔离模块(7)、15英寸液晶显示屏(8)、本安电源模块(9)、RS485通信接口(10)、矿用本安键盘USB接口(11)、USB连接器接口(12)、I-V转换模块(13)、本安供电接口(14)、I-V通信接口(15)、矿用本安型键盘(16)。
作为具体实施例，所述的127VAC隔爆接口(1)实现127VAC隔爆输入；
作为具体实施例，所述的安全栅模块(2)提供2A过流保护。
作为具体实施例，所述的交流滤波模块(2)分别采用共模滤波器和差模滤波器来抑制交流电源线上输入的干扰信号及信号传输线上感应的各种干扰。
如图1所示，所述直流稳压电源模块(4)将127VAC经AC-DC转换成3路独立输出24VDC、12VDC、5VDC输出，所述直流稳压电源模块(4)的24VDC给本安电源模块和RS485磁藕隔离模块供电，所述直流稳压电源模块(4)的12VDC给I5内核工控机(5)供电，所述直流稳压电源模块(4)的5VDC给液晶显示屏(8)供电。
如图1所示，所示15VDC本安电源模块(9)双路输出，分别给I-V转换模块(13)和本安供电端口(14)提供15VDC/1A本安电源。
如图1所示，所述本安供电接口(14)可供电给关联本安型电压设备，所述的I-V通信接口(15)可连接本安型电流设备。
如图6所示，所述I5内核处理器工控机模块以I5处理器(5-3)为核心，主频1.9GHz，具有2路以太网通信接口(5-1)，用于实现网络通信；所述I5内核处理器工控机模块具有2路USB2.0接口及2路USB3.0接口(5-7)，通过USB磁藕隔离模块(6)实现矿用本安型键盘(16)或标准USB设备的信息交互；所述I5内核处理器工控机模块具有VGA模式(5-4)和LVDS模式(5-2)两种视频输出模式用于连接液晶显示器，所述I5内核处理器工控机模块工作电压DC12V5-5由直流稳压电源模块(4)提供。所述I5内核处理器工控机模块具有2路RS232串口接口(5-8)、2路RS485串行接口(5-6)，通过RS485磁藕隔离模块(7)实现与RS485通信设备的信息交互。
如图4所示，所述USB磁藕隔离模块(6)的输入端口(6-1)采用USB-B型方口，所述USB磁藕隔离模块(6)的输出端口(6-7)采用3路独立USB-A型口。所述USB磁藕隔离模块(6)的输入端口和输出端口均采用专用的USB接口静电保护芯片进行静电保护。所述USB磁藕隔离模块(6)采用基于芯片级变压器(6-5)，通过磁藕合完成信号的隔离、传输功能。所述USB磁藕隔离模块(6)采用多路复用芯片(6-6)实现单路USB输，三路USB输出。所述USB磁藕隔离模块(6)采用支持2500VDC电压隔离芯片(6-3)进行隔离，采用开关级过流过压保护芯片(6-4)实现过流过压保护。
如图2、图3所示，所述RS485磁藕隔离模块(7)具有2通道电气隔离的RS485接口(7-8、7-9)，自适应波特率为300～115200bps；所述RS485磁藕隔离模块(7)具有1路RS232接口(7-4)，用于实现与PC机或者其他设备的连接，所述RS485磁藕隔离模块(7)的电源输入接口(7-1)工作电压9-30VDC，电源隔离模块(7-2)的隔离电压高达2500VDC，电源带有1A过流保护，30V过压保护；所述RS485磁藕隔离模块(7)具有两种工作模式，分别是中继器模式(7-10)和转换器模式(7-5)，当工作在中继器模式下，实现1号通道RS485接口(7-8)与2号通道RS485接口(7-9)的远距离通信传输，当工作在转换器模式下，实现2号通道RS485接口与2号通道RS232接口的通信转换。所述RS485磁藕隔离模块(7)的磁隔离电路采用基于芯片级变压器，通过磁藕合完成信号的隔离、传输功能。
