СВЕТИЛЬНИК ШАХТНЫЙ ГОЛОВНОЙ С ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ИНФОРМАЦИОННЫМИ ФУНКЦИЯМИ БЕЗОПАСНОСТИ

Полезная модель относится к относится к горно-шахтному оборудованию для индивидуального пользования на рудниках и шахтах, в том числе угольных, опасных по газу и пыли, и предназначенному:
- для освещения рабочего места горнорабочего;
- оповещения персонала рудника, находящегося в горных выработках об авариях или индивидуальном вызове на связь с диспетчером условными световыми сигналами;
- доведение до персонала рудника, находящегося в горных выработках заранее заготовленных сообщений по управлению технологическими процессами, о необходимости определенных действий в аварийной ситуации, о характере опасностей и т.п.;
- для информирования горнорабочего о результатах аэрогазового контроля окружающей среды встроенными датчиками, степени заряженности аккумуляторной батареи, текущем времени, идентификационном номере светильника;
- идентификации горнорабочего для целей табельного учета, и/или позиционирования;
- для поиска шахтера под завалами;
Может найти применение в других отраслях промышленности, - нефтехимии, взрывоопасных производствах, подземных коммуникациях, тоннелях, метро и т.п.
Известен:
1. Индивидуальный аккумуляторный фонарь (патент РФ на полезную модель №57423 с приоритетом от 2006.05.11), содержащий головной светильник, заключенный в отдельном герметичном корпусе, снабженном приспособлением для его крепления на каске, и в котором размещен источник основного освещения, кассету питания, в корпусе которой размещено зарядное устройство с входным электрическим разъемом, снабженным крышкой, блок аккумуляторных батарей с малогабаритными аккумуляторами, соединенную электрическим кабелем с головным светильником, и выключатель основного освещения, отличающийся тем, что кассета питания снабжена блоком управления режимами освещения и драйвером основного освещения, а головной светильник снабжен светодиодами аварийного освещения, выключателем аварийного освещения и светодиодами индикатора процесса заряда аккумуляторных батарей, при этом выключатель основного освещения размещен в корпусе кассеты питания, первый выход зарядного устройства соединен со входом блока аккумуляторных батарей, а его второй выход соединен со светодиодными индикаторами процесса заряда аккумуляторных батарей, информационный выход блока аккумуляторных батарей соединен с управляющим входом зарядного устройства, а питающий выход блока аккумуляторных батарей через выключатель основного освещения, первый вход блока управления режимами освещения и драйвер основного освещения соединен с источником основного освещения, а также через выключатель аварийного освещения он соединен со светодиодами аварийного освещения и со вторым входом блока управления режимами освещения.
2. Фонарь по п.1, отличающийся тем, что в качестве малогабаритных аккумуляторов используют, не менее двух Li-ионных аккумулятора, включенных параллельно.
3. Фонарь по п.1, отличающийся тем, что блок аккумуляторных батарей снабжен резистивным датчиком температуры и электронной платой защиты с ограничением тока нагрузки и тока короткого замыкания.
4. Фонарь по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника основного освещения используется сверхмощный светоизлучающий диод белого цвета излучения "LUXEON".
5. Фонарь по п.1, отличающийся тем, что в качестве выключателей основного и аварийного освещения используют герконы.
6. Фонарь по п.1, отличающийся тем, что в качестве выключателей основного и аварийного освещения используют датчики Холла.
7. Фонарь по п.1, отличающийся тем, что он снабжен индивидуальным сетевым адаптером, преобразующим переменное сетевое напряжение в постоянное напряжение 12 В, имеющим выходной электрический разъем, согласующийся с входным электрическим разъемом кассеты питания.
8. Фонарь по п.1, отличающийся тем, что он снабжен групповым сетевым адаптером, преобразующим переменное сетевое напряжение в постоянное напряжение 12 В, и имеющий ряд выходных электрических разъемов, согласующихся с входными электрическими разъемами кассет питания группы индивидуальных аккумуляторных фонарей.
Известен также:
Способ передачи сообщений в подземные выработки (патент РФ на изобретение №2221149 с приоритетом от 2002.06.11), включающий формирование на поверхности земли сигнала, передачу сигнала с помощью радиоволн в подземные выработки, прием сигнала на приемное устройство, отличающийся тем, что сигнал на поверхности земли формируют низкочастотным, а в подземных выработках его преобразуют в сверхвысокочастотный и затем передают на приемное устройство.
