專利名稱：雙本安通信的隔爆兼本安plc的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及煤礦井下自動控制系統(tǒng)，尤其涉及在煤礦井下有瓦斯或煤塵等爆炸性氣體環(huán)境中使用的自動排水控制系統(tǒng)，具體為一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC。
背景技術：
隨著煤礦井下自動化技術的不斷提高，煤礦井下自動排水系統(tǒng)逐漸推廣使用隔爆兼本安PLC，隔爆兼本安PLC無論是單獨運行組成控制裝置實現(xiàn)設備監(jiān)控功能；還是在組網運行中實現(xiàn)多設備的復雜監(jiān)控功能，都能充分發(fā)揮其強大的控制功能。它具有極高的可靠性，極豐富的指令集，易于學習和掌握，豐富的內置集成功能，強大的通訊能力，豐富的擴展能力。不僅大大提高了煤礦排水系統(tǒng)的自動化水平，而且還降低了工人的勞動強度，提高了排水系統(tǒng)的可靠性。因此在煤礦井下自動排水系統(tǒng)中隔爆兼本安PLC獲得廣泛的應用。 傳統(tǒng)煤礦井下自動控制系統(tǒng)中使用的PLC，與現(xiàn)場設備通信，僅能使用非本安RS485 口，無法與本安RS485接口通信；以太網模塊同樣也不滿足本安要求。目前應用的隔爆兼本安PLC，僅在模擬量與開關量采集實現(xiàn)本安要求，不具備兩路本安通信功能，最多只有一路，存在的問題就是不具備本安通信功能，則無法與現(xiàn)場設備或遠程上位機交換數(shù)據，系統(tǒng)無法具備一個完善的網絡功能。ZL 200920126402. O雖然提出了一種礦用隔爆型可編程控制器，僅在PLC輸入端連接有輸入光耦安全柵輸出端，PLC輸出端連接輸出光耦安全柵的輸入端，在通信上并沒有給出非本安與本安的信號隔離的解決方案。
發(fā)明內容本實用新型旨在提出一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC，其能通過RS485本安隔離電路與光電通信隔離電路與現(xiàn)場RS485本安通信設備通信和通過光纖與上位機進行遠程通信，從而構成一個網絡型控制系統(tǒng)，適用對于現(xiàn)場需要組網控制的煤礦井下自動排水系統(tǒng)設備，提供一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC。本實用新型具體采用如下技術方案實現(xiàn)一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC，包括RS485本安隔離電路，光電通信隔離電路，PLC,按鈕操作電路,模擬量輸入輸出模塊，本安與非本安隔尚電路、電源、隔尚繼電器電路和觸摸屏顯示模塊，PLC接電源，PLC的輸入端通過輸入端子接入按鈕操作電路、模擬量輸入輸出模塊，通過PLC的I/O 口接入本安與非本安隔離電路；PLC輸出端接RS485本安隔離電路、隔離繼電器電路、光電通信隔離電路、經RS485連接觸摸屏顯示模塊以及經本安與非本安隔離電路接外部被控本安設備；光電通信隔離電路包括以太網模塊、RJ45網絡連接線、光纖收發(fā)器、光纜，PLC控制以太網模塊通過RJ45連接光纖收發(fā)器輸出本安光信號。電源由開關電源和本安電源組成，開關電源連接隔爆腔內非本安設備，本安電源連接外部本安設備及隔爆腔內的本安設備。本裝置的PLC為非本安設備，當它需要控制本安設備時，必須完成非本安電路轉成本安電路的轉換；同時當外設備為本安設備并且其本安信號需輸入PLC時，此時必須保證外設備(本安設備)的本安性能，就需要將本安信號轉成非本安信號再輸入PLC。所述RS485本安隔離電路實現(xiàn)非本安RS485轉換為本安RS485，從而保證本機可與外部本安設備聯(lián)網通信，通過軟件編程實現(xiàn)PLC自由口與單片機控制的RS485通信。