CN201191166Y - 可编程电子雷管延期起爆系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电雷管起爆系统，具体地说为一种可编程电子雷管延期起爆系统。它包括总控制器、电子雷管起爆器、普通雷管起爆器、电子延期雷管，普通雷管和总线。总控制器通过总线连接电子雷管起爆器和普通雷管起爆器，电子雷管起爆器通过总线与电子延期雷管连接，普通雷管起爆器通过导线与普通雷管连接。本系统不但解决了现有电子雷管起爆系统本安性不高、不可在线检测、不可编程和不能使用数字密码起爆等技术问题，而且实现了两种雷管的混用，极大地改进了组网能力，有效地降低了使用成本。

Description

可编程电子雷管延期起爆系统

技术领域

本实用新型涉及一种电子雷管起爆系统，具体地说为一种可编程电子雷管延期起爆系统。

背景技术

目前世界许多国家，正在进行以电子延期电路取代传统化学延期药剂的电子雷管的研究和应用，在欧美发达国家尤其活跃。与普通雷管相比，使用延期电路代替延期药的电子延期雷管有着明显的优点。电子延期雷管采用一个微电子芯片取代普通电雷管中的化学延期药剂，不仅大大地提高了延时精度，降低了爆破震动危害，而且通过控制电路，很大的提高了雷管的抗干扰能力，有效地减少了静电可能造成的危害。

现有的电子延期雷管一般是非编程的电子雷管，缺点是只使用了延时功能，但对实时在线功能开发不足。延期时间在出厂前已经固化不能改变，同种电路对设定不同延期时间要求的适应性差，不能使用数字密码信号起爆，缺乏在线检测能力，不能实现在线检测雷管内部系统电路功能及状态，负载通断状态，读取内部身份编码，并与出厂编码核对等功能。组网能力不理想，实用性不强。还具有精确度不高，成本过高，不能和普通电雷管混用等缺点。

另外，现有电子延期雷管的安全性也存在问题。本质安全性是雷管安全使用的根本保障，怎样使雷管丢跑造成的危害降到最低，一直以来都是雷管设计工作的重点。以往化学延期雷管往往没有很好的方法解决此问题。普通的化学延期雷管丢炮的形成多由于桥丝的电阻特性引起，网络中的雷管桥丝已经通电而药头却没有发火就成了丢炮。一旦桥丝通过了电流，药头就受到激发变得不稳定，将给处理未爆雷管的人带来生命危险。虽然电子延期电路的设计和应用，极大的提高了雷管的可靠性，降低了发生丢炮的概率，然而由于各种原因丢炮依旧可能发生。现有电子雷管大多采用并联网络和内置储能电容的方法解决丢炮的问题。但储能式电子电路的最大缺点是雷管发生丢炮时内部的电能没有通过桥丝而是还处于储能状态，亚稳定状态的电路随时可能放电。雷管一旦发生丢炮，电子电路的内部储能若不能及时释放，雷管就变会得极不稳定。这将给处理丢炮的工作人员带来巨大的安全隐患。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有在线检测、编程功能、组网能力好、可使用数字密码起爆、高本质安全性的可编程电子雷管延期起爆系统。

本实用新型所采用的技术方案是：

可编程电子雷管延期起爆系统包括总控制器1、电子雷管起爆器2、普通雷管起爆器3、电子延期雷管4，普通雷管5和总线6。

总控制器1通过总线6连接电子雷管起爆器2和普通雷管起爆器3，电子雷管起爆器2通过总线6与电子延期雷管4中的雷管电子延期电路连接，普通雷管起爆器3通过导线与普通雷管5连接。

雷管电子延期电路包括整流桥，抗干扰电路，升压电路，高压储能电路，低压储能电路，译码电路，晶体振荡电路，单片机，多级开关电路；其中，整流桥输出经过抗干扰电路后分为三路，第一路连接译码电路，第二路经低压储能电路连接晶体振荡电路，第三路经升压电路和高压储能电路连接多级开关电路，晶体振荡电路和译码电路输出连接单片机，单片机的输出连接多级开关电路；

多级开关电路由开关01、开关02、开关03组成，单片机的输出信号分别连接三个开关，开关01为总控制开关，连接于升压电路和高压储能电路之间，开关02连接于高压储能电路与桥丝电阻之间，开关03连接于高压储能电路与非桥丝电阻之间。

