CN201821081U - 防爆机车综合报警断电器 - Google Patents

Abstract

一种防爆机车综合报警断电器，它主要是解决现有报警断电仪难以实现在线编程、在线设置、数字调校等功能，且存在功能相对单一、集成度一般不高、检测不精确等技术问题。其技术方案要点是：主机和甲烷传感器之间用一根多芯矿用移动型软电缆连接；主机控制部分的电源部分、编程接口、人机按键设置接口、甲烷传感器、漏电信号和电源监控部分分别接微处理器，微处理器的高速串口和信号接线口与显示单片机相接，显示单片机接显示屏，电源部分的电源控制电路安装在电源箱内；电源控制电路由电源板和辅助电源板连接而成。它适用于煤矿、石油、天然气、铁道部门等可能有甲烷逸出的场所，与防爆特殊型蓄电池电机车配套使用，为其提供必要的安全保障。

Description

防爆机车综合报警断电器

技术领域

本实用新型涉及一种报警装置，尤其是一种用于甲烷检测的移动式报警断电仪。

背景技术

目前，常用的报警断电仪，难以实现在线编程、在线设置、数字调校等功能，存在功能相对单一、集成度一般不高、检测不精确等问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种检测报警效果好、灵活方便的防爆机车综合报警断电器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：它由主机连接甲烷传感器而构成，主机外壳采用矿用隔爆壳体，主机控制部分采用电机车蓄电池供电，主机和甲烷传感器之间用一根多芯矿用移动型软电缆连接；主机控制部分的电源部分、编程接口、人机按键设置接口、甲烷传感器、漏电信号和电源监控部分分别接微处理器，微处理器的高速串口和信号接线口与显示单片机相接，显示单片机接显示屏，电源部分的电源控制电路安装在电源箱内；电源控制电路由电源板和辅助电源板连接而成，电源板由直流变送器和辅助直流变送器并联而成，辅助电源板由电源转换器、安全隔离栅、蓄电池电压隔离检测电路、继电器、主回路接触器连接而成。

本实用新型所述甲烷传感器采用催化元件探头，催化元件探头输出信号经传感器电桥输出检测信号经高精度差分运算放大器放大后送入微处理器进行A/D转换，微处理器将经过零点校准以及量程转换运算后的数据通过高速串行总线送到液晶显示驱动芯片，驱动LCD显示；微处理器输出口电平接蜂鸣器、或对应报警指示灯、或同时连接蜂鸣器和对应报警指示灯；微处理器的输出断电信号接电源箱的继电器、电源箱主回路接触器。

本实用新型也可在蓄电池的接线端口接端电压隔离检测的霍尔传感器输出一个与蓄电池端电压成正比的检测信号送入甲烷传感器，经高精度运算放大器放大后由微处理器进行A/D转换，微处理器将经过零点校准以及量程转换运算后的电池电压和按照端电压换算出的近似容量数值通过高速串行总线送到液晶显示驱动芯片，驱动LCD显示。

本实用新型主机控制部分采用的直流电源接电源变换器，所述电源变换器采用高频开关电源，高频开关电源由高反压大功率开关场效应管将输入的直流电变为高频交流电，再经过高频变压器降压，经高频整流管输出供给负载低压直流电；采用PWM调制方式的稳压控制电路、接调节开关管稳定输出直流电压。

本实用新型也可在主机内的主机控制部分装有用于蓄电池端电压隔离检测的霍尔传感器，该霍尔传感器输出一个与蓄电池端电压成正比的检测信号，检测信号送入甲烷传感器，经高精度运算放大器放大后由微处理器进行A/D转换，微处理器将经过零点校准以及量程转换运算后的电池电压和按照端电压换算出的近似容量数值通过高速串行总线送到液晶显示驱动芯片，驱动LCD显示；微处理器输出口电平接蜂鸣器、或对应报警指示灯、或同时连接蜂鸣器和对应报警指示灯；微处理器的输出断电信号接电源箱的继电器、电源箱主回路接触器。

