CN106444512B - 一种矿用本安型可编程控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矿用本安型可编程控制器，它包括：主控模块(1)、输出模块(2)、数字量输入模块(3)、模拟量输入模块(4)、热电阻模块(5)、通讯模块(6)、供电单元(7)。本发明综合采用一体化本安设计技术、计算机控制技术、CAN通讯技术、串口通讯技术、以太网通讯技术，实现煤矿井下运行设备的数据处理、开关量逻辑控制、过程控制、模拟量控制、通讯及联网等功能，大大提高了设备控制的自动化程度和安全可靠性，且操作简单、维护方便、易于扩充、成本降低。

Description

一种矿用本安型可编程控制器
技术领域
本发明属于煤矿井下安全控制技术领域，特别涉及一种矿用本安型可编程控制器。
背景技术
目前，煤矿井下设备需要按照国家及煤炭行业相关标准(2010-GB3836)，进行防爆认证和煤安认证。随着科学技术的不断发展，煤矿生产自动化已经得到广泛应用，各种控制系统非常庞大，其中本安型可编程控制器是控制系统的核心设备，是系统可靠稳定运行关键。由于煤矿生产环境恶劣，普通的通用可编程控制器不符合矿用设备安全使用标准，无法直接用于矿井下。目前，有的采用在可编程控制器外面加防爆外壳的方式，但防爆外壳在矿井下是不允许带电开盖，而故障往往是在设备加点运行时才出现，检修非常不便。也有一些适合用于矿井下的本质安全型可编程控制器，但这些可编程控制器都是一体式的，几乎所有功能都集中在一块板上，在需要扩充某些功能时，无法满足要求，使用不方便，成本高，耗时耗力；且出现任何问题时，就必须更换整个控制器，维护成本高。
发明内容
本发明的目的是：提供一种矿用本安型可编程控制器，实现煤矿井下运行设备的数据处理、开关量逻辑控制、过程控制、模拟量控制、通讯及联网等功能，大大提高了设备控制的自动化程度和安全可靠性，且操作简单、维护方便、易于扩充、成本降低。
本发明的技术方案是：一种矿用本安型可编程控制器，它包括：主控模块、输出模块、数字量输入模块、模拟量输入模块、热电阻模块、通讯模块、供电单元；
所述的主控模块用于控制所述输出模块干接点输出，控制所述数字量输入模块的数字量信号输入，控制所述模拟量输入模块的模拟信号采集，控制所述热电阻模块实现矿井下环境检测设备和运行设备的稳定性采集，控制所述通讯模块实现沿线的普通电话、闭锁、带IO电话、启停电话、拉线闭锁电话、中继设备的查询和通讯；
所述主控模块包括：用于数据控制和数据处理的中央处理单元；用于软件滤波参数调整、支持20路源漏输入、允许最大输入电压范围19V的第一数字量输入单元；用于支持8路继电器输出的继电器输出单元；用于支持2路接口输出、支持Modbus主从、自由口协议、主从通讯协议、与显示屏通讯的通讯控制单元；用于实现与系统外部以太网连接的以太网控制器；用于完成用户数据和程序存储的存储单元；用于实现模块与模块之间串口通讯的第一串口通讯单元；
所述输出模块用于控制开关量干接点信号、外围设备的启停；所述输出模块包括：用于实现与所述主控模块进行通讯的第二串口通讯单元，用于控制继电器输出的干接点输出单元；
所述数字量输入模块用于实现数字量信号输入、支持16路源漏输入、支持软件滤波参数调整控制信号通过；所述数字量输入模块包括：实现与所述主控模块进行通讯的第三串口通讯单元，用于16路数字量输入的第二数字量输入单元；
所述模拟量输入模块用于实现采集传感器输出的电流信号及电压信号；所述模拟量输入模块包括：实现与所述主控模块进行通讯的第四串口通讯单元，用于模拟量信号输入采集的模拟量输入单元；
所述热电阻模块用于PT100温度传感器采集，支持4路外接PT100传感器采集现场侧的温度信号；所述热电阻模块包括：实现与所述主控模块进行通讯的第五串口通讯单元，用于PT100温度传感器信号输入采集的热电阻输入单元；
所述通讯模块用于2路CAN通讯，实现主控模块与沿线普通电话、闭锁、带IO电话、启停电话、拉线闭锁电话、中继设备的数据交换，获取传感器和沿线设备的采集状态，并根据用户设定的逻辑输出指令给执行机构和沿线设备；支持2路查询信号通讯，进行沿线设备的地址分配和简单信号处理，接收主站的查询信号；支持3路闭锁输入信号，收闭锁信号，完成系统闭锁功能；所述通讯模块包括：实现与所述主控模块进行通讯的第六串口通讯单元，用于与外部沿线普通电话、闭锁、带IO电话、启停电话、拉线闭锁电话、中继设备通讯的CAN通讯单元；
所述供电单元用于给所述主控模块、所述输出模块、所述数字量输入模块、所述模拟量输入模块、所述热电阻模块、所述通讯模块供电。
更进一步地，所述主控模块、所述输出模块、所述数字量输入模块、所述模拟量输入模块、所述热电阻模块和所述通讯模块均为模块化结构，采用插拔连接方式。
更进一步地，所述中央处理单元采用MASTER将查询配置地址帧或数据帧发送给SLAVE模块，SLAVE收到并校验后，将给所述中央处理单元一个响应，以确认命令被完整正确地收到，在应答帧的数据字节应答MASTER所要求的内容；MASTER从SLAVE端得到数据包和CRC校验；当MASTER向SLAVE发送信息时，功能代码向SLAVE说明应执行的动作；当SLAVE响应MASTER时，功能代码可说明SLAVE正常响应或出现错误；正常响应时，SLAVE简单返回原始功能码。
本发明综合采用一体化本安设计技术、计算机控制技术、CAN通信技术、串口通信技术、以太网通讯技术，实现煤矿井下运行设备的数据处理、开关量逻辑控制、过程控制、模拟量控制、通讯及联网等功能，大大提高了设备控制的自动化程度和安全可靠性，且操作简单、维护方便、易于扩充、成本降低。
附图说明
图1为本发明系统组成框图.
