SU1721267A1 - Шахтное искробезопасное устройство дискретного контрол двухпозиционных датчиков - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматизации шахтных производственных процессов . Цель изобретени  - повышение надежности путем сокращени  элементов гальванической разв зки и снижение искробезопасности мощности. Устройство содержит два искробезопасных источника питани  1,2, эл-ты гальванического разделени , например оптроны 3, 4, 5, и 6, двухпо- зиционные датчики 7. Введены ключевые эл-ты 8 и блоки совпадени  9 по числу двух- позиционных датчиков, инвертор 10, резистор 11, элемент И 12, выходной ключ опроса 14, распределители импульсов 15 и 16, генератор тактовой частоты 17. Распределитель импульсов 16 дл  опроса двухпо- зиционных датчиков 7 перенесен в цепь питани  контролируемых датчиков от второго искробезопасного источника 2, введены дополнительные п ключи 8, где п - число датчиков 7. Через опросный оптрон 4 тактова  частота подаетс  на вход распределител  16, а выходной оптрон 6 выдает последовательный код состо ни  контролируемых датчиков 7, С помощью введенных схемы совпадени  И 12 и инвертора 10 последовательный код состо ни  датчиков 7 преобразуетс  таким образом, что оптроны 6 и 4 включаютс  поочередно в разные моменты времени, что способствует снижению ис- кробезопасной мощности источника 1 и энергозатратам обоих искробезопасных источников 1 и 2. 1 ил. J Ё Х| ю го Os VI tf

Description

Изобретение относитс  к автоматизации шахтных производственных процессов, а именно к устройствам контрол  и управлени , работающим в услови х взрывоопасной газовой среды.

Известно шахтное искробезопасное устройство контрол  датчиков,которое содержит в каждом канале контрол  элемент гальванической разв зки, во входную цепь которого включен контактный двухпозици- онный датчик.

Недостатком устройства  вл етс  то, что элементы гальванической разв зки (в данном случае оптроны) непрерывно потребл ют мощность от внешнего искробе- зопасного источника питани  .во всем входным каналам, если контакты датчика наход тс  в замкнутом состо нии. При большом количестве контролируемых датчиков за счет повышени  потреблени  све- тоизлучающими элементами оптронов искробезопасной мощности источника снижаетс  искробезопасность устройства.

Известно также шахтное искробезопасное устройство дискретного контрол  датчиков в котором каждый канал контрол  датчика содержит два оптрона, причем первый оптрон  вл етс  опросным, он включает цепь светоизлучающего элемента, второго оптрона, с выхода которого снимаетс  сигнал. За счет поочередного опроса датчиков потребл ема  искробезопасна  мощность источника не увеличиваетс  в зависимости от числа контролируемых датчиков .

Однако существенным недостатком его  вл етс  то, что количество элементов гальванической разв зки должно в два раза пре- вышать число контролируемых датчиков, что не экономично, а кроме того, снижаетс  надежность устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому  вл етс  шахтное искробезопасное устройство дискретного контрол  состо ни  двухпозиционных датчиков, которое содержит два искробезопасных источника питани , входы опроса датчиков, опросные оптроны по числу контролируемых датчиков и один выходной оптрон, контакты контролируемых датчиков и выход устройства. Первый вывод светоизлучающего элемента первого (выходного) оптрона объединен с первыми выводами фотоприемников опросных оптронов, второй вывод светоизлучающего элемента первого оптрона соединен с положительным полюсом второго источника питани , отрицательный полюс которого через контакты контролируемых датчиков подключен к вторым выводам фотоприемников соответствующих опросных оптронов, первые выводы светоиз- лучающих элементов которых объединены и подключены к отрицательному полюсу первого источника питани , вторые выводы которых  вл ютс  входами опроса датчиков. Первый вывод фотоприемника выходного оптрона соединен с положительным полюсом первого источника питани , второй вы0 вод фотоприемника выходного оптрона  вл етс  выходом устройства.