本实用新型也可在电源箱内装有用于检测蓄电池正极或负极接地电阻的检测电路，检测电路采用有源平衡桥检测电路，检测平衡桥的保护动作信号经过光电隔离后送入测控主机，经过电平转换由微处理器进行处理，微处理器输出口电平接蜂鸣器、或对应报警指示灯、或同时连接蜂鸣器和对应报警指示灯。

本实用新型主机控制部分的直流电源也可采用两路开关稳压电源和安全栅电路，所述两路开关稳压电源中的一路输出24V的输出供给接触器线圈，另一路提供15V的本质安全电源输出供传感器。

本实用新型电源控制电路也可采用机车单电源控制，蓄电池正极从接线柱E端输入，C端输出。

本实用新型电源控制电路也可采用机车双电源并联电源控制，第一组电源正极从A端输入B端输出，第二组电源正极从E端输入，C端输出，E端与D端接同一蓄电池，E接正极，D接负极。

本实用新型主机的外壳上也可设置预留接口，预留接口与主机控制部分连接。

本实用新型的有益效果是：它具有功能多、集成度高、性能可靠、硬件简单、功能完善、显示直观、免开盖调校等优点，它适用于煤矿、石油、天然气、铁道部门等可能有甲烷逸出的场所，与直流电源电压等级为44V～252V的防爆特殊型蓄电池电机车配套使用，为其提供必要的安全保障。本实用新型的测量范围：0～4%CH4；基本误差：0～1%CH4误差≤±0.1%CH4；>1～2%CH4误差≤±0.2%CH4；>2～4%CH4误差≤±0.3%CH4。报警、断电范围：0.1～2.5%CH4范围内可根据需要任意设置。消耗功率：传感器<4W；主机<300W。主机工作电源：蓄电池机车用的直流蓄电池电源在44V～208V以内选定，允许电压波动范围75%～110%；传感器工作电源：15V、0.7A直流本质安全电源。

附图说明

图1是本实用新型的控制电路方框原理图。

图2是机车并联双电源控制电路图。

图3是机车单电源控制电路图。

图4是电源辅助板电路原理图。

具体实施方式

本实用新型由主机和甲烷传感器两部分组成，主机可设计为矿用隔爆兼本质安全型Exd[ib]I，由电机车蓄电池供电。甲烷传感器可设计为矿用本质安全兼隔爆型ExibdI，主机和甲烷传感器之间用一根多芯（7芯）煤矿用移动型软电缆连接。主机控制部分的电源部分、编程接口、人机按键设置接口、甲烷传感器、漏电信号和电源监控部分分别接微处理器，微处理器的高速串口和信号接线口与显示单片机相接，显示单片机接显示屏，电源部分的电源控制电路安装在电源箱内；电源控制电路由电源板和辅助电源板连接而成，电源板由直流变送器和辅助直流变送器并联而成，辅助电源板由电源转换器、安全隔离栅、蓄电池电压隔离检测电路、继电器、主回路接触器连接而成。甲烷传感器以及检测环节可以STC12C5410AD微处理器为控制核心，采用LCD高清晰液晶显示，从而使产品具有功能多、集成度高、性能可靠、硬件简单、功能完善、显示直观、免开盖调校等优点。参阅图1至图8。

主机内部控制可用直流电源以及提供给机车外部设备使用的电源变换器采用高频开关电源技术，通过高反压大功率开关场效应管将输入的直流电变为高频交流电，再经过高频变压器降压，高频整流管输出供给负载低压直流电。稳压控制电路通过检测电压的变化，采用PWM调制方式来调节开关管的导通时间以稳定输出直流电压。电源电路具有完善的短路、空载、过流、过压等保护功能。

本实用新型甲烷传感器内装有催化元件探头作为甲烷传感器。当探头气室内无甲烷时，传感器电桥处于平衡状态，无信号输出。当甲烷进入气室后，电桥失去平衡而输出一个与甲烷成正比的检测信号。检测信号经高精度差分运算放大器放大后送入微处理器12C5410AD内进行A/D转换，微处理器将经过零点校准以及量程转换运算后的数据通过SPI高速串行总线送到液晶显示驱动芯片，驱动LCD显示。

