CN202710992U

CN202710992U - 双本安通信的隔爆兼本安plc

Info

Publication number: CN202710992U
Application number: CN 201220208789
Authority: CN
Inventors: 赵水富; 魏军建; 牛建忠; 马贵平; 程志; 姜骑
Original assignee: Shanxi Jincheng Anthracite Mining Group Co Ltd
Current assignee: Shanxi Jincheng Anthracite Mining Group Co Ltd
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2022-05-10

Abstract

本实用新型涉及煤矿井下自动控制系统，尤其涉及在煤矿井下自动排水控制系统，解决了现有装置不具备两路本安通信功能及无法与现场设备或远程上位机交换数据的问题，具体为一种双本安通信的隔爆兼本安PLC，包括RS485本安隔离电路，光电通信隔离电路，PLC，电源等模块，PLC接电源，PLC的输入端接入按钮操作电路、模拟量输入输出模块，本安与非本安隔离电路；PLC输出端接RS485本安隔离电路、隔离继电器电路、光电隔离电路、触摸屏显示模块以及经本安与非本安隔离电路接外部被控本安设备。本装置具有强大的通讯能力和丰富的扩展能力，大大提高了煤矿排水系统的自动化水平，降低了工人的劳动强度，提高了排水系统的可靠性。

Description

双本安通信的隔爆兼本安PLC

技术领域

本实用新型涉及煤矿井下自动控制系统，尤其涉及在煤矿井下有瓦斯或煤尘等爆炸性气体环境中使用的自动排水控制系统，具体为一种双本安通信的隔爆兼本安PLC。

背景技术

随着煤矿井下自动化技术的不断提高，煤矿井下自动排水系统逐渐推广使用隔爆兼本安PLC，隔爆兼本安PLC无论是单独运行组成控制装置实现设备监控功能；还是在组网运行中实现多设备的复杂监控功能，都能充分发挥其强大的控制功能。它具有极高的可靠性，极丰富的指令集，易于学习和掌握，丰富的内置集成功能，强大的通讯能力，丰富的扩展能力。不仅大大提高了煤矿排水系统的自动化水平，而且还降低了工人的劳动强度，提高了排水系统的可靠性。因此在煤矿井下自动排水系统中隔爆兼本安PLC获得广泛的应用。

传统煤矿井下自动控制系统中使用的PLC，与现场设备通信，仅能使用非本安RS485口，无法与本安RS485接口通信；以太网模块同样也不满足本安要求。目前应用的隔爆兼本安PLC，仅在模拟量与开关量采集实现本安要求，不具备两路本安通信功能，最多只有一路，存在的问题就是不具备本安通信功能，则无法与现场设备或远程上位机交换数据，系统无法具备一个完善的网络功能。

ZL 200920126402.0虽然提出了一种矿用隔爆型可编程控制器，仅在PLC输入端连接有输入光耦安全栅输出端，PLC输出端连接输出光耦安全栅的输入端，在通信上并没有给出非本安与本安的信号隔离的解决方案。

发明内容

本实用新型旨在提出一种双本安通信的隔爆兼本安PLC，其能通过RS485本安隔离电路与光电通信隔离电路与现场RS485本安通信设备通信和通过光纤与上位机进行远程通信，从而构成一个网络型控制系统，适用对于现场需要组网控制的煤矿井下自动排水系统设备，提供一种双本安通信的隔爆兼本安PLC。

本实用新型具体采用如下技术方案实现：

一种双本安通信的隔爆兼本安PLC，包括RS485本安隔离电路，光电通信隔离电路，PLC，按钮操作电路，模拟量输入输出模块，本安与非本安隔离电路、电源、隔离继电器电路和触摸屏显示模块， PLC接电源，PLC的输入端通过输入端子接入按钮操作电路、模拟量输入输出模块，通过PLC的I/O口接入本安与非本安隔离电路；PLC输出端接RS485本安隔离电路、隔离继电器电路、光电通信隔离电路、经RS485连接触摸屏显示模块以及经本安与非本安隔离电路接外部被控本安设备；光电通信隔离电路包括以太网模块、RJ45网络连接线、光纤收发器、光缆，PLC控制以太网模块通过RJ45连接光纤收发器输出本安光信号。

电源由开关电源和本安电源组成，开关电源连接隔爆腔内非本安设备，本安电源连接外部本安设备及隔爆腔内的本安设备。

本装置的PLC为非本安设备，当它需要控制本安设备时，必须完成非本安电路转成本安电路的转换；同时当外设备为本安设备并且其本安信号需输入PLC时，此时必须保证外设备（本安设备）的本安性能，就需要将本安信号转成非本安信号再输入PLC。

所述RS485本安隔离电路实现非本安RS485转换为本安RS485，从而保证本机可与外部本安设备联网通信，通过软件编程实现PLC自由口与单片机控制的RS485通信。