Сигналы опроса поочередно подаютс  на светоизлучающие элементы опросных оптронов и открывают их фотоприемники,

5 которые соединены последовательно с соответствующими датчиками. Если датчик включен, то собираетс  цепь данного опросного сигнала и зажигаетс  светоизлучаю- щий элемент выходного оптрона. На

0 следующем такте опроса (опросный сигнал на следующем входе) снимаетс  информаци , соответствующа  положению следующего датчика и т.д. Таким образом, с выхода устройства снимаетс  последовательный

5 информационный код состо ни  датчиков, соответствующий тактовой опросной частоте , т.е. в каждом такте опроса датчиков на выходе устройства присутствует сигнал о состо нии опрашиваемого через соответст0 вующий вход опроса датчика.

Основной недостаток устройства состоит в том, что известное устройство может функционировать только в присутствии человека (оператора), который подает опрос5 ный сигнал на соответствующий вход и фиксирует состо ние выходного оптрона. Кроме того, недостатком устройства  вл етс , во-первых, повышенное количество необходимых элементов гальванического

0 разделени  (оптронов), которое увеличиваетс  с увеличением числа контролируемых датчиков и равно п + 1, где п - число датчиков . Оптроны  вл ютс  достаточно дорогими элементами специального

5 назначени  и использовать их вместо обычных электронных ключей или схем совпадени  нецелесообразно. Во-вторых, первый искробезопасный источник, обеспечивающий опрос датчиков и выход устрой0 ства, имеет повышенную искробезопасную мощность по сравнению с вторым источником за счет одновременного включени  его двух параллелльных цепей - цепи светоизлучающего элемента любого опросного опт5 рона и выходной цепи при включении любого датчика. Особое значение это имеет , если выходной сигнал передаетс  на большое рассто ние по длинной линии св зи . В этом случае к искробезопасному источ- нику предъ вл ютс  более жесткие

требовани  по мощности за счет индуктивности и электрической емкости двухпроводной линии св зи.

Кроме того, устойчива  и надежна  передача информации по проводной линии требует минимального внутреннего сопротивлени  как приемника, так и передатчика, т.е. передача должна осуществл тьс  на полном токе источника, мощность которого ограничена услови ми искробезопасности. Если предположить, что приемником выходного сигнала  вл етс  светоизлучающий элемент оптрона на противоположном конце линии св зи, то мощность первого источ- ника должна быть в два раза выше мощности второго за счет необходимости обеспечить одновременную работу двух светоизлучающих элементов приемного и опросного оптронов.

Цель изобретени  - повышение надежности путем сокращени  элементов гальва- нической разв зки и снижение искробезопасной мощности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что шахтное искробезопасное устройство дискретного контрол  двухпозиционных датчиков , содержащее два искробезопасных источника питани , положительна  шина первого из которых подключена к первому выводу светоприемника первого оптрона, отрицательна  шина первого искробезо- пасного источника питани  подключена к катоду светодиода второго оптрона, положительна  шина второго искробезопасно- го источника питани  подключена к первым выводам двухпозиционных датчиков , а катод третьего оптрона подключен к первому выводу светоприемника четвертого оптрона, снабжено ключевыми элементами и блоками совпадени  по числу двухпозиционных датчиков, инвертором, резистором, элементом И, выходным ключом опроса, двум  распределител ми импульсов и генератором тактовой частоты, выход которого подключен к входу первого распределител  импульсов и к входу ключа опроса, выход которого подключен к катоду светодиода первого оптрона, анод которого подключен к первому выводу светоприемника третьего оптрона, второй вывод которого подключен к управл ющим входам блоков совпадени , входы которых подключены к соответствующим выходам первого распределител  импульсов, а второй вывод светоприемника первого оптрона подключен к аноду светодиода второго оптрона, а первый вывод светоприемника второго оптрона подключен к аноду светодиода четвер- того оптрона и к первым выводам двухпозиционных датчиков, вторые выводы

