電動/氣動轉轍機安全型控制器:專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附

《電動/氣動轉轍機安全型控制器》是合肥工大高科信息科技股份有限公司於2007年12月21日申請的發明專利，該專利的申請號為2007103024578，公布號為CN101186215，公布日為2008年5月28日，發明人是陸陽、魏臻、程運安、韓江洪、胡敏、李京彬、徐自軍、鮑紅傑、諸葛戰斌、劉燕華。

《電動/氣動轉轍機安全型控制器》涉及井下機車行駛軌道道岔驅動裝置一電動/氣動轉轍機的驅動控制及其工作狀態的檢測和傳送設備，並可作為煤礦機車運輸監控系統中的安全型關鍵設備。所要解決的問題是：為了克服2007年12月前已有轉轍機控制裝置的不足，提供一種可靠性高、兼容性強的電動/氣動轉轍機安全型控制器。特點是：採用雙MCU作為控制核心，內嵌軟體上做冗餘處理，對輸入信號及輸出信號均進行覆核處理，以頻率信號代替電平信號作為隔爆按鈕和道岔位置的檢測信號，提高了安全可靠性，在故障狀態發生時可自動進入安全工作模式。具有兩種控制輸出接口，根據外部連線埠接線方式不同，可以被選擇作為電動轉轍機或者是氣動轉轍機的控制設備。具有的後備電源可向系統提供位置狀態信號大於4小時，調度人員在外部電網停電時仍可通過監控系統了解岔位信息。

2014年11月6日，《電動/氣動轉轍機安全型控制器》獲得第十六屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《電動/氣動轉轍機安全型控制器》摘要附圖）

基本介紹

中文名：電動/氣動轉轍機安全型控制器
公布號：CN101186215
公布日：2008年5月28日
申請號：2007103024578
申請日：2007年12月21日
申請人：合肥工大高科信息科技股份有限公司
地址：安徽省合肥市高新區天智路27號
發明人：陸陽、魏臻、程運安、韓江洪、胡敏、李京彬、徐自軍、鮑紅傑、諸葛戰斌、劉燕華
分類號：B61L5/06（2006.01）；G05B19/04（2006.01）
代理機構：安徽合肥華信智慧財產權代理有限公司
類別：發明專利
代理人：余成俊

專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,

專利背景

2007年12月前，井下機車運輸軌道的道岔，按控制方式分為機械、手控、集控3種形式。對於側向行車少且不常扳動的岔道，通常採用手動扳道器。對於機車過往頻繁的岔道採用司控道岔，由司機對道岔進行遙控操作。對於裝備有井下機車運輸監控系統的礦井均採用集控方式，在此方式下，司機和現場人員都不能操作該道岔，只能由運輸調度人員才能操作。為了提高生產運輸效率，礦井機車運輸部門必須要提高車場的機車通過能力，進而對機車運輸的安全要求也在逐步提高。因此，越來越多的礦井都已裝備或正在裝備煤礦機車運輸監控系統。公知的井下轉轍機控制設備主要包括兩種：電動轉轍機控制器（裝置）和氣動轉轍機控制器（裝置）。煤礦機車運輸部門受井下電力系統布置、巷道氣源位置等因素的影響，安裝的轉轍機控制設備既有電動型控制裝置，又有氣動型控制裝置。但這些設備分別由不同的研製單位生產或試製，自成一體，系統性不強，資源浪費大。即使上述設備可以接入運輸監控系統，受井下電磁環境、運輸線路布置等因素影響，其工作的安全可靠性不能滿足系統運行要求。

發明內容

專利目的

為了克服上述轉轍機控制裝置的不足，《電動/氣動轉轍機安全型控制器》提供一種可靠性高、兼容性強的電動/氣動轉轍機安全型控制器。

技術方案

《電動/氣動轉轍機安全型控制器》包括通信控制電路、看門狗電路、信號覆核電路、驅動電流信號採集電路、本安與非本安隔離電路、驅動輸出電路、本安電源電路、非本安電源電路、後備電源管理電路，其特徵在於：