所述光電通信隔離電路主要完成PLC內部非本安以太網信號與外部本安光纖信號的隔離，完成本機與本安光纖的通信，進行遠程數(shù)據傳輸與控制。光纖收發(fā)器通過RJ45以太網口與PLC控制的以太網模塊通信，達到非本安以太網信號到光信號的轉換。所述本安與非本安隔離電路采用光電隔離芯片用于采集外部本安頻率量信號，并實現(xiàn)本安與非本安的隔離。按鈕操作電路與PLC的輸入端子連接，實現(xiàn)功能控制及觸摸屏顯示切換功能。觸摸屏顯示模塊能提供參數(shù)的顯示功能，如提供水位、流量、開停、查詢、故障顯示功能。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型提供的一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC能同時通·過本安RS485與本安光纖與外部設備進行通信的控制器,從而既可與下位機本安設備通信完成協(xié)調，又可與上位機遠程光纖通信執(zhí)行遠程遙測遙控指令，具有強大的通訊能力和豐富的擴展能力，大大提高了煤礦排水系統(tǒng)的自動化水平，而且降低了工人的勞動強度，提高了排水系統(tǒng)的可靠性。能夠適用于煤礦井下有瓦斯和煤塵爆炸的危險場所，用作井下自動排水設備的控制器。

圖I為本實用新型所述一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC的原理框圖；圖2為本實用新型所述電源的結構組成示意圖；圖3為本實用新型所述RS485本安隔離電路的原理框圖；圖4為本實用新型所述光電通信隔離電路光電隔離芯片的結構示意圖；圖5為本實用新型所述本安與非本安隔尚電路原理框圖。
具體實施方式
下面，將結合附圖對本實用新型進行詳細介紹。如圖I所示，一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC，包括RS485本安隔離電路，光電通信隔尚電路，PLC,按鈕操作電路,模擬量輸入輸出模塊，本安與非本安隔尚電路、電源、隔離繼電器電路和觸摸屏顯示模塊，PLC接電源，PLC的輸入端通過輸入端子接入按鈕操作電路、模擬量輸入輸出模塊，通過PLC的I/O 口接入本安與非本安隔離電路；PLC輸出端接RS485本安隔離電路、隔離繼電器電路、光電通信隔離電路、經RS485連接觸摸屏顯示模塊以及經本安與非本安隔離電路接外部被控本安設備；光電通信隔離電路包括以太網模塊、RJ45網絡連接線、光纖收發(fā)器、光纜，PLC控制以太網模塊通過RJ45連接光纖收發(fā)器輸出本安光信號。具體的，由PLC的I/O 口、RS485 口及模擬量模塊采集現(xiàn)場頻率量、開關量、通信信息及模擬量，依靠PLC內部協(xié)議傳送至以太網模塊，以太網模塊通過TCP/IP協(xié)議由RJ45通信口傳輸至光纖收發(fā)器，依靠光電轉換機理轉換為光信號。如圖2所示，電源由開關電源和本安電源組成，開關電源連接隔爆腔內非本安設備，本安電源連接外部本安設備及隔爆腔內的本安設備。具體包括外部輸入電源、開關、變壓器、開關電源、本安電源。變壓器一側的進線電源為交流單相127V或660V，輸出為127V。外供的單相127V或660V單相交流電經開關隔離后，進入變壓器降壓，降壓后的電壓輸出為交流127V，此后分為兩路，一路進入寬范圍輸入開關電源，得到一個較為平滑的直流24V電壓，輸出額定電流2A，供PLC的操作按鈕開關量輸入電路(按鈕操作電路)，PLC輸出驅動隔離繼電器電路，觸摸屏顯示模塊，模擬量輸入輸出模塊，以太網模塊、光纖收發(fā)器模塊使用。另一路進入本安電源的輸入端，經整流、濾波、雙重過流過壓保護輸出，其目的是防止輸出端可能出現(xiàn)的非安全電壓電流而造成輸出電壓瞬間超壓或過流而形成不安全因素。本安電源電壓電流的參數(shù)為額定電壓DC18V±5% ;最大工作電流不大于IA ;過壓保護動作值小于19. IV ;最大短路電流小于I. 