專利名稱：一種自我故障判別先導回路系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及本質安全型電氣設備的啟停技術，特別是涉及一種具有自我故障判別能力的先導回路。
背景技術：
在煤礦井下的復雜環(huán)境中，從組合開關或其他電氣設備引到主控室的先導回路需要考慮其安全因素。電氣設備應當能將因事故造成的先導回路短路、斷路故障與正常閉合開關和切斷開關操作相區(qū)分，并能夠分析識別故障種類，做出相應的處理動作。根據煤礦井下的復雜環(huán)境，國家對先導回路的規(guī)定是先導回路必須為本質安全型電路，現(xiàn)有的先導回路要么不具備故障診斷功能，要么具備故障診斷功能但卻因電路系統(tǒng)龐大，帶來的問題是安生性、可靠性的降低和成本的增高。

實用新型內容本實用新型的目的是解決現(xiàn)有技術中存在的問題，提供一種電路結構簡單、可靠性強且具有故障判別功能的先導回路，該先導回路能較好地適應煤礦井下復雜的環(huán)境，并能達到煤礦安全相關規(guī)定的要求。實現(xiàn)本實用新型目的的技術方案是本實用新型的自我故障判別先導回路系統(tǒng)包括本安先導回路、信號處理單元、邏輯判斷控制單元、顯示單元、執(zhí)行單元，其結構特點是本安先導回路具有第一交流電源輸入端、第二交流電源輸入端和信號電壓輸出端；信號處理單元具有信號電壓輸入端、直流耦合電壓輸入端以及信號輸出端；邏輯判斷控制單元具有信號輸入端、控制信號輸出端和顯示信號輸出端；顯示單元具有顯示信號輸入端；執(zhí)行單元具有控制信號輸入端和直流電源端；本安先導回路的第一交流電源輸入端和第二交流電源輸入端使用時與外接的交流電源電連接；信號處理單元的信號電壓輸入端與本安先導回路的信號電壓輸出端電連接，信號處理單元的直流耦合電壓輸入端使用時與外接的直流電源VDD電連接；邏輯判斷控制單元的信號輸入端與信號處理單元的信號輸出端電連接，顯示單元的顯示信號輸入端與邏輯判斷控制單元的顯示信號輸出端電連接；執(zhí)行單元的控制信號輸入端與邏輯判斷控制單元的控制信號輸出端電連接；執(zhí)行單元的直流電源端使用時與外接的直流電源VCC電連接。進一步的方案是前述的本安先導回路包括線路L、啟動按鈕SI、停止按鈕S2、電阻R1、電阻R2、電阻R3、二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4 ;所述的二極管Dl的正極和二極管D2的負極的公共接點即為所述的本安先導回路的第一交流電源輸入端；二極管Dl的負極與電阻Rl的一端電連接，電阻Rl的另一端與停止按鈕S2的一個接線端電連接；停止按鈕S2的另一個接線端、啟動按鈕SI的一端和所述的執(zhí)行單元5的開關繼電器K的動觸頭共線；啟動按鈕SI的另一端與二極管D2的正極、二極管D3的負極、二極管D4的正極以及所述的執(zhí)行單元的開關繼電器K的常開靜觸頭共線；二極管D3的正極與電阻R3的一端電連接；電阻R3的另一端、電阻R2的一端和二極管D4的負極電連接形成公共接點，該公共接點即為所述的本安先導回路的信號電壓輸出端；電阻R2的另一端即為所述的本安先導回路的第二交流電源輸入端；前述的信號處理單元包括電阻R4、電阻R5和運算放大器T ；電阻R4的一端即為所述的信號處理單元的信號電壓輸入端；電阻R4的另一端、電阻R5的一端和運算放大器T的反相輸入端共線；運算放大器T的正相輸入端即為所述的信號處理單元的直流耦合電壓輸入端；電阻R5的另一端與運算放大器T的輸出端電連接形成公共接點，該公共接點即為所述的信號處理單元的信號電壓輸出端；前述的邏輯判斷控制單元包括單片機上級處理器；單片機具有信號輸入端，上級處理器具有信號輸出端；上級處理器與單片機電連接，單片機的信號輸入端即為所述的邏輯判斷控制單元的信號輸入端；上級處理器的信號輸出端即為所述的邏輯判斷控制單元的顯不信號輸出端；前述的顯示單元包括顯示屏，所述的顯示屏具有信號輸入端，該信號輸入端即為所述的顯示單元的顯示信號輸入端；前述的執(zhí)行單元包括開關繼電器K、電阻R6、電阻R7、三極管VT和二極管D5 ；電阻R6的一端即為所述的執(zhí)行單元的控制信號輸入端；電阻R6的另一端、電阻R7的一端以及三極管VT的基極共線；第七電阻R7的另一端以及三極管VT的射極接地；三極管VT的集電極、二極管D5的正極和繼電器K的線圈的一個接線端共線；二極管D5的負極和繼電器K線圈的另一個接線端電連接而形成公共接點，該公共接點即為所述的執(zhí)行單元的直流電源端；開關繼電器K的常開靜觸頭與所述的本安先導回路的啟動按鈕SI的一端電連接，開關繼電器K的動觸頭與啟動按鈕SI的另一端電連接。進一步的方案是前述的電阻Rl和電阻R3的電阻值相等；電阻R4和電阻R5的電
阻值相等。本實用新型具有積極的效果(I)利用二極管的單向導通性，設計二個電回路，將交流電的正負半周分別在先導電阻上產生的壓降變化與電氣設備的正常合閘、開閘以及線路短路和斷路故障相聯(lián)系，有效實現(xiàn)先導回路故障自我判別。(2)電路結構簡單，可靠性強，成本低。(3)能較好地適應煤礦進下復雜工作環(huán)境，且完成達到煤礦安全相關規(guī)定的要求。

圖I為本實用新型的自我故障判別先導回路系統(tǒng)的電路框圖；圖2為圖I所示的自我故障判別先導回路系統(tǒng)的電原理圖；圖3為圖I所示的自我故障判別先導回路系統(tǒng)進行故障判別方法的流程框圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明(實施例I)見圖1，本實施例的自我故障判別先導回路系統(tǒng)，包括本安先導回路I、信號處理單元2、邏輯判斷控制單元3、顯示單元4、執(zhí)行單元5。本安先導回路I具有第一交流電源輸入端、第二交流電源輸入端和信號電壓輸出端；第一交流電源輸入端和第二交流電源輸入端使用時與外接的交流電源U電連接。信號處理單元2具有信號電壓輸入端、直流耦合電壓輸入端以及信號輸出端；邏輯判斷控制單元3具有信號輸入端、控制信號輸出端和顯示信號輸出端；顯示單元4具有顯示信號輸入端；執(zhí)行單元5含有控制信號輸入端、直流電源端和開關繼電器K。信號處理單元2的信號電壓輸入端與本安先導回路I的信號電壓輸出端電連接，信號處理單元2的直流耦合電壓輸入端使用時與外接的直流電源VDD電連接；邏輯判斷控制單元3的信號輸入端與信號處理單元2的信號輸出端電連接；顯示單元4的顯示信號輸入端與邏輯判斷控制單元3的顯示信號輸出端電連接；執(zhí)行單元5的控制信號輸入端與邏輯判斷控制單元3的控制信號輸出端電連接；執(zhí)行單元5的直流電源端使用時與外接的直流電源VCC電連接。