Устройство для защиты шахтной машины от аварийных режимов

Устройство для защиты шахтной машины от аварийных режимов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите шахтных машин от аварийных режимов. Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей путем подключения устройства в зависимости от числа контролируемых параметров как к цепи управления, так и к независимому искробезопасному источнику питания. При нормальном отключении объекта управления снимается логическая "1" с вывода K входного блока 14 канала защиты 6, на выходе микросхемы 131 появляется логический "0" (отсутствие "1"), следовательно триггер 129 остается в исходном состоянии. Если же после появления логической "1" на выводе K продолжительное время не замыкается контакт датчика 167, то счетчик 128 по истечении заданного времени переполняется, появляется логическая "1" на входе R триггера 129 и логический "0" на его выходе E, который через узел управления блоком включения машины 2 отключает машину и, воздействуя на блок индикации, высвечивает светодиод, свидетельствуя об аварии по данному каналу защиты. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4445598/07 (22) 22.06.88(46) О?.07.91. Бюл. № 25 (71), Шахта «!Обилейная» Производственного объединения «Ростовуголь» (72) А. В. Степанов и В. А. Степанов (53) 621.316.925 (088.8) (56) Комплексная аппаратура типа АРУС— автоматизация струговой установки статического действия. Руководство по эксплуатации АРУС ОО.ОО.ООО.РЭ, 1977, НПО «Автоматгормаш», лист 42.

Авторское свидетельство СССР № 1410174, кл. Н 02 Н 7/08, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ, ШАХТНОЙ МАШИНЫ ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ (57) Изобретение относится к области электроники, в частности к релейной защите шахтных машин от аварийных режимов. Цель изобретения — повышение, надежности и

„„Я0.„1661901 А 1 (51) 5 Н 02 Н 7/РР

2 расширение функциональных возможностей путем подключения устройства в зависимости от числа контролируемых параметров как к цепи управления, так и к независимому искробезопасному источнику питания. При нормальном отключении объекта управления снимается логическая «1» с вывода К входного блока 14 канала 6 защиты, на выходе микросхемы !31 появляется логический «0» (отсутствие «!»), следовательно, триггер

129 остается в исходном состоянии. Если же после появления логической «i» на выводе К продолжительное время не замыкается контакт датчика !67, то счетчик 128 по истечении заданного времени переполняется, появляется логическая «1» на входе триггера

129 и логический «0» на его выходе е, который через узел управления блоком включения машины отключает машину и, воздействуя на блок индикации, высвечивает светодиод, свидетельствуя об аварии по данному каналу защиты. 1 з. п. ф-лы. 4 ил.

1661901

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите шахтных машин от аварийных режимов.

Цель изобретения — повышение надежности и расширение функциональных возмож ностей путем подключения устройства в зависимости от числа контролируемых параметров как к цепи управления, так и к независимому искробезопасному источнику питания.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — вариант принципиальной схемы устройства; на фиг. 3— вариант принципиальной схемы с использованием цифровых элементов; на фиг. 4— универсальный канал защиты на цифровых интегральных элементах.

Устройство для защиты шахтной машины от аварийных режимов (фиг. 1) содержит блок 1 включения машины и узел 2 управления блоком включения машины, блок 3 питания, блок 4 разрешения контроля параметров, блок 5 контроля состояния датчиков, каналы 6 защиты, количество которых равно числу контролируемых параметров, блок 7 индикации, блок контроля состояния датчиков имеет раздельные выходы 8, каналы 9 и 10 управления по уровню, аналогичные каналам 6 защиты, датчики верхнего уровня 11 и нижнего уровня 12, RS-триггер 13, каждый канал 6 защиты состоит из входного эл=мента 14, элемента 15 задержки, элемента 16 памяти, при этом выход узла 2 управления блоком включения машины соединен с входом блока 1 включения машины, управляющий вход входного элемента 14 является входом разрешения контроля параметров канала защиты 6 и соединен с выходом блока 4 разрешения контроля параметров, а вход входного элемента 14 является входом канала 6 защиты, выход входного элемента 14 через элемент 15 задержки соединен с входом элемента 16 памяти, в качестве которого для каналов управления по уровню использован RS-триггер 13, выходы каналов 6 защиты подключены непосредственно к блоку 1 и к блоку 7 индикации.

