摘要：介紹了一種礦用道岔控制器的按鈕電路，通過對現有按鈕控制方式的隱患分析與電路改進設計，闡述了其存在隱患的設計對策。通過對按鈕線路絕緣阻抗特性分析，結合線路絕緣檢測技術，設計實現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動，從而實現了道岔控制器的安全可靠工作。

0 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前位置，處于單機工作狀態(tài)，而關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，結合道岔按鈕控制的應用現狀，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通常有AC(2U+1000)V的隔離耐壓設計要求(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，當發(fā)生按鈕回路線路因絕緣下降導致的較大漏電流時，為控制器供電的上一級供電設備即使有漏電保護功能也不會被檢測到，從而使設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是電壓型、電流型還是頻率型，當遇到接線質量不良、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，進入非設計意圖工作區(qū)間，嚴重者導致按鈕回路誤導通，進而產生非人為控制觸發(fā)源，當此時有車輛通過時，會造成機車車輛掉道事故，存在嚴重安全隱患，不符合故障安全導向設計原則。

1.2 按鈕非本安信號

針對于采用非本安信號設計的按鈕控制回路，由于非本安信號的電路特性，通常非本安信號與供電系統不受電氣隔離的設計限制;當采用隔離設計時，分析如1.1不再贅述。下面主要分析按鈕信號與供電系統處于非隔離狀態(tài)下安全應用狀況。

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，當供電輸出線路發(fā)生漏電流時，可以切斷供電輸出，實現自動保護。即使此時控制器發(fā)出了驅動信號，因供電電源被瞬間切斷，執(zhí)行機構不會發(fā)生動作。

由此可以看出，當按鈕回路采取非本安信號設計時，其存在的安全隱患并沒有本質上的改變，只是將本裝置的安全性寄托于供電保護裝置，當遠端的供電保護裝置發(fā)生保護不良時，仍然會存在引發(fā)道岔誤動作控制驅動的可能。

2 按鈕電路改進設計

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計，根據如上分析，按鈕信號檢測電路應采用本安化設計，將信號回路設計為電流型，同時要遵循故障安全導向原則，在本安側增設漏電檢測電路。對于電纜線路的絕緣狀況監(jiān)督電路實現方式一般都采用直流支路檢測法，本文設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，可以將回路電流設計在一定的范圍內，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構成的二次防護電路設計，可以有效實現對按鈕端子間等效電阻R0(圖1所示)的有效檢測，只有當R0小于某個設計的電阻閾值時，才致光耦U1、U2同時導通，使AN-1、AN-2端口同時輸出邏輯“1”電平。

圖2電路中，電路設計為對按鈕本安回路的電壓型信號正極、負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，當因絕緣性能下降，絕緣電阻降低到設計閾值之下時，漏電檢測電路致U3光耦導通，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，并結合以時間為基準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動安全隱患。

3 結束語

本文通過對礦用道岔控制器現有按鈕控制方式的隱患分析與電路改進設計，闡述了其存在隱患的設計對策。通過對按鈕線路絕緣阻抗特性分析，結合線路絕緣檢測技術，設計實現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動，從而實現了道岔控制器的安全可靠工作。

當然，為了實現礦用道岔控制器的安全應用，按照國家煤礦安全規(guī)程要求，裝備具有聯測聯控功能的監(jiān)控系統是必由之路，將工作現場的設備統一進行遠程監(jiān)控，能從根本上解決現場設備工作隱患問題。