見圖2，本安先導回路I包括線路L、啟動按鈕SI、停止按鈕S2、電阻R1、電阻R2、電阻R3、二極管Dl、二極管D2、二極管D3、二極管D4 ;二極管Dl的正極和二極管D2的負極的公共接點即為本安先導回路I的第一交流電源輸入端；二極管Dl的負極與電阻Rl的一 端電連接，電阻Rl的另一端與停止按鈕S2的一個接線端電連接；停止按鈕S2的另一個接線端、啟動按鈕SI的一端和執(zhí)行單元5的開關繼電器K的動觸頭共線；啟動按鈕SI的另一端與二極管D2的正極、二極管D3的負極、二極管D4的正極共線；二極管D3的正極與電阻R3的一端電連接；電阻R3的另一端、電阻R2的一端和二極管D4的負極電連接形成公共接點，該公共接點即為本安先導回路I的信號電壓輸出端；電阻R2的另一端即為本安先導回路I的第二交流電源輸入端；二極管D1、電阻R1、二極管D4、電阻R2及線路L構成本安先導回路I的交流正半周通電回路；電阻R2、電阻R3、二極管D3、二極管D2及線路L構成本安先導回路I的交流負半周通電回路； 信號處理單元2包括電阻R4、電阻R5和運算放大器T ；電阻R4的一端即為信號處理單兀2的信號電壓輸入端；電阻R4的另一端、電阻R5的一端和運算放大器T的反相輸入端共線；運算放大器T的正相輸入端即為信號處理單元2的直流耦合電壓輸入端；電阻R5的另一端與運算放大器T的輸出端電連接形成公共接點，該公共接點即為信號處理單元2的信號電壓輸出端；邏輯判斷控制單元3包括單片機以及與單片機電連接的上級處理器，上級處理器即通常所稱的PLC控制器，單片機具有信號輸入端，單片機的信號輸入端即為邏輯判斷控制單元3的信號輸入端；上級處理器PLC的輸出端即為邏輯判斷控制單元3的顯不信號輸出端；本實施例中，單片機優(yōu)選美國微芯科技公司(Microchip)生產的型號為PIC18F25K80的單片機。PLC控制器優(yōu)選三菱電機自動化(上海)有限公司生產的型號為FX2N系列PLC控制器。顯示單元4包括顯示屏，顯示屏具有信號輸入端，該信號輸入端即為顯示單元4的顯示信號輸入端；執(zhí)行單元5包括開關繼電器K、電阻R6、電阻R7、三極管VT和二極管D5 ；電阻R6的一端即為執(zhí)行單元5的控制信號輸入端；電阻R6的另一端、電阻R7的一端以及三極管VT的基極共線；第七電阻R7的另一端以及三極管VT的射極接地；三極管VT的集電極、二極管D5的正極和繼電器K的線圈的一個接線端共線；二極管D5的負極和繼電器K線圈的另一個接線端電連接而形成公共接點，該公共接點即為執(zhí)行單元5的直流電源端。開關繼電器K的常開靜觸頭與啟動按鈕SI的一端電連接，開關繼電器K的動觸頭與啟動按鈕SI的另一端電連接。本實施例中，電阻Rl和電阻R3的電阻值相等；電阻R4和電阻R5的電阻值相等。見圖3，本實施例的自我故障判別先導回路系統(tǒng)工作方法也即判別故障的方法，是基于在外接的交流電源U處于正負半周時電阻R2上的電壓的不同進行判斷，工作原理是
UxEL當啟動按鈕SI按下時，電阻R2兩端的正半周電壓Ul為Ifl=-;電阻R2兩
m+m
Tfx Rl
端的負半周電壓U2為U2 =-；·
/22+ M當停止按鈕S2按下時，交流電源U正半周無回路，電阻R2兩端的正半周電壓Ul
為胃 A，電阻R2兩端的負半周電壓U2為U2=...........^ ；
Ul = OR2+m
Ux R2當所述線路L發(fā)生短路時，電阻R2兩端的正半周電壓Ul為Ul=^二 = U，
E2
Ux E2
電阻R2兩端的負半周電壓U2為 U2 =-；