具体实施方式
实施例1：参见图1，一种矿用本安型可编程控制器，它包括：主控模块1、输出模块2、数字量输入模块3、模拟量输入模块4、热电阻模块5、通讯模块6、供电单元7；
所述的主控模块1用于控制所述输出模块2干接点输出，控制所述数字量输入模块3的数字量信号输入，控制所述模拟量输入模块4的模拟信号采集，控制所述热电阻模块5实现矿井下环境检测设备和运行设备的稳定性采集，控制所述通讯模块6实现沿线的普通电话、闭锁、带IO电话、启停电话、拉线闭锁电话、中继设备的查询和通讯；
所述主控模块1包括：用于数据控制和数据处理的中央处理单元11；用于软件滤波参数调整、支持20路源漏输入、允许最大输入电压范围19V的第一数字量输入单元12；用于支持8路继电器输出的继电器输出单元13；用于支持2路接口输出、支持Modbus主从、自由口协议、主从通讯协议、与显示屏通讯的通讯控制单元14；用于实现与系统外部以太网连接的以太网控制器15；用于完成用户数据和程序存储的存储单元16；用于实现模块与模块之间串口通讯的第一串口通讯单元17；
所述输出模块2用于控制开关量干接点信号、外围设备的启停；所述输出模块2包括：用于实现与所述主控模块1进行通讯的第二串口通讯单元21，用于控制继电器输出的干接点输出单元22；
所述数字量输入模块3用于实现数字量信号输入、支持16路源漏输入、支持软件滤波参数调整控制信号通过；所述数字量输入模块3包括：实现与所述主控模块1进行通讯的第三串口通讯单元31，用于16路数字量输入的第二数字量输入单元32；
所述模拟量输入模块4用于实现采集传感器输出的电流信号及电压信号；所述模拟量输入模块4包括：实现与所述主控模块1进行通讯的第四串口通讯单元41，用于模拟量信号输入采集的模拟量输入单元42；
所述热电阻模块5用于PT100温度传感器采集，支持4路外接PT100传感器采集现场侧的温度信号；所述热电阻模块5包括：实现与所述主控模块1进行通讯的第五串口通讯单元51，用于PT100温度传感器信号输入采集的热电阻输入单元52；
所述通讯模块6用于2路CAN通讯，实现主控模块1与沿线普通电话、闭锁、带IO电话、启停电话、拉线闭锁电话、中继设备的数据交换，获取传感器和沿线设备的采集状态，并根据用户设定的逻辑输出指令给执行机构和沿线设备；支持2路查询信号通讯，进行沿线设备的地址分配和简单信号处理，接收主站的查询信号；支持3路闭锁输入信号，收闭锁信号，完成系统闭锁功能；所述通讯模块6包括：实现与所述主控模块1进行通讯的第六串口通讯单元61，用于与外部沿线普通电话、闭锁、带IO电话、启停电话、拉线闭锁电话、中继设备通讯的CAN通讯单元62；
所述供电单元7用于给所述主控模块1、所述输出模块2、所述数字量输入模块3、所述模拟量输入模块4、所述热电阻模块5、所述通讯模块6供电。
实施例2：在实施例1一种矿用本安型可编程控制器的基础上，所述主控模块1、所述输出模块2、所述数字量输入模块3、所述模拟量输入模块4、所述热电阻模块5和所述通讯模块6均为模块化结构，采用插拔连接方式。
实施例3：在实施例1一种矿用本安型可编程控制器的基础上，所述中央处理单元11采用MASTER将查询配置地址帧或数据帧发送给SLAVE模块，SLAVE收到并校验后，将给所述中央处理单元11一个响应，以确认命令被完整正确地收到，在应答帧的数据字节应答MASTER所要求的内容；MASTER从SLAVE端得到数据包和CRC校验；当MASTER向SLAVE发送信息时，功能代码向SLAVE说明应执行的动作；当SLAVE响应MASTER时，功能代码可说明SLAVE正常响应或出现错误；正常响应时，SLAVE简单返回原始功能码。

Claims (1)

1.一种矿用本安型可编程控制器，它包括：主控模块(1)、输出模块(2)、数字量输入模块(3)、模拟量输入模块(4)、热电阻模块(5)、通讯模块(6)、供电单元(7)；
