礦用道岔控制器按鈕電路安全性分析與設(shè)計
摘要:介紹了一種礦用道岔控制器的按鈕電路,通過對現(xiàn)有按鈕控制方式的隱患分析與電路改進設(shè)計,闡述了其存在隱患的設(shè)計對策。通過對按鈕線路絕緣阻抗特性分析,結(jié)合線路絕緣檢測技術(shù),設(shè)計實現(xiàn)了具有絕緣檢測功能的按鈕線路漏電監(jiān)督電路,解決了因按鈕線路漏電引起的誤動作驅(qū)動,從而實現(xiàn)了道岔控制器的安全可靠工作。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201610/308073.htm0 引言
礦用道岔控制器主要用于礦山鐵軌運輸上,以取代“人工扳道器”。該通常由控制按鈕、執(zhí)行器、顯示器三部分組成,控制器接收到控制按鈕信號后,控制執(zhí)行器動作,推動道岔連桿到達目標(biāo)位置,位置傳感器將信號反饋給控制器,再由道岔指示器顯示道岔當(dāng)前位置,處于單機工作狀態(tài),而關(guān)于道岔在按鈕控制狀態(tài)下的安全性研究很少,本文針對于此,結(jié)合道岔按鈕控制的應(yīng)用現(xiàn)狀,并進行安全性分析,闡述其存在的安全隱患,提出改進對策。
1 按鈕回路安全性分析
控制器按鈕為二線制隔爆兼本安型白復(fù)式按鈕,外殼為金屬材料。在工作時,由于控制器的控制指令觸發(fā)源為控制按鈕信號,該信號的安全性對保障裝置的工作可靠極為重要。
不管道岔控制器是隔爆型還是隔爆兼本安型,按鈕信號回路一般設(shè)計為此兩種信號類型選其一:本安型信號或非本安型信號。眾所周知,本安信號回路與非本安供電側(cè)通常有AC(2U+1000)V的隔離耐壓設(shè)計要求(不小于AC1500V,U指本安電路與非本安電路的電壓有效值之和),而非本安信號則無此設(shè)計限制,基于此,首先對控制按鈕回路的安全狀況進行分析,分如下兩種情況。
1.1 按鈕本安信號
由于礦井軌道運輸環(huán)境惡劣,經(jīng)常有潮濕浸泡、線路破損等因素,影響按鈕線路的絕緣性能,進而會使線路絕緣防護性能下降,又由于與主供電路有較高的隔離耐壓,當(dāng)發(fā)生按鈕回路線路因絕緣下降導(dǎo)致的較大漏電流時,為控制器供電的上一級供電設(shè)備即使有漏電保護功能也不會被檢測到,從而使設(shè)備處于帶病工作狀態(tài),存在安全隱患。
如圖1所示,不管此按鈕回路信號的性質(zhì)是電壓型、電流型還是頻率型,當(dāng)遇到接線質(zhì)量不良、絕緣電阻下降或強磁干擾時,都會不同程度的使之突破邏輯門限,使等效電阻R0、Rx或Ry的阻值大幅度降低,進入非設(shè)計意圖工作區(qū)間,嚴(yán)重者導(dǎo)致按鈕回路誤導(dǎo)通,進而產(chǎn)生非人為控制觸發(fā)源,當(dāng)此時有車輛通過時,會造成機車車輛掉道事故,存在嚴(yán)重安全隱患,不符合故障安全導(dǎo)向設(shè)計原則。
1.2 按鈕非本安信號
針對于采用非本安信號設(shè)計的按鈕控制回路,由于非本安信號的電路特性,通常非本安信號與供電系統(tǒng)不受電氣隔離的設(shè)計限制;當(dāng)采用隔離設(shè)計時,分析如1.1不再贅述。下面主要分析按鈕信號與供電系統(tǒng)處于非隔離狀態(tài)下安全應(yīng)用狀況。
