Устройство газовой защиты для угольных шахт

 

Изобретение относится к технике безопасности на угольных шахтах и предназначено для контроля содержания метана в рудничной атмосфере . Цель изобретения - повышение эффективности газовой защиты за счет обеспечения возможности избирательного защитного отключения электропитания объектов горно-щахтного оборудования (ГПЮ). Устр-во содержит датчик 1 метана, подключенный через аппарат 11 сигнализации к объектам 19 и 20 ГШО. Датчик 1 содержит блок 2 питания, неуравновешенный кзмерительный ,мост 3, термокаталитический элемент 4, пороговые блоки верхнего 6 и нижнего 5 уровня защитного отключения электропитания объектов ГШО, реле 7 времени, блок управления (БУ) В и два тиристорных оптрона (ТО) 9 и 10. Аппарат И имеет блок с сл 20 19 &0 со со М 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (1)) (5ц 4 Е 21 F 17/18

ОПИСАНИЕ ИЗ0БРЕтения

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3® °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 403)542/22-03 (22) 27.02,86 (46) 30,08.87. Бюл. )) 32 (71) Государственный проектно-конструкторский и научно-исследовательский институт по автоматизации угольной промышленности и Институт горного дела им. А. А. Скочинского (72) И. Э. Биренберг, Е. Ф. Карпов, Б, И, Басовский, Е, Ш, Ланда, В, Е, Голий, А. А. Марченко и Ю. Ф. Скалацкий (53) 622. 411. 33 (088, 8) (56) Система автоматической газовой защиты и телеавтоматического централизованного контроля содержания ме" тана в рудничной атмосфере АМТ-З, М,: ЦНИЭИУголь, 1972, Карпов Е, Ф,, Биренберг И. Э., Басовский Б, И. Автоматическая газовая защита и контроль рудничной атмосферы. М.: Недра, 1984, с. 120126. (54) УСТРОЙСТВО ГАЗОВОЙ ЗАЩИТЫ ДЛЯ

УГОЛЬНЫХ ШАХТ (57) Изобретение относится к технике безопасности на угольных шахтах и предназначено для контроля содержания метана в рудничной атмосфере. Цель изобретения — повышение эффективности газовой защиты за счет обеспечения возможности избирательного защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования (ГШО). Устр-ао содержит датчик 1 метана, подключенный через аппарат 11 сигнализации к объектам 19 и 20 ГШО, Датчик 1 содержит блок 2 питания, неуравновешенный измерительный мост 3, термокаталитический элемент 4, пороговые блоки верхнего

6 и нижнего 5 уровня защитного отключения электропитания объектов

ГШО, реле 7 времени, блок управления (Бу) 8 и два тиристорных оптрона (ТО) 9 и 10, Аппарат 11 имеет блок

1333778

20

12 стабилизации, однополупериодный

13 и двухполупериодный 14 детекторы тока, блоки 15 и 16 реле и реле 1? и 18 повторителей, В зависимости от содержания метана н месте установки датчика 1 и, следовательно, состоя.ния логических сигналов на входах

БУ 8 последний обеспечивает включение или отключение ТО 9 и 10. При включении ТО 9 сигнал проходит через детекторы 13 и 14 и включает реле.17

Изобретение относится к технике безопасности на угольных шахтах, а именно к системам автоматического контроля содержания метана н рудничной атмосфере, и может быть использовано при непрерывном местном и централизованном контроле содержания метана и выдаче сигнала на автоматическое отключение электропитания объектов горно-шахтного оборудования при достижении предально допустимого содержания метана в месте контроля.

