本安火花試驗(yàn)裝置關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

雷文龍

摘 要：本文介紹了一種本安火花試驗(yàn)[1]電路的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)，給出了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了試驗(yàn)與標(biāo)定電路系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該裝置具有功能齊全、操作簡(jiǎn)單、配氣準(zhǔn)確、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，已在重慶安標(biāo)檢測(cè)研究有限公司的本安電氣產(chǎn)品檢驗(yàn)過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：本安火花;標(biāo)定電路;數(shù)據(jù)采集

中圖分類(lèi)號(hào)：TD601 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）21-0064-02

0 引言

本質(zhì)安全電路廣泛應(yīng)用在石油、化工、紡織和煤礦等含有爆炸性混合物環(huán)境中。國(guó)內(nèi)各檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)本質(zhì)安全電路的評(píng)價(jià)現(xiàn)階段均是依據(jù)GB 3836.4—2010爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第4部分：本質(zhì)安全型“i”的規(guī)定，將被試電路中那些被認(rèn)為可能出現(xiàn)開(kāi)路、短路或接地故障的每一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)接入火花裝置的電極上，電極在充滿(mǎn)爆炸性混合氣體的試驗(yàn)槽內(nèi)由電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)并進(jìn)行重復(fù)性的短路放電，在規(guī)定的轉(zhuǎn)數(shù)內(nèi)是否點(diǎn)燃爆炸性試驗(yàn)混合氣體，由此判定電路的本質(zhì)安全性。因此本安火花實(shí)驗(yàn)裝置（以下簡(jiǎn)稱(chēng)裝置）在電氣本質(zhì)安全產(chǎn)品的檢驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中起著不可替代的關(guān)鍵作用。

1 裝置總體方案設(shè)計(jì)

裝置主要由火花點(diǎn)燃試驗(yàn)槽系統(tǒng)、配氣管路系統(tǒng)、試驗(yàn)與標(biāo)定電路系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)等五大部分組成，各部分關(guān)系如圖1。

2 關(guān)鍵子設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)試驗(yàn)電路與標(biāo)定電路設(shè)計(jì)

試驗(yàn)電路用于被試電路引入，如圖2，當(dāng)試驗(yàn)電極轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到200轉(zhuǎn)時(shí)，繼電器KM2、KM4斷開(kāi)，KM1、KM3吸合，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)極性轉(zhuǎn)換。當(dāng)400轉(zhuǎn)未爆時(shí)，繼電器KM5、KM6斷開(kāi)，KM7吸合，斷開(kāi)試驗(yàn)電路，接入標(biāo)定電路。試驗(yàn)電路選用40A大電流、大觸點(diǎn)繼電器減小接觸電阻小;繼電器均只用一對(duì)觸點(diǎn)，可拉大各線之間的距離，減小電感;電線選用4mm2的去皮單芯銅線，大線徑有利于減小電阻，但經(jīng)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)太大不利于走線。銅線去皮有利于減小電容。同時(shí)，為減小電容、電阻、電感，在實(shí)際走線時(shí)應(yīng)盡量縮短走線距離。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB3836.4的規(guī)定，在每一系列火花點(diǎn)燃試驗(yàn)前，應(yīng)對(duì)火花試驗(yàn)裝置的靈敏度進(jìn)行檢查。在火花試驗(yàn)裝置的兩極之間引入95（±5）mH電感，施加24V直流電壓后與“模塊電路”構(gòu)成標(biāo)定電路，如圖3。繼電器KM7對(duì)標(biāo)定電路與試驗(yàn)電路間進(jìn)行切換，通過(guò)KM8選擇試驗(yàn)安全系數(shù)，由KM9～KM12選擇試驗(yàn)組別?！澳K電路”由不同數(shù)值電阻串聯(lián)，用于將電流控制在各試驗(yàn)組別規(guī)定的范圍內(nèi)。電極旋轉(zhuǎn)440轉(zhuǎn)以?xún)?nèi)，如果試驗(yàn)槽內(nèi)爆炸混合物點(diǎn)燃，則認(rèn)為裝置靈敏度合格。

2.2 數(shù)據(jù)采集

裝置需要采集的數(shù)據(jù)有極握軸的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)數(shù)、試驗(yàn)槽內(nèi)壓力、配氣濃度三種數(shù)據(jù)。

2.2.1 極握軸的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)數(shù)

采用光電對(duì)管測(cè)量極握軸的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)數(shù)。在極握軸上設(shè)計(jì)一個(gè)帶缺口的圓盤(pán)，在圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)，固定好的光電對(duì)管可經(jīng)過(guò)缺口照射到一次產(chǎn)生一次電壓信號(hào)。由PLC開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)采集模塊可采集此信號(hào)個(gè)數(shù)，同時(shí)可計(jì)算相鄰兩個(gè)信號(hào)之間的間隔時(shí)間。信號(hào)個(gè)數(shù)即為轉(zhuǎn)數(shù)。通過(guò)公式：V=60/T，T為相鄰兩個(gè)信號(hào)之間的間隔時(shí)間（秒）。即可計(jì)算轉(zhuǎn)速。

2.2.2 試驗(yàn)槽內(nèi)壓力

在試驗(yàn)槽底板出氣側(cè)氣體通路上設(shè)計(jì)有一螺紋，安裝高速壓力傳感器，傳感器量程為（-0.1～1.0）MPa，負(fù)量程用于抽真空時(shí)。正量程用于測(cè)量爆炸壓力。由PLC模擬量采集模塊采集數(shù)據(jù)。

2.2.3 配氣濃度

對(duì)氣體混合物，采用在線氣體分析儀進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并通過(guò)RS485接口上傳入工控機(jī)。

2.3 數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)上位機(jī)采用工控機(jī)搭載組態(tài)王軟件，組態(tài)王具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。它實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫(huà)面，并以動(dòng)畫(huà)方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。下位機(jī)采用PLC，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，開(kāi)關(guān)量控制信號(hào)的輸出，控制各繼電器動(dòng)作。

伺服電機(jī)自帶有專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)器，帶RS485可與工控機(jī)通訊，通過(guò)組態(tài)王軟直接控制各部分的控制邏輯關(guān)系如圖4。

3 結(jié)語(yǔ)

該裝置具有功能齊全、操作簡(jiǎn)單、配氣準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，已在重慶安標(biāo)檢測(cè)研究有限公司的本安電氣產(chǎn)品檢驗(yàn)過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] GB3836.4-2010，爆炸性環(huán)境第4部分：由本質(zhì)安全型“i”保護(hù)的設(shè)備[S].