CN111477500B - 一种用于安全继电器兼容三种复位方式的启动电路 - Google Patents

一种用于安全继电器兼容三种复位方式的启动电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及安全继电器技术领域，尤其涉及一种用于安全继电器兼容三种复位方式的启动电路，包括带监控的手动复位信号产生电路、自动/手动复位信号产生电路、复位逻辑控制电路和继电器吸合电路。本发明基于目前的安全继电器行业需求，在电路设计上兼容三种复位方式，通过外部接线可以自由选择，最大程度的满足了现场需求。

Description

一种用于安全继电器兼容三种复位方式的启动电路
技术领域
本发明涉及安全继电器技术领域，尤其涉及一种用于安全继电器兼容三种复位方式的启动电路。
背景技术
随着工业化水平的不断提高，人们追求更高生产效率的同时，将注意力越来越多的转向生产的安全性。安全继电器作为一种非物理防护的逻辑控制单元，越来越普遍的应用于机械与加工等行业，其中，急停按钮、安全门、安全光幕、安全地毯、双手按钮输入设备的安全继电器是目前市场应用最广泛的几种类型。当现场有危险情况时，通过安全继电器的输入电路控制强制导向型继电器的输出，使现场运行设备断电以防止危险的发生；当危险解除，恢复输入设备状态，需要重新启动安全继电器以恢复现场设备运行。
目前重新复位启动有如下三种方式：
自动复位：当输入设备恢复后，输出继电器即可得电。
手动复位：当输入设备恢复后，需要按下复位按钮，输出继电器得电。
带监控的手动复位：当输入设备恢复后，按下复位按钮并释放，输出继电器得电。
三种复位启动方式中，带监控的手动复位安全等级最高，可有效防止现场设备的意外启动；自动复位和手动复位具备一定的安全等级，但是存在意外启动现场设备的风险，当作业人员还未离开危险区域时，容易造成危险发生。但在一些要求高频次应用场合，如：应用安全光幕输入型安全继电器的设备，当安全光幕恢复正常无遮挡状态时操作人员必然已经离开了危险区域，此时只需要自动复位便可实现设备的重新运行，而不需要频繁地去操纵复位按钮。因此，三种复位启动方式分别满足于不同行业、不同现场的客户应用需求。
发明内容
本发明提供了一种用于安全继电器兼容三种复位方式的启动电路，可以满足不同的现场需求。
为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种用于安全继电器兼容三种复位方式的启动电路，包括带监控的手动复位信号产生电路、自动/手动复位信号产生电路、复位逻辑控制电路和继电器吸合电路；
带监控的手动复位信号产生电路，当复位按钮按下再释放时产生复位信号；
自动/手动复位信号产生电路，当电源信号有效或者复位按钮按下后产生复位信号；
复位逻辑控制电路，接收带监控的手动复位信号产生电路或自动/手动复位信号产生电路产生的复位信号，在复位信号的高电平段储存能量，在复位信号的下降沿释放能量，从而产生一个控制信号，控制继电器吸合电路的闭合。
作为本发明的优化方案，复位逻辑控制电路包括第七电阻R7、第八电阻R8、第三二极管D3、第九电阻R9、第三三极管Q3、第二稳压二极管Z2、第四二极管D4、第三电容C3、第十电阻R10、第十一电阻R11和第四三极管Q4，第七电阻R7连接在第三二极管D3的阳极和第四三极管Q4的基极之间，第八电阻R8连接在第四三极管Q4的基极和地之间，第九电阻R9连接在第三三极管Q3的集电极和第二稳压二极管Z2的阴极之间，第三三极管Q3的发射极通过第四二极管D4连接至第三电容C3的正极，第十电阻R10并联在第三电容C3的两端，第十一电阻R11连接在第三三极管Q3的发射极和第四三极管Q4的集电极之间。
作为本发明的优化方案，带监控的手动复位信号产生电路包括第一二极管D1，第一二极管D1连接在第一接线端子和第三二极管D3的阳极之间。
