一种Ｍ－ＢＵＳ总线本质安全栅制造技术

本实用新型专利技术公开了一种Ｍ－ＢＵＳ总线本质安全栅，所述总线本质安全栅连接在Ｍ－ＢＵＳ总线系统的主站和从站之间，包括依次连接的输入级、保护级Ⅰ、保护级Ⅱ和输出级，输入级实现Ｍ－ＢＵＳ总线输入的极性转换，并限制Ｍ－ＢＵＳ总线的短路电流；保护级Ⅰ和保护级Ⅱ均包括限压和过流保护电路，一起构成本质安全栅的冗余保护。输出级实现从一个通道到多个通道的扩展，增加驱动从站的数量。本实用新型专利技术实现了多级限压和过流保护，符合Ｍ－ＢＵＳ总线的本质安全要求，并且能够扩展Ｍ－ＢＵＳ总线系统的容量，降低了设备成本。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电子设备
，具体涉及一种非本安设备与本安设备之间的 安全栅，其符合M-BUS总线标准，工作在易燃易爆危险区的M-BUS从站可通过本安全栅连接 到M-BUS主站，组成本质安全防爆系统。
技术介绍
M-BUS (Meter-BUS，EW434-3)是消费类仪表国际通行标准。是一种经济实惠的 现场总线，具有良好的开放性，其拓扑结构为总线结构，采用普通的两芯电缆连接，同时完 成电源供电和数据通信的功能，在连接时不用区分极性，可按照任意拓扑结构布线施工，其 施工成本和难度大大下降。M-BUS总线电气接口应符合下列要求在从站由主站供电时，每个从站获得不大于2mA的电流，主站驱动能力应不小于 64个从站。主站至从站的信息传输是通过电平变化的方式来实现的。传号(逻辑电平为“1”) 时总线电压比空号时的总线电压大于10V，且总线电压小于等于42V;空号(逻辑电平为 “0”)时总线电压应大于12V。从站至主站信息传输是通过从站电流大小的变化来实现的。传号(逻辑电平“ 1 ”) 时传号电流为OmA 1. 5mA ；空号(逻辑电平“0”)时空号电流为在传号电流值的基础上 增加约IlmA 20mA;总线空闲时，主、从站应保持传号状态。安全栅又称安全保持器，是接在安全区的非本质安全电路和危险区的本质安全电 路之间，能在安全区和危险区之间双向转递电信号，并可限制因故障引起的安全区向危险 区的能量转递，将供给本质安全电路的电压或电流限制在一定安全范围内的装置。本质安全型安全栅应用在本安防爆系统的设计中，它是安装于安全场所并含有本 安电路和非本安电路的装置，电路中通过限流和限压电路限制了送往现场本安回路的能 量，从而防止非本安电路的危险能量串入本安电路，它在本安防爆系统中称为关联设备，是 本安系统的重要组成部分。一般安全栅有齐纳式、隔离式。齐纳式安全栅，电路中采用快速熔断器、限流电阻或限压二极管以对输入的电能 量进行限制，从而保证输出到危险区的能量。隔离式安全栅，采用了将输入、输出以及电源三方之间相互电气隔离的电路结构， 同时符合本质安全限制能量的要求。在M-BUS总线系统中，主站为非本安设备位于安全区，从站为本安设备位于危险 区，需要主站和从站之间设置符合本安要求的安全栅，其要符合M-BUS总线标准，不能影响 主从站的工作和之间的通信。现有的安全栅应用在M-BUS总线上，存在以下不足1、齐纳式安全栅，较大的限流电阻，过大的电压降导致总线供电不足，降低驱动从 站的能力；内部电路不符合M-BUS总线标准，使主从站不能正常工作或主从站不能通信；在故障时，需要更换熔丝或安全栅，操作极不方便，增加维护成本。2、隔离式安全栅，输出供电能力较差导致驱动从站数量减少或通信距离降低；不 符合M-BUS总线标准，应用在M-BUS总线上时，影响主站与从站之间的通信。
技术实现思路
本技术的一个目的是弥补现有技术的不足，提供一种M-BUS总线本质安全 栅，可对M-BUS总线输入进行多级限压和过流保护，输出端符合本质安全要求，其符合 M-BUS总线标准并能用于M-BUS总线上。本技术的另一目的是对M-BUS总线通道数量进行扩展，一个主站可轮流驱动 多条M-BUS总线，扩展了 M-BUS总线系统的容量，降低了设备成本。本技术通过以下技术方案来实现一种M-BUS总线本质安全栅，所述总线本质安全栅连接在M-BUS总线系统的主站 和从站之间；其特征在于，所述总线本质安全栅包括依次连接的下述电路输入级，实现M-BUS总线输入的极性转换，并限制M-BUS总线的短路电流；保护级I，包括限压电路 和过流保护电路，其输入端连接所述输入级的输出端，该保护级I的输出端连接保护级二的 输入端；保护级II，所述保护级二与所述保护级I顺次连接，所述保护级二也包括一限压和 过流保护电路，与所述保护级一起构成M-BUS总线的冗余保护。