Известна также:
1. Система оперативного шахтного оповещения (патент РФ на полезную модель №57829 с приоритетом от 2006.05.31), включающая передающий комплект, состоящий из передатчика узкополосного сигнала, работающего в нижнем диапазоне тональных частот, и передающей антенны электрического или магнитного типа, расположенной на поверхности над шахтным полем или на рабочих горизонтах шахты, и, размещенные в горной выработке по числу точек оповещения, приемные комплекты, каждый из которых состоит из переносного преобразователя сигнала с блоком питания и приемника узкополосного радиосигнала, содержащего приемную антенну, состоящую из многослойной катушки индуктивности с магнитным сердечником, устройство приема и обработки сигнала и выходное устройство, отличающаяся тем, что приемный комплект выполнен на радиоэлементах большой степени интеграции, а размер магнитного сердечника приемной антенны уменьшен за счет увеличения числа витков катушки индуктивности, при этом верхний слой намотки катушки индуктивности приемной антенны подключен к общей точке схемы приемника узкополосного радиосигнала, а нижний слой намотки катушки индуктивности приемной антенны подключен к входу устройства приема и обработки сигнала.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что подключение передающей антенны к передатчику узкополосного сигнала осуществляется через устройство искрозащиты, обеспечивающего выполнение требований взрывозащиты вида "i" ("искробезопасная цепь").
Известна также:
Автоматизированная система управления и контроля производственных процессов, окружающей среды и местоположения горнорабочих в подземных выработках (патент РФ на изобретение №2180941 с приоритетом от 2000.02.25), характеризующаяся тем, что она осуществляет контроль и управление технологическими процессами в подземных выработках по каналам проводной и радиосвязи в автоматическом режиме и по запросам, при этом ЭВМ пульта управления системы оснащена программным обеспечением "СМОГ", станции сбора и передачи информации, распределенные по подземной выработке и соединенные с пультом управления информационной магистралью, оснащены приемниками кодированных радиосигналов и датчиками состояния окружающей среды, распределенными по подземной выработке, а горнорабочие оснащены передатчиками кодированных радиосигналов ограниченного радиуса действия, вмонтированными в головные светильники, с возможностью осуществления непрерывного контроля за состоянием окружающей среды и местоположением горнорабочих в подземных выработках и использования этой информации для управления производственными процессами.
Известен также:
1. Переносной шахтный светильник индивидуального пользования (патент РФ на полезную модель №57935 с приоритетом от 2005.10.24.), содержащий фару с источником света, соединительный шнур, блок питания с крышкой и приемник с выводами, отличающийся тем, что выводы приемника выполнены из цветного металла.
2. Переносной шахтный светильник по п.1, отличающийся тем, что источник света выполнен в виде одного светодиода, или матрицы светодиодов.
3. Переносной шахтный светильник по п.1 или 2, отличающийся тем, что приемник расположен под крышкой блока питания.
4. Переносной шахтный светильник по п.1 или 2, отличающийся тем, что приемник подвешен к крышке.
5. Переносной шахтный светильник по п.1 или 2, отличающийся тем, что приемник расположен вне блока питания.
6. Переносной шахтный светильник по п.1 или 2 отличающийся тем, что приемник имеет бескорпусное исполнение.
7. Переносной шахтный светильник по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит устройство систем идентификации горнорабочего для целей табельного учета, или/и позиционирования горнорабочих.
8. Переносной шахтный светильник по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит датчик (сигнализатор) метана.
9. Переносной шахтный светильник по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит устройство обнаружения горнорабочих в завалах.
Индивидуальный аккумуляторный фонарь обеспечивает единственную функцию -освещение рабочего места; отсутствуют устройства, обеспечивающие выполнение требований взрывозащиты вида «i» (взрывобезопасная цепь) в цепях заряда аккумуляторной батареи и соединительного шнура, что при его механическом повреждении и в сочетании с крышкой разъема цепи заряда, открывающейся без применения специального инструмента, приводит к несоблюдению действующих нормативных требований в области взрывобезопасности. Принцип управления светильником (функция - провод) вызывает неприемлемое увеличение количества жил в электрическом кабеле и препятствует введению в состав светильника дополнительных устройств, расширяющих его возможности. Светодиодная индикация процесса заряда не позволяет получить информацию о степени разряда аккумуляторных батарей непосредственно в горных выработках.
Система оперативного оповещения, - объем передаваемых сообщений ограничивается возможностями условных световых сигналов
Автоматизированная система управления и контроля производственных процессов, окружающей среды и местоположения горнорабочих в подземных выработках требует сравнительно большого количества станций сбора и передачи информации, распределенных по подземной выработке, и не обеспечивает контроль состава рудничной атмосферы непосредственно в местах нахождения горнорабочих. Ограничения накладываемые на радиус действия передатчика-приемника кодированных радиосигналов сложно реализовать на практике. Это изобретение является прототипом заявляемой полезной модели.
