CN201681279U

CN201681279U - 矿用隔爆兼本安型传输与控制器

Info

Publication number: CN201681279U
Application number: CN2009200490363U
Authority: CN
Inventors: 钱建生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2019-10-13

Abstract

本实用新型公开了一种矿用隔爆兼本安型传输与控制器，涉及井下监控和宽带通信设备。主要由可编程逻辑控制器U1、千兆工业以太网交换机U2、触摸屏液晶显示器U3、电源输入端子U4、隔离变压器U5以及外加一些隔离板U9、PLC继电器U10和U11、本安电源U7和U8、开关电源U6、5路开关按钮U14、输入端口U15和U17、输出端口U16组成。本实用新型的有益效果是：安装简单、接线方便、稳定性高，在井下可以作为皮带、水泵、工业电视、电力监控等的传输与控制使用，为煤矿安全生产、调度和决策指挥提供直观、可靠的控制观察手段。

Description

矿用隔爆兼本安型传输与控制器

技术领域

本实用新型涉及一种井下监控和宽带通信设备，具体是一种矿用隔爆兼本安型传输与控制器，可用于煤矿井下含瓦斯及煤尘较多的危险易燃易爆的场所，或冶金矿山、露天煤矿、港口码头、选煤厂、发电厂等恶劣环境中。

背景技术

煤矿矿区环境复杂，特别是井下作业远离地面、地形复杂，容易存在安全隐患，因此煤矿井下的安全监测监控是实现煤矿高效安全开采的关键技术。但是煤矿是多工序、作业点分散的大型生产企业，很难用一种网络系统或一种通信方式来覆盖全矿井。

随着我国煤炭开采技术的发展，一些大型煤矿不断向现代化高产高效、生产集约化方向发展，生产设备及控制配套设施日益先进。作为与煤矿安全生产息息相关的煤矿监控技术也在不断地完善和提高自己。目前随着网络技术的发展，煤炭工业领域已出现基于隔爆的工业高速以太环网。计算机智能化监测监控技术的发展和企业综合自动化系统的需求促使系统向结构集成化、接口/协议开放化、通用化和标准化、设备信息处理控制智能化、应用软件组态化、系统综合自动化方面发展，传输方式采用工业以太网+无线传感器网络+现场总线相结合的网络化模式，构建一种混合控制的网络结构成为矿井信息化建设的一种必然选择。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提供一种矿用隔爆兼本安型传输与控制器，对井下各种网络结构造成的多种不同形式的输出信号提供一种接口和传输设备，打破现有各种网络自成体系互不兼容的格局。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：一种矿用隔爆兼本安型传输与控制器，包括壳体和安装在壳体内的控制电路，所述的控制电路包括：

---本实用新型的控制中心可编程逻辑控制器U1；用于检测信号、控制设备、显示状态、故障报警及操作；

---通过网线与可编程逻辑控制器U1连接的千兆工业以太网交换机U2，实现数据通信；

---与可编程逻辑控制器U1连接的触摸屏液晶显示器U3，将各种现场传感器采集过来的模拟信号或开关量信号的状态显示出来；

---与外部电源电线连接的电源输入端子U4；

---隔离变压器U5，将从电源输入端子U4输出的额定电压进行转换后给可编程逻辑控制器U1、千兆工业以太网交换机U2、24V开关电源U6、24V本安电源U7和5V本安电源U8供电；

