УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ
REMOTE CONTROL DEVICE

Изобретение относится к устройствам для дистанционного управления шахтными взрывобезопасными магнитными пускателями от вынесенных кнопочных постов управления с защитой от потери управляемости при обрыве или замыкании жил кабельного управления.
Известно устройство для дистанционного управления, содержащее источник переменного напряжения, электромагнитное реле, подключенные к линии управления, в конце которой подключен диод через коммутационный элемент поста управления (1. Е.Ф.Цапенко и др. “Горная электротехника,” 1986 г., стр.227, 203, 213 и др. 2. Патент РФ №2042828).
Недостатком данного технического решения является то, что параметры срабатывания и отпускания электромагнитного реле изменяются в процессе эксплуатации, в том числе и при изменении температуры окружающей среды, возможны случаи “залипания” якоря реле или пригорания контактов.
Наиболее близкими техническими решениями по совокупности признаков и достигаемом результату являются устройство для дистанционного управления, содержащее усилитель, выходом которого является коммутационный элемент, подключенный последовательно с катушкой управления к первому и второму выводам источника переменного напряжения, и устройство контроля асимметрии переменного напряжения, являющееся чувствительным элементом устройства и включающее в себя электронный ключ, цепочку из последовательно соединенных резистора и конденсатора, подключенную к выводам искробезопасного источника переменного напряжения, первый вывод которого подключен к первому проводу линии управления, а второй вывод этого источника соединен со вторым проводом линии управления (см. Е.Ф.Цапенко “Горная электротехника”, 1986 г., рис.12.25 б), которыми комплектуются по настоящее время подавляющее большинство пускателей, выпускаемых ОАО «Кузбассэлектромотор» (пускатели ПВИ-250БТ, ПВР-250, ПВР-125 и др.), «Торезский электротехнический завод» (ПВИ-М, Инструкция по эксплуатации ПИФА..645513.004 ИЭ и др.), ЗАО “НЛП” Макеевский завод шахтной автоматики” (Пускатель электромагнитный взрывобезопасный ПЭВ-1, руководство по эксплуатации ТЛСК.645317.002РЭ и др.).
Недостатками указанных технических решений является необходимость в дополнительном реле промежуточном для включения контакторной катушки пускателя, отсутствие элементов диагностики, что затрудняет выяснение причины отказа, а следовательно, и увеличивает простои управляемого объекта. Сложность устройства контроля асимметрии, использование в усилителе пяти электромагнитных реле является причиной того, что выход из строя двух и более элементов в устройстве контроля асимметрии, и, даже одного элемента, в усилителе блока дистанционного управления БДУ, может привести к самовключению и (или) к невозможности отключения катушки управления пускателя с пульта дистанционного управления.
Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей, упрощение и обеспечение полного защитного отказа устройства контроля асимметрии и усилителя, к бесконтактному выходу которого должна быть предусмотрена возможность подключения как катушки реле промежуточного, так и непосредственно контакторной катушки пускателя.
Для решения поставленной задачи в известное устройство для дистанционного управления, содержащее усилитель, выходом которого является коммутационный элемент, подключенный последовательно с катушкой управления к первому и второму выводам источника переменного напряжения, и устройство контроля асимметрии, включающее в себя электронный ключ, цепочку из последовательно соединенных резистора и конденсатора, подключенную к выводам искробезопасного источника переменного напряжения, первый вывод которого подключен к первому проводу линии управления, а второй вывод этого источника соединен со вторым проводом линии управления, добавлен еще формирователь вспомогательных импульсов, выход которого соединен со входом электронного ключа устройства контроля асимметрии, а его вход подключен к выходу датчика контроля фазы, который подключен к первому и второму выводам источника переменного напряжения через плавкий предохранитель или автоматический выключатель, причем параллельно катушке управления подключен диод, конструктивно выполненный в безобрывном варианте, и его полярность противоположна полярности подключения коммутационного элемента (фототиристора или тиристора), а в устройстве контроля асимметрии первый вывод искробезопасномого источника переменного напряжения с помощью другого резистора параллельно конденсатору подключена вторая цепочка из последовательно соединенных третьего резистора, выхода электронного ключа и входа оптопары, выход которой соединен с входом усилителя, в качестве искробезопасного источника переменного напряжения используется феррорезонансный стабилизатор или электронный стабилизатор переменного напряжения, который полностью исключает наличие на выходе ассиметричного напряжения при любом виде отказов в любой комбинации элементов.
Параллельно катушке управления может подключаться датчик контроля команды на включение, выход которого соединен с другим входом формирователя вспомогательных импульсов.
В случае использования тиристора в качестве коммутационного элемента усилителя катод этого тиристора, подключенный к первому выводу источника переменного напряжения, соединен с выводом управляющего электрода этого тиристора с помощью третьей цепочки из последовательно соединенных выходного элемента оптопары устройства контроля асимметрии, четвертого резистора и второго конденсатора, причем общая точка выходного элемента оптопары и четвертого резистора соединена со вторым выводом источника переменного напряжения с помощью последовательно соединенных пятого резистора и второго диода.