Способу передачи сообщений в подземные выработки присущ крупный недостаток, - низкочастотный сигнал (ниже 50 Гц) имеет чрезвычайно низкую скорость передачи информации, что приводит к неприемлемой продолжительности передачи даже очень коротких сообщений; преобразование сигнала в сверхвысокочастотный не избавляет от этого недостатка и лишь усложняет доведение сообщений до персонала, находящегося в подземных выработках.
Переносной шахтный светильник индивидуального пользования не имеет информационного дисплея, - объем передаваемых сообщений ограничивается возможностями условных световых сигналов, не индицируется степень разряженности аккумуляторной батареи; не решена проблема взаимодействия функциональных частей, не предусмотрено каких-либо сервисных устройств, упрощающих оборот светильников на рудниках и шахтах. Контроль состава атмосферы выработок реализуется только по содержанию метана. Эта полезная модель выбрана вторым прототипом заявляемой полезной модели.
Технические задачи, решаемые предлагаемой полезной моделью:
1. Расширение возможностей по обеспечению безопасности, оптимизация взаимодействия функциональных частей светильника и методов обеспечения взрывобезопасности, упрощение конструкции, повышение удобства в эксплуатации при самых различных организационно-технических требованиях, предъявляемых к подобному оборудованию, посредством:
- использования для управления режимами работы светильника ведущего контроллера, соединенного с контроллерами составных частей внутренней цифровой шиной;
- введения информационного дисплея;
- размещения датчиков содержания газов в осветительном блоке, расширения видов контролируемых газов;
- использования автоматизированного рабочего места, осуществляющего учет светильников, контроль их заряда и оборота, сбор накопленных данных, ведение баз данных, составление отчетов;
- заливки батарейного отсека герметизирующим компаундом и использования оптимального количества блоков искрозащиты электрических цепей;
- использования сенсорных кнопок управления режимами работы;
- использования внутренней цифровой шины и/или приемопередатчика, работающего на сверхвысокой частоте, для обмена информацией с автоматизированным рабочим местом контроля светильников и для программирования узлов светильника;
2. Создание на этой основе автоматизированной системы шахтного оповещения, управления и контроля окружающей среды и местоположения горнорабочих в подземных выработках.
Поставленная задача решается следующим образом.
Светильник шахтный головной с информационно-измерительными функциями безопасности, состоит из закрепляемого на каске осветительного блока, в герметичном корпусе которого размещены светодиоды основного и вспомогательного освещения с драйверами и контроллером драйверов, гибкого многожильного соединительного кабеля и блока питания, состоящего из крышки и батарейного отсека, в котором размещена аккумуляторная батарея, индивидуальный драйвер заряда с контроллером и устройством защиты от разряда ниже допустимого напряжения, а на одной или двух внешних поверхностях батарейного отсека имеются контактные площадки, соединенные с индивидуальным драйвером заряда аккумуляторной батареи, при этом контроллер драйверов светодиодов основного и вспомогательного освещения соединен с контроллером индивидуального драйвера заряда аккумуляторной батареи внутренней цифровой шиной - линией цифровой передачи данных.
В блоке питания светильника может быть размещен информационный дисплей, например жидкокристаллический, и приемник, работающий в нижней части тонального диапазона электромагнитных волн, управляемые ведущим контроллером, с которым соединены по меньшей мере две кнопки управления режимами работы светильника, при этом сам ведущий контроллер соединен с контроллером драйверов светодиодов основного и дополнительного освещения внутренней цифровой шиной, прием сигналов аварийного оповещения или индивидуального вызова на связь с диспетчером сопровождается соответствующим световым сигналом; приемник, работающий в нижней части тонального диапазона электромагнитных волн может обеспечивать также прием сообщений произвольного содержания с отображением их на информационном дисплее.
Батарейный отсек светильника может содержать первый, второй и третий блоки искрозащиты, а контактные площадки, размещенные на одной или двух внешних поверхностях батарейного отсека, соединяются с индивидуальным драйвером заряда аккумуляторной батареи через первый блок искрозащиты, контроллер индивидуального драйвера заряда аккумуляторной батареи соединяется с контроллером драйверов светодиодов основного и вспомогательного освещения внутренней цифровой шиной через второй блок искрозащиты, а питание светодиодов основного и вспомогательного освещения с драйверами, контроллера драйверов, информационного дисплея, приемника, работающего в нижней части тонального диапазона электромагнитных волн, ведущего контроллера осуществляется от аккумуляторной батареи через третий блок искрозащиты.
Блоки искрозащиты или батарейный отсек в целом могут быть залиты герметизирующим компаундом.
