СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПИРОСРЕДСТВАМИ
CONTROL SYSTEM OF PYROTECHNIC DEVICES

Предлагаемое изобретение относится к инициирующим устройствам для подрыва пиротехнических средств и может быть использовано при создании систем управления изделий ракетно-космической техники (РКТ), авиационных систем, а также при проведении взрывных работ в горной промышленности и строительных отраслях.
Известно устройство (аналог) «Сетевой прибор взрывания» (патент РФ №2333459, МПК F42D 1/055), содержащий микроконтроллер, выполняющий функции блока управления, устройство замедления в виде тиристорного ключа, который подключен к электровзрывной сети, запоминающее устройство, снабженное внешним источником энергии (внешний источник питания), преобразователь напряжения, устройство контроля и защиты прибора, датчик тока, датчик напряжения, два аналого-цифровых преобразователя, устройство ввода и контроля информации. Прибор снабжен коммутирующим устройством (КУ) и блоком контроля изоляции (БКИ).
Принцип работы прибора заключается в подаче с выхода источника энергии напряжения через выходной ключ, управляемый микроконтроллером, на ЭВС с контролем энергопотребления, также проводится контроль сопротивления изоляции ЭВС, при этом КУ подключает к ЭВС БКИ или выходной ключ.
Недостатками данного устройства являются: невозможность разновременного управления группами пиросредств, что ограничивает функциональные возможности устройства, а также невозможность контроля исправности пиросредств и связей до них до подачи напряжения с выхода источника энергии, что ограничивает уровень безопасности устройства.
Известна «Распределенная система управления пиросредствами» (аналог) (патент на полезную модель РФ №47508, МПК F42D 1/04), содержащая центральный прибор управления, который состоит из микроконтроллера, многовходового аналого-цифрового преобразователя, датчика тока и внешнего источника энергии, реализующая магистральный принцип управления пиросредствами.
Распределенная система управления содержит центральный прибор управления, двухканальную магистральную линию связи и множество двухканальных приборов подрыва пиросредств. Через магистральную линию связи подается силовое питание одновременно с информационными сигналами.
Информационный сигнал, следуя по магистральной линии связи, поступает на множество приборов подрыва пиросредств, в каждом из которых приемное устройство декодирует и передает сигнал на логическое устройство, которое сравнивает полученный код с «зашитым» в логическое устройство кодом, и, в случае совпадения хотя бы 2-х из 3-х кодовых повторений в одном информационном сигнале, логическое устройство пропускает следующий за последним кодом сигнал на усилитель мощности.
Усилитель мощности построен по схеме генератора стабильного тока, величина тока настраивается для каждого типа пиропатрона.
Усилитель мощности подключен к выходному понижающему по напряжению (повышающему по току) трансформатору, который подключен к мостикам пиросредства. Сигнал поступает на мостики пиросредства и оно инициируется.
Недостатками распределенной системы управления пиросредствами являются невозможность одновременного инициирования группы пиросредств, что ограничивает ее функциональные возможности, а также проведение проверок исправности мостиков пиросредств косвенным способом. Недостатки обусловлены магистральным методом управления пиросредствами (последовательное управление каждым мостиком по одной, общей линии связи) и выбранным методом инициирования пиросредств.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой системе (прототипом) является сетевой прибор взрывания (см. патент РФ 2202766, МПК 7 F42D 1/055), содержащий микроконтроллер, выполняющий функции центрального блока управления, устройства замедления в виде тиристорных ключей, каждый из которых подсоединен к соответствующей электровзрывной сети, запоминающее устройство, согласно изобретению снабженное внешним источником энергии, преобразователь напряжения, устройство контроля и защиты прибора, датчик тока, датчик напряжения, два аналого-цифровых преобразователя, устройство ввода и отображения информации.