Целью изобретения является повышение эффективности газовой защиты за счет обеспечения возможности избирательного защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования, I

На фиг, 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 — схема выполнения реле времени; на фиг. 3 — функциональная схема блока управления; на фиг, 4 — таблица истинности работы блока управления, Устройство состоит из датчика 1 метана, блока 2 питания, неуравновешенного измерительного моста 3, термокаталитического элемента 4, порогового блока 5 нижнего уровня защитного отключения электропитания. объектов горно-шахтного оборудования, порогового блока 6 верхнего уровня защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования, реле 7 времени, блока 8 управления, первого тиристорного

35 и 18, которые выдают команду на включение электропитания объектов 19 и

20 ГШО, Если включены ТО 10, то через реле 18 включается электропитание только объекта 20 ° Одновременное включение ТО 9 и 10 алгоритмом работы БУ 8 не допускается. Отключение обоих ТО 9 и 10 приводит к отключению электропитания обоих объектов

19 и 20 ГШО, 1 з,п, ф-лы, 3 ил,, 1 табл. оптрона 9, второго тиристорного оптрона 10, аппарата 11 сигнализации, блока 12 стабилизатора, однополупериодного детектора 13 тока, днухполупериодного детектора 14 тока, бло— кон 15 и 16 реле, реле — понторителей 17 и 18 объектов 19 и 20 горношахтного оборудования.

В датчике 1 метана блок 2 питания через разделительный конденсатор 21 подключен к линии связи, С другой стороны блок 2 питания подключен к неуравновешенному мосту 3 °

В одно плечо неуравновешенного моста 3 включен термокаталитический элемент 4, Выход неуравновешенного моста 3 подключен к информационным входам пороговых блоков нижнего 5 и верхнего 6 уровней защитного отключения электропитания объектов горношахтного оборудования. Выход порогового блока 5 нижнего уровня защитного отключения электропитания объектон горно-шахтного оборудования подключен к входу реле 7 времени ° Выход реле 7 времени подключен к первому входу блока 8 управления, Выход порогового блока б верхнего уровня защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования подключен к второму входу блока 8 управления, К первому выходу блока управления подключен излучатель первого тиристорного оптрона 9, а к второму выходу блока управления подключен излучатель второго тиристорного оптрона 10, фотоприемники тиристорных оптронон 9 и 10 включены в противофазе в двухпроводную линию

1333778 связи, соединяющую датчик 1 и àïïëрат 11 сигнализации. В аппарате 11 сигнализации к линии связи через разделительный конденсатор подключен блок 12 стабилизатора. Параллельно разделительному конденсатору подключены, вход однополупериодного детектора 13 тока и вход двухполупериодного детектора 14 тока. Выход однополупериодного детектора 13 тока подключен к входу блока 15 реле, выход которого подключен к входу релеповторителя 17. Выход реле-повторителя 17 подключен к цепи электропитания объекта горно-шахтного оборудования 19, Выход двухполупериодного детектора 14 тока подключен к входу блока 16 реле, выход которого подключен к входу реле-повторителя 18.

Выход реле-повторителя !8 подключен к цепи электропитания объекта горношахтного оборудования 20.

Блок 12 стабилизатора обеспечи— вает по линии связи питание датчика

1 метана переменным током. Блок 2 питания обеспечивает необходимым напряжением питания неуравновешенный измерительный мост 3 и все блоки и устройства датчика 1 метана, Пороговые блоки нижнего 5 и верхнего 6 уровней защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования идентичны по исполнению и каждый представляет собой компаратор на операционном усилителе, выполненный по схеме триггера

Шмитта с обратной связью.

На неинвертирующий вход операци— онного усилителя подается опорное напряжение U или U,, равное соуп аптек ответственно нижнему и верхнему уровню защитного отключения электропитания объектсв горно-шахтного оборудования, В качестве информационного входа порогового блока используется инвертирующий вход операционного усилителя.

Когда содержание метана в месте установки датчика 1 ниже установленного уровня защитного отключения, величина сигнала на информационном входе порогового блока меньше величины опорного напряжения и на выходе порогового блока имеется положительное напряжение, соответствующее уровню лог, "1", Если на информационном входе порогового блока установится

55 сигнал, равный или превышающий по величине опорное напряжение, то на выходе порогового блока скачкообразно установится отрицательное напряжение, для ограничения которого на уровне, соответствующем лог. "0, на выходе операционного усилителя подключен диод, катод которого соединен с выходом операционного усилителя, а анод — с общим проводом, На фиг, 2 представлена схема предпочтительной реализации реле 7 времени, представляющего собой соединенные последовательно генератор 21 тактовой частоты, делитель 22 частоты и D-триггер 25, Генератор 21 тактовой частоты выполнен по схеме с кварцевой стабилизацией частоты, Делитель частоты представляет собой, например, соединенные последовательно два 15-разрядных двоичных счетчика 23 и 24.