由于控制器工作電源的是礦用隔爆型供電綜合保護裝置,該保護裝置具有漏電保護功能,當(dāng)供電輸出線路發(fā)生漏電流時,可以切斷供電輸出,實現(xiàn)自動保護。即使此時控制器發(fā)出了驅(qū)動信號,因供電電源被瞬間切斷,執(zhí)行機構(gòu)不會發(fā)生動作。
由此可以看出,當(dāng)按鈕回路采取非本安信號設(shè)計時,其存在的安全隱患并沒有本質(zhì)上的改變,只是將本裝置的安全性寄托于供電保護裝置,當(dāng)遠(yuǎn)端的供電保護裝置發(fā)生保護不良時,仍然會存在引發(fā)道岔誤動作控制驅(qū)動的可能。
2 按鈕電路改進設(shè)計
為了徹底解決這一安全隱患,需要對道岔控制器的控制按鈕信號檢測電路進行改進設(shè)計,根據(jù)如上分析,按鈕信號檢測電路應(yīng)采用本安化設(shè)計,將信號回路設(shè)計為電流型,同時要遵循故障安全導(dǎo)向原則,在本安側(cè)增設(shè)漏電檢測電路。對于電纜線路的絕緣狀況監(jiān)督電路實現(xiàn)方式一般都采用直流支路檢測法,本文設(shè)計一種簡單的漏電監(jiān)督電路,如圖2所示。
圖2電路所示,對前述所分析的異常工況,能避免錯誤輸出,電路原理介紹如下:
AN-A、AN-B為外接控制按鈕的線路引出端口,SH為外殼接地引入端口。電路中,通過電阻R1、R2,可以將回路電流設(shè)計在一定的范圍內(nèi),使按鈕信號回路電流有一定的健壯性;再通過電阻R13和光耦U2構(gòu)成的二次防護電路設(shè)計,可以有效實現(xiàn)對按鈕端子間等效電阻R0(圖1所示)的有效檢測,只有當(dāng)R0小于某個設(shè)計的電阻閾值時,才致光耦U1、U2同時導(dǎo)通,使AN-1、AN-2端口同時輸出邏輯“1”電平。
圖2電路中,電路設(shè)計為對按鈕本安回路的電壓型信號正極、負(fù)極同時進行漏地檢測。常態(tài)時AN-3端口輸出為邏輯“1”電平,當(dāng)因絕緣性能下降,絕緣電阻降低到設(shè)計閾值之下時,漏電檢測電路致U3光耦導(dǎo)通,漏地防護電路的AN-3端口輸出為邏輯“0”電平。
為了判定按鈕是否一次有效閉合,控制器CPU在對按鈕信號進行采集處理時,同時采集電路中端口AN-1、AN-2、AN-3輸出信號的邏輯狀態(tài),進行邏輯“與”處理,并結(jié)合以時間為基準(zhǔn)的軟硬件過濾處理算法,只有采集到一定脈寬的信號才判定為有效控制信號,從而能從根本上解決按鈕信號回路的驅(qū)動安全隱患。
3 結(jié)束語
本文通過對礦用道岔控制器現(xiàn)有按鈕控制方式的隱患分析與電路改進設(shè)計,闡述了其存在隱患的設(shè)計對策。通過對按鈕線路絕緣阻抗特性分析,結(jié)合線路絕緣檢測技術(shù),設(shè)計實現(xiàn)了具有絕緣檢測功能的按鈕線路漏電監(jiān)督電路,解決了因按鈕線路漏電、觸點絕緣性能下降引起的誤動作驅(qū)動,從而實現(xiàn)了道岔控制器的安全可靠工作。
當(dāng)然,為了實現(xiàn)礦用道岔控制器的安全應(yīng)用,按照國家煤礦安全規(guī)程要求,裝備具有聯(lián)測聯(lián)控功能的監(jiān)控系統(tǒng)是必由之路,將工作現(xiàn)場的設(shè)備統(tǒng)一進行遠(yuǎn)程監(jiān)控,能從根本上解決現(xiàn)場設(shè)備工作隱患問題。
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