В качестве формирователя вспомогательных импульсов может использоваться микроконтроллер, к цифровым входам которого подключены выход от датчика контроля фазы и выход от датчика контроля команды на включение, цифровой выход микроконтроллера соединен со входом электронного ключа, а дополнительно к микроконтроллеру могут быть подключены кроме стабилизированного источника питания панель индикации, группа коммутационных элементов, группа элементов гальванических развязок, датчик температуры и др.
В устройство контроля асимметрии может быть введен датчик напряжения, подключенный параллельно линии управления, выход которого соединен с микроконтроллером.
В устойстве контроля асимметрии параллельно выводам стабилизированного искробезопасного источника подключен шестой резистор, конструктивно выполненный в безобрывном варианте.
Устройство для дистанционного управления может содержать второй усилитель, подключенный к выводам источника переменного напряжения, в противоположной полярности к первому усилителю, с выходом на другую катушку управления, а устройство контроля асимметрии имеет другую цепочку, аналогичную второй, но подключенную к конденсатору в противоположной полярности и состоящую из другого второго резистора, входа другой оптопары, выход которой соединен со входом второго усилителя, и выхода другого электронного ключа, вход которого соединен со вторым цифровым выходом микроконтроллера.
Устройство может содержать еще и другой датчик контроля команды на включение, выход которого соединен с микроконтроллером.
А устройство контроля асимметрии может состоять из двух совершенно одинаковых типовых устройств контроля асимметрии, стабилизированные искробезопасные источники которых соединены вместе одноименными выводами.
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленных устройства контроля асимметрии и блока дистанционного управления, отсутствуют. Следовательно, заявляемые изобретения соответствуют критерию патентоспособности “новизна”.
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Не выявлена также известность влияния предлагаемых существенных признаков на достижение указанного технического результата. Следовательно, предлагаемые изобретения соответствуют условию патентоспособности “изобретательский уровень”.
На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для дистанционного управления в общем случае.
На фиг.2 изображена структурная схема формирователя вспомогательных импульсов при использовании микроконтроллера в качестве такового, со значительным расширением функциональных возможностей блока дистанционного управления.
На фиг.3 изображена принципиальная схема блока дистанционного управления для реверсивного пускателя с не традиционной схемой пульта управления.
На фиг.4 изображена принципиальная схема устройства контроля асимметрии для реверсивного пускателя с традиционной схемой пульта управления.
Устройство для дистанционного управления (см. фиг.1) содержит усилитель 1, выходом которого является коммутационный элемент 2, подключенный последовательно (через вывод 57) с катушкой управления 3 (выводы 55 и 56), к первому 4 и второму 5 выводам источника переменного напряжения 5, 6, и устройство контроля асимметрии 7, включающее в себя электронный ключ 8, цепочку из последовательно соединенных резистора 9 и конденсатора 10, подключенную к выводам искробезопасного источника переменного напряжения 11, первый вывод 12 которого подключен к первому проводу линии управления 13, с помощью другого резистора 22, а второй вывод 14 этого источника соединен со вторым проводом 15 линии управления, дополнительно устройство для дистанционного управления содержит еще формирователь вспомогательных импульсов 16, выход которого соединен с входом 17 электронного ключа 8 устройства контроля асимметрии 7, а его вход подключен к выходу 18 датчика контроля фазы 19, который подключен к первому 4 и второму 5 выводам источника переменного напряжения 5, 6 через плавкий предохранитель 20 или автоматический выключатель. Один из вариантов датчика контроля фазы 19 содержит оптопару 58, стабилитрон 59, диод 60, резисторы 61, 62.
Параллельно катушке управления 3 (выводы 55, 56) подключен диод 21, конструктивно выполненный в безобрывном варианте, и его полярность противоположна полярности подключения коммутационного элемента 2 (фототиристора или тиристора), а в устройстве контроля асимметрии 7 параллельно конденсатору 10 подключена вторая цепочка из последовательно соединенных третьего резистора 23, выхода электронного ключа 8, и входа оптопары 24, выход которой 25 соединен с входом усилителя 1, в качестве искробезопасного источника переменного напряжения 11 используется феррорезонансный стабилизатор или электронный стабилизатор переменного напряжения, который полностью исключает наличие на выходе асимметричного напряжения при любом виде отказов в любой комбинации элементов. Для управления устройством дистанционного управления в конце линии управления подключен пульт управления 63, содержащий кнопку «Пуск» 64, кнопку «Стоп» 65, диод 66, блокировочный резистор 67, который через провод блокировки 68 и замыкающиеся вспомогательные контакты 69 и 70 контактора пускателя обеспечивает режим подхвата после отпускания кнопки «Пуск» 64. Возможен и двухпроводный вариант дистанционного управления, для этого блокировочный резистор 67 подключается параллельно кнопке «Пуск» 64, а провод 68 и контакт 69 не используются. Параллельно катушке управления 3 может быть подключен датчик контроля команды на включение 26, состоящий из оптопары 71, резистора 72, диода 73, выход которого 27 соединен с другим входом формирователя вспомогательных импульсов 16.