При использовании канала 6 защиты в качестве канала управления по уровню (канал 9 или 10) к входу канала 6 защиты (фиг. 3 и 4) подключен датчик контроля уровня ВУ, НУ (зажимы ll и 12), управляющий вход канала защиты в этом случае постоянно подключен к потенциалу разрешения контроля « — ».

На фиг. 1 — 3 перемычка 17 устанавливается при подаче команды на начало контроля от внутреннего источника 3 питания и не устанавливается при подаче команды на начало контроля от внешнего датчика. Резисторы 18 (на фиг. 1 и 3) и конденсаторы 19 (на фиг. 2) необходимы для разделения выходов блока 5 контроля. Тиристор 20 (фиг. 1 — 3) — выходной элемент блока 1 включения машины.

15

79 — входы каналов 6 защиты, клемма 80—

25 выход блока 1 включения машины.

На фиг. 2 резистор 21, диод 22, конденсатор 23, опорный диод 24 — элементы блока 3 питания, резистор 25, опорный диод 26— элементы блока 4 разрешения контроля, конденсаторы 19, резисторы 27 — 29, диод 30, тиристор 31 — элементы блока 5 контроля, резисторы 32 — 37, конденсаторы 38 и 39, диоды 40 и 41, транзистор 42 и тиристор 43 —. элементы канала 6 защиты, светодиоды 44 и 45 и резистор 46 — элементы блока 7 индикации, резисторы 47 — 49, транзистор 50, диод 51 — элементы канала 9 управления верхнего уровня, транзистор 52, диоды 53 и 54, резистор 55 — элементы канала 10 управления нижнего уровня, резистор 56, диод 57, тиристор 58 — компоненты элемента 13 памяти, резисторы 59 — 64, транзисторы 65 и 66, диоды 67 и 68, конденсатор 69— элементы узла 2 управления блоком включения машины, резистор 70, конденсаторы 71 и 72, диод 73 и тиристор 20 — элементы блока 1 включения машины, клемма 74 — вход блока 4 разрешения контроля, клеммы 75 и 76, — подключение источника питания к блоку 3 питания на фиг. 2 и 3 клеммы 77—

В варианте на фиг. 3 резисторы 81 — 83, стабилитрон 84, диоды 85 — 88, стабилитроны 89, конденсаторы 90 и 91, транзистор 92— элементы блока 3 питания, резисторы 93—

95, диод 96, стабилитрон 97, конденсаторы 98 и 99, транзистор 100, счетчик 101, триггер 102, инвертор 103 — элементы блока 4 разрешения контроля, резисторы 18, 104 — 111, диод 112, конденсаторы 113 — 118, транзисторы 119 и !20, счетчик 121, логические элементы 122 †1, — элементы блока 5 контроля. На фиг. 3 и 4 резисторы 125 — 127, счетчик 128, триггер 129, логические элементы 130 и 131 — элементы канала 6 защиты.

На фиг. 3 резисторы 132 и 133 (блок 3), светодиоды 44, 45 и 134, резисторы 135 — 141, диод 142, транзисторы 143 — 145, — элементы блока 7 индикации. На фиг. 3 и 4 резисторы 146 и 147, счетчик 148, логический элемент 149 — элементы канала 10 управления нижнего уровня, резисторы 150 и 151, счетчик 152, логические элементы 153 и 154— элементы канала 9 управления верхнего уровня, элементом 13 памяти является триггер. На фиг. 3 резистор 155, транзистор 156, логические элементы 157 и 158 — элементы узла 2 управления блоком включения машины, резистор 159, конденсаторы 160 и 161, диоды 162 — 165, тиристор 20 — элементы блока 1 включения машины. Клемма 166— непосредственный вывод блока 5 контроля.

Некоторые межблочные связи обозначены буквами а, с, е, ж, к, г.

Блок 3 питания (фиг. 1 — 3) получает энергию от дополнительного источника напряжения или от искробезопасной цепи управления шахтного аппарата, 1661901

Блок 1 включения машины подключается или к аппарату управления, от которого питается предлагаемое устройство, или к другому аппарату управления.