如图5所示，所述I-V转换模块(13)的电源隔离模块(13-2)可以实现的隔离电压高达2500VDC，电源带有500mA过流保护，24V过压保护,所述I-V转换模块(13)的4-20mA转换电压电路(13-4)接收I-V转换接口(13-8)的电流信号，送到信号处理芯片(13-5)进行处理、信号转换通过1号通道RS232接口(13-7)和2号通道RS485接口(13-9)传递给I5内核处理器工控机模块(5)进行处理。
如图7、图8、图9所示，所述USB连接器接口(12)，包括插头(12-1)和插座(12-2)，其中插头为自由端，插座为固定端。插头与插座对齐，插头向前推进到位即可实现插头与插座之间的锁紧，六方螺母旋进到位，即可实现连接螺帽的一重解锁禁止，不锈钢螺钉旋进到位，即可实现连接螺帽的二重解锁禁止。不锈钢螺钉旋出到位并六方螺母旋出到位，即可实现连接螺帽的解锁允许，当连接螺帽收缩到位后，将插头向后拉出，从而实现插头与插座的快速分离。USB标准接口从设备可以直接安装在USB插座安装体内，从而实现支持即插即用和热插拔的USB主、从设备的通信。
由此可见，本发明的优点在于：
1、计算机整体采用模块化设计，结构简单，维护、升级简便。
2、在通信隔离方式上，利用磁藕隔离取代光耦隔离，具有体积小、功耗低、传输速度快、可靠性高的特点。
3、多种接口并存，具有2路RS485通信接口、2路USB通信接口、1路本安电压设备接口、1路本安电流设备接口，可同时满足不同设备的使用需求。
4、电连接器采用推拉锁紧式矿用隔爆型USB圆形连接器，操作简单、可靠，有效避免误操作及接触不良状况。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，而非对其限制；应当指出，尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种矿用隔爆兼本安型计算机，其特征在于，包括隔爆接口、安全栅模块、交流滤波模块、直流稳压电源模块、工控机模块、3路独立USB磁藕隔离模块、2路独立RS485磁藕隔离模块、液晶显示屏、本安电源模块、RS485通信接口、矿用本安键盘USB接口、USB连接器接口、I-V转换模块、本安供电接口、I-V通信接口、矿用本安型键盘，其特征在于：所述隔爆接口为计算机交流电源输入端，所述安全栅模块提供过流保护；所述直流稳压电源模块将通过交流滤波模块的AC127V电压转换成三路直流DC24V、DC12V、DC5V输出，分别给工控机、液晶显示屏、RS485磁藕隔离模块及DC15V本安电源模块供电；所述DC15V本安电源模块输出两路本安电源到I-V转换模块和本安供电接口；所述2路独立RS485磁藕隔离模块，一路通过RS485通信接口接收RS485通信设备或本安型发出的数字信号，隔离转换后送给工控机进行处理，另一路通过I-V转换模块及I-V通信接口接收本安型电流设备发出的数字信号，隔离转换后送给工控机进行处理；所述3路独立USB磁藕隔离模块通过USB连接器接口或本安键盘USB接口接收矿用本安型键盘或标准USB设备发出的信号，隔离转换后送给工控机处理；所述工控机将接收到的信号处理后，将信息直接显示到液晶显示屏上或回传给外接设备。
2.根据权利要求1所述的一种矿用隔爆兼本安型计算机，其特征在于，所述隔爆接口实现127VAC隔爆输入。
3.根据权利要求1所述的一种矿用隔爆兼本安型计算机，其特征在于，所述安全栅模块提供2A过流保护。
4.根据权利要求1所述的一种矿用隔爆兼本安型计算机，其特征在于，所述交流滤波模块分别采用共模滤波器和差模滤波器来抑制交流电源线上输入的干扰信号及信号传输线上感应的各种干扰。
5.根据权利要求2所述的一种矿用隔爆兼本安型计算机，其特征在于，所述直流稳压电源模块将127VAC转换成3路独立输出24VDC、12VDC、5VDC输出，所述直流稳压电源模块的24VDC给本安电源模块和RS485磁藕隔离模块供电，所述直流稳压电源模块的12VDC给工控机供电，所述直流稳压电源模块的5VDC给液晶显示屏供电。