雷管电子延期电路前端设置一个手动安全开关。手动将其打开后，电路才可以工作。

本实用新型所具有的积极效果是：

1、可编程性。本实用新型使用单片机作为雷管延期电路的控制芯片，通过总线可以将雷管的状态反馈给外部控制器，并且可以随时按照给定程序响应要求。外部控制器通过控制芯片来使雷管电路完成各种动作。增强了实时操作功能，实现了在线编程，在线检测。可现场在线检测雷管ID码，编程确定延期时间，使用数字密码指令起爆。通信采用自主回路协议，雷管电路和外部控制器之间的通信不会受到杂乱信号或其他可以编程器件信号的影响和干扰。克服了非编程电子延期雷管的弊端，操作人员可以根据现场需要、使用习惯确定延期时间，现场对整个爆破网络进行检测和设定各雷管的延期秒量。整个网络中只需要对一种电子延期雷管通过简单编程便可以实现毫秒，1/4秒，半秒，秒延期等不同延期时间的功能，从而不需要采购多种延期段别的雷管，简化了爆破操作的复杂性。

2、安全性更高。为了提高安全性，本实用新型改进了延期电路的本质安全性，系统电路稳定可靠，不成功率极低。雷管电路加强了抗干扰电路，外部控制器采用安全授权开启，只有爆破员才能操作设备，避免误触发的事故。

最重要的是，本实用新型解决了雷管延期电路中储能电路丢炮后处于亚稳态的问题。雷管延期电路采用了晶体振荡电路和RC两个荡电路双时序模式和多级开关控制模式。电路已经充电和接收到起爆指令后，若第一延期时序未能正常工作时，电路便自动转入第二时序控制模式，使电路中的储能释放在另一个非桥丝电阻上，完全消除了危险。

同时，本实用新型改进了雷管的储能电路，提高了可靠性。采用双储能电路供电模式，高压储能电路负责对雷管桥丝放电，可靠性更高，激发时间更短。低压储能电路负责电路的工作耗电，电路可靠工作时间更长。

雷管电路的前端另加一个手动开关，打开开关后电路方能正常工作，进一步方便有效地提高雷管的本质安全性。

3、延期时间精确。以1MS为间隔任意设定时间，精确度高。克服了非编程电子延期雷管的缺陷，一个爆破工程只需要一种雷管。爆破人员可以按照自己的使用习惯和设计要求对每一发雷管确定延期时间。

4、组网能力强。每个电子雷管起爆器驱动子系统多。电子雷管起爆器和普通雷管起爆器之间以总控制器相连，实现多级管理。

5、控制距离远。总线有效传输距离大约1000m。系统若采用RS485总线协议使通信能力达到最强，在不加中继设备时起爆器与两端设备之间的有效传输距离可以达到大约1000m，足够满足爆破作业的要求。

6、可以与普通雷管混用，降低成本。系统兼容了普通雷管起爆器，可以和电子雷管起爆器并联使用，实现了普通雷管和电子雷管的混合组网。这一点大大降低了瞬发雷管的使用成本，更适用于我国的国情。

7、操作简单，各控制器适应环境能力强。电路结构简单，抗静电、杂散电流、射频信号，充分利用电路资源降低成本，易于实现。

8、使用数字密码指令起爆。通信采用自主回路协议，外部控制器和雷管电路之间的通信不会受到杂乱信号或其他可以编程器件信号的影响和干扰。

附图说明

图1为本实用新型组网应用的示意图，

图2为雷管延期电路方框图，

图3为多级开关电路方框图，

图4为本实用新型工作程序框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型提出了一种适于我国工程现况的可编程电子雷管延期起爆系统设计方案。可编程智能电雷管延期起爆系统由外部控制设备，雷管以及总线构成。外部设备包括电子雷管起爆器、普通雷管起爆器和总控制器。雷管包括电子延期雷管和普通雷管。电子延期雷管内含电子延期电路，通过外部控制设备可以实现在线检测和编程功能。多个起爆器并联在总控制之下组成网络，总控制器有电子雷管起爆器接口和普通雷管起爆器接口，使电子延期雷管可以和雷管混合组网。

如图1所示，本实用新型的结构是：

可编程电子雷管延期起爆系统包括总控制器1、电子雷管起爆器2、普通雷管起爆器3、电子延期雷管4，普通雷管5和总线6。

总控制器1通过总线6连接电子雷管起爆器2和普通雷管起爆器3，电子雷管起爆器2通过总线6与电子延期雷管4中的雷管电子延期电路连接，普通雷管起爆器3通过导线与普通雷管5连接。