当检测到的甲烷浓度达到预置报警值时，微处理器相应输出口电平变化，驱动蜂鸣器发出报警讯响，同时点亮对应报警指示灯。当甲烷浓度恢复至报警值以下时，微处理器的对应输出口电平恢复，解除报警。

当检测到的甲烷浓度达到预置断电值时，微处理器除驱动蜂鸣器发出报警讯响并点亮对应报警指示灯外，同时微处理器输出断电信号，驱动电源箱的继电器使电源箱主回路接触器释放，切断机车电源。当甲烷浓度恢复到预置解锁点以下时微处理器自动解锁。

如果传感器探头发生电源或信号线开路、短路使甲烷浓度信号超出设备量程时，微处理器也会输出断电信号切断机车电源，并在LCD上予以显示。

上述设备甲烷浓度报警值和断电值可根据需要进行设定。

本实用新型的蓄电池容量检测以及过放电保护电路工作原理：本实用新型主机内装有用于蓄电池端电压隔离检测的霍尔传感器，该霍尔传感器输出一个与蓄电池端电压成正比的检测信号。检测信号送入甲烷传感器，经高精度运算放大器放大后由微处理器12C5410AD内进行A/D转换，微处理器将经过零点校准以及量程转换运算后的电池电压和按照端电压换算出的近似容量数值通过SPI高速串行总线送到液晶显示驱动芯片，驱动LCD显示。

当检测到的电池电压或容量低于预置报警值时，微处理器相应输出口电平变化，驱动蜂鸣器发出报警讯响，同时点亮对应报警指示灯。当电池电压或容量恢复至报警值以上时，微处理器的对应输出口电平恢复，解除报警。

当电池电压或容量低于预置断电值时，微处理器除驱动蜂鸣器发出报警讯响并点亮对应报警指示灯外，同时微处理器输出断电信号，驱动电源箱的继电器使主机主回路接触器释放，切断机车电源。当电池电压或容量恢复到预置解锁点以上时微处理器自动解锁。

如果霍尔传感器信号由于故障或信号线开路、短路使电池端电压信号超出设备量程时，微处理器也会输出断电信号切断机车电源，并在LCD上予以显示。

其电池电压或容量的报警值和断电值可根据需要进行设定。

本实用新型的蓄电池正极或负极接地检测电路工作原理：电源箱内装有用于检测蓄电池正极或负极接地电阻的检测电路，该电路利用有源平衡桥检测原理，在蓄电池正极或负极对地或壳绝缘电阻低于设定数值时，检测平衡桥失去平衡，引起相应驱动电路动作。保护动作信号经过光电隔离后送入测控主机，经过电平转换由微处理器12C5410AD进行处理，推动微处理器相应输出口电平变化，驱动蜂鸣器发出报警讯响，同时点亮对应报警指示灯。当蓄电池对地或壳绝缘电阻恢复至报警值以上时，微处理器的对应输出口电平恢复，解除报警。

本实用新型的主机工作原理：它采用开关稳压电源和安全栅电路，由于电机车蓄电池组电压较高，而仪器的传感器工作电压较低，故电源部分采用两路开关稳压电源。其中一路提供24V的输出用来供给接触器线圈。另一路提供15V的本质安全电源输出供传感器工作。当安全栅输出电流高于整定值、输出电压高于整定值时，安全栅输出电路中的1V1、1V4截止，使安全栅无电压输出，实现输出过流、过压保护作用。当故障排除时，安全栅能实现自恢复。用户在对仪器维修时，不得随意改变整定值，否则将影响本安性能。