6.根据权利要求1所述的一种矿用隔爆兼本安型计算机，其特征在于，所述DC15V本安电源模块供电双路输出，分别给I-V转换模块和本安供电接口提供15VDC/1A本安电源。
7.根据权利要求1所述的一种矿用隔爆兼本安型计算机，其特征在于，所述本安供电接口供电给关联本安型电压设备，所述的I-V通信接口连接本安型电流设备。
8.根据权利要求1所述的一种矿用隔爆兼本安型计算机，其特征在于，所述工控机模块以I5处理器为核心，主频1.9GHz，具有2路以太网通信接口，用于实现网络通信；所述工控机模块具有2路USB2.0接口及2路USB3.0接口，通过USB磁藕隔离模块实现矿用本安型键盘或标准USB设备的信息交互；工控机模块具有VGA模式和LVDS模式两种视频输出模式用于连接液晶显示器，工控机模块工作电压DC12V由直流稳压电源模块提供；工控机模块具有2路RS232串口接口、2路RS485串行接口，通过RS485磁藕隔离模块实现与RS485通信设备的信息交互。
9.根据权利要求1所述的一种矿用隔爆兼本安型计算机，其特征在于，所述USB磁藕隔离模块的输入端口采用USB-B型方口，所述USB磁藕隔离模块的输出端口采用3路独立USB-A型口；所述USB磁藕隔离模块的输入端口和输出端口均采用专用的USB接口静电保护芯片进行静电保护；所述USB磁藕隔离模块采用基于芯片级变压器，通过磁藕合完成信号的隔离、传输功能；所述USB磁藕隔离模块采用多路复用芯片实现单路USB输，三路USB输出；所述USB磁藕隔离模块采用支持2500VDC电压隔离芯片进行隔离，采用开关级过流过压保护芯片实现过流过压保护。
10.根据权利要求1所述的一种矿用隔爆兼本安型计算机，其特征在于，所述RS485磁藕隔离模块具有2通道电气隔离的RS485接口，自适应波特率为300～115200bps；所述RS485磁藕隔离模块具有1路RS232接口，用于实现与PC机或者其他设备的连接，所述RS485磁藕隔离模块的电源输入接口工作电压9-30VDC，电源隔离模块的隔离电压高达2500VDC，电源带有1A过流保护，30V过压保护；所述RS485磁藕隔离模块具有两种工作模式，分别是中继器模式和转换器模式，当工作在中继器模式下，实现1号通道RS485接口与2号通道RS485接口的远距离通信传输，当工作在转换器模式下，实现2号通道RS485接口与2号通道RS232接口的通信转换；所述RS485磁藕隔离模块的磁隔离电路采用基于芯片级变压器，通过磁藕合完成信号的隔离、传输功能。
11.根据权利要求10所述的一种矿用隔爆兼本安型计算机，其特征在于，所述I-V转换模块的电源隔离模块可以实现的隔离电压高达2500VDC，电源带有500mA过流保护，24V过压保护,所述I-V转换模块的4-20mA转换电压电路接收I-V转换接口的电流信号，送到信号处理芯片进行处理、信号转换通过1号通道RS232接口和2号通道RS485接口传递给工控机模块进行处理。
12.根据权利要求1所述的一种矿用隔爆兼本安型计算机，其特征在于，所述USB连接器接口，包括插头和插座，其中插头为自由端，插座为固定端；插头与插座对齐，插头向前推进到位即可实现插头与插座之间的锁紧，六方螺母旋进到位，即可实现连接螺帽的一重解锁禁止，不锈钢螺钉旋进到位，即可实现连接螺帽的二重解锁禁止；不锈钢螺钉旋出到位并六方螺母旋出到位，即可实现连接螺帽的解锁允许，当连接螺帽收缩到位后，将插头向后拉出，从而实现插头与插座的快速分离；USB标准接口从设备可以直接安装在USB插座安装体内，从而实现支持即插即用和热插拔的USB主、从设备的通信。
13.根据权利要求1所述的一种矿用隔爆兼本安型计算机，其特征在于，所述矿用本安型键盘是矿用本质安全型设备，采用USB通信接口，兼具键盘和鼠标功能，同时具有IP65防尘、防水、防腐蚀、防爆结构。
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