Входы установки в ноль счетчиков и входы R-триггера объединены и являются входом реле 7 времени. Счетный вход счетчика 23 подключен к выходу генератора тактовой частоты, Счетный вход счетчика 24 подключен к выходу

15-го разряда .счетчика 23, Счетный

1 вход D-триггера 25 подключен к выходу 12-го разряда счетчика 24, На

D-вход триггера постоянно подается сигнал лог. "1", Инверсный выход

D-триггера 25 является выходом реле

7 времени, Реле времени работает следующим образом.

Генератор 21 тактовой частоты начинает работать с включением питания датчика 1 метана независимо от состояния входа реле 7 времени, Если на входе реле времени присутствует сигнал лог. "1", то счетчики 23 и 24 и D-триггер 25 обнулены и закрыты для деления поступающей так говой час" таты, а на выходе реле 7 времени устанавливается сигнал лог, "1". При поступлении на вход реле 7 времени сигнала лог ° "0" начинает работать делитель 22 частоты и через выбранное время задержки на 12-м разряде счетчика 24 появляется сигнал лог.

"1", который переключает D-триггер 25, и на его инверсном выходе и„ следовательно, на выходе реле 7 времени устанавливается сигнал лог. "0".

Представленный на фиг. 3 блок 8 управления имеет два канала, Первый

1333778

55 канал управления состоит из соединенных последовательно логического элемента И-НЕ 26, инвертора 27 и транзисторного ключа 28. Второй канал управления состоит из соединенных последовательно двух логических .элементов ИЛИ-НЕ 29 и 30 и транзисторного ключа 31. Первый вход блока 8 управления соединен с выходом реле.7 времени, второй вход блока 8 управления соединен с выходом порогового блока 6 верхнего уровня защитного отключения электропитания . горно-шахтного оборудования.

Нагрузкой транзисторного ключа 28 является подключенный к первому входу блока управления излучатель первого тиристорного оптрона 9. Нагрузкой транзисторного ключа 31 является подключенный к второму выходу блока управления излучатель второго тиристорного оптрона 10, Транзисторные ключи 28 и 31 открываются и включают соответствующие тиристорные оптроны 9 и 10 при нали чии на выходе инвертора 27 или логического элемента ИЛИ-НЕ 30 сигнала лог. "1", Блок 8 управления работает в соответствии с разработанным и отражен-. ным в представленной на фиг, 4 таблице истинности алгоритмом, который обеспечивает в зависимости от содержания метана в месте установки датчика 1 метана и., следовательно, состояния логических сигналов на входах блока 8 управления включение либо отключение тиристорных оптронов 9 и 10.

Фотоприемники тиристорных оптронов 9 и 10 противофазно подключены в датчике 1 метана в линию связи параллельно блоку 2 питания s качестве диодов„ Поэтому при включении какого-либо оптрона в линии связи возникает постоянный ток. Конденсаторы в датчике метана и аппарате сигнализации включены для разделения цепей переменного и постоянного тока. В аппарате 11 сигнализации к линии связи параллельно конденсатору включены блок 15 реле через однополупериодный детектор 13 тока и блек 16 реле через двухполупериодный детектор 14 тока, I

Однополупериодный де тек тор 1 3 тока представляет собой диод, двухполупериодный детектор 14 тока — диод5

40 ный мост. Блоки 15 реле представляют собой слаботочные реле постоянного тока, Если включен тиристорный оптрон

9, то возникающий при этом постоянный ток совпадает по направлению с включением однополупериодного детектора 13 тока, проходит через него и замыкается через блок 15 реле, который при этом включается, Для двухполупериодного детектора 14 тока направление постоянного тока не имеет значения, и поэтому блок 16 реле тоже включается. Блоки 15 и 16 реле включают реле-повторители 17 и 18, которые выдают команду на включение электропитания объектов 19 и 20 горно-шахтного оборудования.

