СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГРУППОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МЕХАНИЗМОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ЗАПОРНЫХ КЛАПАНОВ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF CONTROL OF GROUP OF ELECTROMAGNETIC MECHANISMS, MAINLY SHUTDOWN VALVES  AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к системам управления запорными клапанами с электромагнитными приводами постоянного тока, устанавливаемыми на различных трубопроводах. Изобретение может найти широкое применение в автоматизированных системах контроля, например, для доставки контролируемых сред в измерительные камеры радиометрических и спектрометрических анализаторов для обеспечения автоматизированного дистанционного радиационного контроля на атомных электростанциях.
Известны способ управления электромагнитным механизмом и устройство для его реализации, обеспечивающие возможность управления несколькими электромагнитными механизмами, в которых для снижения потребляемой мощности используются основной источник напряжения постоянного тока, используемый для подачи напряжения удержания электромагнита во включенном состоянии, и дополнительные источники напряжения постоянного тока по числу электромагнитных механизмов с выходными напряжениями, большими, чем у основного источника, используемые для подачи напряжения включения электромагнитов в работу [Патент RU №2092923, 1997 г.]. В этом способе для включения в работу на каждый электромагнитный механизм сначала подают напряжение от двух источников напряжения постоянного тока - от общего основного и своего дополнительного, а после выдержки времени, достаточной для включения электромагнита в работу, прекращают подачу напряжения включения электромагнитов от дополнительного источника постоянного тока и удерживают электромагнит в рабочем состоянии подачей на него напряжения только от основного источника напряжения постоянного тока, для вывода электромагнитного механизма из работы прекращают подачу на него напряжения удержания от основного источника постоянного тока.
Устройство содержит основной источник напряжения постоянного тока и на каждый электромагнитный механизм - дополнительный источник напряжения постоянного тока и два коммутатора.
Недостатками этих способа и устройства являются большое количество дополнительных источников напряжения постоянного тока при управлении большим количеством электромагнитных механизмов, кроме того, известные способ и устройство не обеспечивают формирование информации о состоянии электромагнитного механизма (включен - выключен - неисправен), дистанционный прием управляющей информации и дистанционную передачу информации о состоянии электромагнитного механизма по линии связи с минимальным количеством проводников, не зависящим от числа электромагнитных механизмов. Кроме того, необходимость включения нескольких или всех электромагнитных механизмов для открытия нескольких или всех клапанов приводит к сокращению срока службы основного источника питания из-за длительного нахождения его под увеличенной нагрузкой для обеспечения напряжения удержания при включении в работу нескольких или всех электромагнитных механизмов.
Известны также способ управления электромагнитными механизмами и устройство для его реализации [Патент RU №2180143, 2002 г.] с одним основным и одним дополнительным источниками напряжения постоянного тока.
В этом способе при поступлении управляющего сигнала включения электромагнитного механизма на включаемый в работу электромагнитный механизм сначала подают напряжение от двух источников напряжения постоянного тока - от основного и дополнительного, а после выдержки времени, достаточной для включения электромагнита в работу, прекращают подачу напряжения от дополнительного источника напряжения постоянного тока и удерживают электромагнит в рабочем состоянии путем подачи напряжения только от основного источника напряжения постоянного тока, для вывода электромагнитного механизма из работы прекращают подачу напряжения от основного источника напряжения постоянного тока.
Устройство содержит основной источник напряжения постоянного тока, дополнительный источник напряжения постоянного тока, состоящий из зарядного устройства и накопительного конденсатора, и по количеству электромагнитных механизмов блоки управления, каждый из которых включает в себя два управляемых ключа со своими узлами управления и таймер. Командные сигналы поступают на узлы управления каждого электромагнита по своему проводнику, причем на узел управления второго ключа - через таймер. Между источниками напряжения и обмоткой управляемого электромагнитного механизма включены разделительные диоды. Таймер задает время включения электромагнитного механизма.
Недостатками этих способа и устройства являются то, что они не обеспечивают формирование информации о состоянии электромагнитного механизма (включен - выключен - неисправен), дистанционный прием управляющей информации и дистанционную передачу информации о состоянии электромагнитного механизма по линии связи с минимальным количеством проводников, не зависящим от числа электромагнитных механизмов. Это особенно существенно при использовании таких способа и устройства для управления электромагнитными механизмами запорных клапанов в системах доставки контролируемых сред в измерительные камеры радиометрических и спектрометрических анализаторов систем радиационного контроля атомных электростанций. В таких системах количество клапанов достаточно велико, информация о состоянии клапанов (включен - выключен - неисправен) необходима, а устройства управления клапанами, формирующие напряжения постоянного тока включения и удержания во включенном состоянии электромагнитных механизмов клапанов, достаточно удалены от компьютера, управляющего работой клапанов и по командам которого формируются сигналы управления клапанами. Кроме того, длительное нахождение под увеличенной нагрузкой основного источника питания при включении одновременно нескольких или всех электромагнитных механизмов, при необходимости открытия нескольких или всех клапанов, приводит к сокращению срока службы основного источника питания.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату являются способ управления группой электромагнитных механизмов, преимущественно запорных клапанов, и устройство для его реализации [Патент RU №2260222, 2005 г.] с одним основным и одним дополнительным источниками напряжения постоянного тока.