电源控制电路分为机车电源控制分单电源机车和并联电源机车两种控制方法。单电源时，蓄电池正极从接线柱E端输入，C端输出。正常情况时，打开主机电源开关，主机经预热后进入稳定工作状态，机车可正常运行。当甲烷浓度达到预定的断电值时，传感器经本安输出端向主机提供电信号，接触器释放，C端无电压输出，机车停止运行。使用人工解锁时，用专用工具将控制开关旋至“强送”位置，则控制开关接通，接触器吸合，机车仍可正常运行。串并联电源时，第一组电源正极从A端输入B端输出，第二组电源正极从E端输入，C端输出。其控制方法与单电源机车基本相同。E端与D端为同一蓄电池，E接正极，D接负极。

综上所述，本实用新型可安装在矿用防爆特殊型蓄电池电机车上，能连续自动地检测电机车所在位置的甲烷浓度并予以显示；且能当甲烷浓度达到预置的报警值时，设备发出相应声光报警信号，报警方式可根据用户要求自行设定；当甲烷浓度达到预置的断电值时，设备切断机车电源。当甲烷浓度恢复到预置的报警或断电值以下时，设备可自动解除报警或断电。同时可检测电路的绝缘性能，如蓄电池当前电压或电池容量，当上述参数不符合机车运行条件时，设备可发出相应声光报警信号，或切断机车电源，从而保证机车全安运行。它还可支持在线编程，在不改变硬件电路前题下，随时根据不同用户要求确定工作程序；也可数字调校，在调校甲烷显示精度时，只需一瓶或几瓶标准气样，按下几个按键即可完成调校；也支持在线设置，运行参数可根据要求进行设置，系统对其进行存储，且掉电后不丢失，此后运行均按设置参数执行；由对单片机电源进行监控，电源电压在非工作范围时，自动复位系统，保证正常工作；且可通过提供AD转换基准电源，在电源微波动时，转换基准不变，保证转换结果准确，从而提高了检测精度。此外电路还预留一数字端口和一模拟端口，可根据用户要求对机车的其它参数(如机车速度、机车运行电流等)进行监视，为机车的安全运行提供更有效的保障措施。

本实用新型也可预留接口，允许通过扩展附加保护功能模板另行为机车提供附加保护功能，扩展保护功能包括机车电机过载和超速保护。在保护动作时同样可以提供相应声光报警，直至切断机车电源。也可另具有人工解锁功能：当设备保护功能动作切断机车电源时，允许人工强制解除锁定。

本实用新型在工作之前要进行安装、调试：先用7芯电缆将传感器和主机连接，接线方法根据图5至图7所示的接线图，将传感器7芯插座与电源箱接线端子连接；主机强送开关置于“控制”位置。接通主机电源，打开传感器开关，传感器电源指示灯亮，主机投入工作，约一分钟后，电源箱内接触器KM吸合。预热15分钟后进行调整。设置报警点，使显示与实际相等即可。设置断电点，使显示与实际相等即可。设置解锁点，使显示与实际相等即可。调整零点：打开面板保护盖板，将催化元件置于不含甲烷的新鲜空气中，预热15分钟后，用起子微调调零电位器，到显示为“CH40.0%”即可。精度调整、线性补偿：拧下探头气室盖，换上附件中的配气盒，用软橡胶管连接流量计，以150mL/min的流量随机通入0～3.0%CH4的n(n≤30，n越多，线性补偿越好)瓶标准气样，稳定3分钟后，使显示与实际相等即可。催化元件使用一段时间后，或更接催化元件时，必须对零点、精度及线性重新进行调整。对本实用新型做好调试后，用7芯电缆将传感器和主机本安输出端连接；接通主机电源即可开始工作。

本实用新型应存放在空气流通、干燥和不含有害气体的库房内。其使用环境条件要求如下：海拔高度：≤1200m；温度：0～40；相对空气湿度≤90%，短时间最大相对湿度允许达98%；风速≤10m/s。

Claims (10)