Перемычка 17 устанавливается только тогда, когда устройство питается от искробезопасной цепи управления шахтного аппарата, а блок включения машины подключен к этой же цепи управления (установлена перемычка между клеммами 75 и 80 на фиг. 1 — 3). Если же питание устройства осуществляется от другого источника напряжения, то перемычка 17 не ставится, а команда на начало контроля на блок I разрешения контроля подается от другого коммутационного аппарата с помощью клеммы 74 (фиг. 1 — 3) . Количество каналов защиты равно числу контролируемых датчиков, причем любой канал 6 защиты может быть использован для контроля как контактного датчика (в этом случае вход этого канала через контактный датчик подключается к одному из раздельных выходов 8 блока 5 контроля), так и параметрического (трансформатор тока, напряжения, магнитоиндуктивный и др. датчики) датчика, который подключается ме кду входом канала 6 защиты (клеммы 77 — 79 на фиг. 1, 3, 4) и общим выводом устройства — клеммой 76.

В случаях вывода любого канала защиты в резерв его вход необходимо соединить с одним из зажимов 8. Эта перемычка может устанавливаться и тогда, когда канал предназначен для контроля разомкнутого в нормальном состоянии датчика (а в аварийном замыкающегося) .

В качестве индикаторов блока 7 индикации могут быть использованы как светоизлучающие диоды (фиг. 2 и 3), так и знаковые индикаторы. К зажиму 12 подключен датчик нижнего уровня или кнопка «Стоп».

К зажиму 11 подключен датчик верхнего уровня или кнопка «Пуск» (в зависимости от назначения устройства).

Устройство (фиг. 1 — 3) работает следующим образом.

В исходном состоянии при наличии напряжения питания и отсутствии команды на включение объекта блок 1 включения машины отключен, блок 7 индикации выдает сигнал о готовности устройства к работе.

При поступлении команды на включение объекта управления с помощью датчиков 11 и !2 уровня или при воздействии непосредственно на цепь управления шахтного аппарата блок 4 разрешения контроля параметров выдает каналам защиты команду на начало контроля. Так как объект управления должен включиться, то через некоторое время датчик должен выдавать на вход канала 6 сигнал о нормальном режиме работы.

Объект продолжает работать до нормального отключения. Такие циклы периодически повторяются в соответствии с требованиями технологии.

Если по истечении заданного времени после включения объекта (для разных каналов защиты оно может быть не одинаково), какой-либо датчик не выдает сигнал нормальной работы, данный канал защиты фиксирует аварию, через узел 2 управления блоком включения машины отключает блок 1 включения машины (а следовательно, и объект управления) и блок 7 индикации показывает причину аварийного отключения.

Снять сигнал аварии можно только обесточив устройство или воздействуя другим способом на аварийный канал защиты.

На фиг. 2 представлен вариант устройства защиты шахтной машины от аварийных режимов, выполненный на транзисторах.

Выдержки времени реализованы с помощью

RC-цепей.

На фиг. 3 представлен вариант устройства защиты шахтной машины от аварийных режимов с использованием, в основном, цифровых логических элементов, где выдержки времени реализованы цифровым методом.

Для бал е полного разъяснения принципа работы и универсальности канала защиты на цифровых элементах на фиг. 4 представлены некоторые разновидности каналов защиты с использованием цифровых логических элементов.

Дальнейшее описание работы каналов защиты ведется по фиг. 3 и 4. Питание всех микросхем осуществляется от конденсатора 90 блока 3 питания, положительный вывод которого соединен с общим выводом 76, а отрицательный вывод этого конденсатора имеет выход « — ».

При подаче напряжения питания на устройство появляется кратковременно «1» на входе С, которая приводит в исходное состояние триггеры 129 каналов защиты и логический элемент !58 узла 2 управления блоком включения машины. По выводу г поступают счетные импульсы на элементы

128, !48 и 152 задержки, на выводе К отсутствует сигнал разрешения контроля каналов 6 защиты. Рассмотрим работу каждого вида каналов 6 защиты, изображенных на фиг. 4.

Канал 6 защиты с входом на клемму 77 (выход е, фиг. 3 и 4) работает следующим образом. В исходном состоянии на входе А микросхемы 131 отсутствует «1» (так как отсутствует «1» на выводе К), что определяет отсутствие «1» на выходе микросхемы

l3l и наличие «1» на выходе микросхемы 130, а значит, и на входе P счетчика 128, что запрещает работу этого счетчика, на выходе которого отсутствует «1», а значит, отсутствует «О» на выходе е триггера 129 (на выходе канала защиты). При наличии «1» на выводе К (на входе А микросхемы), что имеет место при подаче команды на включение объекта управления, и при разомкнутом контакте датчика 167, на выходе микросхемы 131 появля1661901

55 ется «1», а значит, отсутствует «1» на входе P счетчика 128. Счетчик 128 начинает отсчитывать выдержку времени. Если контакт датчика 167 замкнется раньше, чем переполнится счетчик 128, то импульсы отрицательной полярности поступают с блока 5 контроля через зажимы 8, контакт датчика !67, клемму 77 на вход до микросхемы 131. Это приводит к наличию импульсных «1» на входе Р счетчика 128 и к запрету его работы.