В этом способе, включающем подачу на электромагнитные механизмы напряжений от основного и дополнительного источников напряжения постоянного тока при приеме сигналов управления открытия клапанов, поступающих по технологической информационной сети в виде сигналов последовательного кода, подают на электромагнитные механизмы клапанов напряжение от основного и дополнительного источников напряжения постоянного тока, после выдержки времени, достаточной для открывания клапанов, прекращают подачу напряжения включения от дополнительного источника напряжения постоянного тока, при приеме сигналов управления закрытия клапанов, поступающих по технологической информационной сети в виде сигналов последовательного кода, прекращают подачу напряжения удержания от основного источника напряжения постоянного тока. Формируют сигналы наличия тока в цепях подачи напряжения включения на электромагнитные механизмы от дополнительного источника напряжения постоянного тока и сигналы наличия напряжения в цепях подачи напряжения удержания на электромагнитные механизмы от основного источника напряжения постоянного тока. При превышении заданного значения тока в цепях основного и дополнительного источников напряжения постоянного тока основной и дополнительный источники напряжения постоянного тока переводят из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока. По сигналам наличия тока в цепях подачи напряжения включения на электромагнитные механизмы от дополнительного источника напряжения постоянного тока и наличия напряжения удержания в цепях подачи напряжения на электромагнитные механизмы от основного источника напряжения постоянного тока формируют информационные сигналы о состоянии электромагнитных механизмов клапанов в виде сигналов последовательного кода для передачи по технологической информационной сети. В передаваемой информации контролируют появление тока в цепях дополнительного источника напряжения постоянного тока, появление напряжения в цепях основного источника напряжения постоянного тока, совпадение во времени и продолжительность совпадения во времени появления тока в цепях дополнительного и появления напряжения в цепях основного источников напряжения постоянного тока, по которым определяют состояние клапана (открыт - закрыт - неисправен) и, при наличии, причину неисправности.
Устройство содержит микроконтроллер для формирования сигналов управления электромагнитными механизмами при приеме управляющей информации по информационной технологической сети в виде сигналов последовательного кода, для формирования информации о состоянии клапанов и передачи ее по информационной технологической сети в виде сигналов последовательного кода, дополнительный источник напряжения постоянного тока для подачи напряжения включения электромагнитных механизмов клапанов, таймер для обеспечения длительности подачи на электромагнитные механизмы клапанов напряжения от дополнительного источника напряжения постоянного тока, основной источник напряжения постоянного тока для подачи напряжения удержания во включенном состоянии электромагнитных механизмов клапанов, на каждый электромагнитный механизм по два управляемых ключа со своими узлами управления, по одному резистору, по два формирователя включения электромагнитных механизмов (один - по сигналам наличия тока в цепях управления электромагнитных механизмов от дополнительного источника напряжения постоянного тока, второй - по сигналам наличия напряжения в цепи основного источника напряжения постоянного тока), по два разделительных диода, по логической схеме ИЛИ-НЕ, по R-S триггеру и по три логических схемы И.
Недостатками способа и устройства прототипа являются:
- низкая функциональная надежность при работе с открытыми несколькими или всеми клапанами, имеющими один электромагнитный механизм и один фиксатор положения в закрытом состоянии, обусловленная тем, что при наличии короткого замыкания в электромагнитном механизме одного из клапанов происходит переключение основного источника питания на режим стабилизации тока, при котором прекращается подача напряжения удержания от основного источника питания на все электромагнитные механизмы ранее открытых клапанов и все открытые клапаны закрываются, а на все еще не открытые клапаны не может быть подано напряжение, обеспечивающее их открытие;
- искажение информации о состоянии клапанов при управлении электромагнитными клапанами, имеющими для повышения надежности радиационного контроля ручные дублеры электромагнитных механизмов и фиксаторы открытого и закрытого состояния, которое происходит при открытии и закрытии клапана с помощью ручного дублера, так как при открытии клапана напряжение от основного и дополнительного источников питания не подаются на электромагнитный механизм клапана и формирования сигнала об открытии клапана не происходит, а при закрытии клапана напряжение от основного источника питания продолжает поступать на электромагнитный механизм клапана, так как при закрытии клапана с помощью ручного дублера величина напряжения основного источника напряжения постоянного тока, подаваемого на электромагнитный механизм, не изменяется, не изменяются и выходные сигналы формирователей сигналов включения электромагнитных механизмов клапана, при этом выходная информация будет соответствовать информации открытого клапана, а клапан закрыт с помощью ручного дублера и не может открыться от подачи на электромагнитный механизм только напряжения удержания от основного источника напряжения постоянного тока;
- сокращение срока службы основного источника питания при длительной работе с открытыми несколькими или всеми клапанами с одним электромагнитным механизмом и одним фиксатором в закрытом состоянии;
- невозможность применения для управления клапанами с двумя электромагнитными механизмами и двумя фиксаторами положения в открытом и закрытом состояниях, обеспечивающими повышение надежности радиационного контроля за счет исключения необходимости подачи напряжения удержания, так как для переключения клапанов с двумя электромагнитными механизмами и двумя фиксаторами положения из одного состояния в другое требуется подача напряжения на электромагнитные механизмы только на время переключения клапана из одного состояния в другое и не требуется подача напряжения для удержания электромагнитных механизмов в статическом состоянии;
- низкая информационная надежность, обусловленная отсутствием возможности приема информации о состоянии клапанов при наличии в них датчиков состояния клапанов из-за отсутствия в устройстве средств ввода в микроконтроллер выходных сигналов датчиков состояния клапанов;
- ограниченная область применения, обусловленная отсутствием возможности приема аварийных сигналов от каналов контроля о превышении концентрации контролируемых радиоактивных сред для прекращения подачи контролируемых сред на средства контроля из-за отсутствия в устройстве средств ввода в микроконтроллер выходных аварийных сигналов каналов контроля, что не позволяет их использовать для управления клапанами, установленными в трубопроводах, для прекращения подачи контролируемых сред при достижении в них предельных концентраций веществ, способных к самовоспламенению или взрыву, например, таких как пары натрия, в каналах контроля утечки натрия на атомных электростанциях с реакторами на быстрых нейтронах, где жидкий натрий является теплоносителем первого контура;
- отсутствие средств автономного управления клапанами, приводящее к потере управления клапанами при сбоях и неисправностях в средствах управления клапанами по информационной технологической сети, а использование для повышения надежности радиационного контроля клапанов с ручными дублерами электромагнитных механизмов приводит к повышению опасности работ из-за необходимости продолжительного нахождения оператора в непосредственной близости к трубопроводам с радиоактивными контролируемыми средами, так как управление с помощью ручных дублеров в этом случае производится не одним клапаном с отказом в цепях управления электромагнитным приводом, а всеми клапанами периодического контроля, которых в системе радиационного контроля несколько десятков.