如果M-BUS总线需要一个以上的通道，则所述M-BUS总线本质安全栅还进一步包 括输出级，该输出级的输入端连接所述保护级二的输出端，所述输出级为组合电子开关矩 阵或机械开关矩阵，是一个通道数量扩展电路，实现从一个通道到多个通道的扩展，增加驱 动从站的数量。当然，如果只需要一个通道，可不要此级。输入级包括一个桥式转换电路和一个小容量的限流电阻。桥式转换电路实现 M-BUS总线输入的无极性，限流电阻使得输出短路时，不会出现很大的短路电流。保护级I和保护级是两个相同的电路模块。它包括一个电流采样电阻、一个电 子开关、一个二极管、一个控制芯片和其它元器件，整个模块电路的电气特性符合M-BUS标 准。控制芯片监视输出端电压，在出现过压情况时，通过调节电子开关将输出电压调节到设 定的电压内，同时还监视输入端的采样电阻上的压降，当出现过流情况时，控制电子开关断 开与输出的连接。无论发生了过压还是过流故障，如果故障一直持续，那么控制芯片内部集 成的故障定时器都会确保电子开关快速可靠地关断，接在输出端的二极管防止反向电压的 输入。输出级包括信号隔离译码电路和开关矩阵电路。对输入的通道选择信号进行光电 隔离、译码器电路后，可选择某一通道开关导通，使之与保护级二输出端连接，达到将一通 道M-BUS总线扩展为多通道的目的。当然，扩展通道的数量可根据需要增加或减少。本技术采用上述结构，其电气特性符合M-BUS标准，可直接应用在M-BUS总线 上，两级保护级电路形成冗余保护功能，在其中一级出现故障时，另一级能承担保护功能。 每级都具有独立的限压和过流保护功能。通过输出级可扩展M-BUS通道数量。本技术有益效果有效地限制输入的能量，使本质安全型设备能够安全地应 用于危险区；符合M-BUS总线标准，可以直接应用于M-BUS总线上；输入端与输出端压降 小；无熔丝等易损坏元件，维护基本不需更换；可将一通道M-BUS总线扩展为多通道，降低 了成本；也可当作一般安全栅应用。附图说明图1是本技术的总体原理示意图；图2是本技术中输入级的电路原理示意图；图3是本技术中保护级I、保护级II的电路原理示意图；图4是本技术中输出级的隔离译码电路原理示意图；图5是本技术中输出级的开关矩阵原理示意图；图6A是本技术中输出级的开关矩阵第1通道开关电路实施方式一原理示意 图；图6B是本技术中输出级的开关矩阵第1通道开关电路实施方式二原理示意 图。具体实施方式下面结合具体实例和附图对本技术作进一步的说明M-BUS总线标准规定=M-BUS总线是无极性的，主站是通过控制总线电压的变化 (发送逻辑“ 1”时，输出高电压；发送逻辑“ 0 ”时，输出低电压)向从站发送数据的，电压变压 的范围大于IOVo从站是通过控制总线电流的变化(发送逻辑“1”时，维持总线电流不变； 发送逻辑“0”时，令总线电流增大一固定值)向主站发送数据的，电流变化的范围IlmA 20mA。如图1所示，M-BUS总线本质安全栅，包括依次连接的下述电路输入级，具有输入极性转换和限流电阻的电路；保护级，具有限压和过流保护功能的电路；保护级二，具有限压和过流保护功能的电路；输出级，组合电子开关矩阵或机械开关矩阵是一个通道数量扩展电路，实现从一 个通道到多个通道的扩展，增加驱动从站的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｍ－ＢＵＳ总线本质安全栅，所述总线本质安全栅连接在Ｍ－ＢＵＳ总线系统的主站和从站之间；其特征在于，所述总线本质安全栅包括依次连接的下述电路：　　输入级，实现Ｍ－ＢＵＳ总线输入的极性转换，并限制Ｍ－ＢＵＳ总线的短路电流；　　保护级　Ⅰ，包括限压和过流保护电路，其输入端连接所述输入级的输出端，该保护级的输出端连接保护级的输入端；　　保护级Ⅱ，所述保护级与所述保护级顺次连接，所述保护级也包括一限压和过流保护电路，与所述保护级一起构成Ｍ－ＢＵＳ总线的冗余保护。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，张刚，魏庆华，
申请(专利权)人：重庆市智能水表有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：85[]