Принцип работы указанного прибора заключается в подаче по команде из блока управления напряжения с выхода внешнего источника питания через ключевой элемент на мостик пиросредства. При этом одновременно с подачей напряжения на мостик формируется и преобразуется при помощи АЦП в цифровую форму информация о токе и напряжении во входных цепях ключевого элемента. Информация с выхода АЦП поступает в блок управления, что позволяет контролировать потребляемую энергию во входных цепях ключевого элемента, что, в свою очередь, позволяет установить факт формирования во входных цепях ключевого элемента энергии, достаточной для инициирования пиросредства, а также выявить дефекты мостика с последующим отключением ключевого элемента.
Недостатками прототипа являются невозможность одновременного задействования группы выходных ключей (так как контроль энергопотребления при инициировании проводится единым АЦП для каждого ключа индивидуально), что ограничивает функциональные возможности устройства, а также невозможность контроля исправности тракта управления пиросредством до подачи напряжения первичного источника, что ограничивает уровень безопасности устройства.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение безопасности и надежности, расширение функциональных возможностей устройства.
Техническим результатом изобретения являются повышение безопасности и надежности, расширение функциональных возможностей устройства.
Для достижения данного технического результата в систему управления пиросредствами, содержащую пиросредства, выполненные с использованием электровоспламеняющих мостиков, внешний источник питания, ключевые элементы K1…Kn, первые выходы которых соединены с первыми выводами упомянутых мостиков, блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами ключевых элементов K1…Kn, и аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом блока управления, введены источник стабильного тока, коммутатор с двумя устойчивыми состояниями, соединенный первым и вторым входами первого состояния - с первым и вторым выходами внешнего источника питания, первым и вторым входами второго состояния - с первым и вторым выходами источника стабильного тока и первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя, а первым и вторым выходами - соответственно с первыми и вторыми входами ключевых элементов K1…Kn, и токозадающие резисторы, включенные между вторыми выходами элементов K1…Kn и вторыми выводами мостиков, причем управляющий вход коммутатора соединен с соответствующим выходом блока управления.
Кроме того, источник стабильного тока выполнен с использованием дополнительного ограничительного резистора, включенного последовательно с одним из его выходов, и последовательно соединенных эталонного резистора и ключевого элемента, включенных между выходами упомянутого источника, причем управляющий вход дополнительного ключевого элемента соединен с дополнительным выходом блока управления, коммутационный элемент выполнен на основе бистабильного электромагнитного реле, ключевые элементы K1…Kn и блок управления выполнены резервированными, причем выходы одного ключевого элемента соединены через ограничительные резисторы с несколькими мостиками, а мостики, относящиеся к одному пиросредству, соединены через ограничительные резисторы с выходами различных ключевых элементов.
Между совокупностью существенных признаков предлагаемого устройства и указанным техническим результатом имеется следующая причинно-следственная связь.
1. Повышение уровня безопасности (защиты от несанкционированного срабатывания пиросредств) достигается включением в тракт задействования пиросредств последовательно двух устройств коммутации - собственно коммутатора и ключевых элементов, управлением коммутатором от отдельного выхода блока управления, отключением при реальном задействовании пиросредств оборудования, связанного с проведением проверок, от тракта управления и включением в цепь протекания стабильного тока ограничительного резистора.
Повышение надежности достигается резервированием ключевых элементов и блока управления, а также возможностью «сквозной проверки» тракта управления пиросредствами на полностью собранном изделии непосредственно перед основной работой за счет использования отдельного источника стабильного тока и коммутатора с двумя устойчивыми состояниями и соединения его первого и второго входов второго состояния с первым и вторым выходами источника стабильного тока и первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя.
Расширение функциональных возможностей достигается разнесением аппаратно и по времени процесса проверки и замера параметров тракта управления и процесса инициирования пиросредств и возможностью паспортизации параметров тракта управления пиросредств, сбора и анализа статистики за счет использования отдельного источника стабильного тока и коммутатора с двумя устойчивыми состояниями и соединения его первого и второго выходов с первыми и вторыми входами ключевых элементов K1…Kn, что, в отличие от прототипа, создает возможность одновременного задействования множества выходных ключевых элементов.