所述光电通信隔离电路主要完成PLC内部非本安以太网信号与外部本安光纤信号的隔离，完成本机与本安光纤的通信，进行远程数据传输与控制。光纤收发器通过RJ45以太网口与PLC控制的以太网模块通信，达到非本安以太网信号到光信号的转换。

所述本安与非本安隔离电路采用光电隔离芯片用于采集外部本安频率量信号，并实现本安与非本安的隔离。

按钮操作电路与PLC的输入端子连接，实现功能控制及触摸屏显示切换功能。触摸屏显示模块能提供参数的显示功能，如提供水位、流量、开停、查询、故障显示功能。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种双本安通信的隔爆兼本安PLC能同时通过本安RS485与本安光纤与外部设备进行通信的控制器，从而既可与下位机本安设备通信完成协调，又可与上位机远程光纤通信执行远程遥测遥控指令，具有强大的通讯能力和丰富的扩展能力，大大提高了煤矿排水系统的自动化水平，而且降低了工人的劳动强度，提高了排水系统的可靠性。能够适用于煤矿井下有瓦斯和煤尘爆炸的危险场所，用作井下自动排水设备的控制器。

附图说明

图1为本实用新型所述一种双本安通信的隔爆兼本安PLC的原理框图；

图2为本实用新型所述电源的结构组成示意图；

图3为本实用新型所述RS485本安隔离电路的原理框图；

图4为本实用新型所述光电通信隔离电路光电隔离芯片的结构示意图；

图5为本实用新型所述本安与非本安隔离电路原理框图。

具体实施方式

下面，将结合附图对本实用新型进行详细介绍。

如图1所示，一种双本安通信的隔爆兼本安PLC，包括RS485本安隔离电路，光电通信隔离电路，PLC，按钮操作电路，模拟量输入输出模块，本安与非本安隔离电路、电源、隔离继电器电路和触摸屏显示模块，PLC接电源，PLC的输入端通过输入端子接入按钮操作电路、模拟量输入输出模块，通过PLC的I/O口接入本安与非本安隔离电路；PLC输出端接RS485本安隔离电路、隔离继电器电路、光电通信隔离电路、经RS485连接触摸屏显示模块以及经本安与非本安隔离电路接外部被控本安设备；光电通信隔离电路包括以太网模块、RJ45网络连接线、光纤收发器、光缆，PLC控制以太网模块通过RJ45连接光纤收发器输出本安光信号。

具体的，由PLC的I/O口、RS485口及模拟量模块采集现场频率量、开关量、通信信息及模拟量，依靠PLC内部协议传送至以太网模块，以太网模块通过TCP/IP协议由RJ45通信口传输至光纤收发器，依靠光电转换机理转换为光信号。

如图2所示，电源由开关电源和本安电源组成，开关电源连接隔爆腔内非本安设备，本安电源连接外部本安设备及隔爆腔内的本安设备。具体包括外部输入电源、开关、变压器、开关电源、本安电源。变压器一侧的进线电源为交流单相127V或660V，输出为127V。外供的单相127V或660V单相交流电经开关隔离后，进入变压器降压，降压后的电压输出为交流127V，此后分为两路，一路进入宽范围输入开关电源，得到一个较为平滑的直流24V电压，输出额定电流2A，供PLC的操作按钮开关量输入电路（按钮操作电路），PLC输出驱动隔离继电器电路，触摸屏显示模块，模拟量输入输出模块，以太网模块、光纤收发器模块使用。另一路进入本安电源的输入端，经整流、滤波、双重过流过压保护输出，其目的是防止输出端可能出现的非安全电压电流而造成输出电压瞬间超压或过流而形成不安全因素。本安电源电压电流的参数为：额定电压：DC18V±5%；最大工作电流不大于1A；过压保护动作值小于19.1V；最大短路电流小于1.2A。

按钮操作电路与PLC的输入端子连接，实现功能控制及触摸屏显示切换功能。按键设置了八个，切换开关一个，切换开关有三个位置，分别是手动、自动与检修，按钮功能设置为返回、选择、确定、加键、减键、启动、停止、设置。在手动工作状态时，可以采用手动方式控制设备的启停，在自动方式时，依靠采集的水位信息自动控制水泵的状态；模拟量输入输出模块主要完成外部非本安模拟量的采集；本安与非本安隔离电路主要完成外部本安频率量或开关量转换为非本安量，并被PLC采集；开关电源主要提供本机非本安部分设备的供电工作，本安电源主要为本机本安设备供电；触摸屏显示模块能提供参数的显示功能，如提供水位、流量、开停、查询、故障显示功能。