---24V开关电源U6，给液晶显示屏U3、PLC继电器U11、485隔离板U12和5路开关按钮U14供电；

---24V本安电源U7，给PLC继电器U11供电；

---5V本安电源U8，给485隔离板U12供电；

---连在可编程逻辑控制器U1和模拟量输入端口U17之间的模拟量输入隔离板U9，将输入可编程逻辑控制器U1中的模拟量信号进行隔离；

---连在可编程逻辑控制器U1和开关量输出端口U16之间的PLC继电器U10，用来控制开关量输出信号的通断；

---连在可编程逻辑控制器U1和开关量输入端口U15之间的PLC继电器U11，用来控制开关量输入信号的通断；

---连在可编程逻辑控制器U1和RS485通信端口U13之间的485隔离板U12，将485信号进行隔离；

---和通讯线连接的RS485通信端口U13，建立组态软件与可编程逻辑控制器U1的通信；

---与可编程逻辑控制器U1连接5路开关按钮U14，用于‘启动’、‘停止’、‘复位’、‘备用’和‘急停’；

---将现场传感器采集的开关量信号送入可编程逻辑控制器U1中的开关量输入端口U15；

---将可编程逻辑控制器U1中的控制信号输出到控制现场来控制设备运行的开关量输出端口U16；

---将现场传感器采集的模拟量信号送入可编程逻辑控制器U1中的模拟量输入端口U17。

工作原理是：通过编程接口将程序下载至本实用新型中的可编程逻辑控制器U1和触摸屏液晶显示器U3中，并改变可编程逻辑控制器U1状态至REMOTE RUN；在U3上打开组态软件，通过RS485通信端口U13建立组态软件与U1的通信。各种现场传感器采集过来的模拟信号或开关量信号通过相应的输入端口U17或U15输入到可编程逻辑控制器U1中，通过可编程逻辑控制器U1内部程序的处理和逻辑运算，将状态显示在触摸屏液晶显示器U3上，U1内部的控制信号通过开关量输出端口U15输出到控制现场来控制设备的运行，并将必要的监测数据传送给千兆工业以太网交换机U2，工业以太网交换机U2通过工业以太网送给上位机，便于调度室人员实现统一调度。现场总线采集的信号可以通过RS485接口U13建立与可编程逻辑控制器U1的通信；以太网的信号可以通过千兆工业以太网交换机U2实现数据交换，千兆工业以太网交换机U2与可编程逻辑控制器U1通过网线相连，实现数据通信。

本实用新型的有益效果是：安装简单，接线方便，稳定性高，在井下可以作为皮带、水泵、工业电视、电力监控等的传输与控制使用，为煤矿安全生产、调度和决策指挥提供直观、可靠的控制观察手段。

附图说明

图1本实用新型电原理框图；

图2本实用新型隔离变压器和24V开关电源的电路原理图；

图3本实用新型5V本安电源的电路原理图；

图4本实用新型24V本安电源的电路原理图；

图5本实用新型485信号隔离板电路原理图；

图6本实用新型的模拟量输入隔离板的电路原理图。

图中：

U1：可编程逻辑控制器；用于检测信号、控制设备、显示状态、故障报警及操作；

U2：千兆工业以太网交换机，通过网线与可编程逻辑控制器U1进行数据通信；

U3：触摸屏液晶显示器，将各种现场传感器采集过来的模拟信号或开关量信号的状态显示出来；

U4：电源输入端子，将额定输入电压AC660/220接入控制电路中；

U5：隔离变压器，将额定输入电压AC660/220V转换为AC220V，AC40V和AC20V三种输出电压；

U6：24V开关电源，给液晶显示屏U3、PLC继电器U11、485隔离板U12和5路开关按钮U14供电；；

U7：24V本安电源，将AC40V电压转换为24V电压，给本安电路供电；

U8：5V本安电源，将AC20V电压转换为5V电压，给本安电路供电；

U9：模拟量输入隔离板，避免恶劣环境中模拟量输入信号的失真；

U10、U11：PLC继电器，用于控制电路中作信号转换用；

U12：485隔离板，对485信号进行隔离；

U13：RS485通信端口，现场总线采集的信号与可编程逻辑控制器U1进行通信的端口；

U14：5路开关按钮，用于‘启动’、‘停止’、‘复位’‘备用’、‘急停’；

U15：开关量输入端口，本实用新型支持16路开关量输入；

U16：开关量输出端口，本实用新型支持16路开关量输出；

U17：模拟量输入端口，本实用新型支持8路模拟量输入。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型主要由可编程逻辑控制器U1、千兆工业以太网交换机U2、触摸屏液晶显示器U3、电源输入端子U4、隔离变压器U5以及外加一些隔离板U9、PLC继电器U10和U11、本安电源U7和U8、开关电源U6、5路开关按钮U14、输入端口U15和U17、输出端口U16组成。所述的可编程逻辑控制器U1具有隔爆本安性质，且有配套的网管软件。所述的千兆工业以太网交换机U2具有2路千兆以太网光信号接口和2路百兆以太网光信号接口，并且两个千兆光口可以组成光纤自愈环网。

电源部分，将电源电缆连接到端子排的电源接线端，额定输入电压AC660/220V通过接线端子U4接入，首先经过隔离变压器U5转换为AC220V，AC40V和AC20V三种输出电压，其隔离变压器U5的电路原理图如图2所示；其中AC220V电压一方面给千兆工业以太网交换机U2和可编程逻辑控制器U1供电，另一方面经过开关电源U6转换为24V的开关电源给液晶显示屏U3、PLC继电器U11、485隔离板U12和5路开关按钮U14供电；AC40V和AC20V输出电压采用本安电源U7和U8转换为24V和5V本安电压给本安电路供电。5V本安电源U8的电路原理图如图3所示，24V本安电源U8的电路原理图如图4所示，其中虚线框内为本安电路。

通讯部分，若采用RS485通讯，则将通讯线连接到端子排的485通讯端口 U13；若采用以太网通讯，则通过网线连接到千兆工业以太网交换机U2的RJ45连接器上。开关量输入电缆、模拟量输入电缆和开关量输出电缆分别连接到端子排的开关量输入端U15、模拟量输入端U17和开关量输出端U16。其中模拟量输入需要通过模拟量输入隔离板U9进行隔离，避免在井下恶劣的工作环境中造成信号的失真，然后再输入可编程逻辑控制器U1中。其模拟量输入隔离板的电路原理图如图6所示，其中虚线框内为本安端口。485信号的输入和输出也需要经过485隔离板U12进行隔离，485隔离板的电路原理图如图5所示，其中虚线框内为本安电路，光耦合器6N137输入输出可以承受50Hz，1500V耐压1mm，无击穿、闪烁现象。输入输出信号采用隔离板，隔离电压1500V。