Задачей, решаемой предлагаемыми способом и устройством, является повышение надежности и безопасности радиационного контроля и расширение области применения для обеспечения возможности их использования в современных автоматизированных системах радиационного контроля для доставки контролируемых сред на детекторы радиометрических и спектрометрических анализаторов.
Техническим результатом, за счет которого достигается решение поставленной задачи, является повышение функциональной и информационной надежности устройства, исключение случаев искажения информации о состоянии клапанов, увеличение срока службы источника напряжения постоянного тока и повышение безопасности радиационного контроля при управлении клапанами с помощью ручных дублеров.
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата в способе управления группой электромагнитных механизмов, преимущественно запорных клапанов, включающем формирование сигналов управления электромагнитными механизмами открытия клапанов при получении микроконтроллером по информационной технологической сети информации об открытии клапанов в виде сигналов последовательного кода, подачу на электромагнитные механизмы открытия клапанов напряжений включения от источника напряжения постоянного тока при поступлении сигналов управления электромагнитными механизмами открытия, прекращение подачи напряжения включения на электромагнитные механизмы от источника напряжения постоянного тока после выдержки времени, достаточной для переключения клапанов в открытое состояние, формирование сигналов наличия напряжения на выходе источника напряжения постоянного тока, переключение источника напряжения постоянного тока из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока при превышении заданного значения тока в цепях источника напряжения постоянного тока, согласно изобретению, при получении микроконтроллером по информационной технологической сети информации о закрытии клапанов в виде сигналов последовательного кода формируют сигналы управления электромагнитными механизмами закрытия клапанов, по которым подают на электромагнитные механизмы закрытия клапанов напряжение включения от источника напряжения постоянного тока, прекращают подачу напряжения включения на электромагнитные механизмы закрытия клапанов от источника напряжения постоянного тока после выдержки времени, достаточной для переключения клапанов в закрытое состояние. Принимают выходные сигналы датчиков состояния клапанов, аварийные выходные сигналы каналов контроля и формируют аварийные выходные сигналы каналов контроля и выходные сигналы датчиков состояния клапанов для ввода в микроконтроллер. Принимают по информационной технологической сети информацию об управлении электромагнитными механизмами клапанов с помощью ручных дублеров. При появлении аварийных выходных сигналов каналов контроля на входе микроконтроллера формируют сигналы управления электромагнитными механизмами закрытия клапанов и принимают выходные сигналы датчиков положения клапанов. Запоминают сформированные сигналы управления клапанами, выходные сигналы формирователя наличия напряжения на выходе источника напряжения постоянного тока в момент включения электромагнитных механизмов и проверяют соответствие выходных сигналов датчиков состояния клапанов сформированным сигналам управления электромагнитными механизмами. При отсутствии информации об управлении клапанов с помощью ручных дублеров и при соответствии сигналов датчиков состояния клапанов сформированным сигналам управления клапанов формируют информацию о состоянии клапанов (открыты - закрыты) в виде сигналов последовательного кода для передачи по информационной технологической сети. При наличии информации об управлении клапанов с помощью ручных дублеров анализируют информацию, полученную микроконтроллером в выходных сигналах датчиков состояния клапанов, формируют информацию о состоянии клапанов (открыты - закрыты) в виде сигналов последовательного кода для передачи по информационной технологической сети. При отсутствии изменения выходного сигнала датчика состояния клапана при управлении клапаном с помощью ручного дублера определяют отказ датчика положения клапана. При отсутствии информации об управлении клапанами с помощью ручных дублеров и несоответствии выходных сигналов датчиков состояния клапанов сформированным сигналам управления клапанами анализируют информацию, полученную микроконтроллером в выходных сигналах датчиков состояния клапанов и сигналах наличия напряжения на выходе источника напряжения постоянного тока при включении электромагнитных механизмов для оценки причины отказа. Формируют информацию о неисправном состоянии клапанов и причину неисправности в виде сигналов последовательного кода для передачи по информационной технологической сети. При неисправностях и сбоях в работе средств управления клапанами по информационной технологической сети с помощью элементов управления пульта управления микроконтроллера последовательно по одному контролируют состояние каждого клапана по индикатору пульта управления микроконтроллера, выбирают клапан, состояние которого необходимо изменить, подают команду, по которой формируют сигнал управления электромагнитным механизмом клапана, обеспечивающим изменение состояния клапана, и контролируют изменение состояния клапана по индикатору пульта управления микроконтроллера.
Указанный технический результат достигается также тем, что в устройство для управления группой электромагнитных механизмов, преимущественно запорных клапанов, содержащее микроконтроллер с портом ввода-вывода для приема управляющей информации и передачи информации о состоянии электромагнитных клапанов по информационной технологической сети, с устройством ввода для приема входных сигналов и устройством вывода для формирования управляющих сигналов, управляемые ключи по два на каждый клапан, управляющие входы которых соединены с выходами устройства вывода микроконтроллера, источник напряжения постоянного тока для подачи напряжения включения электромагнитных механизмов, формирователь сигнала наличия напряжения включения электромагнитных механизмов, при этом выход источника напряжения постоянного тока соединен с входами первых управляемых ключей, а выходы первых управляемых ключей соединены с электромагнитными механизмами открытия клапанов, вход формирователя сигнала наличия напряжения включения электромагнитных механизмов соединен с выходом источника напряжения постоянного тока, согласно заявляемому техническому решению дополнительно введены формирователи сигналов датчиков состояния клапанов и формирователи аварийных сигналов каналов контроля. Микроконтроллер дополнительно содержит пульт управления с элементами управления и индикатором, с помощью которых обеспечивается последовательно по одному визуальный контроль состояния клапанов и изменение состояния клапанов, порт ввода-вывода для ввода программного обеспечения в микроконтроллер, с помощью которого в микроконтроллере формируются сигналы управления электромагнитными механизмами клапанов, информация о состоянии клапанов и ее индикация. Входы вторых управляемых ключей соединены с выходом источника напряжения постоянного тока, а их выходы соединены с электромагнитными механизмами закрытия клапанов. Входы формирователей сигналов датчиков состояния клапанов соединены с выходами датчиков состояния клапанов, входы формирователей аварийных сигналов каналов контроля соединены с вводами аварийных сигналов каналов контроля. Выходы формирователя наличия напряжения включения электромагнитных механизмов, формирователей сигналов датчиков состояния клапанов и формирователей аварийных сигналов каналов контроля соединены с входами устройства ввода микроконтроллера.