2A。按鈕操作電路與PLC的輸入端子連接，實現(xiàn)功能控制及觸摸屏顯示切換功能。按鍵設置了八個，切換開關一個，切換開關有三個位置，分別是手動、自動與檢修，按鈕功能設置為返回、選擇、確定、加鍵、減鍵、啟動、停止、設置。在手動工作狀態(tài)時，可以采用手動方式控制設備的啟停，在自動方式時，依靠采集的水位信息自動控制水泵的狀態(tài)；模擬量輸入輸 出模塊主要完成外部非本安模擬量的米集；本安與非本安隔尚電路主要完成外部本安頻率量或開關量轉換為非本安量，并被PLC采集；開關電源主要提供本機非本安部分設備的供電工作，本安電源主要為本機本安設備供電；觸摸屏顯示模塊能提供參數(shù)的顯示功能，如提供水位、流量、開停、查詢、故障顯示功能。本裝置的PLC為非本安設備，其核心部分是采用德國SIEMENS公司生產的S7-200可編程序控制器。當PLC需要控制本安設備時，必須完成非本安電路轉成本安電路的轉換；同時當外設備為本安設備并且其本安信號需輸入PLC時，此時必須保證外設備(本安設備)的本安性能，就需要將本安信號轉成非本安信號再輸入PLC。如圖3所示，RS485本安隔離電路實現(xiàn)非本安RS485轉換為本安RS485，從而保證本機可與外部本安設備聯(lián)網通信，通過軟件編程實現(xiàn)PLC自由口與單片機控制的RS485通信。RS485本安隔離電路包括單片機、MAX1480隔離電路、小型開關電源(18V變5V)，單片機驅動兩路MAX1480芯片實現(xiàn)非本安RS485轉換本安RS485。非本安RS485轉換本安RS485，RS485是一種多發(fā)送器的電路標準，其接口采用一對平衡差分信號線，允許雙導線上一個發(fā)送器驅動32個負載設備，負載設備可以是被動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器。RS485總線接口的接線方式是驅動輸出和接受輸入端連接在一起，再通過這一對線連接出去。由于RS485傳輸信號的距離長、速度快，且可以帶多個負載設備，S7-200PLC有兩個RS485接口，其電氣特性為非本安特點，無法與外部本安設備進行RS485通信，本方案選用單片機驅動兩路MAX1480芯片實現(xiàn)。MAX1480是美國MAXM公司生產的帶光電隔離的RS485數(shù)據通訊接口芯片。該產品將光電耦合器、變壓器、DC-DC轉換器和二極管等器件組裝成單一 28引腳直插封裝內構成一個完整的RS485收發(fā)器。是專為半雙工串行通訊模式設計的。MAX1480最主要的特點是具有限擺率驅動器，即驅動器發(fā)送的數(shù)字信號的擺率是受限制的，可使電磁干擾減到最小，在數(shù)據率高達250Kbps時能做到無誤差的數(shù)據傳送。MAX1480提供低耗的關閉方式，其驅動器具有限制短路電流的功能，它由熱關閉電路保護，功耗不大。傳輸速率1200bps ;傳輸距離10km (采用MHYBV煤礦用信號電纜，導體截面不小于I. 5 mm2)。[0028]所述光電通信隔離電路主要完成PLC內部非本安以太網信號與外部本安光纖信號的隔離，完成本機與本安光纖的通信，進行遠程數(shù)據傳輸與控制。光纖收發(fā)器通過RJ45以太網口與PLC控制的以太網模塊通信，達到非本安以太網信號到光信號的轉換。如圖4所示，非本安以太網轉換本安光纖，以太網模塊選用CP243-1通訊以太網擴展模塊，并可通過光電轉換器轉換為光信號進行傳輸，將S7-200 PLC作為以太網從站連接到網絡中。CP243-1以太網模塊是S7-200系列的通訊處理器，可使S7-200 PLC與工業(yè)以太網絡鏈接，以太網模塊使用存儲在S7-200內存中的配置信息生成以太網通訊所需的連接。RJ45 口具有10Base-T/100Base-TX自適應，全雙工/半雙工自適應，支持MDI/MDI-X連接，1000V電磁隔離保護。