作为本发明的优化方案，自动/手动复位信号产生电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4、第二电容C2、第一稳压二极管Z1、第五电阻R5、第六电阻R6和第二二极管D2，第一电阻R1和第一电容C1组成的RC充电电路连接在第一三极管Q1的发射极上，第一三极管Q1的集电极与第二二极管D2的阳极连接，第二电阻R2连接在第二三极管Q2的发射极和地之间，第三电阻R3连接在第二三极管Q2的发射极和第二三极管Q2的基极之间，第四电阻R4、第一稳压二极管Z1和第五电阻R5串联连接在第二三极管Q2的基极和地之间，第二电容C2连接在第二三极管Q2的发射极和第一稳压二极管Z1的阳极之间，第六电阻R6连接在第二三极管Q2的集电极和地之间。
作为本发明的优化方案，继电器吸合电路包括第十二电阻R12、第十三电阻R13、第五三极管Q5、第六三极管Q6和K1吸合回路，第十二电阻R12连接在第五三极管Q5的发射极和第五三极管Q5的基极之间，第十三电阻R13连接在第五三极管Q5的基极和第六三极管Q6的集电极之间，K1吸合回路与第五三极管Q5的集电极相连，第六三极管Q6的基极与第四三极管Q4的集电极相连。
作为本发明的优化方案，继电器吸合电路包括第一光耦U1和K2吸合回路，第一光耦U1的第1引脚与第四二极管D4的阴极连接，第一光耦U1的第1引脚与第四二极管D4的阴极连接，第一光耦U1的第2引脚与第四二极管D4的阳极连接，第一光耦U1的第3引脚与K2吸合回路连接。
本发明具有积极的效果：1)本发明基于目前的安全继电器行业需求，在电路设计上兼容三种复位方式，通过外部接线可以自由选择，最大程度的满足了现场需求；
2)本发明采用简单的分立器件搭建，设计和生产容易，成本低，可靠性高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的整体框图；
图2为带监控的手动复位信号产生电路的电路原理图；
图3为自动/手动复位信号产生电路的电路原理图；
图4为复位逻辑控制电路的电路原理图；
图5为继电器吸合电路的第一实施例的电路原理图；
图6为继电器吸合电路的第二实施例的电路原理图；
其中：1、带监控的手动复位信号产生电路，2、自动/手动复位信号产生电路，3、复位逻辑控制电路，4、继电器吸合电路。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种用于安全继电器兼容三种复位方式的启动电路，包括带监控的手动复位信号产生电路1、自动/手动复位信号产生电路2、复位逻辑控制电路3和继电器吸合电路4；
带监控的手动复位信号产生电路1，当复位按钮按下再释放时产生复位信号；
自动/手动复位信号产生电路2，当电源信号有效或者复位按钮按下后产生复位信号；
复位逻辑控制电路3，接收带监控的手动复位信号产生电路1或自动/手动复位信号产生电路2产生的复位信号，在复位信号的高电平段储存能量，在复位信号的下降沿释放能量，从而产生一个控制信号，控制继电器吸合电路4的闭合。
如图2所示，带监控的手动复位信号产生电路1包括第一二极管D1，第一二极管D1连接在第一接线端子和第三二极管D3的阳极之间。第一二极管D1的阳极连接至第一接线端子S35，复位按钮连接在电源和第一接线端子之间，当复位按钮按下再释放后，有效的复位信号通过第一接线端子、第一二极管D1传至复位逻辑控制电路3。