В корпусе осветительного блока может быть размещена кнопка управления режимами работы светильника, соединенная с контроллером драйверов светодиодов основного и вспомогательного освещения.
Ведущий контроллер может иметь флэш память, содержащую достаточно большое количество заранее записанных сообщений, каждое из которых при приеме соответствующей команды приемником высвечивается на информационном дисплее и может сопровождаться условным световым сигналом.
Ведущий контроллер может иметь встроенные часы реального времени.
Информационный дисплей может иметь устройство подсветки, например светодиодное, дублирующее светодиод вспомогательного освещения.
В блоке питания может быть размещен приемопередатчик, управляемый ведущим контроллером и работающий на сверхвысокой частоте, который используется для системы позиционирования персонала в горных выработках и/или табельного учета и может использоваться для обмена информацией с автоматизированным рабочим местом контроля светильников и для программирования узлов светильника.
В осветительном блоке может быть дополнительно размещен блок газоанализаторов содержания, например, метана и/или оксида углерода и/или кислорода со своим контроллером, соединенным с ведущим контроллером внутренней цифровой шиной, при этом оповещение о превышении заранее установленных пороговых значений концентрации по компонентам воздушной смеси осуществляется условным световым и/или звуковым сигналом.
В блоке питания может быть дополнительно размещен маломощный передатчик, питающийся непосредственно от аккумуляторной батареи, работающий в тональном диапазоне электромагнитных волн и предназначенный для поиска шахтера под завалами методом пеленгации сигнала этого передатчика.
На одной из внешних сторон блока питания может размещаться дополнительная контактная площадка, соединенная с контроллером драйверов основного и вспомогательного освещения внутренней цифровой шиной.
Батарейный отсек может быть электрически соединен с верхней частью (крышкой) блока питания с помощью разъема с самозачищающимися контактами, сочленяющегося при сборке батарейного отсека и крышки.
Светильник может снабжаться автоматизированным рабочим местом, осуществляющим контроль заряда и оборота светильника, сбор накопленных светильником данных, ведение баз данных, составление отчетов, при этом связь между ними обеспечивается через внутреннюю цифровую шину или по радиоканалу, обеспечиваемому приемопередатчиком, работающим на сверхвысокой частоте.
В осветительный блок может быть встроен звуковой сигнализатор (динамик и/или виброзвонок) приема сигналов аварийного оповещения или индивидуального вызова на связь с диспетчером или о превышении заранее установленных пороговых значений концентрации по компонентам воздушной смеси.
Кнопки управления режимами работы светильника могут быть выполнены сенсорными а разъемное соединение батарейного отсека и крышки - герметичным.
Автоматизированная система шахтного оповещения, управления и контроля окружающей среды и местоположения горнорабочих в подземных выработках, состоящая из пульта управления с ЭВМ, соединенного информационной магистралью с передатчиком узкополосного сигнала, работающим в нижнем диапазоне тональных частот, и из устройств сбора и передачи информации, распределенных по подземной выработке, также соединенных между собой и с пультом управления с ЭВМ информационной магистралью; устройства сбора и передачи информации оснащены приемниками радиосигналов сверхвысокой частоты, а горнорабочие - описанными выше светильниками, характеризующаяся тем, что она осуществляет управление и контроль в подземных выработках по каналам проводной и радиосвязи в автоматическом режиме и по запросам для использования этой информации в целях управления производственными процессами.
Автоматизированная система шахтного оповещения, управления и контроля, приемники устройств сбора и передачи информации которой могут быть оснащены несколькими антеннами для идентификации радиосигналов по направлению.
Предлагаемый светильник шахтный головной с измерительно-информационными функциями безопасности и автоматизированная система шахтного оповещения, управления и контроля на его основе, а также частные случаи их исполнений обеспечивают оптимальный выбор для конкретных применений и могут работать совместно, например, с информационными системами аэрогазового контроля типа «Микон-1P», системами передачи команд типа СУБР-1П, системами позиционирования шахтера в горных выработках СПГТ-41, с системами поиска шахтера под завалами методом пеленгации сигнала встроенного маломощного передатчика, работающего в звуковом диапазоне волн и т.п.
На фиг.1 изображена функциональная схема светильника шахтного головного с измерительно-информационными функциями безопасности в его наиболее полной комплектации а на фиг.2 - функциональная схема автоматизированной системы управления и контроля окружающей среды и местоположения горнорабочих в подземных выработках.