которых подключены к входам ключей, отрицательна  шина первого искробезопасного источника подключена к второму выводу светоприемника четвертого оптрона, катод

светодиода которого подключен к входу выходного ключа, выход которого подключен к отрицательной шине второго источника питани  непосредственно и через резистор - к второму выводу светоприемника второго

0 оптрона и к входу инвертора, выход которого подключен к управл ющему входу второго распределител  тактовых импульсов и к первому входу элемента И, к второму выходу которого подключены вторые выходы

5 ключей, управл ющие входы которых подключены к соответствующим выходам второго распределител  тактовых импульсов, а выход элемента И подключен к управл ющему входу выходного ключа.

0 Введение в устройство ключевых элементов и блоков совпадени  по числу двух- позиционных датчиков, инвертора, резистора, элемента И, выходного ключа, ключа опроса, двух распределителей им5 пульсов и генератора тактовой частоты в совокупности с соединением данных элементов по описанной схеме приводит к тому , что всю информацию с датчиков можно сн ть и передать на рассто ние потребите0 лю по гальванически разв занной цепи с помощью четырех оптронов независимо от числа датчиков за счет передачи от потребител  тактовой частоты опроса с помощью двух оптронов, преобразовани  параллель5 ного позиционного кода состо ни  датчиков в последовательный код с помощью ключевых элементов и передающего распределител  импульсов, работающего синхронно с приемным распределителем

0 импульсов, который проводит обратное преобразование информационного кода. Введение схемы И и инвертора дает возможность снизить искробезопаснукГ мощность выходного источника в два раза при

5 работе на длинную линию св зи за счет поочередного включени  цепи оптронов, передающих тактовую частоту, и оптронов, передающих в обратном направлении информационный код состо ни  датчиков.

0 . На чертеже приведена схема шахтного искробезопасного устройства дискретного контрол  двухпозиционных датчиков.

Устройство содержит два искробезопасных источника 1 и 2 питани , элементы

5 гальванического разделени , например оп- троны 3-6, двухпозиционные датчики 7, ключевые элементы 8, блоки 9 совпадени  по числу двухпозиционных датчиков, инвертор 10, резистор 11, элемент А 12, выходной ключ 13, ключ 14 опроса, распределители 15

и 16 импульсов и генератор 17 тактовой частоты . На схеме положительные и отрицательные полюсы источников обозначены знаками + .

Элементы схемы соединены следующим образом: положительна  шина первого искробезопасного источника 1 питани  подключена к первому выводу светоприемника первого оптрона 3, отрицательна  шина первого искробезопасного источника 1 питани  подключена к катоду светодиода второго оптрона 4, а положительна  шина второго искробезопасного источника 2 питани  подключена к первым выводам двух- позиционных датчиков 7, а катод третьего оптрона 5 подключен к первому выводу светоприемника четвертого оптрона 6, выход генератора 17 тактовой частоты подключен к входу первого распределител  15 импульсов и к входу ключа 14 опроса, выход которого подключен к катоду светодиода первого оптрона 3, анод которого подключен к первому выводу светоприемника третьего оптрона 5, второй вывод которого подключен к управл ющим входам блоков 9 совпадени , входы которых подключены к соответствующим выходам первого распределител  15 импульсов, а второй вывод светоприемника первого оптрона 3 подключен к аноду светодиода второго оптрона 4, а первый вывод светоприемника второго оптрона 4 подключен к аноду светодиода четвертого оптрона 6 и к первым выводам двухпозиционных датчиков 7, вторые выводы которых подключены к входам ключей 8, а отрицательна  шина первого искробезопасного источника 1 подключена к второму выводу светоприемника четвертого оптрона 6, катод светодиода которого подключен к входу выходного ключа 13, выход которого подключен к отрицательной шине второго источника 2 питани  непосредственно и через резистор 11 - к второму выводу светоприемника второго оптрона 4 и к входу инвертора 10, выход которого подключен к управл ющему входу второго распределител  16 тактовых импульсов и к первому входу элемента И 12, к второму входу которого подключены вторые выходы ключей 8, управл ющие входы которых подключены к соответствующим выходам второго распределител  16 тактовых импульсов, а выход элемента И 12 подключен к управл ющему входу выходного ключа 13.