На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего заявляемый способ управления группой электромагнитных механизмов, преимущественно запорных клапанов.
Устройство управления группой электромагнитных механизмов, преимущественно запорных клапанов, содержит источник 1 напряжения постоянного тока для подачи напряжения включения электромагнитных механизмов, микроконтроллер 2 с устройством вывода 3 для формирования сигналов управления, с устройством ввода 4 для приема входных сигналов, с портом ввода-вывода информации 5 с выводами для приема и передачи информации в виде сигналов последовательного кода по информационной технологической сети, с пультом управления 6 с элементами управления и индикатором. Устройство содержит также формирователь 7 сигнала наличия напряжения на выходе источника 1 напряжения постоянного тока. В устройство включены по числу клапанов первые 8.1-8.N и вторые 9.1-9.N управляемые ключи для подачи напряжения от источника 1 напряжения постоянного тока на электромагнитные механизмы закрытия 10.1-10.N клапанов 12.1-12.N и на электромагнитные механизмы открытия 11.1-11.N клапанов 12.1-12.N, датчики состояния 13.1-13.N клапанов 12.1-12.N, формирователи 14.1-14.N сигналов датчиков состояния 13.1-13.N клапанов 12.1-12.N и формирователи 15.1-15.N аварийных сигналов каналов контроля, поступающих на вводы 16.1-16.N. Выходы устройства вывода 3 микроконтроллера 2 соединены с управляющими входами первых 8.1-8.N и вторых 9.1-9.N управляемых ключей, входы которых соединены с выходами источника 1 напряжения постоянного тока, а выходы соединены с электромагнитными механизмами открытия 11.1-11.N и закрытия 10.1-10.N клапанов 12.1-12.N соответственно. Входы формирователей 14.1-14.N сигналов датчиков состояния 13.1-13.N клапанов 12.1-12.N соединены с выходами датчиков состояния 13.1-13.N клапанов 12.1-12.N, вход формирователя 7 сигнала наличия напряжения включения электромагнитных механизмов соединен с выходом источника 1 напряжения постоянного тока. Выходы формирователей 7, 14.1-14.N и 15.1-15.N соединены с входами устройства ввода 4 микроконтроллера 2. Микроконтроллер 2 содержит также порт 17 ввода-вывода для ввода в него программного обеспечения, с помощью которого в микроконтроллере 2 реализуется алгоритм формирования сигналов управления клапанами, информации о состоянии клапанов, ее индикация и передача по информационной технологической сети.
Способ управления электромагнитными механизмами, преимущественно запорными клапанами, осуществляется следующим образом.
Источник 1 напряжения постоянного тока формирует стабилизированное напряжение постоянного тока, обеспечивающее включение электромагнитных механизмов, гарантирующее переключение клапанов из одного фиксированного состояния в другое фиксированное состояние. При превышении токов в цепях электромагнитных механизмов 10.1-10.N, 11.1-11.N закрытия и открытия клапанов 12.1-12.N заданного значения источник 1 напряжения постоянного тока автоматически переводится из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока. Датчики состояния 13.1-13.N клапанов 12.1-12.N выдают сигналы только при открытом состоянии клапанов 12.1-12.N. Формирователи 7, 14.1-14.N и 15.1-15.N формируют для ввода в микроконтроллер 2 через устройство ввода 4 сигналы наличия напряжения на выходе источника 1 в моменты включения электромагнитных механизмов 10.1-10.N, 11.1-11.N закрытия и открытия клапанов 12.1-12.N, сигналы датчиков состояния 13.1-13.N клапанов 12.1-12.N и аварийные сигналы каналов контроля, поступающие на вводы 16.1-16.N. При получении микроконтроллером 2 по информационной технологической сети через выводы порта ввода-вывода 5 информации в виде сигналов последовательного кода об открытии клапана, например, 12.1 на выходе устройства 3 микроконтроллера 2 формируют сигнал, который подают на управляющий вход ключа 8.1, и открывают его на время, необходимое для переключения клапана 12.1 из закрытого в открытое состояние. При этом напряжение источника 1 поступает через открытый ключ 8.1 на электромагнитный механизм открытия 11.1 клапана 12.1 на время, необходимое для переключения клапана из закрытого состояния в открытое состояние. В этот момент контролируют наличие напряжения на выходе источника 1 по выходному сигналу формирователя 7, поступающему в микроконтроллер 2 через устройство ввода 4. Запоминают информацию о формировании сигнала включения электромагнитного механизма открытия 11.1 клапана 12.1 и информацию о наличии напряжения на выходе источника 1 при включении электромагнитного механизма 11.1. Сравнивают состояние клапана 12.1 по выходному сигналу датчика 13.1, который через формирователь 14.1 поступает на вход устройства ввода 4 микроконтроллера 2, с информацией о формировании сигнала включения электромагнитного механизма открытия 11.1 клапана 12.1. При соответствии выходного сигнала датчика положения 13.1 открытому состоянию клапана 12.1 и по наличию информации о формировании сигнала включения электромагнитного механизма открытия 11.1 клапана 12.1 на выводах порта ввода-вывода 5 микроконтроллера 2 формируют информацию об открытии клапана 12.1 в виде сигналов последовательного кода. При этом на индикаторе пульта управления 6 микроконтроллера 2 формируют информацию об открытом состоянии клапана 12.1. При несоответствии состояния клапана 12.1 по выходному сигналу датчика 13.1 сигналу управления электромагнитным механизмом открытия 11.1 клапана 12.1 с помощью микроконтроллера 2 анализируют информацию о сформированном сигнале включения электромагнитного механизма 11.1, информацию о выходном сигнале формирователя 7 при включении электромагнитного механизма 11.1, информацию о состоянии клапана 12.1 по выходному сигналу датчика 13.1 и определяют причину отказа. При наличии напряжения на выходе источника 1 в момент подачи его на электромагнитный механизм открытия 11.1 клапана 12.1, определяемому по выходному сигналу формирователя 7, и закрытом состоянии клапана 12.1, определяемом по выходному сигналу датчика состояния 13.1 клапана 12.1, имеет место обрыв в цепи управления электромагнитного механизма открытия 11.1 клапана 12.1. При отсутствии напряжения на выходе источника 1 в момент подачи его на электромагнитный механизм открытия 11.1 клапана 12.1, определяемому по выходному сигналу формирователя 7, и закрытом состоянии клапана 12.1, определяемом по выходному сигналу датчика состояния 13.1 клапана 12.1, имеет место короткое замыкание в цепях управления электромагнитного механизма 11.1 открытия клапана 12.1. Это обусловлено тем, что в случае короткого замыкания источник 1 переводится в режим стабилизации тока и напряжение на его выходе будет близким к нулю. При наличии отказа в цепях управления электромагнитного механизма открытия 11.1 клапана 12.1 на выводах порта ввода-вывода 5 микроконтроллера 2 формируют информацию в виде сигналов последовательного кода о состоянии клапана