光纖光口 100Base-FX，SC接口，支持單模20Km，波長為1310nm ;全雙工TCP/IP光信號傳輸；lOMbps/lOOMbps自適應；波長為1310 nm。如圖5所不,本安與非本安隔尚電路米用光電隔尚芯片用于米集外部本安頻率量信號，并實現(xiàn)本安與非本安的隔離。本裝置設有4路本安轉非本安，其中，管腳1-8為輸入信號，9-16為輸出信號。當輸入端本安輸入有電流流過時，光電二極管發(fā)光，光敏三極管集·電極電源接通，用其控制PLC輸入口，則可完成本安信號與非本安信號的轉換，4路頻率型模擬量信號200Hz 1000Hz頻率信號或開關量信號，通過光電隔離輸入到PLC。盡管已示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，可以設想，本領域的技術人員可在本實用新型的精神和范圍內設計對本實用新型的各種修改。
權利要求1.一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC，其特征在于包括RS485本安隔離電路，光電通信隔尚電路，PLC,按鈕操作電路,模擬量輸入輸出模塊，本安與非本安隔尚電路、電源、隔離繼電器電路和觸摸屏顯示模塊，PLC接電源，PLC的輸入端通過輸入端子接入按鈕操作電路、模擬量輸入輸出模塊，通過PLC的I/O 口接入本安與非本安隔離電路；PLC輸出端接RS485本安隔離電路、隔離繼電器電路、光電通信隔離電路、經RS485連接觸摸屏顯示模塊以及經本安與非本安隔離電路接外部被控本安設備；光電通信隔離電路包括以太網模塊、RJ45網絡連接線、光纖收發(fā)器、光纜，PLC控制以太網模塊通過RJ45連接光纖收發(fā)器輸出本安光信號。
2.如權利要求I所述的一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC，其特征在于所述電源由外部輸入電源、開關、變壓器、開關電源和本安電源組成，外部輸入電源可選交流單相127V或660V。
3.如權利要求I所述的一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC，其特征在于所述的RS485 本安隔離電路包括單片機、MAX1480隔離電路、小型開關電源，小型開關電源為18V變5V。
4.如權利要求I所述的一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC,其特征在于所述本安與非本安隔離電路，采用光電隔離芯片進行隔離。
專利摘要本實用新型涉及煤礦井下自動控制系統(tǒng)，尤其涉及在煤礦井下自動排水控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有裝置不具備兩路本安通信功能及無法與現(xiàn)場設備或遠程上位機交換數(shù)據的問題，具體為一種雙本安通信的隔爆兼本安PLC，包括RS485本安隔離電路，光電通信隔離電路，PLC，電源等模塊，PLC接電源，PLC的輸入端接入按鈕操作電路、模擬量輸入輸出模塊，本安與非本安隔離電路；PLC輸出端接RS485本安隔離電路、隔離繼電器電路、光電隔離電路、觸摸屏顯示模塊以及經本安與非本安隔離電路接外部被控本安設備。本裝置具有強大的通訊能力和豐富的擴展能力，大大提高了煤礦排水系統(tǒng)的自動化水平，降低了工人的勞動強度，提高了排水系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號G05B19/05GK202710992SQ201220208789
公開日2013年1月30日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權日2012年5月10日
發(fā)明者趙水富, 魏軍建, 牛建忠, 馬貴平, 程志, 姜騎 申請人:山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司