Устройство работает в автоматическом режиме при передаче информации в цепь дополнительного источника питани , например в цепь искробезопасного источника , расположенного на поверхности шахты. В этом случае тактова  частота опроса, вырабатываема  генератором 17, с помощью ключа 14 и светоизлучающего элемента первого оптрона 3 передаетс  в цепь искробезопасного источника 1. Фотоприем- ник первого оптрона 3 периодически замыкаетс  и передает тактовую частоту в виде последовательности симметричных импульсов тока по линии св зи на вход второго оптрона 4. Импульс тока, протекающий

0 в данной цепи от положительного полюса источника 1 до его отрицательного полюса, вызывает свечение светоизлучающего элемента второго оптрона 4.

Срабатывает фотоприемник данного

5 оптрона 4, который замыкает цепь второго источника питани  2 от его положительного до отрицательного полюса через резистор 11, который необходим дл  согласовани  токового сигнала с высокоомным входом

0 электронных схем. От точки, объедин ющей первый вывод фотоприемника второго оптрона 4 и первый вывод резистора 11, импульс напр жени  подаетс  на инвертор 10, где мен ет свою фазу на 180°. Полученна 

5 последовательность импульсов, подаваема  на вход распределител  16, управл ет его работой.

Распределитель 16 формирует последовательно на своих выходах сигналы опроса,

0 которые по длительности равны такту (периоду ) последовательности импульсов на его входе. Указанные опросные сигналы открывают соответствующие ключи 8, число которых равно количеству контролируемых

5 двухпозицонных датчиков 7, через которые положительный потенциал второго источника 2 подаетс  на вторые входы ключей 8.

Таким образом, сочетание распределител  16 и ключей 8 представл ет собой пре0 образователь параллельного кода состо ни  датчиков 7 в последовательный код, где каждому датчику отводитс  определенна  временна  позици . Данный последовательный код формируетс  на общей

5 шине с выходов ключей 8. Указанный последовательный код  вл етс  нормальным двоичным последовательным кодом, т.е. сигнальные импульсы с двух включенных соседних датчиков не раздел ютс .

0 На схеме И 12 совпадени  данный последовательный код сравниваетс  с тактовой последовательностью импульсов, управл ющей распределителем 16. При помощи этой операции осуществл етс  разде5 ление соседних сигнальных импульсов кода за счет закрыти  схемы совпадени  на второй половине каждого такта. Таким образом , на управл ющий вход выходного ключа 13 подаетс  последовательный код состо - ни  датчиков 7, где сигнальные импульсы

занимают первую половину своего тактового интервала. А так как дл  формировани  данного кода используетс  инверсна  тактова  частота, то указанный последовательный код сдвинут по фазе на 180° относительно исходной тактовой частоты, проход щей через второй оптрон 4, что по времени составл ет половину тактового интервала .

В результате оптроны 6 и 4 включаютс  в разные моменты времени: в первой половине тактового интервала исходной частоты , подаваемой на светоизлучающий элемент оптрона 4, через него передаетс  тактовый импульс, а во второй половине данного интервала времени передаетс  в обратном направлении через оптрон 6 сигнальный импульс включенного состо ни  соответствующего датчика 7.

Таким образом, с выхода фотоприемника четвертого оптрона 6 получаем последовательный код состо ни  двухпозиционных датчиков, где каждый сигнальный импульс соответствует тактовому интервалу. При подключении выхода фотоприемника оптрона 6 через другой провод линии св зи и светоизлучающий элемент третьего оптрона 5 к положительному полюсу источника 1 информацию о состо нии 7 можно передать в искроопасную цепь, где расположен преобразователь последовательного информационного кода в параллельный.