如图3所示，自动/手动复位信号产生电路2包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4、第二电容C2、第一稳压二极管Z1、第五电阻R5、第六电阻R6和第二二极管D2，第一电阻R1和第一电容C1组成的RC充电电路连接在第一三极管Q1的发射极上，第一三极管Q1的集电极与第二二极管D2的阳极连接，第二电阻R2连接在第二三极管Q2的发射极和地之间，第三电阻R3连接在第二三极管Q2的发射极和第二三极管Q2的基极之间，第四电阻R4、第一稳压二极管Z1和第五电阻R5串联连接在第二三极管Q2的基极和地之间，第二电容C2连接在第二三极管Q2的发射极和第一稳压二极管Z1的阳极之间，第六电阻R6连接在第二三极管Q2的集电极和地之间。其中，第一电阻R1连接至第二接线端子S34，复位按钮接在电源和第二接线端子S34之间，第一三极管Q1的发射极连接至第一电容C1，第一三极管Q1的基极连接第六电阻R6到地，并连接至第二三极管Q2的集电极，由此，第一三极管Q1的导通情况受控于第二三极管Q2，第二三极管Q2的发射极也接至第一电容C1；在第三电阻R3、第四电阻R4、第一稳压二极管Z1之间并联第二电容C2，这样第二电容C2便与第五电阻R5组成RC充电电路，以控制第二三极管Q2的导通，最终产生有效的复位信号通过第二二极管D2传至复位逻辑控制电路3。
如图4所示，复位逻辑控制电路3包括第七电阻R7、第八电阻R8、第三二极管D3、第九电阻R9、第三三极管Q3、第二稳压二极管Z2、第四二极管D4、第三电容C3、第十电阻R10、第十一电阻R11和第四三极管Q4，第七电阻R7连接在第三二极管D3的阳极和第四三极管Q4的基极之间，第八电阻R8连接在第四三极管Q4的基极和地之间，第九电阻R9连接在第三三极管Q3的集电极和第二稳压二极管Z2的阴极之间，第三三极管Q3的发射极通过第四二极管D4连接至第三电容C3的正极，第十电阻R10并联在第三电容C3的两端，第十一电阻R11连接在第三三极管Q3的发射极和第四三极管Q4的集电极之间。其中，第七电阻R7与第三二极管D3的阳极连接，接收来自复位信号产生电路的复位信号，第七电阻R7与第八电阻R8串联接到地，分压连接至第四三极管Q4的基极，由此来控制第四三极管Q4的导通；复位信号经第三二极管D3到第九电阻R9和第三三极管Q3的集电极，再到第二稳压二极管Z2到地，第二稳压二极管Z2的阴极连接至第三三极管Q3的基极，来控制第三三极管Q3的导通并对第三三极管Q3的发射极限压；第三三极管Q3的发射极通过第四二极管D4连接至第三电容C3的正端，第三电容C3的负端接地，第十电阻R10并联在第三电容C3的两端，作为其泄放电阻；第三三极管Q3的发射极同时连接第十一电阻R11，第十一电阻R11的另一端连接至第四三极管Q4的集电极。
如图5所示，继电器吸合电路4包括第十二电阻R12、第十三电阻R13、第五三极管Q5、第六三极管Q6和K1吸合回路，第十二电阻R12连接在第五三极管Q5的发射极和第五三极管Q5的基极之间，第十三电阻R13连接在第五三极管Q5的基极和第六三极管Q6的集电极之间，K1吸合回路与第五三极管Q5的集电极相连，第六三极管Q6的基极与第四三极管Q4的集电极相连。其中，电源信号连接至第五三极管Q5的发射极，第十二电阻R12并联在第五三极管Q5的发射极和基极之间；同时第五三极管Q5的基极通过第十三电阻R13连接至第六三极管Q6的集电极，第六三极管Q6的发射极接地，第六三极管Q6的基极连接至第十一电阻R11，第六三极管Q6的导通受控于复位逻辑控制电路3。
如图6所示，继电器吸合电路4包括第一光耦U1和K2吸合回路，第一光耦U1的第1引脚与第四二极管D4的阴极连接，第一光耦U1的第1引脚与第四二极管D4的阴极连接，第一光耦U1的第2引脚与第四二极管D4的阳极连接，第一光耦U1的第3引脚与K2吸合回路连接。
其中，继电器吸合电路可以选择图5和图6同时使用，通常用于实现第一继电器K1的自锁和与第二继电器K2的互锁。
下面结合图1-图6，介绍用于安全继电器兼容三种复位方式的启动电路的工作原理：