A、所述通信控制電路中，採用雙MCU作為控制核心，內嵌冗餘軟體。解碼晶片（U3）的4個數據管腳（D0～D3）是MCU-A（U1）的I/O_4～I/O_7管腳和MCU-B（U2）的I/O_5～I/O_8管腳的公共端，解碼晶片（U3）的1個控制管腳（VT）是MCU-A（U1）的I/O_9管腳和MCU-B（U2）的I/O_1管腳的公共端，電容C48是VT管腳信號的濾波電容，時鐘發生晶片（U15）的13管腳和解碼晶片（U3）的16引腳相連，隔爆按鈕檢測信號KSB是MCU-A（U1）的I/O_10管腳和MCU-B（U2）的I/O_4管腳的公共端；

B、所述驅動電流信號採集電路中，運放（U20）的管腳4和A/D轉換晶片（U19）的C0管腳相連，U19的2、12、10管腳和串並轉換晶片（U21）的12、11、14管腳相連，共同組成電流信號採集電路，轉換數據通過A/D轉換晶片（U19）的OP管腳和串並轉換晶片（U21）的A～H管腳分別輸出至MCU-A（U1）的I/O_18管腳和MCU-B（U2）的I/O_16～I/O_23管腳；

C、所述驅動輸出電路中，場效應管Q20的管腳2是二極體D12陽極和D14陽極的公共端，場效應管Q21的管腳2是二極體D13陽極和D15陽極的公共端；

D、所述後備電源管理電路中，電阻R70和R71並聯後同三極體Q19的發射極相連，電源管理晶片（U22）的管腳2是電阻R73、R74及熱敏電阻R75的公共端，D19的陰極和繼電器RL1的管腳3相連。

所述的電動/氣動轉轍機安全型控制器，其特徵在於：採用符合串列異步編解碼信號工作機制的解碼晶片（U3），時鐘發生晶片（U15）提供該解碼晶片的振盪頻率。

所述的電動/氣動轉轍機安全型控制器，其特徵在於：採用頻率信號代替電平信號作為隔爆按鈕和道岔位置的檢測信號。時鐘發生晶片（U16）輸出信號規格為（3.7±10％）伏/8千赫的隔爆按鈕檢測源和信號規格為（3.7±10％）伏/1千赫的道岔位置檢測信號源。

所述的電動/氣動轉轍機安全型控制器，其特徵在於：驅動輸出電路中的驅動源極有兩個，輸出標稱電壓分別是DC170伏和DC24伏。若轉轍機和DJP端接線，則轉轍機工作電壓等於三相整流電路穩壓後的輸出電壓。若轉轍機和DCP端接線，則轉轍機工作電壓是24伏電源模組穩壓後的輸出電壓。

所述的電動/氣動轉轍機安全型控制器，其特徵在於：繼電器RL1的引腳1在外部電網停電時自動切換到引腳2，引腳2和後備電池的陽極相連。電池容量為3.7伏/1.5安時，可向運輸監控系統提供位置狀態信號大於4小時。

整體設計採用隔爆兼本安的設計方法，實現控制與被控制對象的本安與非本安信號的隔離、轉換。採用兩個MCU作為控制核心，內嵌軟體採用冗餘技術和故障安全技術設計。具備手控和集控兩種工作方式，驅動輸出接口可兼容電動型和氣動型兩種轉轍機。在外部電網停電時，後備電源可向系統提供位置狀態信號大於4小時。

有益效果

1、採用雙MCU作為控制核心，對輸入信號及輸出信號均進行覆核處理，以頻率信號取代電平信號作為隔爆按鈕和道岔位置的檢測信號，其安全係數提高50％以上。

2、具有兩種控制輸出接口，可以被選擇作為電動轉轍機或者是氣動轉轍機的控制設備，具有很強的兼容型。

3、後備電源可向系統提供位置狀態信號大於4小時，若外部電網停電，現場人員採用手動扳道岔，調度人員仍可通過監控系統了解岔位信息。

附圖說明

圖1為《電動/氣動轉轍機安全型控制器》電路原理框圖。

圖2為該發明通信控制電路單元原理圖。

圖3為該發明工作狀態信號採集電路單元原理圖。

圖4為該發明驅動輸出電路單元原理圖。

圖5為該發明後備電源管理電路單元原理圖。

權利要求

1.《電動/氣動轉轍機安全型控制器》包括通信控制電路、看門狗電路、信號覆核電路、驅動電流信號採集電路、本安與非本安隔離電路、驅動輸出電路、本安電源電路、非本安電源電路、後備電源管理電路，其特徵在於：