При нормальном отключении объекта управления снимается логическая «1» с вывода К, на выходе микросхемы 131 появляется «О» (отсутствие «1»), следовательно, триггер !29 остается в исходном состоянии.

Если же после появления «1» на выводе К продолжительное время не замыкается контакт датчика 167, то счетчик 128 по истечении заданного времени переполняется, появляется «1» на входе Р триггера 129 и «О» на его выходе е, что через узел 2 управления блоком включения машины отключает управляемый объект и, воздействуя на блок 7 индикации, высвечивает светодиод 44, свидетельствуя об аварии по данному каналу защиты. Триггер 129 остается в аварийном состоянии до подачи «1» на вывод с (например, при отключении и подаче через некоторое время напряжения питания или другим способом). Если же необходимо контролировать датчик, контакт у которого в рабочем состоянии разомкнут, а при нарушении замыкается, то в этом случае необходимо поставить постоянную перемычку между клеммой 77 (78 или др.) и одним из выходов 8 блока 5 контроля, а размыкающий контакт подключить между этой клеммой (например, 77) и клеммой 76. В этом случае при аварийном состоянии датчика (замкнут его контакт) импульсные сигналы не поступают на вход микросхемы 131 через клемму 77.

Канал 6 защиты с входом на клемму 78 и выходом на е имеет аналогичную структуру, что и описанный ранее и отличается только параметрическим датчиком 168, способом его подключения и счетчиком 128 с регулируемой установкой выдержки времени за счет изменения величины резистора 169 (или величины емкости конденсатора 170).

В качестве датчика 168 может быть использован датчик тока, напряжения, магнитоиндуктивный датчик контроля вращения или др., превращающий нормальное состояние объекта в напряжение (постоянное или импульсное).

Канал защиты с входом на клемму 79 и выходом е, предназначен для контроля датчика, который нормально всегда находится в замкнутом состоянии (датчик температуры, датчик наличия смазки или охлаждающей жидкости и др.). Причем на фиг. 4 показан вариант, когда контроль осу,ществляется всегда независимо от состояния

50 сигнала на выходе блока разрешения контроля 4 (на выводе К), но при необходимости входы А и D логической схемы 131 канала с выходом на е„могут быть подключены так же, как и в описанных ранее двух каналах защиты (с выходом на е и е ), при этом вывод резистора 125, подключаемый ранее к клемме 76, должен быть подключен к « — ».

Такой вариант позволит осуществлять защиту только после появления «1» на выводе К.

Если же выход элемента 131 соединить с входом Р счетчика 128 через элемент HE 130, то в этом случае срабатывание канала будет происходить при замыкании клеммы 79 с клеммой 76, как это имеет место, например, в канале 9 управления по верхнему уровню (фиг. 3 и 4). Таким образом, канал защиты может контролировать разомкнутый в рабочем состоянии контакт датчика 171, замыкающийся при аварии.

Каналы 9 и !0 управления по уровням выполнены на базе канала защиты, подключенного к клемме 79 (фиг. 4). В исходном состоянии, когда датчики. верхнего BY u нижнего НУ уровней не имеют контакта с заземленной клеммой 76, на выходе микросхем 149 и 154 — «О», а на выходах счетчиков 148 — «!» и счетчика 152 — «О». На выходе триггера 13 — «О» и, следовательно, тиристор 20 закрыт, объект находится в отключенном состоянии. Положение не меняется, если датчик нижнего уровня НУ соединится с «землей», так как на выходе счетчика 152 имеет место «О». Как только датчик верхнего уровня BY соединится с «землей», на выходе элемента 154, а через некоторое время и счетчика 152, появляется «1», которая переводит триггер 13 в состояние «1».

Это, в конечном итоге, включает тиристор 20, а с.гедовательно, и управляемый объект.

Если датчик верхнего уровня BY потерял контакт с «землей», на выходе счетчика 152 появился «О», однако триггер 13 продолжает находиться в состоянии «1» до тех пор, пока не появится «1» на входе R этого триггера.

