专利名称：液压支架总线控制的信号中继器的制作方法
技术领域：
液压支架总线控制的信号中继器技术领域[0001]本实用新型涉及矿井下工作面液压支架的总线控制领域，具体涉及一种用于液压支架总线控制的信号中继器。
背景技术：
[0002]煤炭工业是我国重要的基础产业，我国煤炭资源丰富，在未来相当长的时期内，以煤为主的能源供应格局不会改变。我国煤炭工业“十五”和“十一五”时期的重要发展目标是煤炭产业结构调整，实施大集团战略，淘汰落后生产线，提高煤矿生产技术装备水平和采煤机械化程度。[0003]按照这一目标要求，各煤矿企业集团必须积极推进采煤工艺改革和技术改造，做到壁式正规化开采。加快提升煤炭生产和设备制造技术水平，采用高新技术和先进适用技术，加快高产高效矿井建设。提高煤矿装备现代化、系统自动化、管理信息化水平，淘汰落后的技术装备与工艺，推动煤炭工业科技进步和生产发展。提高煤炭重大技术装备研发和制造能力，促进重大装备制造国产化，尽快达到世界先进水平。[0004]按照这一目标要求，各煤炭装备制造企业必须建设高产、高效、安全的现代化矿井技术，建成一批以国产化设备为主的采、掘、运、提机电一体化的高效、安全、集约化、现代化生产矿井。同时不断攻克自动化采煤工作面关键技术，重点研究液压支架的程序控制功能， 使液压支架能够与采煤机、刮板运输机等相关设备协调动作。[0005]液压支架电液控制系统是实现矿井综采工作面生产自动化的关键设备，利用液压支架电液控制系统可实现综采工作面生产设备的自动控制，提高工作面生产效率，改善工作面生产条件，达到安全生产的目的。随着我国煤炭工业结构升级步伐的加快，国家关于煤炭工业的宏观调控及重大设备国产化政策的进一步推进，“十一五”期间国内将重点研制高端液压支架，其核心是电液控制系统。信号中继器是电液控制系统的关键技术，是实现综合机械化自动采煤不可缺少的组成部分。[0006]煤矿井下工作面液压支架较多，一个工作面有数百台液压支架，每台支架上安装有一台控制器，因此造成总线传输太长，对干扰的抑制不利。同时，受矿用防爆电源容量的限制，工作面数量较多的液压支架必须采用多台电源供电。因此，在工作面液压支架的电液控制系统中需要采用某种装置对总线上的差分电压信号进行隔离、耦合、放大和传输，才能扩大液压支架控制的通信传输距离，增加总线上的节点数目，提高通信可靠性，以及对电源进行隔离，以便工作面能分散使用多台防爆电源。发明内容[0007]本实用新型的目的是提供液压支架总线控制的信号中继器，本实用新型可对总线上的差分电压信号进行隔离、耦合、放大和传输，扩大液压支架总线控制的通信传输距离， 增加总线上的节点数目，提高通信可靠性。实现上述目的的技术方案如下[0008]液压支架总线控制的信号中继器，包括3[0009]一对总线驱动器，接收来自于总线上的信号以及发送总线信号；以及光电隔离耦合电路，对来自于总线驱动器发送的总线信号进行隔离与耦合，削减总线上的干扰信号；以及延时闭锁时序逻辑控制电路，用于总线上出现数据时对总线驱动器和光电隔离耦合电路产生控制延时。采用了上述方案，本实用新型能对总线上的差分电压信号进行隔离、耦合、放大和传输，扩大液压支架总线控制的通信传输距离，增加总线上的节点数目，提高通信可靠性。 同时还要对电源进行隔离，以便工作面能分散使用多台防爆电源，保护总线安全型、可靠性及抗干扰能力。在中继器电路中，直接采用总线驱动电路、逻辑硬件电路实现总线信号的传输和闭锁，而不需要考虑数据缓存、判断何时发送等情况。