Светильник шахтный головной с информационно-измерительными функциями безопасности, состоит из закрепляемого на каске осветительного блока 1, в герметичном корпусе которого размещены светодиоды основного 2 и вспомогательного 3 освещения с драйверами 4 и 5 соответственно и контроллером 6 драйверов, гибкого многожильного соединительного кабеля 7 и блока питания 8, состоящего из крышки 9 и батарейного отсека 10, в котором размещена аккумуляторная батарея 11, индивидуальный драйвер 12 заряда с контроллером 13 и устройством 14 защиты от разряда ниже допустимого напряжения, а на одной или двух внешних поверхностях батарейного отсека 10 имеются контактные площадки 15, соединенные с индивидуальным драйвером 12 заряда аккумуляторной батареи, при этом контроллер драйверов 6 светодиодов основного и вспомогательного освещения соединен с контроллером 13 индивидуального драйвера заряда аккумуляторной батареи внутренней цифровой шиной 16 - линией цифровой передачи данных.
В блоке питания 8 светильника может быть размещен информационный дисплей 17, например жидкокристаллический, и приемник 18, работающий в нижней части тонального диапазона электромагнитных волн, управляемые ведущим контроллером 19, с которым соединены по меньшей мере две кнопки 20 управления режимами работы светильника, при этом сам ведущий контроллер 19 соединен с контроллером драйверов 6 светодиодов основного и дополнительного освещения внутренней цифровой шиной 16, прием сигналов аварийного оповещения или индивидуального вызова на связь с диспетчером сопровождается соответствующим световым сигналом; приемник 18, работающий в нижней части тонального диапазона электромагнитных волн может обеспечивать также прием сообщений произвольного содержания с отображением их на информационном дисплее 17.
Батарейный отсек 10 светильника может содержать первый 21, второй 22 и третий 23 блоки искрозащиты, а контактные площадки 15, размещенные на одной или двух внешних поверхностях батарейного отсека 10, соединяются с индивидуальным драйвером 12 заряда аккумуляторной батареи через первый 21 блок искрозащиты, контроллер 13 индивидуального драйвера заряда аккумуляторной батареи соединяется с контроллером драйверов 6 светодиодов основного и вспомогательного освещения внутренней цифровой шиной 16 через второй 22 блок искрозащиты, а питание светодиодов основного 2 и вспомогательного 3 освещения с драйверами 4 и 5 соответственно, контроллера 6 драйверов, информационного дисплея 17, приемника 18, работающего в нижней части тонального диапазона электромагнитных волн, ведущего контроллера 19 осуществляется от аккумуляторной батареи 11 через третий 23 блок искрозащиты.
Блоки искрозащиты 21, 22, 23 или батарейный отсек 10 в целом могут быть залиты герметизирующим компаундом 24.
В корпусе осветительного блока 1 может быть размещена кнопка управления 25 режимами работы светильника, соединенная с контроллером 6 драйверов светодиодов основного и вспомогательного освещения.
Ведущий контроллер 19 может иметь флэш память 26, содержащую достаточно большое количество заранее записанных сообщений, каждое из которых при приеме соответствующей команды приемником 18 высвечивается на информационном дисплее 17 и может сопровождаться условным световым сигналом.
Ведущий контроллер 19 может иметь встроенные часы 27 реального времени.
Информационный дисплей 17 может иметь устройство подсветки 28, например светодиодное, дублирующее светодиод 3 вспомогательного освещения.
В блоке питания 8 может быть размещен приемопередатчик 29, управляемый ведущим контроллером 19 и работающий на сверхвысокой частоте, который используется для системы позиционирования персонала в горных выработках и/или табельного учета и может использоваться для обмена информацией с автоматизированным рабочим местом 30 контроля светильников и для программирования узлов светильника.
В осветительном блоке 1 может быть дополнительно размещен блок газоанализаторов 31 содержания, например, метана и/или оксида углерода и/или кислорода со своим контроллером 32, соединенным с ведущим контроллером 19 внутренней цифровой шиной 16, при этом оповещение о превышении заранее установленных пороговых значений концентрации по компонентам воздушной смеси осуществляется условным световым и/или звуковым сигналом.
В блоке питания 8 может быть дополнительно размещен маломощный передатчик 33, питающийся непосредственно от аккумуляторной батареи 11, работающий в тональном диапазоне электромагнитных волн и предназначенный для поиска шахтера под завалами методом пеленгации сигнала этого передатчика.
На одной из внешних сторон блока питания 8 может размещаться дополнительная контактная площадка 34, соединенная с контроллером 6 драйверов основного и вспомогательного освещения внутренней цифровой шиной 16.
Батарейный отсек 10 может быть электрически соединен с крышкой 9 блока питания с помощью разъема 35 с самозачищающимися контактами, сочленяющегося при сборке батарейного отсека 10 и крышки 9.