Если включен тиристорный оптрон

10 то возникший при этом постоянный ток проходит через двухполупериодный детектор 14 тока, и.поэтому будут включены блок 16 реле и реле-повторитель 18, которое выдает команду на включение электропитания только объекта 20 горно-шахтного оборудования, Одновременное включение тиристорных оптронов 9 и 10 не допускается алгоритмом работы блока 8 управления.

Отключение обоих тиристорных оптронов 9 и 10 приводит к отсутствию постоянного тока в линии связи и немедленной выдаче команды на отключение электропитания обоих объектов 19 и 20 горно-шахтного. оборудования, .

Устройство газовой защиты работает следующим образом.

В процессе эксплуатации средств газовой защиты в рудничной атмосфере может возникнуть одно из четырех состояний, в соответствии с которым разработан алгоритм работы предлагаемого устройства газовой защиты, Первое состояние рудничной атмосферы характеризуется нулевым или меньшим нижнего уровня защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования содержанием метана в месте контроля (установки датчика), В этом случае в датчике 1 метана на выходах пороговых блоков 5 и 6 нижнего и верхнего уровней защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования и присутствует сигнал, соответствующий лог. "1". На первый вход блока 8 управления поступает

1333778 и и лог. 1 через реле 7 времени, которое транслирует сигнал лог, "I без задержки. На второй вход блока 8 управления лог, "1" поступает непосредственно с выхода порогового блока 6 верхнего уровня защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования.

Таким образом, на входах блока 8 1О управления присутствуют сигналы, соответствующие состоянию I таблицы истинности (фиг. 4}. В этом случае блок управления производит включение тиристорного оптрона 9, который под-. !5 ключен к первому выходу блока 8 управления, При включении тиристорного оптрона 9 в аппарате ll сигнализации включаются блоки 15 и 16 реле, релеповторители 17 и 18 и на оба объек- 20 та горно-шахтного оборудования 19 и

20 может быть подано электропитание.

Второе состояние рудничной атмосферы характеризуется содержанием метана в месте установки датчика, пре- 25 вышающем только нижний уровень защитного отключения. В этом случае с выхода порогового блока 6 верхнего уровня на второй вход блока 8 управления продолжает поступать сигнал, 30 соответствующий лог, "1", На выходе порогового блока 5 нижнего уровня появится сигнал, соответствующий лог, "0". Этот сигнал поступит на вход реле 7 времени, которое при этом з включится и через время задержки, необходимое для временной селекции входного сигнала, на выходе реле 7 времени и соответственно на первом входе блока 8 управления произойдет 4р скачкообразное изменение уровня сигнала с лог. "1" на лог. "0".

Таким образом, на входах блока 8 управления присутствуют сигналы, соответствующие состоянию II таблицы истинности (фиг, 4). В этом случае тиристорный оптрон 9 отключается, но одновременно с этим включается тиристорный оптрон 10, Детектируемый фотоприемником тиристорного оптрона 10 в двухпроводной линии связи ток течет в направлении, противоположном току, детектируемому фотоприемником тиристорного оптрона 9. Поэтому, поступая в аппарат сигнализации, ток от включенного оптрона 10

S5 пройдет только через двухполупериодный детектор 14 тока. Это приведет к немедленному отключению блока 15 реле, реле-повторителя 17 и подключенного к нему объекта 19 горно-шахтного оборудования ° Блок 16 реле, реле-повторитель 18 и подключенный к нему объект 20 горно-шахтного оборудования останутся включенными. Таким образом реализуется функция избирательного отключения горно-шахтного оборудования, подключенного к электропитанию через один комплект уст" ройства газовой защиты.

Третье и четвертое состояния рудничной атмосферы могут рассматриваться вместе, так как оба они характеризуются превышением содержания метана в месте установки датчика верхнего уровня защитного отключения.