本实用新型在对总线信号的隔离、耦合、放大和传输功能的同时，能实现供电、信号输入、信号输出三隔离，避免数据重传形成回路而使总线永远处于显性的错误状态，能多点匹配传输电缆的特性阻抗，能有效地滤除总线上的电磁干扰信号，能较好地保护总线驱动电路不会因为总线上的瞬态电压和过流冲击而损坏，连接时可任意调换左右两个接口。 具有分裂终端匹配电路，使长距离总线能多点匹配传输电缆的特性阻抗，有效抑制回波发射的干扰，减少误码率，提高总线的通信可靠性。具有RC低通滤波器电路，能有效地滤除总线上的电磁干扰信号，防止电磁干扰信号的传播，提高总线的抗干扰能力。具有瞬态电压抑制和电流限制保护电路，能较好地保护总线驱动电路不会因为总线上的瞬态电压和过流冲击而损坏。左右两边具有完全对称的收发电路和电源转换电路，左右两个接口无方向性，连接时可任意调换。
图Ia表示实用新型信号中继器的第一种外观及结构示意图；图Ib表示实用新型信号中继器的第二种外观及结构示意图；图2表示本实用新型信号中继器的原理框图；图3表示本实用新型信号中继器电路具体实施方式
参照图1，本实用新型的信号中继器有两种外观结构，主要是从安装方式上的差另|J，图Ia所示的是安装在防爆电源上或其附近，图Ib所示的是安装在支架之间。两种外观结构的信号中继器都是由壳体、电路板和两个4芯连接头组成，壳体正面具有两个指示灯， 指示左右两边电源是否引入。本实用新型的信号中继器左右两侧分别从所连接的设备中引入电源，分别供给中继器左右两侧信号收发电路。中继器左右两个接口无方向性，连接时可任意互换，左右两侧既可作为数据接收，又可作为数据发送，均能实现双向数据通信。图2表示本实用新型信号中继器原理框图，从图中看出，本实用新型信号中继器由双路总线驱动器、光电隔离耦合电路20、延时闭锁时序逻辑控制电路30、双路电源隔离与保护电路40、双路总线保护电路50、双路总线抗干扰电路60、双路总线匹配电路70组成。 通过电源隔离、光电隔离、延时闭锁控制及总线驱动器，实现长距离总线信号的隔离、耦合、 放大和传输。下现对组成本实用新型的各部分电路进行详细说明[0020]参照图2和图3，总线驱动器接收来自于总线上的信号以及发送总线信号，本实用新型中的总线驱动器为两个，分别是总线驱动器Ul和总线驱动器U6,安装时，两个总线驱动器分别位于光电隔离耦合电路20的左侧和右侧。参照图2和图3，光电隔离耦合电路20对来自于总线驱动器发送的总线信号进行隔离与耦合，削减总线上的干扰信号，提高总线数据通信时的可靠性和抗干扰性能。光电隔离耦合电路20主要由光电耦合器U4、光电耦合器TO、光电耦合器U7、限流电阻R6、上拉电阻R7、限流电阻R10、上拉电阻R11、电阻R14、上拉电阻R15组成。总线驱动器Ul的发送数据输入端T)(D与光电耦合器U5的输出端OUT相连，同时接上拉电阻Rll ；总线驱动器U6的发送数据输入端T)(D与光电耦合器U7的输出端OUT相连，同时接上拉电阻R15 ；总线驱动器U6的禁音端S与光电耦合器U4的输出端OUT相连，同时接上拉电阻R7。上拉电阻一方面用于保证光耦中的光敏三极管导通时输出低电平、截止时输出高电平；另一方面也是由于CAN总线的要求，总线驱动器的T)(D端的状态决定着高、低电平CAN电压输入/输出端 CANH、CANL的状态，CAN总线规定在空闲期间总线应呈隐性，即CAN网络中节点的缺省状态是隐性，这要总线驱动器的T)(D端的缺省状态为逻辑1 (高电平)；因此必须通过上拉电阻确保在不发送数据或出现异常情况时，T)(D端的状态为逻辑1 (高电平)。