Светильник может снабжаться автоматизированным рабочим местом 30, осуществляющим контроль заряда и оборота светильника, сбор накопленных светильником данных, ведение баз данных, составление отчетов, при этом связь между ними обеспечивается через внутреннюю цифровую шину или по радиоканалу, обеспечиваемому приемопередатчиком 29, работающим на сверхвысокой частоте.
В осветительный блок 1 может быть встроен звуковой сигнализатор 36 (динамик и/или виброзвонок) приема сигналов аварийного оповещения или индивидуального вызова на связь с диспетчером или о превышении заранее установленных пороговых значений концентрации по компонентам воздушной смеси.
Кнопки 20 и 25 управления режимами работы светильника могут быть выполнены сенсорными, а разъемное соединение батарейного отсека 10 и крышки 9 - герметичным.
Автоматизированная система шахтного оповещения, управления и контроля окружающей среды и местоположения горнорабочих в подземных выработках, состоит из пульта управления 37 с ЭВМ, соединенного информационной магистралью 38 с передатчиком 39 узкополосного сигнала, работающим в нижнем диапазоне тональных частот, и из устройств 40 сбора и передачи информации, распределенных по подземной выработке, также соединенных между собой и с пультом 37 управления с ЭВМ информационной магистралью 38; устройства сбора и передачи информации 40 оснащены приемниками 41 радиосигналов сверхвысокой частоты, а горнорабочие - описанными выше светильниками 42, характеризующаяся тем, что она осуществляет управление и контроль в подземных выработках по каналам проводной и радиосвязи в автоматическом режиме и по запросам для использования этой информации в целях управления производственными процессами.
Автоматизированная система шахтного оповещения, управления и контроля может иметь приемники 41 устройств 40 сбора и передачи информации, оснащенные несколькими антеннами 43 для идентификации радиосигналов по направлению.
Основным элементом, определяющим весогабаритные характеристики светильника, является аккумуляторная батарея 11. Она состоит из двух литий-ионнополимерных элементов типа LP805580 фирмы General Electronics Battery Co Ltd, соединенных параллельно, общей емкостью 8,2 Ач; и, при токе потребления светодиода 2 основного освещения типа «LUXEON» ProLight PG1A-1MWX-DL фирмы Philips Lumileds Lighting Company около 350 мА, обеспечивает требуемую продолжительность непрерывной работы с большим запасом. Вес двух элементов составляет при этом около 150 г, а всего блока питания, - менее 400 г.Индивидуальный драйвер 12 заряда, выполненный на микросхеме bq27010 TI фирмы Texas Instruments, с контроллером 13 (микросхема ATMega88 корпорации Atmel) до предела снижают требования к источнику питания для зарядки и позволяют обеспечить надежную эксплуатацию всех функциональных блоков и узлов светильника с минимальными затратами на обслуживание; значительная часть этих работ может выполнятся самим горнорабочим в порядке самообслуживания. В сочетании с автоматизированным рабочим местом 30 учета светильников, обеспечивающим контроль заряда и оборота светильника, сбор накопленных светильником данных, ведение баз данных, составление отчетов это обеспечивает максимальное удобство в эксплуатации.
Использование внутренней цифровой шины 16 - линии цифровой передачи данных, с помощью которой могут обмениваться информацией электронные функциональные узлы светильника, предусматривает наличие одного ведущего и нескольких ведомых устройств. Ведущее устройство - электронное устройство, управляющее обменом информацией по внутренней цифровой шине 16 светильника. Ведущее устройство посылает запросы (команды) ведомым устройствам и получает от них отклики. Ведущим устройством является ведущий контроллер 19, при отсутствии его в комплекте светильника ведущим устройством будет контроллер 6 драйверов светодиодов основного и вспомогательного освещения. Ведомое устройство - электронное устройство, отвечающее на запросы (команды) ведущего устройства, получаемые по внутренней цифровой шине 16 светильника. Ведомыми устройствами (при наличии в комплекте светильника ведущего контроллера 19) являются контроллер 6 драйверов светодиодов основного и вспомогательного освещения, контроллер блока газоанализаторов 32, контроллер 13 индивидуального драйвера заряда аккумуляторной батареи; при отсутствии в комплекте светильника ведущего контроллера 19 ведомым устройством является контроллер 13 индивидуального драйвера заряда аккумуляторной батареи.
Контроллер блока газоанализаторов выполнен на микросхеме MSP430F147 фирмы Texas Instruments контроллер драйверов основного и вспомогательного освещения - на микросхеме ATMega88 корпорации Atmel.