2. Выполнение источника стабильного тока с использованием дополнительных ограничительного резистора, включенного последовательно с одним из его выходов, и последовательно соединенных эталонного резистора и ключевого элемента, включенных между выходами упомянутого источника, причем управляющий вход дополнительного ключевого элемента соединен с дополнительным выходом блока управления обеспечивает повышение надежности и точности измерения параметров тракта за счет возможности тарировки тракта, включающего источник стабильного тока и АЦП, при замыкании ключевого элемента.
3. Выполнение коммутационного элемента на основе бистабильного электромагнитного реле позволяет после переключения коммутационного элемента снять управляющий сигнал, что способствует повышению надежности по отношению к помехам в цепи управления.
4. Резервирование ключевых элементов K1…Kn и блока управления позволяет дополнительно повысить надежность системы.
5. Соединение выходов одного ключевого элемента через ограничительные резисторы с несколькими мостиками позволяет расширить функциональные возможности системы за счет возможности одновременного инициирования группы пиросредств. При этом использование токозадающих резисторов обеспечивает выравнивание токов и надежное срабатывание мостиков даже при значительном разбросе их сопротивлений.
6. Соединение мостиков, относящихся к одному пиросредству, через ограничительные резисторы с выходами различных ключевых элементов позволяет дополнительно повысить надежность системы по отношению к неисправности одного из мостиков.
На фигуре 1 показана структурная схема управления пиросредствами.
На фигуре 1 показано:
1 - (ИП) - внешний источник питания;
2 - (ИСТ) - источник стабильного тока;
3 - (Rогр) - ограничительный резистор;
4 - (Rэт) - эталонный резистор;
5 - (К) - дополнительный ключевой элемент;
6 - (АЦП) - аналого-цифровой преобразователь;
7 - (БК) - коммутационный элемент;
8-1…8-n - (Ki) - ключевые элементы;
9 - (Rогрi) - токозадающие резисторы;
10-1…10-n - (ПП) - электровоспламеняющие мостики пиросредств;
11 - (БУ) - блок управления.
Система управления пиросредствами работает следующим образом:
Перед началом работы блок управления БУ (11) проверяет исходное состояние коммутационного элемента БК (7) и, при необходимости, он переводится в это состояние, при этом внешний источник питания ИП (1) отключается от шины питания пиросредств и к этой шине подключается источник стабильного тока ИСТ (2). Этот источник формирует стабильный ток величиной, безопасной для срабатывания пиросредств, при любых неисправностях величина этого тока не превышает величины, гарантирующей несрабатывание пиросредства.
Проводится поочередное подключение групп электровоспламеняющих мостиков пиросредств ПП (10) к выходу источника стабильного тока ИСТ (2) и входу аналого-цифрового преобразователя АЦП (6), код с выхода преобразователя считывается блоком управления БУ (11), где проводится допусковый контроль полученного значения и делается заключение о исправности тракта в части конкретного ключевого элемента.
При положительном результате допускового контроля блок управления БУ (11) переключает коммутационный элемент БК (7), при этом к шине питания пиросредств подключается внешний источник питания (1) и от нее отключается источник стабильного тока ИСТ (2).
Предусмотрена возможность тарировки параметров тракта управления посредством эталонного резистора Rэт (4), подключаемого к аналого-цифровому преобразователю АЦП (6) дополнительным ключевым элементом К (5) при выключенных ключевых элементах Ki (8).
Коммутационный элемент БК (7) может быть реализован на основе бистабильного поляризованного электромагнитного реле, например типа РПК31, ключевые элементы - на базе электромагнитных реле РЭК81. К одному резервированному ключевому элементу может быть подключено до 6 мостиков пиросредств.