1、带监控的手动复位
通过外部接线，将复位按钮接在电源和S35接线端子之间，当复位按钮按下时，接线端子S35处变为高电平，通过第一二极管D1、第三二极管D3、第九电阻R9击穿第二稳压二极管Z2，使第三三极管Q3基极电压稳定在第二稳压二极管Z2的稳压值，第三三极管Q3集电极电压为VCC减去第一二极管D1和第三二极管D3的压降，第三三极管Q3导通，第三三极管Q3发射极电压为第二稳压二极管Z2的稳压值，通过第四二极管D4对第三电容C3充电；同时由于第七电阻R7和第八电阻R8的分压使得第四三极管Q4导通，第四三极管Q4的集电极被拉到地，此时第六三极管Q6不会导通，继而第五三极管Q5不会导通，K1吸合回路无法闭合，继电器K1不会得电启动；第一光耦U1原边OPB电压大于OPA，第一光耦U1也不会导通，K2吸合回路无法闭合，继电器K2不会得电启动。
当复位按钮释放时，S35接线端子处变为低电平，此时第三三极管Q3、第四三极管Q4都不导通，第三电容C3储存的能量便通过第一光耦U1的原边，由OPA释放到OPB，第一光耦U1原边导通，第一光耦U1副边导通，K2吸合回路闭合，继电器K2得电启动；同时第二电容C2处高电平通过第十一电阻R11到达第六三极管Q6的基极，由于第四三极管Q4不导通，第十一电阻R11处的电平足以使得第六三极管Q6导通，为第五三极管Q5的导通提供了偏置电流，第五三极管Q5导通，K1吸合回路闭合，继电器K1得电启动。K1、K2启动后第十电阻R10继续为第三电容C3提供泄放回路，使得第三电容C3储存的能量完全放掉，避免影响下次启动。
2、自动复位/手动复位
自动复位时，通过短接线连接电源和S34接线端子；手动复位时，将复位按钮接在电源和S34接线端子之间。
当短接线接好或者复位按钮按下后，高电平通过接线端子S34对第一电阻R1和第一电容C1组成的RC电路充电，第二电阻R2的阻值比第一电阻R1大得多，最终第一电容C1处的电压会接近于VCC。
当第一电容C1上升达到第一三极管Q1的导通电压(约为0.7V)，第一三极管Q1便会导通，上升达到由于第一稳压二极管Z1还未击穿，第二三极管Q2无基极偏置电流无法导通。此时状态第一三极管Q1导通，第二三极管Q2截止。
当第一电容C1处电压继续上升到VCC，由第二电容C2和第五电阻R5组成的RC电路便会通过第五电阻R5对第二电容C2进行充电，在第二电容C2充电电压还未达到第一稳压二极管Z1的稳压值前，第二三极管Q2还是无基极偏置电流无法导通。此时状态依然是第一三极管Q1导通，第二三极管Q2截止，并且高电平通过第一三极管Q1、第二二极管D2的电平对第三电容C3充电。
当第二电容C2也充满电，电压足以击穿第一稳压二极管Z1的稳压值时，第二三极管Q2的基极便有了偏置电流，第二三极管Q2饱和导通，第二三极管Q2集电极处电压约等于第二三极管Q2发射极电压，等于第一三极管Q1的发射极电压，所以此时第一三极管Q1便截止，第二二极管D2阳极处变为了低电平。
通过第一电容C1和第二电容C2的充电效应，使得第一三极管Q1先导通第二三极管Q2不导通并通过第一电容C1、第二电容C2的充电效应持续一段时间，高电平通过第二二极管D2到达第三二极管D3的阳极，复位逻辑控制电路3的原理如前带监控的手动复位按下过程；当第一电容C1、第二电容C2充满电，使得第二三极管Q2导通而第一三极管Q1截止，此时第二二极管D2的阳极变为低电平，继而第三二极管D3的阳极也变为低电平，复位逻辑控制电路3如前带监控的手动复位释放过程。
综上所述，自动复位方式的启动电路，当短接线接好；手动复位方式的启动电路，当复位按钮按下时，K1和K2便可得电启动。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于安全继电器兼容三种复位方式的启动电路，其特征在于：包括带监控的手动复位信号产生电路(1)、自动/手动复位信号产生电路(2)、复位逻辑控制电路(3)和继电器吸合电路(4)，