光电耦合器U7的输入端K与总线驱动器Ul的接收数据输入端RXD相连、A与限流电阻R14相连，光电耦合器U5的输入端K与总线驱动器U6的接收数据输入端RXD相连、A与限流电阻RlO相连，光电耦合器U4的输入端K和与非门U2A的输出引脚3相连、A与限流电阻R6相连；限流电阻是为了避免光耦导通时电流太大对供电电源的冲击，否则会造成相当大的尖峰脉冲噪声， 其峰-峰值可达IOOmV以上，而通常印刷电路板的分布电感使地线吸收不了这种噪声，将使电路产生自激，影响总线的正常传输。参照图2和图3，延时闭锁时序逻辑控制电路30用于总线上出现数据时对总线驱动器和光电隔离耦合电路产生控制延时。延时闭锁时序逻辑控制电路包括单稳态触发器、 与非门、电阻以及电容，电阻连接在电源与单稳态触发器之间，电容的一端连接单稳态触发器，电容的另一端接地，单稳态触发器的输出端连接与非门。从图3所示的原理图可以看出，延时闭锁时序逻辑控制电路是以单稳态触发器U3A和单稳态触发器TOB为核心组成的控制电路。由单稳态触发器U3A、与非门U2A、与非门U2C电阻R8、电容C16组成的控制电路，以及由单稳态触发器U3B、与非门U2B、与非门U2D电阻R9、电容C18组成的控制电路均用于检测总线上的信号，当总线上出现数据时产生控制延时，延时时间为Tl。总线上任意一侧(比如A侧)出现数据后，信号中继器从该侧驱动器收到该数据产生延时，然后经过光电耦合器延时，再经过另一侧的驱动器产生延时后达到总线的另一侧(B侧)，其传输延时时间为T2，B侧数据经过同样的延时又反向传输到A侧，由于中继器两侧的驱动器都同时具有接收和发送功能，因此如果没有与非门构成的触发器产生延时闭锁，则反传到A侧的数据将与A侧原有的数据产生竞争而形成回路，使总线永远处于显性状态。为了防止形成显性回路，与非门U2A的3脚经过光耦隔离后接总线驱动器U6的禁音端S，与非门U2B的6脚接总线驱动器Ul的禁音端S，且控制延时Tl必须大于2倍传输延时T2。当总线任意一侧有数据(显性电平)到来时，信号中继器该侧的驱动器禁音(S端为高电平)，只允许接收、禁止发送，接收完毕且延时Tl后，S端才使能允许发送，从而避免总线永远处于显性状态。参照图2和图3，电源隔离与保护电路40将输入的DC12. OV直流电压隔离并降压成DC5. OV直流供电电压，供信号中继器使用，DC12. OV的输入电压与DC5. OV供电电压必须在电气上完全隔离。在本实用新型中，有两路电源隔离与保护电路，对其中的一路电源隔离与保护电路的结构及原理进行说明。电源隔离与保护电路包括第一二极管D1、自恢复保险 FR1、第三二极管D3、第一电容Cl、隔离电源模块PW1、第二电容C2以及第十六电阻R16，第一二极管Dl的阴极端与自恢复保险FRl的一端串联，自恢复保险FRl的另一端与隔离电源模块PWl)的信号输入端连接，第三二极管D3与第一电容Cl并联后与隔离电源模块PWl的信号输入端和信号地连接，第二电容C2与第十六电阻R16并连接后连接在电源与地之间。 当外部DC12. OV输入到电源隔离与保护电路后，隔离电源模块PWl内部的振荡器启振，控制一个电子开关产生通断动作，使高频开关变压器初级得到一个幅度为12. OV的高频脉冲电压，然后通过高频开关变压器的磁场耦合，在次级和补偿级感应出一个幅度小于12. 0V、大于5. OV的高频低电压脉冲电压，次级感应电压经输出整流滤波电路后输出5. OV的直流电压，该5. OV的直流电压与DC12. OV供电电压在电气上完全隔离，补偿级感应电压经整流滤波后输出一个直流控制电压，闭环反馈给内部振荡器，保证输出电压的稳定。当外部输入的 DC12. OV直流电压极性加反时，防电源反接的第一二极管Dl截止，反向电源便无法加入到中继器内部电路，保护中继器不被损坏。当外部有瞬态高压时，瞬态抑制第三二极管D3加以吸收，防止瞬态高压进入中继器内部电路，保护中继器不被损坏。