А «1» на входе R триггера 13 появится только через некоторое время после перехода в «О» элемента 149. «О» на выходе триггера 13 приводит к нормальному отключению управляемого объекта. Управление объектом с помощью триггера 13 возможно только при отсутствии «l » на выходах (е, е, ..., е,) вс ех ка н алов за щиты.

Как видно из описанного выше (со ссылками на фиг. 3 и 4), канал защиты с использованием цифровых логических схем имеет свойства универсальности. Кроме того, канал защиты на цифровых элементах более надежен при эксплуатации в разных температурных режимах (использование счетчика в качестве элемента 15 задержки, наличие порога при переключении входного элемента 131, 149 и 154 и положительной обратной связи за счет резисторов 127, 147 и 151).

Кроме того, канал защиты на цифровых

1С61901 логических элементах в процессе производства не требует подбора элементов или другой наладки, что значительно повышает технологичность производства.

Как видно из изложенного выше, предлагаемое устрОйство защиты шахтной машины от аварийных режимов по сравнению с известным имеет следующие преимущества

Блок питания может быть подключен не только к искробезопасной цепи управления, но и к другому источнику питания. Это придает устройству свойства универсальности, так как при малом количестве контролируемых параметров (до 6) устройство может питаться от искробезопасной цепи управления шахтного аппарата, что упрощает схему внешних соединений, уменьшает расход энергии. В то же время, когда требуется контролировать более шести параметров, устройство может питаться от другого (более мощного) источника питания.

Благодаря раздельным выходам блока контроля упрощается процесс поиска неисправности в цепях датчиков, уменьшаются простои объекта управления из-за этих нарушений. Увеличивается надежность защиты, так как канал защиты соединен непосредственно с устройством управления блоком включения машины, в то время как в известном устройстве эта связь осуществляется через относительно ненадежный элемент— светодиод.

Предложен универсальный канал защиты, способный контролировать различные типы датчиков, который удобен в производстве и эксплуатации.

Изготовлены 10 экспериментальных образцов устройства, изображенного на фиг. 2 на два канала защиты. Пять из них смонтированы в шахте для автоматизации насосов

1 В20/10.

Кроме того, изготовлено восемь устройств защиты на цифровых логических элементах (фиг. 3) на шесть каналов защиты без каналов 9 и 10 управления и без элемента 13, шесть из которых успешно проходят испытания в шахтных условиях на насосных ст а н ц ия х С НУ-5 и С НТ-32.

Изготовлены также пять устройств защиты на цифровых логических элементах с двумя каналами защиты и каналами 9 и 10 управления (фиг. 3 и 4) для автоматизации насосов 1В20/10 и др., которые намного технологичнее в изготовлении и наладке по сравнению с устройствами по фиг. 2 аналогичного назначения.

Формула изобретения l0

1. Устройство для защиты шахтной машины от аварийных режимов, содержащее исполнительный орган в виде блока включения машины, вход которого соединен с выходом узла управления блоком включения машины, блок питания, блок контроля состояния датчиков, блок разрешения контроля, каналы защиты по числу контролируемых параметров, блок индикации, при этом каждый блок канала защиты выполнен

20 в виде входного элемента, элемента задержки и элемента памяти, при этом управляющий вход входного элемента является входом разрешения контроля параметров канала защиты и соединен с выходом блока разрешения контроля параметров, а вход входного элемента является входом канала защиты, выход входного элемента через элемент задержки соединен с входом элемента памяти, выход которого является выходом канала защиты, отличающееся тем, что, с целью

0 повышения надежности и расширения функциональных возможностей путем подключения устройства в зависимости от числа контролируемых параметров, как к цепи управления, так и к независимому искробезопасному источнику питания, блок контроля состояния датчиков снабжен дополнительными выходами, а выходы каналов за.циты подключены непосредственно к входу исполнительного органа и к блоку индикации.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения функциональной

40 надежности и технологичности производства, каналы защиты выполнены на базе интегральных микросхем, при этом входной элемент канала защиты выполнен в виде мультиплексора, элемент задержки — в виде счетчика, а элемент памяти — в виде триг45 гера

/ф I! еа

6!!гг.

16

16б190!

Г

I

2G ! ! ! !

I !

I !

l66l90l

II

I

I

1

I

I

I !

1 <

1, — р ! — с:

Составитель В. Орлов

Редактор Е. Папп Техред А. Кравчук Корректор М. Самборская

Заказ 2131 Тираж Щ5 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 1 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101