и характере отказа: «клапан 12.1 закрыт - обрыв в цепи электромагнитного механизма 11.1» или «клапан 12.1 закрыт - короткое замыкание в цепи электромагнитного механизма 11.1». При этом на индикаторе пульта управления 6 микроконтроллера 2 формируют информацию об ошибке состояния клапана 12.1. При получении микроконтроллером 2 по информационной технологической сети через выводы порта ввода-вывода 5 информации о закрытии клапана 12.1 в виде сигналов последовательного кода на выходе устройства 3 микроконтроллера 2 формируют выходной сигнал, который подают на управляющий вход ключа 9.1, и открывают его на время, необходимое для переключения клапана из открытого в закрытое состояние. При этом напряжение от источника 1 подают через открытый ключ 9.1 на электромагнитный механизм закрытия 10.1 клапана 12.1 на время, необходимое для переключения клапана из открытого в закрытое состояние. В этот момент контролируют наличие напряжения на выходе источника 1 по выходному сигналу формирователя 7, поступающему в микроконтроллер 2 через устройство ввода 4. Запоминают информацию о формировании сигнала включения электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1 и информацию о выходном сигнале формирователя 7 наличия напряжения на выходе источника 1 при включении электромагнитного механизма 10.1. Сравнивают состояние клапана 12.1 по выходному сигналу датчика 13.1 с информацией о формировании сигнала включения электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1. При соответствии выходного сигнала датчика 13.1 закрытому состоянию клапана 12.1 и по наличию информации о формировании сигнала включения электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1 на выводах порта ввода-вывода 5 микроконтроллера 2 формируют информацию в виде сигналов последовательного кода о закрытии клапана 12.1. При этом на индикаторе пульта управления 6 микроконтроллера 2 формируют информацию о закрытом состоянии клапана 12.1. При несоответствии состояния клапана 12.1 по выходному сигналу датчика 13.1 сигналу включения электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1 с помощью микроконтроллера 2 анализируют информацию о сформированном сигнале управления и информацию, имеющуюся в выходных сигналах формирователей 7 и 14.1, и находят причину отказа. При наличии напряжения на выходе источника 1, определяемому по выходному сигналу формирователя 7, и открытом состоянии клапана 12.1, определяемом по выходному сигналу датчика 13.1, диагностируют обрыв в цепи управления электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1. При отсутствии напряжения на выходе источника 1, определяемому по выходному сигналу формирователя 7, и открытом состоянии клапана 12.1, определяемом по выходному сигналу датчика 13.1, диагностируют короткое замыкание в цепях управления электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1. При наличии отказа в цепях управления электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1 на выводах порта ввода-вывода 5 микроконтроллера 2 формируют информацию в виде сигналов последовательного кода о состоянии клапана и характере отказа: «открыт - обрыв в цепи электромагнитного механизма 10.1» или «открыт - короткое замыкание в цепи электромагнитного механизма 10.1». При этом на индикаторе пульта управления 6 микроконтроллера 2 формируют информацию об ошибке состояния клапана 12.1. При появлении на вводе 16.1 аварийного сигнала канала контроля на выходе формирователя 15.1 формируют сигнал, который поступит в микроконтроллер 2 через устройство ввода 4. По этому сигналу на выходе устройства вывода 3 микроконтроллера 2 формируют сигнал управления электромагнитным механизмом закрытия 10.1 клапана 12.1. Далее выполняют операции в соответствии с алгоритмом закрытия клапана 12.1. При управлении другими клапанами способ реализуется аналогичным образом. Управление клапанами 12.1-12.N с помощью ручных дублеров осуществляют после передачи по информационной сети специальной команды, которая в виде сигналов последовательного кода поступит на выводы порта ввода-вывода 5 микроконтроллера 2. Изменение выходных сигналов датчиков 13.1-13.N при отсутствии сигналов управления электромагнитными механизмами закрытия 10.1-10.N, и открытия 11.1-11.N клапанов 12.1-12.N после получения этой команды не считают ошибкой. Управление клапанами 12.1-12.N с помощью ручных дублеров без передачи по информационной сети специальной команды считают ошибкой, так как изменение выходных сигналов датчиков 13.1-13.N при управлении клапанами 12.1-12.N происходит при отсутствии сигналов управления электромагнитными механизмами закрытия 10.1-10.N и открытия 11.1-11.N клапанов 12.1-12.N. При отсутствии изменения выходного сигнала датчика состояния, например, 13.1 клапана 12.1 при управлении клапаном 12.1 с помощью ручного дублера определяют отказ датчика состояния 13.1 клапана 12.1. При этом на выводах порта ввода-вывода 5 микроконтроллера 2 формируют информацию об отказе датчика 13.1 в виде сигналов последовательного кода для передачи по информационной технологической сети. При этом на индикаторе пульта управления 6 микроконтроллера 2 формируют информацию об ошибке состояния клапана 12.1. При неисправностях и сбоях в работе средств информационной технологической сети с помощью кнопок управления пульта управления 6 микроконтроллера 2 последовательно по одному контролируют состояние каждого клапана 12.1-12.N по индикатору пульта управления 6 микроконтроллера 2, выбирают клапан, состояние которого необходимо изменить, например открытого клапана 12.1. Элементом управления пульта управления 6 микроконтроллера 2 подают команду, по которой в устройстве 3 микроконтроллера 2 формируют сигнал включения электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1. При этом напряжение от источника 1 подают через открытый ключ 9.1 на электромагнитный механизм закрытия 10.1 клапана 12.1 на время, необходимое для переключения клапана из открытого в закрытое состояние. Запоминают информацию о формировании сигнала включения электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1. Сравнивают состояние клапана 12.1 по выходному сигналу датчика 13.1 с информацией о формировании сигнала включения электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1. При соответствии выходного сигнала датчика 13.1 закрытому состоянию клапана 12.1 и по наличию информации о формировании сигнала включения электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1 на индикаторе пульта управления 6 микроконтроллера 2 формируют информацию о закрытии клапана 12.1. При несоответствии состояния клапана 12.1 по выходному сигналу датчика 13.1 сигналу включения электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1 на индикаторе пульта управления 6 микроконтроллера 2 отображается информация об ошибке состояния клапана 12.1. В этом случае клапан 12.1 закрывают с помощью ручного дублера.