当中继器过流时，自恢复保险FRl断开，保护外部供电电源不被损坏。另一路电源隔离与保护电路由二极管D2、自恢复保险FR2、二极管D4、电容C4、隔离电源模块PW2、电容C3、电阻R17等组成。参照图2和图3，总线保护电路50的是把总线电流和总线电压限制在安全的范围内，保护总线不会因为总线上的过流冲击和瞬态电压而损坏。本实用新型中包含了两路总线保护电路，取其中的一路进行说明。总线保护电路第一限流电阻R18、第二限流电阻R19 第一瞬态抑制二极管D5以及第二瞬态抑制二极管D6，第二限流电阻R19的一端与第一瞬态抑制二极管D5的阴极端连接，第一瞬态抑制二极管D5的阳极端接地。当总线上出现过流冲击时限流电阻上压降增大，防止中继器启动时如果出现左右两边数据冲突而导致总线驱动器芯片烧坏或其它类似情况，把总线电流限制在安全的范围内，保护总线驱动电路不会因为总线上的过流冲击而损坏。当总线上出现瞬态电压时，瞬态抑制二极管工作阻抗降低， 允许大电流通过，把电压箝制到击穿电压，防雷击以及总线上的其它瞬变干扰，把总线电压限制在安全的范围内，保护总线驱动电路不会因为总线上的瞬态电压而损坏。另一总线保护电路由限流电阻R20、限流电阻R21、瞬态抑制二极管D7、瞬态抑制二极管D8组成。参照图2和图3，总线抗干扰电路60能有效滤除总线上的电磁干扰信号，防止电磁干扰信号的传播，提高总线的抗干扰能力。本实用新型中包含了两路总线抗干扰电路， 取其中的一路进行说明。总线抗干扰电路包括上拉电阻R1、下拉电阻R2、第十电容C10、第十一电容C11，上拉电阻Rl的连接电源与总线之间，下拉电阻R2连接总线与地之间，第十电容ClO和第十一电容Cll分别连接在总线与地之间。当总线上出现电磁干扰信号时，总线抗干扰电路60内部总线驱动器CANH、CANL端与地之间并联的电容将滤除总线上的高频干扰，防止电磁辐射。当总线上出现电磁干扰信号时，总线抗干扰电路内部总线驱动器CANH、 CANL端与地之间的上拉电阻和下拉电阻将有效地抑制反射波的干扰，保持总线处于高阻态时，接收端收到的始终是“1”电平，拉高信号的幅度，减少误码率。另一路总线抗干扰电路由电阻R22、电阻R23、电容C21和电容C22组成。[0026]参照图2和图3，总线匹配电路70主要用于解决传输线路远近端阻抗不匹配的影响，确保数据信号不会在总线两端反射。本实用新型中包含了两路总线匹配电路，取其中的一路进行说明总线匹配电路70第四电阻R4、第五电阻R5以及第十二电容C12，第四电阻 R4与第五电阻R5的一端分别与总线驱动器连接，第四电阻R4与第五电阻R5的另一端均通过第十二电容C12接地。总线匹配电路中的两个等值的第四电阻R4与第五电阻R5构成分裂终端电阻，其阻值近似等于传输电缆的特性阻抗，分裂终端的中间点通过分裂终端第十二电容C12接地。当总线传输信号时，分裂终端的第四电阻R4与第五电阻R5和十二电容C12将紧密匹配分裂终端电阻和传输电缆阻抗，消除了通信电缆中的信号产生的回波反射，提高了总线数据通信时的可靠性和抗干扰性能。另一路总线匹配电路由电阻R12、电阻 R13、电容C23组成。对于专业技术人员来说由以上描述可得出一系列的改进，这些改进应纳入诸从属权利要求的保护范围内。隔离电源模块、总线驱动器、光电耦合器、单稳态触发器、与非门型号的改变，并不脱离从属权利要求的保护范围。其它元器件型号或参数的改变，并不脱离从属权利要求的保护范围。由其它芯片构成的控制延时Tl电路以及由其它门电路构成的触发器闭锁电路用于CAN总线信号中继器时，并不脱离从属权利要求的保护范围。
