一种基于Modbus总线控制的拉绳开关

技术领域

本发明涉及一种拉绳开关，具体涉及一种基于Modbus总线控制的拉绳开关，属于电气设备控制技术领域。

背景技术

目前皮带机上大量应用拉绳开关，基本都是通过串联的方式将大量的拉绳开关触点SQ连接起来，通过一个中间继电器KA把控制信号接入皮带PLC控制系统。图1所示的电气原理图一种典型的拉绳开关应用案例，如果皮带机很长，则拉绳开关SQ会很多，具有很大的弊端，带来的问题在于：

1.拉绳开关现场需要敷设的电缆很长，电缆出现故障后故障点难以查找，而且电缆之间通过端子接线相互串联连接，接头很多，加上现场环境一般都很恶劣，设备本身故障率高。

2.拉绳开关用量很大，一旦拉绳开关发生动作，中央控制室只知道皮带机拉绳开关发生了动作，但是不知道具体是哪个拉绳开关动作，此时需要电气检修人员到现场对拉绳开关一一进行排查，工作量巨大。

3.开关无工作指示装置，现场无法知晓其当前的工作和触发状态。

4.内部机械结构复杂，开关故障后无法快速进行修复和更换。

目前市场上也有带地址检测的拉绳开关，但其基于的通讯和总线技术都不是基于Modbus总线技术的，不具备Modbus总线通讯技术所带来的优点。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种基于Modbus总线控制的拉绳开关，该技术方案解决目前存在的皮带机拉绳开关结构复杂、安放数量多，拉绳开关动作后现场查找困难、检修工作量大的问题。该装置结构简单，并且使用Modbus现场总线技术，带有地址检测功能，能够准确定位动作的拉绳开关，减少检修工作量，具有可靠性高、大量减少现场电缆敷设等特点。

本发明所述一种基于Modbus总线控制的拉绳开关技术方案如下：所述拉绳开关包括安装在拉绳开关内部的Modbus模块，两只电气开关触点、工作指示灯、触发指示灯、导电块、绝缘滑块、滑槽、拉绳复位弹簧和带色漆的卡扣；所述导电块安装在绝缘滑块上，所述电气开关触点与安装在开关壳内下部的导电块接触，滑槽安装在拉绳开关底部，绝缘滑块在滑槽内左右滑动，拉绳复位弹簧分别安装在绝缘滑块左右两边，工作指示灯和触发指示灯外嵌在拉绳开关外壳上。

作为本发明的一种改进，所述拉绳开关还包括弹性复位卡扣，所述弹性复位卡扣设置在拉绳开关的外部。弹性复位卡扣带有色漆，开关未触发时卡扣色漆外漏，开关触发后卡扣嵌入卡孔中色漆消失，可进行视觉辨识，同时方便操作人员进行机械复位。

作为本发明的一种改进，所述绝缘滑块的左右两边内部开有卡孔，侧边可接拉绳。

作为本发明的一种改进，所述拉绳开关上的两只开关触点的电气信号经过适当处理后，接入ATmega328P-AU单片机，单片机将此信号存入到寄存器register[0]中，然后通过Modbus现场总线传送给PLC。

作为本发明的一种改进，Modbus总线的实现使用MAX485芯片，将单片机的串行通讯接口转换成为RS485信号，最后通过软件实现Modbus通讯协议。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)该技术方案的拉绳开关采用模块化的元件组装，内部结构少，安装和维修方便；2)该方案现场和远程都可进行工作指示和故障指示，通过电气和机械的多重信息指示，便于故障点的快速定位；3)该方案采用Modbus网线的方式进行通讯连接，接线少，航空插头的连接方式确保安装和维护的快捷和方便；4)通过Modbus网络可以与上级控制系统进行大数据通讯，远程显示拉绳开关触发地址、状态、触发时间和次数等信息，便于进行二次开发。

附图说明

图1常规拉绳开关电气原理图；

图2拉绳开关结构图(俯视图和侧视图)；

图3拉绳开关的运行原理图(俯视图和侧视图)；

图4拉绳开关通讯电路原理图；

图5拉绳开关工作示意图；

其中：1-拉绳复位弹簧；2-开关触点；3-导电块；4-绝缘滑块；5-滑槽；6-复位卡扣；7-工作指示灯；8-触发指示灯；9-卡孔。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：