C、所述驅動輸出電路中，場效應管Q20的管腳2是二極體D12陽極和D14陽極的公共端，場效應管Q21的管腳2是二極體D13陽極和D15陽極的公共端；

2.根據權利要求1所述的電動/氣動轉轍機安全型控制器，其特徵在於：採用符合串列異步編解碼信號工作機制的解碼晶片（U3），時鐘發生晶片（U15）提供該解碼晶片的振盪頻率。

3.根據權利要求1所述的電動/氣動轉轍機安全型控制器，其特徵在於：採用頻率信號代替電平信號作為隔爆按鈕和道岔位置的檢測信號。時鐘發生晶片（U16）輸出信號規格為（3.7±10％）伏/8千赫的隔爆按鈕檢測源和信號規格為（3.7±10％）伏/1千赫的道岔位置檢測信號源。

4.根據權利要求1所述的電動/氣動轉轍機安全型控制器，其特徵在於：驅動輸出電路中的驅動源極有兩個，輸出標稱電壓分別是DC170伏和DC24伏。若轉轍機和DJP端接線，則轉轍機工作電壓等於三相整流電路穩壓後的輸出電壓。若轉轍機和DCP端接線，則轉轍機工作電壓是24伏電源模組穩壓後的輸出電壓。

5.根據權利要求1所述的電動/氣動轉轍機安全型控制器，其特徵在於：繼電器RL1的引腳1在外部電網停電時自動切換到引腳2，引腳2和後備電池的陽極相連。電池容量為3.7伏/1.5安時，可向運輸監控系統提供位置狀態信號大於4小時。

實施方式

參見圖1，《電動/氣動轉轍機安全型控制器》包括通信控制電路、看門狗電路、信號覆核電路、驅動電流信號採集電路、本安與非本安電路隔離、驅動輸出電路、本安電源輸出、非本安電源輸出、後備電源管理電路。

參見圖2，在通信電路中，解碼晶片（U3）的4個數據管腳（D0～D3）是MCU-A（U1）的I/O_4～I/O_7管腳和MCU-B（U2）的I/O_5～I/O_8管腳的公共端。解碼晶片（U3）的1個控制管腳（VT）和MCU-A（U1）的I/O_9管腳及MCU-B（U2）的I/O_1管腳相連，作為兩個MCU內嵌軟體執行讀解碼信息的觸發信號。電容C48是VT管腳信號的濾波電容，時鐘發生晶片（U15）的13管腳和解碼晶片（U3）的16引腳相連，KSB（隔爆按鈕檢測信號）是MCU-A（U1）的I/O_10管腳和MCU-B（U2）的I/O_4管腳的公共端，KSB是信號規格為8kHz/5伏的頻率信號。

參見圖3，運放（U20）的管腳4和A/D轉換晶片（U19）的C0管腳相連，A/D轉換晶片的2、12、10管腳和串並轉換晶片（U21）的12、11、14管腳相連，共同組成電流信號採集電路。轉換數據通過A/D轉換晶片（U19）的OP管腳和串並轉換晶片（U21）的A～H管腳分別輸出至MCU-A（U1）的I/O_18管腳和MCU-B（U2）的I/O_16～I/O_23管腳，兩個MCU對電流信號轉換數據的讀入方式分別是串列方式和並行方式。

參見圖4，場效應管Q20的管腳2是二極體D12陽極和D14陽極的公共端，場效應管Q21的管腳2是二極體D13陽極和D15陽極的公共端。按照外部連線埠接線方式不同，Q20的管腳2（與Q21的管腳2相同）上的電壓不同。若轉轍機和DJP端接線，則電壓等於三相整流電路輸出電壓。若轉轍機和DCP端接線，則電壓是DC24伏穩壓後的輸出電壓。

參見圖5，電阻R70和電阻R71並聯後同三極體Q19的發射極相連，調節R70和R71的大小，可將充電電流設定在100毫安～200毫安範圍內。電源管理晶片（U22）的管腳2是電阻R73、R74及熱敏電阻R75的公共端，R73、R74、R74共同組成了電池的充電溫度檢測單元。D19的陰極和繼電器RL1的管腳3相連，通過繼電器實現DC5伏電源和後備電源的切換。時鐘發生晶片（U16）輸出信號規格為（3.7±10％）伏/8千赫的隔爆按鈕檢測源和信號規格為（3.7±10％）伏/1千赫的道岔位置檢測信號源。

榮譽表彰