本装置的PLC为非本安设备，其核心部分是采用德国SIEMENS公司生产的S7-200可编程序控制器。当PLC需要控制本安设备时，必须完成非本安电路转成本安电路的转换；同时当外设备为本安设备并且其本安信号需输入PLC时，此时必须保证外设备（本安设备）的本安性能，就需要将本安信号转成非本安信号再输入PLC。

如图3所示，RS485本安隔离电路实现非本安RS485转换为本安RS485，从而保证本机可与外部本安设备联网通信，通过软件编程实现PLC自由口与单片机控制的RS485通信。RS485本安隔离电路包括单片机、MAX1480隔离电路、小型开关电源（18V变5V），单片机驱动两路MAX1480芯片实现非本安RS485转换本安RS485。非本安RS485转换本安RS485，RS485是一种多发送器的电路标准，其接口采用一对平衡差分信号线，允许双导线上一个发送器驱动32个负载设备，负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器。RS485总线接口的接线方式是驱动输出和接受输入端连接在一起，再通过这一对线连接出去。由于RS485传输信号的距离长、速度快，且可以带多个负载设备，S7-200PLC有两个RS485接口，其电气特性为非本安特点，无法与外部本安设备进行RS485通信，本方案选用单片机驱动两路MAX1480芯片实现。

MAX1480是美国MAXIM公司生产的带光电隔离的RS485数据通讯接口芯片。该产品将光电耦合器、变压器、DC-DC转换器和二极管等器件组装成单一28引脚直插封装内构成一个完整的RS485收发器。是专为半双工串行通讯模式设计的。MAX1480最主要的特点是具有限摆率驱动器，即驱动器发送的数字信号的摆率是受限制的，可使电磁干扰减到最小，在数据率高达250Kbps时能做到无误差的数据传送。MAX1480提供低耗的关闭方式，其驱动器具有限制短路电流的功能，它由热关闭电路保护，功耗不大。传输速率：1200bps；传输距离：10km（采用MHYBV煤矿用信号电缆，导体截面不小于1.5 mm²）。

如图4所示，非本安以太网转换本安光纤，以太网模块选用CP243-1通讯以太网扩展模块，并可通过光电转换器转换为光信号进行传输，将S7-200 PLC作为以太网从站连接到网络中。CP243-1以太网模块是S7-200系列的通讯处理器，可使S7-200 PLC与工业以太网络链接，以太网模块使用存储在S7-200内存中的配置信息生成以太网通讯所需的连接。RJ45口具有10Base-T/100Base-TX自适应，全双工/半双工自适应，支持MDI/MDI-X连接，1000V电磁隔离保护。光纤光口：100Base-FX，SC接口，支持单模20Km，波长为1310nm；全双工TCP/IP光信号传输；10Mbps/100Mbps自适应；波长为1310 nm。

如图5所示，本安与非本安隔离电路采用光电隔离芯片用于采集外部本安频率量信号，并实现本安与非本安的隔离。本装置设有4路本安转非本安，其中，管脚1-8为输入信号，9-16为输出信号。当输入端本安输入有电流流过时，光电二极管发光，光敏三极管集电极电源接通，用其控制PLC输入口，则可完成本安信号与非本安信号的转换，4路频率型模拟量信号200Hz～1000Hz频率信号或开关量信号，通过光电隔离输入到PLC。

尽管已示出和描述了本发明的优选实施例，可以设想，本领域的技术人员可在本实用新型的精神和范围内设计对本实用新型的各种修改。

Claims

1.一种双本安通信的隔爆兼本安PLC，其特征在于：包括RS485本安隔离电路，光电通信隔离电路，PLC，按钮操作电路，模拟量输入输出模块，本安与非本安隔离电路、电源、隔离继电器电路和触摸屏显示模块，PLC接电源，PLC的输入端通过输入端子接入按钮操作电路、模拟量输入输出模块，通过PLC的I/O口接入本安与非本安隔离电路；PLC输出端接RS485本安隔离电路、隔离继电器电路、光电通信隔离电路、经RS485连接触摸屏显示模块以及经本安与非本安隔离电路接外部被控本安设备；光电通信隔离电路包括以太网模块、RJ45网络连接线、光纤收发器、光缆，PLC控制以太网模块通过RJ45连接光纤收发器输出本安光信号。

2.如权利要求1所述的一种双本安通信的隔爆兼本安PLC，其特征在于：所述电源由外部输入电源、开关、变压器、开关电源和本安电源组成，外部输入电源可选交流单相127V或660V。

3.如权利要求1所述的一种双本安通信的隔爆兼本安PLC，其特征在于：所述的RS485本安隔离电路包括单片机、MAX1480隔离电路、小型开关电源，小型开关电源为18V变5V。

4.如权利要求1所述的一种双本安通信的隔爆兼本安PLC，其特征在于：所述本安与非本安隔离电路，采用光电隔离芯片进行隔离。