参见图1，一种基于Modbus总线控制的拉绳开关，Modbus模块安装在拉绳开关内部，所述拉绳开关包括两只电气开关触点2、工作指示灯7、触发指示灯8、导电块3、绝缘滑块4、滑槽5、拉绳复位弹簧1和带色漆的卡扣6(本例中复位卡扣漆绿色漆)；所述导电块3安装在绝缘滑块4上，所述电气开关触点2与安装在开关壳内下部的导电块3接触，滑槽5安装在拉绳开关底部，绝缘滑块4在滑槽5内左右滑动，拉绳复位弹簧1分别安装在绝缘滑块左右两边，工作指示灯7和触发指示灯8外嵌在拉绳开关外壳上，所述拉绳开关还包括弹性复位卡扣6，所述弹性复位卡扣6设置在拉绳开关的外部，所述绝缘滑块4的左右两边内部开有卡孔9，侧边可接拉绳。

该方案中，Modbus模块安装在拉绳开关内部，模块上带有两只电气开关触点2、工作指示灯7和触发指示灯8，工作指示灯7和触发指示灯8外嵌在拉绳开关外壳上，用于指示拉绳开关的工作和触发状态，开关触点2和安装在开关壳内下部的导电块3接触。导电块3安装在绝缘滑块4上，可以随滑块一起运动，绝缘滑块4左右两边内部开有卡孔9，侧边可接拉绳。滑槽5安装在拉绳开关底部，绝缘滑块4可以在滑槽5内左右滑动，拉绳复位弹簧分别安装在绝缘滑块左右两边，分别产生相反的弹力使绝缘滑块4保持在中间位置。在拉绳开关外部装有弹性复位卡扣6，弹性复位卡扣漆绿色漆，复位卡扣6内部带有弹簧，在绝缘滑块4处于中间位置时，复位卡扣在弹簧的压力下抵在滑块边缘，复位卡扣绿色漆外漏，当绝缘滑块4沿滑槽5滑动到复位卡扣6与卡孔9重合位置时，卡扣6受弹簧力的作用会嵌入到卡孔9中将绝缘滑块4锁闭，卡扣绿色漆消失，可进行视觉辨识。只有拉绳外力消除，并将复位卡扣6拉出，绝缘滑块4才能在左右拉绳复位弹簧压力的作用下返回到中间位置。

拉绳开关左右两边各有1只电气接口用于电气信号的串联，每只接口包含一对电源线(Vcc，GND)和一对信号线(Modbus-A和Modbus-B)，未减少端子接线带来的接线时间长、端子易被腐蚀的问题，本技术采用航空接头的方式实现开关间的快速接线。Modbus模块安装于拉绳开关机壳内，接有工作指示灯7和触发指示灯8，同时带有两只开关触点2通过与导电块3接触实现电气连接，通电后在导电块连接开关触点的情况下实现开关的电气闭合，这时工作指示灯7点亮；在导电块离开开关触点的情况下实现开关的电气断开(拉绳开关触发)，这时工作指示灯7和触发指示灯8均点亮。拉绳开关的运行原理图如图3所示。

由于导电块3安装在绝缘滑块4上，在左右两边拉绳复位弹簧的作用下(不受外力)保持在中间位置使Modbus模块上的两只开关触点2通过与导电块3接触实现电气连接，当其中一边拉绳动作时，拉动绝缘滑块4沿滑槽5运动，使导电块3脱离开关触点2，实现电气断开。由于绝缘滑块4上有卡孔9，当卡孔经过复位卡扣6的位置时，复位卡扣6在弹簧力的作用下嵌入卡孔9实现机械锁闭，嵌入的复位卡扣6和触发指示灯8均可指示拉绳开关的触发状态。在复位时，只需人工拔出复位卡扣，绝缘滑块4在拉绳复位弹簧1的作用下恢复到中间原位。

拉绳开关上的两只开关触点2的电气信号经过适当处理后，接入ATmega328P-AU单片机，单片机将此信号存入到寄存器register[0]中，然后通过Modbus现场总线传送给PLC。Modbus总线的实现使用MAX485芯片，将单片机的串行通讯接口转换成为RS485信号，最后通过软件实现Modbus通讯协议，信号通讯电路原理图如图4所示。

由于需要传输的数据量不大，功能相对简单，所以没有必要实现Modbus所有的功能。本发明只需要实现Modbus信号显示和数据传送两种功能，即可满足拉绳开关的日常应用。