Rl+ Ri當線路L發(fā)生斷路時，交流電源U正半周無回路，電阻R2兩端的正半周電壓Ul為Ul = O，交流電源U負半周無回路，電阻R2兩端的負半周電壓U2為U2 = 0。具體的電路情況判斷方法步驟包括第一步按下啟動按鈕SI，從電阻R2取得交流信號在運算放大器T中與外接的直流耦合電壓VDD耦合；第二步單片機按預設程序接收耦合后的電壓信號并進行還原，并按以下情形分析判斷處理①當外接的交流電源U處于正半周時，電阻R2上的電壓U1=0、當外接的交流電源U處于負半周時，電阻R2上的電壓U2=0，判斷工作狀態(tài)為本安先導回路I斷路，輸出信號到顯示單元4報警；②當外接的交流電源U處于正半周時，電阻R2上的電壓Ul古0，當外接的交流電源U處于負半周時，電阻R2上的電壓U2古0，且Ul古U2，判斷工作狀態(tài)為本安先導回路I短路，輸出信號到顯示單元4報警；③當外接的交流電源U處于正半周和負半周時，電阻R2上的正半周電壓Ul=負半周電壓U2，且Ul ^ 0, U2 ^ 0，判斷工作狀態(tài)為本安先導回路I正常連通無故障，輸出信號到顯示單元4顯示工作狀態(tài)正常，同時輸出信號到執(zhí)行單元5，通過繼電器K的常開靜觸點Kl閉合閉鎖啟動按鈕SI ；④當外接的交流電源U處于正半周時，電阻R2上的電壓Ul= 0，當外接的交流電源U處于負半周時，電阻R2上的電壓U2辛0，判斷工作狀態(tài)為本安先導回路I正常斷開無故障。輸出信號到顯示單元4顯示工作狀態(tài)正常。以上實施例是對本實用新型的具體實施方式
的說明，而非對本實用新型的限制，有關技術領域的技術人員在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換和變化而得到相對應的等同的技術方案，因此所有等同的技術方案均應該歸入本實用新 型的專利保護范圍。
權利要求1.一種自我故障判別先導回路系統(tǒng)，包括本安先導回路(I)、信號處理單元(2)、邏輯判斷控制單元(3)、顯示單元(4)、執(zhí)行單元(5)，其特征在于所述的本安先導回路(I)具有第一交流電源輸入端、第二交流電源輸入端和信號電壓輸出端；所述的信號處理單元(2)具有信號電壓輸入端、直流耦合電壓輸入端以及信號輸出端；所述的邏輯判斷控制單元(3)具有信號輸入端、控制信號輸出端和顯示信號輸出端；所述的顯示單元(4)具有顯示信號輸入端；所述的執(zhí)行單元(5)具有控制信號輸入端和直流電源端；所述的本安先導回路(I)的第一交流電源輸入端和第二交流電源輸入端使用時均與外接的交流電源(U)電連接；信號處理單元(2)的信號電壓輸入端與本安先導回路(I)的信號電壓輸出端電連接，信號處理單元(2)的直流耦合電壓輸入端使用時與外接的直流電源(VDD)電連接；邏輯判斷控制單元(3)的信號輸入端與信號處理單元(2)的信號輸出端電連接；顯示單元(4)的顯示信號輸入端與邏輯判斷控制單元(3)的顯示信號輸出端電連接；執(zhí)行單元(5)的控制信號輸入端與邏輯判斷控制單元(3)的控制信號輸出端電連接；執(zhí)行單元(5)的直流電源端使用時與外接的直流電源(VCC)電連接。
2.根據權利要求I所述的自我故障判別先導回路系統(tǒng)，其特征在于所述的本安先導回路(I)包括線路(L)、啟動按鈕(SI)、停止按鈕(S2)、電阻(R1)、電阻(R2)、電阻(R3)、二極管(DI)、二極管(D2 )、二極管(D3 )、二極管(D4 );所述的二極管(Dl)的正極和二極管(D2 )的負極的公共接點即為所述的本安先導回路(I)的第一交流電源輸入端；二極管(Dl)的負極與電阻(Rl)的一端電連接，電阻(Rl)的另一端與停止按鈕(S2)的一個接線端電連接；停止按鈕(S2)的另一個接線端、啟動按鈕(SI)的一端和所述的執(zhí)行單元(5)的開關繼電器(K)的動觸頭共線；啟動按鈕(SI)的另一端與二極管(D2)的正極、二極管(D3)的負極、二極管(D4)的正極以及所述的執(zhí)行單元(5)的開關繼電器(K)的常開靜觸頭共線；二極管(D3)的正極與電阻(R3)的一端電連接；電阻(R3)的另一端、電阻(R2)的一端和二極管(D4)的負極電連接形成公共接點，該公共接點即為所述的本安先導回路(I)的信號電壓輸出端；電阻(R2)的另一端即為所述的本安先導回路(I)的第二交流電源輸入端； 所述的信號處理單元(2)包括電阻(R4)、電阻(R5)和運算放大器(T);電阻(R4)的一端即為所述的信號處理單元(2)的信號電壓輸入端；電阻(R4)的另一端、電阻(R5)的一端和運算放大器(T)的反相輸入端共線；運算放大器(T)的正相輸入端即為所述的信號處理單元(2)的直流耦合電壓輸入端；電阻(R5)的另一端與運算放大器(T)的輸出端電連接形成公共接點，該公共接點即為所述的信號處理單元(2)的信號電壓輸出端； 所述的邏輯判斷控制單元(3)包括單片機和上級處理器；單片機具有信號輸入端，上級處理器具有信號輸出端；上級處理器與單片機電連接，單片機的信號輸入端即為所述的邏輯判斷控制單元(3)的信號輸入端；上級處理器的信號輸出端即為所述的邏輯判斷控制單元(3)的顯示信號輸出端； 所述的顯示單元(4)包括顯示屏，所述的顯示屏具有信號輸入端，該信號輸入端即為所述的顯示單元(4)的顯示信號輸入端； 所述的執(zhí)行單元(5)包括開關繼電器(K)、電阻(R6)、電阻(R7)、三極管(VT)和二極管(D5);電阻(R6)的一端即為所述的執(zhí)行單元(5)的控制信號輸入端；電阻(R6)的另一端、電阻(R7)的一端以及三極管(VT)的基極共線；電阻(R7)的另一端以及三極管(VT)的射極接地；三極管(VT)的集電極、二極管(D5)的正極和開關繼電器(K)的線圈的一個接線端共線；二極管(D5)的負極和開關繼電器(K)的線圈的另一個接線端電連接而形成公共接點，該公共接點即為所述的執(zhí)行單元(5)的直流電源端；開關繼電器(K)的常開靜觸頭與所述的本安先導回路(I)的啟動按鈕(SI)的一端電連接；開關繼電器(K)的動觸頭與啟動按鈕(SI)的另一端電連接。
3.根據權利要求2所述的自我故障判別先導回路系統(tǒng)，其特征在于所述的電阻(Rl)和電阻(R3)的電阻值相等；電阻(R4)和電阻(R5)的電阻值相等。
專利摘要本實用新型提供一種自我故障判別先導回路系統(tǒng)，包括本安先導回路、信號處理單元、邏輯判斷與控制單元、顯示單元、執(zhí)行單元；本安先導回路包括啟動按鈕、停止按鈕、三只電阻和四只二極管，本安先導回路利用二極管的單向導通性構成交流電源的正、負半周的兩個通電回路；信號處理單元將取樣電壓信號送至邏輯判斷與控制單元處理后由顯示單元進行顯示并由控制單元執(zhí)行相關動作。本實用新型將交流電的正負半周在電阻上產生的壓降變化與電氣設備的正常合閘、開閘以及線路短路和斷路故障相聯(lián)系，有效實現(xiàn)先導回路故障自我判別。電路結構簡單，可靠性強，成本較低，能較好地適應煤礦進下復雜工作環(huán)境，達到煤礦安全相關規(guī)定的要求。
文檔編號H02H3/08GK202586268SQ20122015244
公開日2012年12月5日 申請日期2012年4月12日 優(yōu)先權日2012年4月12日
發(fā)明者史友仁, 于鑠航 申請人:天地(常州)自動化股份有限公司, 中煤科工集團常州自動化研究院