带监控的手动复位信号产生电路(1)，当复位按钮按下再释放时产生复位信号；
自动/手动复位信号产生电路(2)，当电源信号有效或者复位按钮按下后产生复位信号；
所述的复位逻辑控制电路(3)，接收带监控的手动复位信号产生电路(1)或自动/手动复位信号产生电路(2)产生的复位信号，在复位信号的高电平段储存能量，在复位信号的下降沿释放能量，从而产生一个控制信号，控制继电器吸合电路(4)的闭合；
所述的复位逻辑控制电路(3)包括第七电阻R7、第八电阻R8、第三二极管D3、第九电阻R9、第三三极管Q3、第二稳压二极管Z2、第四二极管D4、第三电容C3、第十电阻R10、第十一电阻R11和第四三极管Q4，第七电阻R7连接在第三二极管D3的阳极和第四三极管Q4的基极之间，第八电阻R8连接在第四三极管Q4的基极和地之间，第九电阻R9连接在第三三极管Q3的集电极和第二稳压二极管Z2的阴极之间，第三三极管Q3的发射极通过第四二极管D4连接至第三电容C3的正极，第十电阻R10并联在第三电容C3的两端，第十一电阻R11连接在第三三极管Q3的发射极和第四三极管Q4的集电极之间，第三二极管D3的阴极与第三三极管Q3的集电极连接，第二稳压二极管Z2的阳极接地，第三三极管Q3的基极与第二稳压二极管Z2的阴极连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于安全继电器兼容三种复位方式的启动电路，其特征在于：带监控的手动复位信号产生电路(1)包括第一二极管D1，第一二极管D1连接在第一接线端子和第三二极管D3的阳极之间。
3.根据权利要求1所述的一种用于安全继电器兼容三种复位方式的启动电路，其特征在于：自动/手动复位信号产生电路(2)包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4、第二电容C2、第一稳压二极管Z1、第五电阻R5、第六电阻R6和第二二极管D2，第一电阻R1和第一电容C1组成的RC充电电路连接在第一三极管Q1的发射极上，第一三极管Q1的集电极与第二二极管D2的阳极连接，第二电阻R2连接在第二三极管Q2的发射极和地之间，第三电阻R3连接在第二三极管Q2的发射极和第二三极管Q2的基极之间，第四电阻R4、第一稳压二极管Z1和第五电阻R5串联连接在第二三极管Q2的基极和地之间，第二电容C2连接在第二三极管Q2的发射极和第一稳压二极管Z1的阳极之间，第六电阻R6连接在第二三极管Q2的集电极和地之间，第一三极管Q1的基极与第二三极管Q2的集电极连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种用于安全继电器兼容三种复位方式的启动电路，其特征在于：所述的继电器吸合电路(4)包括第十二电阻R12、第十三电阻R13、第五三极管Q5、第六三极管Q6和K1吸合回路，第十二电阻R12连接在第五三极管Q5的发射极和第五三极管Q5的基极之间，第十三电阻R13连接在第五三极管Q5的基极和第六三极管Q6的集电极之间，K1吸合回路与第五三极管Q5的集电极相连，第六三极管Q6的基极与第四三极管Q4的集电极相连，第六三极管Q6的发射极接地。
5.根据权利要求2或3所述的一种用于安全继电器兼容三种复位方式的启动电路，其特征在于：所述的继电器吸合电路(4)包括第一光耦U1和K2吸合回路，第一光耦U1的第1引脚与第四二极管D4的阴极连接，第一光耦U1的第2引脚与第四二极管D4的阳极连接，第一光耦U1的第3引脚与K2吸合回路连接。
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