Ведущий контроллер 19, реализованный на микросхеме MSP430F149 Т1 фирмы Texas Instruments, выполняет следующие функции:
- управляет процессом отображения информации на информационном дисплее 17 с устройством подсветки, например светодиодным, 28;
- управляет приемопередатчиком 29, работающим на сверхвысокой частоте;
- работает с флешь памятью 26 и встроенными часами реального времени 27;
- реализует оптимальный прием сигналов совместно с приемником 18, работающим в нижней части звукового диапазона электромагнитных волн;
- выполняет сервисные функции;
- обрабатывает состояние кнопок 20 управления режимами работы светильника;
- управляет световой и звуковой сигнализацией;
Обработку состояния кнопки 25 управления режимами работы светильника, расположенной на осветительном блоке 1, осуществляет контроллер 6 драйверов светодиодов основного и вспомогательного освещения. Для управления светильником и его элементами используются разные сочетания нажатий кнопок, которые отличаются количеством и продолжительностью. Каждой команде управления светильником и его элементами ставится в соответствие уникальная совокупность манипуляций с кнопкой, - маска. Информация о соответствии выполненных манипуляций с кнопкой заданной маске передается ведущему устройству для генерации команд управления светильником и его элементами.
Световая сигнализация - изменение яркости свечения светодиодов 2, 3 основного и вспомогательного освещения, которое характеризуется количеством изменений и временными параметрами, звуковая сигнализация - включение/выключение звукового сигнализатора с заданными характеристиками, осуществляемые по команде ведущего устройства.
Драйвер 4 светодиода основного освещения - микросхема NCP 5030 фирмы ON Semiconductor.
Приемопередатчик 29, работающий на сверхвысокой частоте, выполнен на микросхеме nRF24L01 фирмы Nordic Semiconductor по типовой схеме включения.
Приемник 18, работающий в нижней части звукового диапазона электромагнитных волн, как, например приемник по патенту РФ на полезную модель №57935 с приоритетом от 2005.10.24, может быть реализован с использованием аналоговых методов обработки сигнала на элементной базе сравнительно высокой степени интеграции. Возможно его построение на основе цифровых методов с использованием ведущего контроллера 19; при этом габариты приемника существенно сокращаются. Несмотря на то, что передача ведется в нижней части звукового диапазона электромагнитных волн (частота около 1000 Гц) скорость передачи информации уже позволяет за приемлемый промежуток времени принять сообщение произвольного содержания.
Реализация маломощного передатчика 33, работающего в тональном диапазоне электромагнитных волн, устройства защиты 14 от разряда ниже допустимого напряжения, блоков искрозащиты 21, 22, 23 вплоть до уровня ia при современной элементной базе возможна в нескольких альтернативных вариантах.
Заливка батарейного отсека 10 герметизирующим компаундом 24 и использование блоков искрозащиты 21, 22, 23 электрических цепей соответственно заряда аккумуляторной батареи, питания функциональных узлов светильника, внутренней цифровой шины в сочетании с герметичными осветительным блоком 1 и блоком питания 8 с сенсорными кнопками управления 20 и 25, не нарушающими их герметичности, позволяет выполнить требование взрывозащищенности светильника для самых тяжелых условий эксплуатации; количество жил в гибком многожильном соединительном кабеле 7 при этом не превысит трех.
Реализация функциональных узлов светильника на элементной базе ведущих мировых фирм в соответствии с рекомендованными ими типовыми схемами включения обеспечивает гарантированную надежную работу последних.
Работает предлагаемый светильник следующим образом. Предварительно осуществляют зарядку аккумуляторной батареи 11. Для этого блок питания 8 при помощи контактных площадок 15 и 34 подключают к адаптеру зарядного устройства, который, в свою очередь, соединен с автоматизированным рабочим местом 30 контроля светильников цифровой шиной (на Фиг.1 эти соединения не показаны). Заряд аккумуляторов автоматически идет при отключенном основном и вспомогательном освещении. При подаче напряжения питания от зарядного устройства на индивидуальный драйвер 12 заряда аккумуляторной батареи он анализирует состояние аккумуляторной батареи 11. При ее глубоком разряде (напряжение ниже 3,0 В) индивидуальный драйвер 12 заряда запускает внутренний таймер предварительного заряда и осуществляет предварительный заряд небольшим током до напряжения 3,0 В. Если за заданное время работы таймера напряжение 3,0 В не достигается индивидуальный драйвер 12 заряда вырабатывает сигнал неисправности аккумуляторной батареи 11 и прекращает заряд. При успешном выполнении предварительного заряда индивидуальный драйвер 12 начинает заряд аккумуляторной батареи 11 по стандартной процедуре. Заряд аккумуляторной батареи 11 начинается сразу, если при подаче питания напряжение ее оказалось выше 3,0 В.