电子雷管起爆器和普通雷管起爆器都具有通信接口，可以和总控制器连接获得控制指令，可以实现普通雷管起爆器和电子雷管起爆器并联，从而实现网络中两种雷管的混用。

如图2所示，雷管电子延期电路包括整流桥，抗干扰电路，升压电路，高压储能电路，低压储能电路，译码电路，晶体振荡电路，单片机，多级开关电路；其中，整流桥输出经过抗干扰电路后分为三路，第一路连接译码电路，第二路经低压储能电路连接晶体振荡电路，第三路经升压电路和高压储能电路连接多级开关电路，晶体振荡电路和译码电路输出连接单片机，单片机的输出连接多级开关电路。

如图3所示，多级开关电路由开关01、开关02、开关03组成，单片机的输出信号分别连接三个开关，开关01为总控制开关，连接于升压电路和高压储能电路之间，开关02连接于高压储能电路与桥丝电阻之间，作为高压储能电路对桥丝电阻的放电开关；开关03连接于高压储能电路与非桥丝电阻之间，作为高压储能电路对非桥丝电阻的放电开关。

如图2所示，延期电路前端设置一个手动安全开关。手动将其打开后，电路才可以工作。

外部控制器包括电子雷管起爆器、普通雷管起爆器和总控制器。总控制器等级最高，多个起爆器并联在总控制之下组成网络。总控制器由专用设备或PC担当，负责起爆器之间的联网控制。起爆器之间并联具有同等地位，共同接收来自总控制器的指令信号，共同动作。

如图1所示，起爆器分电子雷管起爆器和普通雷管起爆器两种。它们都具有通信接口，可以和总控制器连接获得控制指令。电子雷管起爆器采用键盘操作和液晶显示，读取的ID码可以显示在液晶显示器上，ID码正确后操作员给雷管写入地址编码，最后按照地址码分别设定延期时间。普通雷管起爆器则与常见的起爆器使用方法一致。起爆器的一端直接与普通雷管相连接，另一端与总控制器接口连接。待所有雷管连接完毕，编程结束后，由总控制器下达起爆指令统一完成起爆。

电子雷管起爆器具有编程和起爆双重功能。编程功能可以实现对雷管子系统的检测和在线编程，起爆功能负责在网络组建完毕后给于起爆能量和数码信号。总控制器也有普通雷管起爆器接口，可以实现普通雷管起爆器和电子雷管起爆器并联，从而实现网络中两种雷管的混用。总控制器负责多个起爆器的组网通信，可以是专用设备或PC。若系统采用RS485通信协议，一层结构并联的起爆器理论上最多可以达到32个。起爆器可以多层结构并联以增加起爆器数量。系统实施多级监控和管理，最大的保障系统的可靠性。

电子雷管起爆器的设计结合了现有编程器和起爆器的功能，将两者合二为一。结合我国爆破现场，普通爆破工程的实施人员并不具有操作电子延期雷管的能力的状况，简化了操作过程和使用方法。。起爆功能与编程功能的结合，易于对爆破人员的的临时培训，更有利于使用的简单化和产品的快速普及。

电子雷管起爆器对电子延期雷管的编程和起爆操作采用数字通信技术。所有通信都采用数字信号，可靠性更高，抗干扰性更好。

电子雷管起爆网络采用电源/信号双线复用技术，使网络只有两条线，保持了连接方法与传统雷管网络的一致性。电子雷管起爆器通过总线与电子延期雷管接口相连接，实时交换数据信号，从而可以实现现场的检测和编程工作。

电子雷管起爆网络采用双线制双向通信，总线若采用RS485协议，允许多个起爆器连接到同一条总线上，同时增加了起爆器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，其理论最大传输距离约为1219米。保障最大的组网能力。系统可以采用控制器主动巡检，前端电路点回码的方式实现控制设备与雷管电路的数据交换，快速完成巡检工作。

系统采用自主回路协议构成外部控制器和电子电路之间的通信，可以避免延期电路被其他具有编程功能器件干扰和误操作，使设备具有高级别的安全可靠性。

本实用新型可实现如下功能：

在线检测

通过电子雷管起爆器和电子雷管延期电路的通信，可以检测出电子延期雷管功能及网络状态，负载通断状态，读出内部ID编码。将电子延期雷管与电子雷管起爆器相连接，电子雷管起爆器能够通过电子雷管延期电路的返回码识别电子雷管的状态是否正常，读出电子雷管延期电路中的ID编码。此时操作人员可以比对ID编码是否与出厂时提供的数据一致。