Устройство работает следующим образом.
При включении в работу устройства все клапаны 12.1-12.N находятся в состоянии, в которое их установили перед выключением устройства или с помощью ручных дублеров электромагнитных механизмов. На выходах датчиков состояния 13.1-13.N клапанов 12.1-12.N присутствуют при этом сигналы, соответствующие состоянию клапанов: клапан открыт - сигнал низкого уровня, клапан закрыт - сигнал высокого уровня. На вводах 16.1-16.N аварийных сигналов каналов контроля присутствуют при этом сигналы, соответствующие состоянию каналов контроля: концентрация контролируемого параметра в норме - сигнал высокого уровня, концентрация контролируемого параметра превышает норму - сигнал низкого уровня. В микроконтроллер 2 через порт ввода-вывода 17 установлено программное обеспечение для реализации приема и обработки информации, поступающей через выводы порта ввода-вывода 5, через устройство ввода 4 и с пульта управления 6, для формирования сигналов управления с помощью устройства вывода 3, для индикации на индикаторе пульта управления 6 микроконтроллера 2 и передачи через порт ввода-вывода 5 микроконтроллера 2 информации о состоянии клапанов. При отсутствии в информационной технологической сети управляющей информации, адресованной микроконтроллеру 2, на выводах его порта ввода-вывода 5 отсутствуют сигналы последовательного кода, инициирующие формирование сигналов управления первыми 8.1-8.N и вторыми 9.1-9.N управляемыми ключами. При отсутствии аварийных сигналов каналов контроля на выводах 16.1-16.N присутствуют сигналы высокого уровня и на управляющих выходах устройства вывода 3 не формируются сигналы управления вторыми 9.1-9.N управляемыми ключами. Напряжение от источника 1 при этом не поступает на электромагнитные механизмы закрытия 10.1-10.N и открытия 11.1-11.N клапанов 12.1-12.N. Электромагнитные клапаны 12.1-12.N будут находиться в фиксированных состояниях. Выходные сигналы датчиков состояния 13.1-13.N клапанов 12.1-12.N и выходные сигналы формирователей 14.1-14.N и формирователей 15.1-15.N при этом не будут изменяться. При этом на выходе микроконтроллера 2 формируется информация о состоянии клапанов, которая в ходе информационного обмена передается через выводы порта ввода-вывода 5 микроконтроллера 2 по информационной технологической сети в виде сигналов последовательного кода. При получении микроконтроллером 2 по информационной технологической сети через выводы порта ввода-вывода 5 информации об открытии клапана, например, 12.1 в виде сигналов последовательного кода на выходе устройства 3 микроконтроллера 2 сформируется выходной сигнал, который поступит на управляющий вход ключа 8.1 и откроет ключ 8.1 на время, необходимое для переключения клапана 12.1 из закрытого состояния в открытое состояние. В результате этого напряжение источника 1 через открытый ключ 8.1 поступит на электромагнитный механизм открытия 11.1 клапана 12.1 на время, необходимое для переключения клапана 12.1 из закрытого состояния в открытое состояние. В этот момент в микроконтроллере 2 фиксируют факт формирования сигнала включения электромагнитного механизма открытия 11.1 клапана 12.1 и наличие выходного сигнала формирователя 7, поступающего в микроконтроллер 2 через устройство ввода 4. При отсутствии неисправностей в цепях электромагнитного механизма открытия 11.1 клапан 12.1 переключится в открытое состояние и зафиксируется в открытом состоянии с помощью фиксатора открытого состояния клапана 12.1, а на выходе датчика 13.1 появится сигнал низкого уровня, который поступит на вход формирователя 14.1, выходной сигнал которого поступит на вход устройства ввода 4 микроконтроллера 2. После этого в микроконтроллере 2 производится сравнение состояния клапана 12.1 по выходному сигналу датчика 13.1 с информацией о формировании сигнала включения электромагнитного механизма открытия 11.1 клапана 12.1. При соответствии состояния клапана 12.1 по выходному сигналу датчика 13.1 низкого уровня сигналу управления ключа 8.1 открытия клапана на выводах порта ввода-вывода 5 сформируется информация в виде сигналов последовательного кода для передачи по информационной технологической сети об открытом состоянии клапана 12.1. При отсутствии соответствия состояния клапана 12.1 по выходному сигналу датчика 13.1 высокого уровня сигналу управления ключа 8.1 открытия клапана в микроконтроллере 2 производится анализ причины отказа открытия клапана 12.1. При выходном сигнале формирователя 7 высокого уровня, соответствующем отсутствию короткого замыкания в цепи электромагнитного механизма 11.1, и выходном сигнале датчика состояния 13.1 высокого уровня, соответствующем закрытому состоянию клапана 12.1, на выводах порта ввода-вывода 5 микроконтроллера 2 формируется информация в виде сигналов последовательного кода «клапан закрыт - обрыв в цепи электромагнитного механизма 11.1», а на индикаторе пульта управления 6 микроконтроллера 2 сформируется информация об ошибке состояния клапана 12.1. При выходном сигнале формирователя 7 низкого уровня, соответствующем короткому замыканию в цепи электромагнитного механизма 11.1, и выходном сигнале датчика состояния 13.1 высокого уровня, соответствующем закрытому состоянию клапана 12.1, на выводах порта ввода-вывода 5 микроконтроллера 2 формируется информация «клапан закрыт - короткое замыкание в цепи электромагнитного