Разница лишь в том, что с какой скоростью это превышение происходит. В третьем состоянии превышение верхнего уровня защитного отключения происходит более или менее быстро, т.е. концентрация метана вырастает от нижнего уровня до верхнего за время, меньшее, чем задержка реле 7 времени.

B четвертом состоянии рудничной атмосферы превышение верхнего уровня защитного отключения происходит после достаточно длительного, больше чем время задержки, превышения нижнего уровня защитного отключения, Оба эти состояния требуют немедленного отключения всех объектов горно-шахтного оборудования, подключенных к данному устройству, Это требование выполняется, что видно из таблицы истинности на фиг„ 4, состояния III u IV. Превышение верхнего уровня защитного отключения приводит к срабатыванию порогового блока 6 верхнего уровня и появлению сигнала, лог, "0" на втором входе блока 8 управления, В соответствии с алгоритмом работы блока управления сигнал лог ° "Ои на втором его входе приводит к немедленному отключению обоих тиристорных оптронов 9 и 10 независимо от уровня сигнала на первом входе, При отключении тиристорных оптронов

9 и 10 постоянный ток двухпроводной линии связи не течет, отключаются блоки 15 и 16 реле, реле-повторители

17 и 18 и выдается команда на отключение электропитания объектов 19 и

20 горно-шахтного оборудования.

Предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность газовой эаши1333?78

10 ты за счет раздельного отключения объектов горно-шахтного оборудования, Формула и э о б р е т е н и я

1. Устройство газовой защиты для угольных шахт, содержащее датчик метана, включающий блок питания, подключенный к диагонали неуравновешенного моста, одно из плечей которого содержит термокаталитический элемент, к другой диагонали неуравновешенного моста подключены пороговые блоки верхнего и нижнего уровней защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования, последний из которых соединен с реле времени, первый тиристорный оптрон, аппарат сигнализации, включающий первый блок реле, первое релеповторитель и блок стабилизатора, соединенный двухпроводной линией связи с датчиком метана, о т л и— чающее с я тем, что, с целью 25 повышения эффективности газовой защиты за счет обеспечения возможности

I избирательного защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования, датчик метана 30 снабжен блоком управления и вторым тиристорным оптроном, а аппарат сигнализации снабжен однополупериодным и двухполупериодным детекторами тока, вторым блоком реле и вторым ре. 35 ле-повторителем, при этом первый вход блока управления соединен с выходом порогового блока верхнего уровня защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования, 40 к первому выходу блока управления подключен излучатель первого тиристорного оптрона, а к второму выходу блока управления подключен излуча— тель второго тиристорного оптрона, при этом фотоприемники обоих тиристорных оптронов противофазно включены в двухпроводную линию связи, кроме того, входы однополупериодного и двухполупериодного детекторов тока аппарата сигнализации также подключены к линии связи, выход однополупериодного детектора тока через первый блок реле подключен к первому реле-повторителю, а выход двухполупериодного. детектора тока через второй блок реле подключен к второму релеповторителю, 2, Устройство по и, 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок у. равления выполнен в виде двух каналов, причем первыи канал состоит из соединенных последовательно логического элемента И-НЕ, инвертора и первого транзисторного ключа, выход первого транзисторного ключа является первым выходом блока управления, второй канал блока управления выполнен в виде соединенных последовательно двух логических элементов ИЛИ-НЕ и второго транзисторного ключа, причем первый вход первого логического элемента ИЛИ-НЕ соединен с первым входом второго логического элемента

ИЛИ-НЕ и первым входом логического элемента И-HE и является первым входом блока управления, второй вход первого логического элемента.ИЛИ-HE соединен с вторым входом элемента

И-НЕ и является вторым входом блока управления, выход второго транзисторного ключа является вторым выходом блока управления.

1333778

1333778

Составитель Г, Нунупаров

Техред Л.Сердюкова Редактор А. Долинич

Корректор В. Гирняк

Заказ 3933/27 Тираж 429

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по,делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Подписное

Проиаводственно"полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4