所述的主控模块(1)用于控制所述输出模块(2)干接点输出，控制所述数字量输入模块(3)的数字量信号输入，控制所述模拟量输入模块(4)的模拟信号采集，控制所述热电阻模块(5)实现矿井下环境检测设备和运行设备的稳定性采集，控制所述通讯模块(6)实现沿线的普通电话、闭锁、带IO电话、启停电话、拉线闭锁电话、中继设备的查询和通讯；
所述主控模块(1)包括：用于数据控制和数据处理的中央处理单元(11)；用于软件滤波参数调整、支持20路源漏输入、允许最大输入电压范围19V的第一数字量输入单元(12)；用于支持8路继电器输出的继电器输出单元(13)；用于支持2路接口输出、支持Modbus主从、自由口协议、主从通讯协议、与显示屏通讯的通讯控制单元(14)；用于实现与系统外部以太网连接的以太网控制器(15)；用于完成用户数据和程序存储的存储单元(16)；用于实现模块与模块之间串口通讯的第一串口通讯单元(17)；
所述输出模块(2)用于控制开关量干接点信号、外围设备的启停；所述输出模块(2)包括：用于实现与所述主控模块(1)进行通讯的第二串口通讯单元(21)，用于控制继电器输出的干接点输出单元(22)；
所述数字量输入模块(3)用于实现数字量信号输入、支持16路源漏输入、支持软件滤波参数调整控制信号通过；所述数字量输入模块(3)包括：实现与所述主控模块(1)进行通讯的第三串口通讯单元(31)，用于16路数字量输入的第二数字量输入单元(32)；
所述模拟量输入模块(4)用于实现采集传感器输出的电流信号及电压信号；所述模拟量输入模块(4)包括：实现与所述主控模块(1)进行通讯的第四串口通讯单元(41)，用于模拟量信号输入采集的模拟量输入单元(42)；
所述热电阻模块(5)用于PT100温度传感器采集，支持4路外接PT100传感器采集现场侧的温度信号；所述热电阻模块(5)包括：实现与所述主控模块(1)进行通讯的第五串口通讯单元(51)，用于PT100温度传感器信号输入采集的热电阻输入单元(52)；
所述通讯模块(6)用于2路CAN通讯，实现主控模块(1)与沿线普通电话、闭锁、带IO电话、启停电话、拉线闭锁电话、中继设备的数据交换，获取传感器和沿线设备的采集状态，并根据用户设定的逻辑输出指令给执行机构和沿线设备；支持2路查询信号通讯，进行沿线设备的地址分配和简单信号处理，接收主站的查询信号；支持3路闭锁输入信号，收闭锁信号，完成系统闭锁功能；所述通讯模块(6)包括：实现与所述主控模块(1)进行通讯的第六串口通讯单元(61)，用于与外部沿线普通电话、闭锁、带IO电话、启停电话、拉线闭锁电话、中继设备通讯的CAN通讯单元(62)；
所述供电单元(7)用于给所述主控模块(1)、所述输出模块(2)、所述数字量输入模块(3)、所述模拟量输入模块(4)、所述热电阻模块(5)、所述通讯模块(6)供电；
所述主控模块(1)、所述输出模块(2)、所述数字量输入模块(3)、所述模拟量输入模块(4)、所述热电阻模块(5)和所述通讯模块(6)均为模块化结构，采用插拔连接方式；
所述中央处理单元(11)采用MASTER将查询配置地址帧或数据帧发送给SLAVE模块，SLAVE收到并校验后，将给所述中央处理单元(11)一个响应，以确认命令被完整正确地收到，在应答帧的数据字节应答MASTER所要求的内容；MASTER从SLAVE端得到数据包和CRC校验；当MASTER向SLAVE发送信息时，功能代码向SLAVE说明应执行的动作；当SLAVE响应MASTER时，功能代码可说明SLAVE正常响应或出现错误；正常响应时，SLAVE简单返回原始功能码。
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