механизма 11.1», а на индикаторе пульта управления 6 микроконтроллера 2 сформируется при этом информация об ошибке состояния клапана 12.1. При получении микроконтроллером 2 по информационной технологической сети через выводы порта ввода-вывода 5 информации о закрытии клапана, например, 12.1 в виде сигналов последовательного кода на выходе устройства вывода 3 по команде, полученной от микроконтроллера 2, сформируется выходной сигнал на время, необходимое для переключения клапана 12.1 из открытого состояния в закрытое состояние, который поступит на управляющий вход ключа 9.1 и откроет ключ 9.1. В этот момент в микроконтроллере 2 контролируется выходной сигнал формирователя 7, поступающий в микроконтроллер 2 через устройство ввода 4, по которому контролируется наличие напряжения на выходе источника 1 при включении электромагнитного механизма 10.1, и запоминается информация о формировании сигнала включения электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1. При этом выходное напряжение источника 1 поступает через открытый ключ 9.1 на электромагнитный механизм закрытия 10.1 клапана 12.1 на время, необходимое для переключения клапана 12.1 из открытого состояния в закрытое состояние. При отсутствии отказов в цепях электромагнитного механизма 10.1 клапан 12.1 переключится в закрытое состояние и зафиксируется в нем с помощью фиксатора закрытого положения клапана 12.1, при этом на выходе датчика положения 13.1 появится сигнал высокого уровня. Этот сигнал поступает на вход формирователя 14.1, выходной сигнал которого поступает на вход устройства ввода 4 микроконтроллера 2. После этого в микроконтроллере 2 производится сравнение состояния клапана 12.1 по выходному сигналу датчика 13.1 с информацией о формировании сигнала включения электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1. При выходном сигнале формирователя 7 высокого уровня, соответствующего отсутствию короткого замыкания в цепи электромагнитного механизма 10.1, и при выходном сигнале датчика положения 13.1 высокого уровня, соответствующего закрытому состоянию клапана 12.1, при наличии информации о формировании сигнала включения электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1 на выводах порта ввода-вывода 5 микроконтроллера 2 формируется информация в виде сигналов последовательного кода о закрытии клапана 12.1, а на индикаторе пульта управления 6 микроконтроллера 2 появится информация о закрытии клапана 12.1. При отсутствии соответствия состояния клапана 12.1 по выходному сигналу датчика 13.1 низкого уровня сигналу включения электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1, сформированному микроконтроллером 2, в микроконтроллере 2 выполняется анализ причины отказа. При наличии выходного сигнала формирователя 7 высокого уровня и выходного сигнала датчика 13.1 низкого уровня причиной отказа является обрыв в цепи управления электромагнитного механизма 10.1. При наличии выходного сигнала формирователя 7 низкого уровня и выходного сигнала датчика 13.1 низкого уровня причиной отказа является короткое замыкание в цепи управления электромагнитного механизма 10.1. При наличии отказа в цепях управления электромагнитного механизма 10.1 закрытия клапана 12.1 на выводах порта ввода-вывода 5 микроконтроллера 2 формируется информация в виде сигналов последовательного кода о состоянии клапана 12.1 и характере отказа: «клапан открыт - обрыв в цепи управления электромагнитного механизма 10.1» или «клапан открыт - короткое замыкание в цепи управления электромагнитного механизма 10.1». При этом на индикаторе пульта управления 6 микроконтроллера 2 появится информация об ошибке состояния клапана 12.1. При появлении на выводах 16.1 аварийного сигнала канала контроля низкого уровня на выходе формирователя 15.1 формируется сигнал низкого уровня, который поступает через устройство ввода 4 в микроконтроллер 2. По этому сигналу на выходе устройства вывода 3 микроконтроллера 2 формируется сигнал включения электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1. Далее устройство работает в соответствии с алгоритмом закрытия клапана 12.1 с формированием и передачей информации о закрытии клапана 12.1 через порт ввода-вывода по информационной технологической сети и индикацией состояния клапана 12.1 на индикаторе пульта управления 6 микроконтроллера 2. Если клапан 12.1 открыли с помощью ручного дублера, после передачи по информационной технологической сети специальной команды в виде сигналов последовательного кода, поступившей через выводы порта ввода-вывода 5 микроконтроллера 2, на выходе датчика состояния 13.1 клапана 12.1 сформируется сигнал низкого уровня, если при этом клапаны 12.2-12.N закрыты, то на выходах датчиков состояния 13.2.-13.N клапанов 12.2-12.N будут присутствовать сигналы высокого уровня. Выходные сигналы датчиков состояния 13.1-13.N клапанов 12.1-12.N поступят через формирователи 15.1-15.N на входы устройства ввода 4 микроконтроллера 2, после чего на выводах порта ввода-вывода 5 микроконтроллера 2 сформируется информация о состоянии клапанов 12.1-12.N в виде сигналов последовательного кода для передачи по информационной технологической сети, а на индикаторе пульта управления 6 микроконтроллера 2 появится информация об открытии клапана 12.1. При открывании других клапанов с помощью ручных дублеров устройство работает аналогично.