信号显示功能是指将指示灯LED1接入单片机的PD1端口，用于开关的触发显示，即拉绳开关被机械触发后，LED1将点亮，指示本开关处于触发状态；将指示灯LED2接入单片机的PC3端口，用于开关的工作显示，即拉绳开关通电后，LED2将点亮，指示本开关处于通电工作状态。在系统通电工作时，只有工作指示灯LED2点亮，只有在拉绳开关被触发时，触发指示灯LED1和工作指示灯LED2同时点亮。

数据传送功能是指将拉绳开关的工作状态、地址等信息通过Modbus网络送至控制系统中，设置读寄存器功能码为0x03，设置写寄存器功能码为0x10，在单片机中定义一个16位整型数组作为Modbus寄存器，长度为10，分别为register[0]到register[9]，对应的Modbus寄存器地址从0x0000开始，到0x0009。

表1：单片机及

本发明所述的拉绳开关通过Modbus网络通讯的方式实现通讯，由于采用Modbus总线式接线方式，采用较细的四线通讯电缆即可，而且接线方式采用航空插头，因此拉绳开关的安装和连接非常方便，工作示意图如图5所示。Modbus网线将皮带周围的拉绳开关连接后接入Modbus模块，Modbus模块再将信号接入皮带控制系统。在皮带正常状态下，由于所有的拉绳开关都未触发(图5上图所示)，所有拉绳开关的工作指示灯LED2将亮起，控制系统收到来自各拉绳开关的状态信号，闭合皮带运行继电器KA，保证皮带正常运行。在皮带出现异常需要停机保护时，拉绳开关SQ2被触发(图5下图所示)，拉绳开关SQ2的触发指示灯和工作指示灯LED2均将亮起，其他未触发的拉绳开关只有工作指示灯LED2亮起，控制系统收到来自拉绳开关SQ2的状态信号和地址信号，将立即释放皮带运行继电器KA，使皮带紧急停机，同时将触发的地址信息传递给上位机进行显示。

参照图2，制造本技术所述的拉绳开关，开关外壳采用密封能够结构，用于电气接线的航空插座和拉绳连接头通过橡胶材料进行密封。Modbus模块安装在拉绳开关内部，模块上带有两只电气开关触点、工作指示灯LED2和触发指示灯LED1，工作指示灯和触发指示灯外嵌在拉绳开关外壳上，用于指示拉绳开关的工作和触发状态，开关触点和安装在开关壳内下部的导电块接触。导电块安装在绝缘滑块上，可以随滑块一起运动，绝缘滑块左右两边内部开有卡孔，侧边可接拉绳。滑槽安装在拉绳开关底部，绝缘滑块可以在滑槽内左右滑动，拉绳复位弹簧分别安装在绝缘滑块左右两边，分别产生相反的弹力使绝缘滑块保持在中间位置。在拉绳开关外部装有弹性复位卡扣，复位卡扣内部带有弹簧，在绝缘滑块处于中间位置时，复位卡扣在弹簧的压力下抵在滑块边缘，当绝缘滑块沿滑槽滑动到复位卡扣与卡孔重合位置时，卡扣受弹簧力的作用会嵌入到卡孔中将绝缘滑块锁闭，只有拉绳外力消除，并将复位卡扣拉出，绝缘滑块才能在左右拉绳复位弹簧压力的作用下返回到中间位置。

Modubus模块的电气接线图参见图4，并按表1所述的配置实现拉绳开关内部的Modbus模块和皮带控制系统进行通讯，本实施例中控制系统读取拉绳开关的地址、工作状态和触发状态信息。Modbus网线将皮带周围的拉绳开关连接后接入Modbus模块，Modbus模块再将信号接入皮带控制系统。在皮带正常状态下，由于所有的拉绳开关都未触发，所有拉绳开关的工作指示灯LED2将亮起，控制系统收到来自各拉绳开关的状态信号，闭合皮带运行继电器KA，保证皮带正常运行。在皮带出现异常需要停机保护时，拉绳开关SQ2被触发，拉绳开关SQ2的触发指示灯和工作指示灯LED2均将亮起，其他未触发的拉绳开关只有工作指示灯LED2亮起，控制系统收到来自拉绳开关SQ2的状态信号和地址信号，将立即释放皮带运行继电器KA，使皮带紧急停机，同时将触发的地址信息传递给上位机进行显示。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。