1.一种防爆机车综合报警断电器，一种防爆机车综合报警断电器，它由主机连接甲烷传感器而构成，其特征是：主机外壳采用矿用隔爆壳体，主机控制部分采用电机车蓄电池供电，主机和甲烷传感器之间用一根多芯矿用移动型软电缆连接；主机控制部分的电源部分、编程接口、人机按键设置接口、甲烷传感器、漏电信号和电源监控部分分别接微处理器，微处理器的高速串口和信号接线口与显示单片机相接，显示单片机接显示屏，电源部分的电源控制电路安装在电源箱内；电源控制电路由电源板和辅助电源板连接而成，电源板由直流变送器和辅助直流变送器并联而成，辅助电源板由电源转换器、安全隔离栅、蓄电池电压隔离检测电路、继电器、主回路接触器连接而成。

2.根据权利要求1所述的防爆机车综合报警断电器，其特征是：所述甲烷传感器采用催化元件探头，催化元件探头输出信号经传感器电桥输出检测信号经高精度差分运算放大器放大后送入微处理器进行A/D转换，微处理器将经过零点校准以及量程转换运算后的数据通过高速串行总线送到液晶显示驱动芯片，驱动LCD显示；微处理器输出口电平接蜂鸣器、或对应报警指示灯、或同时连接蜂鸣器和对应报警指示灯；微处理器的输出断电信号接电源箱的继电器、电源箱主回路接触器。

3.根据权利要求1所述的防爆机车综合报警断电器，其特征是：在蓄电池的接线端口接端电压隔离检测的霍尔传感器输出一个与蓄电池端电压成正比的检测信号送入甲烷传感器，经高精度运算放大器放大后由微处理器进行A/D转换，微处理器将经过零点校准以及量程转换运算后的电池电压和按照端电压换算出的近似容量数值通过高速串行总线送到液晶显示驱动芯片，驱动LCD显示。

4.根据权利要求1所述的防爆机车综合报警断电器，其特征是：主机控制部分采用的直流电源接电源变换器，所述电源变换器采用高频开关电源，高频开关电源由高反压大功率开关场效应管将输入的直流电变为高频交流电，再经过高频变压器降压，经高频整流管输出供给负载低压直流电；采用PWM调制方式的稳压控制电路、接调节开关管稳定输出直流电压。

5.根据权利要求1所述的防爆机车综合报警断电器，其特征是：主机内的主机控制部分装有用于蓄电池端电压隔离检测的霍尔传感器，该霍尔传感器输出一个与蓄电池端电压成正比的检测信号，检测信号送入甲烷传感器，经高精度运算放大器放大后由微处理器进行A/D转换，微处理器将经过零点校准以及量程转换运算后的电池电压和按照端电压换算出的近似容量数值通过高速串行总线送到液晶显示驱动芯片，驱动LCD显示；微处理器输出口电平接蜂鸣器、或对应报警指示灯、或同时连接蜂鸣器和对应报警指示灯；微处理器的输出断电信号接电源箱的继电器、电源箱主回路接触器。

6.根据权利要求1所述的防爆机车综合报警断电器，其特征是：电源箱内装有用于检测蓄电池正极或负极接地电阻的检测电路，检测电路采用有源平衡桥检测电路，检测平衡桥的保护动作信号经过光电隔离后送入测控主机，经过电平转换由微处理器进行处理，微处理器输出口电平接蜂鸣器、或对应报警指示灯、或同时连接蜂鸣器和对应报警指示灯。

7.根据权利要求1所述的防爆机车综合报警断电器，其特征是：主机控制部分的直流电源采用两路开关稳压电源和安全栅电路，所述两路开关稳压电源中的一路输出24V的输出供给接触器线圈，另一路提供15V的本质安全电源输出供传感器。

8.根据权利要求1所述的防爆机车综合报警断电器，其特征是：电源控制电路采用机车单电源控制，蓄电池正极从接线柱E端输入，C端输出。

9.根据权利要求1所述的防爆机车综合报警断电器，其特征是：电源控制电路采用机车双电源并联电源控制，第一组电源正极从A端输入B端输出，第二组电源正极从E端输入，C端输出，E端与D端接同一蓄电池，E接正极，D接负极。

10.根据权利要求1所述的防爆机车综合报警断电器，其特征是：主机的外壳上设置有预留接口，预留接口与主机控制部分连接。

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