Индивидуальный драйвер 12 заряда аккумуляторной батареи осуществляет контроль и поддержание необходимого тока заряда; при превышении температуры аккумуляторной батареи 11 сверх допустимого предела прекращает заряд. В момент достижения номинального напряжения окончания заряда индивидуальный драйвер 12 переходит к заряду постоянным напряжением, не допуская порчи аккумуляторной батареи.
Во время заряда индивидуальный драйвер 12 через свой контроллер 13 и связанный с ним внутренней цифровой шиной 16 ведущий контроллер 19 выдает сигналы на информационный дисплей 17 о степени заряда аккумуляторной батареи 11 и идентификационном номере светильника. Одновременно сигнал о готовности светильника к работе через цифровую шину или через приемопередатчик 29, работающий на сверхвысокой частоте, передается на автоматизированное рабочее место 30 контроля и учета светильников, обеспечивающее контроль их заряда и оборота, сбор накопленных светильником данных, ведение баз данных, составление отчетов.
Таким образом действия персонала, обеспечивающего процесс заряда светильников в порядке самообслуживания, могут быть документированы. Свежезаряженная аккумуляторная батарея 11 обеспечивает около 20 часов непрерывной работы светодиода 2 основного освещения и всех остальных функциональных узлов светильника; при этом яркость свечения светодиода 2 в процессе разряда не меняется благодаря стабилизации тока драйвером 4. При разряде аккумуляторной батареи 11 до определенной критической величины, определяемой устройством 14 защиты от разряда ниже допустимого напряжения; происходит отключение всех функциональных узлов светильника кроме маломощного передатчика 33, работающего в тональном диапазоне электромагнитных волн. Он продолжает излучать короткие импульсы, служащие (в случае аварийной ситуации) для определения места нахождения горнорабочих в завалах методом пеленгации; оставшаяся емкость аккумуляторной батареи 11 обеспечивает его работу в течение не менее 100 часов.
Включение, выключение, переключение с основного освещения на вспомогательное и наоборот осуществляется сенсорной кнопкой 25, встроенной в осветительный блок 1, соответствующей комбинацией нажатий. Определенными комбинациями нажатий сенсорных кнопок 20, находящихся в блоке питания включается - выключается устройство подсветки 28 информационного дисплея 17, а также активируется индикация:
- текущего времени;
- идентификационного номера светильника;
- степени заряженности аккумуляторной батареи 11;
- результатов аэрогазового контроля окружающей среды блоком газоанализаторов 31.
Функциональная схема светильника шахтного головного с измерительно-информационными функциями безопасности в его наиболее полной комплектации представляет широкие возможности изменения алгоритма работы применительно к самым различным организационно-техническим требованиям перепрограммированием контроллеров соответствующих узлов, осуществляемым через внутреннюю цифровую шину 16 или приемопередатчик 29, работающий на сверхвысокой частоте, с автоматизированного рабочего места 30 контроля светильников.
Предлагаемая автоматизированная система шахтного оповещения и контроля состояния окружающей среды и местоположения горнорабочих в подземных выработках работает следующим образом. Приемопередатчик 29, входящий в состав светильника 42 и работающий на сверхвысокой частоте, под управлением ведущего контроллера 19 с частотой несколько раз в минуту передает кодированную информацию об уникальном коде, который закреплен за каждым горнорабочим, а также о результатах аэрогазового контроля окружающей среды, осуществляемого блоком газоанализаторов 31, вмонтированным в осветительный блок 1.
Устройством сбора и передачи информации 40 принятый приемником 41 радиосигнал сверхвысокой частоты преобразуется для передачи через информационную магистраль 38 в пульт управления 37 с ЭВМ для анализа и хранения. Оснащение приемника 41 радиосигналов сверхвысокой частоты несколькими антеннами 43 позволяет идентифицировать радиосигналы по направлению (повышается точность определения местонахождения горнорабочего) и уменьшить необходимое количество устройств 40 сбора и передачи информации.
Передатчик 39 узкополосного сигнала, работающий в нижнем диапазоне тональных частот, по команде диспетчера передает кодированные сигналы оповещения персонала рудника, находящегося в горных выработках, об авариях или индивидуальном вызове на связь с диспетчером а также кодированные сигналы, в соответствии с которыми до персонала рудника, находящегося в горных выработках, доводятся необходимые из заранее заготовленных сообщений по управлению технологическими процессами, о необходимости определенных действий в аварийной ситуации, о характере опасностей и т.п.; могут быть переданы также сообщения произвольного содержания, набранные диспетчером.