以太网的信号可以通过千兆工业以太网交换机U2实现数据交换，千兆工业以太网交换机U2与可编程逻辑控制器U1通过网线相连实现数据通信。只需焊接尾纤并连接至U2的光缆接口上，阻燃五类线进线后，只需将其中的八根传输线连接至U2的RJ45电缆接口上。U2的两个千兆光口可以组成环网，百兆口不能组成环网。

一般情况下，为方便管理整个网络及地面系统的数据接入，工业以太环网中应当设置至少1台非隔爆地面环网交换机在地面控制机房(网络机房)或其它部门，并将其中一台设置为主交换机(Master)。将网管软件HiDiscovery安装到一台服务器或工控机上，并将该服务器或工控机的RS232串行接口通过网管线与主交换机的网管接口连接。

网管软件的使用步骤：

1、安装网管软件，在桌面建立快捷方式：HiDiscovery。

2、打开快捷方式进入网管系统，软件将自动扫描然后将扫描到的交换机添加到主页面，使用“Singal”按键定位交换机。

3、双击需要配置的交换机条目弹出对话框，分别填写交换机名称、IP地址、子网掩码及默认网关，从而实现IP地址分配。

4、在浏览器地址栏内输入交换机IP地址，以WEB页面登陆交换机，页面中填写相应的用户名和口令，从而进行配置备份与读取、HIPER-Ring配置及Coupling配置等工作。

5、交换机上电后，在一分钟内可以完成自检、启动和功能设定，此时打开网管软件，则可以看到网络上所有的环网交换机；并根据DIP开关的设置及指示灯的显示，判断各个交换机及网络的工作状态是否正常。

上述电路安装在隔爆壳体内部。所述的壳体是具有防爆功能且符合煤矿井下安全规范的金属或非金属壳体。壳体内部分为上、下两个部分，上部用于光缆及阻燃五类线、电源进线的接线腔，下部用于交换机模块、电源模块、备用电池等部件安装的隔爆腔。从上部打开本实用新型的防爆外壳上盖后，可以看到接线腔，从侧面打开侧门后可以看到隔爆腔。防爆外壳的内外表面涂以灰色1320(1321、1322、1323)耐弧漆；所有的印制电路板表面都均匀地涂覆两遍三防漆，隔爆接合面进行了磷化处理或涂一层204-1防锈油，壳体紧固螺栓和圆螺母涂有润滑脂，防止紧固件的自动松脱；所有的金属零部件都进行了防锈、防蚀处理；防爆外壳设有内、外接地螺栓，接地螺栓也进行电镀等防锈处理；所有的隔爆外壳材质、隔爆结合面结构参数均符合GB3836.2-2000的有关规定。

设备外壳上有‘启动’、‘停止’、‘复位’‘备用’、‘急停’5个按钮，通过U15端口将开关信号输入到可编程逻辑控制器U1中负责控制现场设备，同时现场设备的状态也可显示在U3上。‘启动’‘停止’按钮用于对现场监控设备开、停控制；‘复位’按钮用于故障发生并排除后清除控制器记忆的故障状态；‘急停’按钮用于对现场监控设备紧急停机；‘备用’按钮用于显示速度、备用量、电机电流等值。

在本实施例中，本实用新型内部的本安电路接线端子与非本安电路接线端子距离不小于50mm；非本安电路接线端子及非本安电路接线端子与外壳间电气间隙不小于10mm，爬电距离不小于20mm；本安电路接线端子与接地端子及与外壳间电气间隙不小于6mm、爬电距离不小于6mm，本安电路与非本安电路裸露导体间电气间隙不小于3mm，爬电距离不小于3mm，所有选用的光缆均具有安标证。需要注意本实用新型在井下安装后，其防爆外壳的接地端子需要可靠连接大地，以减小电压、电流的波动对交换机带来的冲击。

Claims

1.一种矿用隔爆兼本安型传输与控制器，包括壳体和安装在壳体内的控制电路，其特征在于：所述的控制电路包括：

---与外部电源电线连接的电源输入端子U4；

---24V本安电源U7，给PLC继电器U11供电；

---5V本安电源U8，给485隔离板U12供电；

2.根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安型传输与控制器，其特征在于：所述的千兆工业以太网交换机U2具有2路千兆以太网光信号接口和2路百兆以太网光信号接口，并且两个千兆光口可以组成光纤自愈环网。

3.根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安型传输与控制器，其特征在于：输入输出信号采用隔离板，隔离电压1500V。