При неисправностях и сбоях в работе средств информационной технологической сети с помощью кнопок управления пульта управления 6 микроконтроллера 2 последовательно по одному контролируют состояние каждого клапана 12.1-12.N по индикатору пульта управления 6 микроконтроллера 2. При необходимости изменения состояния клапана, например закрытия ранее открытого клапана 12.1, элементами управления пульта управления 6 микроконтроллера 2 устанавливают индикатор пульта управления 6 микроконтроллера 2 на индикацию состояния клапана 12.1, после чего элементами управления пульта управления 6 микроконтроллера 2 подают команду, по которой в устройстве 3 микроконтроллера 2 формируется сигнал включения электромагнитного механизма 10.1 клапана 12.1. При этом напряжение от источника 1 подается через открытый ключ 9.1 на электромагнитный механизм 10.1 клапана 12.1 на время, необходимое для переключения клапана из открытого в закрытое состояние. В этот момент в микроконтроллере 2 контролируется выходной сигнал формирователя 7 наличия напряжения на выходе источника 1 при включении электромагнитного механизма 10.1, поступающий в микроконтроллер 2 через устройство ввода 4, и запоминается информация о формировании сигнала включения электромагнитного механизма 10.1 закрытия клапана 12.1. При отсутствии неисправностей в цепях электромагнитного механизма 10.1 клапан 12.1 переключится в закрытое состояние и зафиксируется в закрытом состоянии с помощью фиксатора закрытого состояния клапана 12.1, а на выходе датчика 13.1 появится при этом сигнал высокого уровня. Этот сигнал поступает на вход формирователя 14.1, выходной сигнал которого поступит на вход устройства ввода 4 микроконтроллера 2. После этого в микроконтроллере 2 производится сравнение состояния клапана 12.1 по выходному сигналу датчика 13.1 с информацией о формировании сигнала включения электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1 и информации о наличии выходного сигнала формирователя 7. При выходном сигнале формирователя 7 высокого уровня, соответствующего отсутствию короткого замыкания в цепи электромагнитного механизма 10.1, и выходном сигнале датчика 13.1 высокого уровня, соответствующему закрытому состоянию клапана 12.1, при наличии информации о формировании сигнала включения электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1 на индикаторе пульта управления 6 микроконтроллера 2 появится информация о закрытии клапана 12.1. При отсутствии соответствия состояния клапана 12.1 по выходному сигналу датчика 13.1 низкого уровня, сигналу формирователя 7 высокого уровня и наличия сигнала включения электромагнитного механизма закрытия 10.1 клапана 12.1 на индикаторе пульта управления 6 микроконтроллера 2 появляется информация об ошибке состояния клапана 12.1. В этом случае клапан закрывается с помощью ручного дублера. При этом за счет того, что расстояние от устройства управления электромагнитными механизмами клапанов до трубопроводов с контролируемыми средами и клапанами с ручными дублерами достигает от 3 до 30 метров, активность излучения от трубопроводов с контролируемыми средами, которая уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от источника излучения, в районе размещения пульта управления 6 микроконтроллера 2 будет примерно в 103-105 раз меньше, чем на расстоянии длины ручного дублера, равной 0,09 метра от трубопровода.
Таким образом, в предлагаемых способе и устройстве, кроме формирования дистанционно передаваемой информации о состоянии клапанов, приема управляющей информации и передачи информации о состоянии клапанов по линии связи с минимальным количеством проводников, независящим от числа клапанов, с возможностью своевременно отслеживать неисправности в клапанах, за счет обеспечения возможности приема выходных сигналов датчиков состояния клапанов исключено искажение информации о состоянии клапанов при управлении клапанами с помощью ручных дублеров электромагнитных механизмов. За счет использования в клапанах электромагнитных механизмов открытия и закрытия клапанов с фиксаторами состояния исключена необходимость формирования напряжения удержания электромагнитных механизмов и существенно повышена функциональная надежность устройства при работе с открытыми несколькими или всеми клапанами. Существенно увеличен срок службы источника напряжения постоянного тока и электромагнитных механизмов за счет работы их в экономичном режиме без нагрузки практически все время работы, а под нагрузкой одного электромагнитного механизма только на время переключения клапана из одного фиксированного состояния в другое фиксированное состояние.
Расширена область применения предлагаемых способа и устройства, так как обеспечена возможность приема аварийных сигналов от каналов контроля о превышении концентрации контролируемых радиоактивных сред для прекращения подачи контролируемых сред на средства контроля. Обеспечено безопасное управление клапанами при неисправностях и сбоях в работе средств информационной технологической сети, так как исключена необходимость продолжительного непосредственного контакта оператора с трубопроводами с радиоактивными контролируемыми средами за счет дистанционного управления клапанами с помощью элементов управления и индикации пульта управления микроконтроллера. Все это позволяет создавать на основе предложенных решений системы управления электромагнитными клапанами, обладающими высокой информационной и функциональной надежностью и безопасностью при эксплуатации. Такие требования предъявляются, например, к системам обеспечения автоматизированной доставки контролируемых сред в измерительные камеры радиометрических и спектрометрических анализаторов систем радиационного контроля атомных электростанций.
Технические решения, предлагаемые в способе и устройстве, реализованы в блоке управления БУ4К01, разработанном ФГУП «НИТИ им. А.П. Александрова», г. Сосновый Бор Ленинградской области. В качестве микроконтроллера в блоке БУ4К01 используется контроллер типа 1-8410 фирмы ICP DAS Co., имеющий порт ввода-вывода типа RS-485 для связи с информационной технологической сетью, автономный кнопочный пульт управления с буквенно-цифровым индикатором, встраиваемые модули вывода дискретных сигналов типа 1-8057 и ввода дискретных сигналов типа 1-8053 и дополнительный порт ввода-вывода типа RS-232 для ввода в него специального программного обеспечения, с помощью которого в микроконтроллере формируются сигналы управления клапанами, информация о состоянии клапанов и ее индикация.