Данный преобразователь состоит из распределител  импульсов 15 и схем 9 совпадени , кажда  из которых одним входом подключена к соответствующему выходу распределител  15. На вход данного распределител  15 подаетс  с генератора 17 та же тактова  опросна  частота, что и на вход распределител  16, т.е. последовательный информационный код засинхронизирован с распределителем 15.

Последовательный информационный код с выхода фотоприемника третьего оптрона 5 подаетс  на все вторые входы схем 9 совпадени , которые по первым входам управл ютс  с соответствующих выходов распределител  15. Таким образом на выходах схем 9 совпадени  получаем параллельный позиционный код состо ни  датчиков 7.

Основными недостатками оптронов, предназначенных дл  гальванического разделени  цепей,  вл етс  их достаточно высока  стоимость по сравнению с обычными электронными ключами (с бипол рными или полевыми транзисторами) без гальванического разделени  управл ющих и исполнительных цепей, пониженна  надежность и значительное потребление электрической

мощности светоизлучающими элементами оптронов по сравнению с известными элементами микроэлектронной техники, например микросхемы КМОП-структуры. Все

это существенно вли ет на стоимость и надежность выпускаемой аппаратуры, а с другой стороны ограничивает разработку и применение маломощной искробезопасной аппаратуры шахтной автоматики.

0 Предлагаемое устройство в значительной степени уменьшает указанные недостатки . Количество опросных оптронов, которое в известном устройстве равно п, где п -число контролируемых датчиков, замене5 но одним оптроном, передающим тактовую частоту, а вместо остальных оптронов примен ютс  обычные электронные ключи в количестве п, где п - число контролируемых датчиков.

0 Кроме того, дл  функционировани  предлагаемой схемы опроса датчиков, котора  питаетс  полностью от второго иск- робезопасного источника, практически не требуетс  введени  дополнительных эле5 ментов, кроме п указанных ключей. Дл  работы в автоматическом режиме известного устройства также необходимы источник тактовой частоты и распределитель импульсов.

0 Таким образом, замена дорогосто щих элементов специального назначени  (оптронов ) обычными электронными ключами общего назначени  в пропорции 1:1 дает пр мой экономический эффект, который на5 иболее существенен при повышенном числе контролируемых датчиков, например более 10.

Предлагаема  схема дает возможность снизить искробезопасную мощность источ0 ника выходной цепи - первого искробезо- пасного источника, за счет поочередного включени  двух его параллельных цепей: цепи светоизлучающего элемента опросного оптрона и цепи фотоприемника выходно5 го оптрона. Это наиболее существенно при передаче выходного сигнала на рассто ние по двухпроводной линии св зи, что вносит дополнительныеограничени  по искробезопасной мощности источника. При нагрузке

0 выходной цепи устройства на приемник сигналов с низкоомным входом, например светоизлучающий элемент дополнительного приемного оптрона, мощность выходного источника затрачиваетс  только на включе5 ние одного оптрона, независимо от количества включенных контролируемых датчиков. Таким образом, в данном случае мощность выходного источника (первого искробезо- пасного источника) можно снизить примерно в два раза.

Энергопотребление предлагаемой схемой от обоих искробезопасных источников, также примерно едва раза уменьшаетс  по сравнению с известной, так как при включении всех датчиков в известном устройстве посто нно включены два оптрона. В предлагаемой схеме опросный и выходной опт- роны включаютс  поочередно, что по затратам электроэнергии соответствует свечению только одного оптрона. Это имеет большое значение дл  маломощных автономных искробезопасных источников, например батареи, аккумул торы.