权利要求1.液压支架总线控制的信号中继器，其特征在于，包括一对总线驱动器，接收来自于总线上的信号以及发送总线信号；以及光电隔离耦合电路，对来自于总线驱动器发送的总线信号进行隔离与耦合，削减总线上的干扰信号；以及延时闭锁时序逻辑控制电路，用于总线上出现数据时对总线驱动器和光电隔离耦合电路产生控制延时。
2.根据权利要求1所述的液压支架总线控制的信号中继器，其特征在于，延时闭锁时序逻辑控制电路包括单稳态触发器、与非门、电阻以及电容，电阻连接在电源与单稳态触发器之间，电容的一端连接单稳态触发器，电容的另一端接地，单稳态触发器的输出端连接与非门。
3.根据权利要求1所述的液压支架总线控制的信号中继器，其特征在于，还包括电源隔离与保护电路，将输入的DC12. OV直流电压隔离并降压成DC5. OV直流供电电压。
4.根据权利要求3所述的液压支架总线控制的信号中继器，其特征在于，电源隔离与保护电路包括第一二极管(Dl)、自恢复保险(FRl)、第三二极管(D3)、隔离电源模块(PWl)， 第一二极管(Dl)的阴极端与自恢复保险(FRl)的一端串联，自恢复保险(FRl)的另一端与隔离电源模块(PWl)的信号输入端连接，第三二极管(D3)的两端与隔离电源模块(PWl)的信号输入端和信号地连接。
5.根据权利要求1至3任意所述的液压支架总线控制的信号中继器，其特征在于，还包括将总线电流和总线电压限制在安全的范围内总线保护电路。
6.根据权利要求5所述的液压支架总线控制的信号中继器，其特征在于，所述总线保护电路第一限流电阻(R18)、第二限流电阻(R19)、第一瞬态抑制二极管(D5)以及第二瞬态抑制二极管(D6)，第二限流电阻(R19)的一端与第一瞬态抑制二极管(M)的阴极端连接， 第一瞬态抑制二极管(M)的阳极端接地。
7.根据权利要求1至3任意所述的液压支架总线控制的信号中继器，其特征在于，还包括用于滤除总线上的电磁干扰信号的总线抗干扰电路。
8.根据权利要求7所述的液压支架总线控制的信号中继器，其特征在于，所述总线抗干扰电路包括上拉电阻(Rl)、下拉电阻(R2)、第十电容(ClO)、第十一电容(Cll)，上拉电阻 (Rl)的连接电源与总线之间，下拉电阻(R2)连接总线与地之间，第十电容(ClO)和第十一电容(Cll)分别连接在总线与地之间。
9.根据权利要求1至3任意所述的液压支架总线控制的信号中继器，其特征在于，还包括用于传输线路远近端阻抗不受匹配影响的总线匹配电路。
10.根据权利要求9所述的液压支架总线控制的信号中继器，其特征在于，总线匹配电路包括第四电阻(R4)、第五电阻(R5)以及第十二电容(C12)，第四电阻(R4)与第五电阻 (R5)的一端分别与总线驱动器连接，第四电阻(R4)与第五电阻(R5)的另一端均通过第十二电容(C12)接地。
专利摘要本实用新型公开了液压支架总线控制的信号中继器，包括一对总线驱动器，接收来自于总线上的信号以及发送总线信号；以及光电隔离耦合电路，对来自于总线驱动器发送的总线信号进行隔离与耦合，削减总线上的干扰信号；以及延时闭锁时序逻辑控制电路，用于总线上出现数据时对总线驱动器和光电隔离耦合电路产生控制延时。本实用新型可对总线上的差分电压信号进行隔离、耦合、放大和传输，扩大液压支架总线控制的通信传输距离，增加总线上的节点数目，提高通信可靠性。
文档编号H04B3/54GK202309703SQ20112041375
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年10月26日
发明者兰康平, 曹辉, 陈治勇, 雷驰 申请人:成都力拓电控技术有限公司