写入雷管地址

由于每一发雷管的延期时间都有可能不同，电子雷管起爆器对电子延期雷管编程确定延期时间之前必须对确定电子延期雷管在网络中的地址。根据操作员的使用情况和习惯，自行确定电子延期雷管在网络中的编号，有利于识别不同位置的电子延期雷管，防止遗漏。电子雷管起爆器通过对电子延期雷管电路的访问，依据电子延期雷管的ID编码，将网络地址写入电子雷管起爆器中。

编程

根据组网要求，操作员按照爆破网络的时间微差给已经写入网络地址的电子延期雷管编程确定各个雷管的延期时间，校准内部时钟。编写的程序保存在电子雷管起爆器中。

充电

在组网完毕，延期时间已经确定后，总控制器下达充电指令。由电子雷管起爆器发出充电指令控制电子延期雷管内部电路的开关电路，打开对电容充电的开关01，对电子延期雷管内部高压电容充电，电路此时充满电能变得不再稳定，随时等待起爆。普通雷管起爆器的充电操作指的是对普通雷管起爆器的充电操作。类似于普通雷管的起爆过程，起爆前要对起爆器做手动充电操作一样，总控制器下达指令后普通雷管起爆器打开内部电子开关，利用电池作为电源经过升压电路后给普通雷管起爆器内部的高压电容充电。对于充电操作的时间，人们可以按照操作习惯，一般认为可以在较短时间内完成。

起爆

起爆操作指的是对电子延期雷管提供数字起爆指令，同时对普通雷管提供起爆电流。在充电完成后，由总控制器对起爆器操作，向各个起爆器统一发出起爆指令。此时，电子雷管起爆器对电子雷管提供数字起爆指令，将编写的含有延期起爆时间的程序以信号指令的方式发送给电子延期雷管的芯片，电子延期雷管在接收到指令后便开始了相应的延期工作。普通雷管起爆器在接收到起爆指令时打开起爆器内部的放电开关，对普通雷管提供起爆电流。

过期放电

总控制器和起爆器将一直监视网络状态，以上操作完成后系统将进行雷管状态统计，及时发现电子延期雷管丢炮情况。若电路故障电子延期雷管电路将执行第二时序，电路全部过期，电容将全部对一个非桥丝电阻放电。在延期时间全部到达后，所有雷管应该全部起爆。由于电子延期雷管采用并联连接和内部储能的模式，网络炸断产生的丢炮理论上可以避免。若网络中电子延期雷管是因为电路原因产生丢炮的，网络没有炸断，电子雷管起爆器则仍能检测到电子延期雷管的存在。根据事先确定的网络地址便能找到此电子延期雷管位置所在。为保证其丢炮后电路不处于高能状态，本系统中电子雷管的延期电路在第一时序未能正常工作时，将自动转入使用第二时序，所有电子延期雷管内部储能在预设时间后将全部释放到另一个非桥丝电阻上。

实现上述功能的程序流程如图4所示。

Claims (4)

1、可编程电子雷管延期起爆系统，包括总控制器[1]、电子雷管起爆器[2]、普通雷管起爆器[3]、电子延期雷管[4]，普通雷管[5]和总线[6]，其特征在于：

总控制器[1]通过总线[6]连接电子雷管起爆器[2]和普通雷管起爆器[3]，电子雷管起爆器[2]通过总线[6]与电子延期雷管[4]中的雷管电子延期电路连接，普通雷管起爆器[3]通过导线与普通雷管[5]连接。

2、如权利要求1所述的可编程电子雷管延期起爆系统，其特征在于：

雷管电子延期电路包括整流桥，抗干扰电路，升压电路，高压储能电路，低压储能电路，译码电路，晶体振荡电路，单片机，多级开关电路；其中，整流桥输出经过抗干扰电路后分为三路，第一路连接译码电路，第二路经低压储能电路连接晶体振荡电路，第三路经升压电路和高压储能电路连接多级开关电路，晶体振荡电路和译码电路输出连接单片机，单片机的输出连接多级开关电路。

3、如权利要求2所述的可编程电子雷管延期起爆系统，其特征在于：

多级开关电路由开关01、开关02、开关03组成，单片机的输出信号分别连接三个开关，开关01为总控制开关，连接于升压电路和高压储能电路之间，开关02连接于高压储能电路与桥丝电阻之间，开关03连接于高压储能电路与非桥丝电阻之间。

4、如权利要求1或2或3所述的可编程电子雷管延期起爆系统，其特征在于：雷管电子延期电路前端设置一个手动安全开关。

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