Формул а и зобретени 

Шахтное искробезопасное устройство дискретного контрол  двухпозиционных датчиков, содержащее два искробезопасных источника питани , положительна  шина первого из которых подключена к первому выводу светоприемника первого оптрона, отрицательна  шина первого иск- робезопасного источника питани  подключена к катоду светодиода второго оптрона, а положительна  шина второго искробезо- пасного источника питани  подключена к первым выводам двухпозиционных датчиков , третий оптрон подключен к первому выводу светоприемника четвертого оптрона , отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности путем сокращени  элементов гальванической разв зки и снижени  искробезопасной мощности, устройство снабжено ключевыми элементами и блоками совпадени  по числу двухпозици- онных датчиков, инвертором, резистором, элементом И, выходным ключом, ключом

опроса, двум  распределител ми импульсов и генератором тактовой частоты, выход которого подключен к входу первого распределител  импульсов и к входу ключа опроса , выход которого подключен к катоду светодиода первого оптрона, анод которого подключен к первому выводу светоприемника первого оптрона, а второй вывод которого подключен к управл ющим входам блоков совпадени , входы которых подключены к соответствующим выходам первого распределител  импульсов, а второй вывод светоприемника первого оптрона подключен к аноду светодиода второго оптрона, а первый вывод светоприемника второго оптрона подключен к аноду светодиода четвертого оптрона и к первым выводам двухпозиционных датчиков, вторые выводы которых подключены к выходам ключей, а отрицательна  шина первого искробезопас- ного источника подключена к второму выводу светоприемника четвертого оптрона, катод светодиода которого подключен к входу выходного ключа, выход которого подключен к отрицательной шине второго источника питани  непосредственно и через резистор к второму выводу светоприемника второго оптрона и к входу инвертора, выход подключен к управл ющему входу второго распределител  тактовых импульсов и к первому входу элемента И, к второму входу которого подключены вторые выходы ключей, управл ющие входы которых подключены к соответствующим выходам второго распределител  импульсов, а выход элемента И подключен к управл ющему входу выходного ключа.

Claims (1)

1. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 15

   Шахтное искробезопасное устройство дискретного контроля двухпозиционных датчиков, содержащее два искробезопасных источника питания, положительная шина первого из которых подключена к 20 первому выводу светоприемника первого оптрона, отрицательная шина первого искробезопасного источника питания подключена к катоду светодиода второго оптрона, а положительная шина второго искробезо- 25 пасного источника питания подключена к первым выводам двухпозиционных датчиков, третий оптрон подключен к первому выводу светоприемника четвертого оптрона, отличающееся тем, что, с целью 30 повышения надежности путем сокращения элементов гальванической развязки и снижения искробезопасной мощности, устройство снабжено ключевыми элементами и блоками совпадения по числу двухпозици- 35 онных датчиков, инвертором, резистором, элементом И, выходным ключом, ключом опроса, двумя распределителями импульсов и генератором тактовой частоты, выход которого подключен к входу первого распределителя импульсов и к входу ключа опроса, выход которого подключен к катоду светодиода первого оптрона, анод которого подключен к первому выводу светоприемника первого оптрона, а второй вывод которого подключен к управляющим входам блоков совпадения, входы которых подключены к соответствующим выходам первого распределителя импульсов, а второй вывод светоприемника первого оптрона подключен к аноду светодиода второго оптрона, а первый вывод светоприемника второго оптрона подключен к аноду светодиода четвертого оптрона и к первым выводам двухпозиционных датчиков, вторые выводы которых подключены к выходам ключей, а отрицательная шина первого искробезопасного источника подключена к второму выводу светоприемника четвертого оптрона, катод светодиода которого подключен к входу выходного ключа, выход которого подключен к отрицательной шине второго источника питания непосредственно и через резистор к второму выводу светоприемника второго оптрона и к входу инвертора, выход подключен к управляющему входу второго распределителя тактовых импульсов и к первому входу элемента И, к второму входу которого подключены вторые выходы ключей, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам второго распределителя импульсов, а выход элемента И подключен к управляющему входу выходного ключа.