В случае использования тиристора в качестве коммутационного элемента 2 усилителя 1 (см. фиг.3) катод этого тиристора, подключенный к первому выводу 4 источника переменного напряжения 5, 6, соединен с выводом управляющего электрода этого тиристора 2 с помощью третьей цепочки из последовательно соединенных выходного элемента оптопары 24 устройства контроля асимметрии 7, четвертого резистора 28 и второго конденсатора 29, причем общая точка выходного элемента оптопары 24 и четвертого резистора 28 соединена со вторым выводом 5 источника переменного напряжения 5, 6 с помощью последовательно соединенных пятого резистора 30 и второго диода 31.
В качестве формирователя вспомогательных импульсов может использоваться микроконтроллер 32 (см. фиг.2, фиг.3), к цифровым входам которого подключены выход 18 от датчика контроля фазы 19 и выход 27 от датчика контроля команды на включение 26, цифровой выход микроконтроллера 32 соединен со входом 17 электронного ключа 8, а дополнительно к микроконтроллеру 32 могут быть подключены, кроме стабилизированного источника питания 33, также панель индикации 34, группа коммутационных элементов 35, группа элементов гальванических развязок 36, датчик температуры 37 и др.
Программой микроконтроллера 32 можно предусмотреть режим форсировки при включении катушки управления 3, заключающийся в том, что первоначально на катушку управления подается полный полупериод переменного напряжения (режим форсировки), а затем, через 1-2 секунды, коммутационный элемент 2 включается в середине полупериода или даже позже, снижая эффективное напряжение на катушке управления в 2-3 раза. Это позволяет исключить из схемы управления пускателя специальные устройства для форсированного включения контактора пускателя.
В качестве панели индикации 34 могут применяться в зависимости от требуемого объема информации светодиоды, шкальные индикаторы на основе светоизлучающих диодов, цифробуквенные полупроводниковые индикаторы, полупродниковые модули экрана. Возможно использование и жидкокристаллических дисплеев с обязательной подсветкой экрана. В устройство контроля асимметрии 7 может быть введен датчик напряжений 38, подключенный параллельно линии управления 13, 15, выход которого 39 соединен с микроконтроллером 32 (см. фиг.1, фиг.2). В качестве датчика контроля напряжений могут использоваться: простой резисторный делитель, датчики тока с малыми входными напряжениями и токами, резисторные и диодные оптопары с малыми входными токами и напряжениями и др.
В устройстве контроля асимметрии 7 параллельно выводам 12 и 14 стабилизированного искробезопасного источника 11 может быть подключен шестой резистор 40, конструктивно выполненный в безобрывном варианте.
Для управления реверсивным пускателем устройство для дистанционного управления может содержать (см. фиг.3) второй усилитель 41, подключенный к выводам 4, 5 источника переменного напряжения 5, 6 в противоположной полярности к первому усилителю 1, с выходом на другую катушку управления 42, а устройство контроля асимметрии 7 имеет другую цепочку, аналогичную второй, но подключенную к конденсатору в противоположной полярности и состоящую из другого второго резистора 43, входа другой оптопары 44, выход которой 45 соединен со входом второго усилителя 41, и выхода другого электронного ключа 46, вход которого 47 соединен с вторым цифровым выходом микроконтроллера 32 (см. фиг.3). Пульт управления 74, в этом случае, отличается от пульта управления 63 для не реверсивного пускателя тем, что кроме кнопок «Пуск» 64 и «Стоп» 65, диода 66 и блокировочного резистора 67 предусматривается дополнительно переключатель или кнопка с фиксацией 75 и дополнительный диод 76, подключенный в полярности, противоположной диоду 66, параллельно вспомогательным контактам 69, 70 контактора «Вперед» подключены вспомогательные контакты 77, 78 контактора «Назад». Параллельно катушке управления 3 подключен датчик контроля команды на включение 48, выход которого 49 подключен к микроконтроллеру 32 (см. фиг.2, фиг.3).
Устройство контроля асимметрии для традиционного пульта управления 79 (см. фиг.4), включающего в себя кроме кнопок «Вперед» 64, «Стоп» 65, диода 66 и резистора 67 еще и кнопку «Назад» 80, состоит из двух базовых устройств контроля асимметрии 7 (см. фиг.1), подключенных к отдельным выходным обмоткам феррорезонансного стабилизатора 81, причем эти обмотки соединены вместе одноименными выводами (началами или концами) 14 и подключены ко второму проводу линии управления 15, другой вывод 12 первой обмотки 11 соединен с первым выводом 13 линии управления, а другой вывод 82 второй обмотки 51 подключен к третьему выводу 83 линии управления. Добавлены размыкающие вспомогательные контакты 84 контактора «Вперед» и 85 контактора «Назад», которые включены последовательно в цепь пусковой кнопки противоположного направления. Если требуется контролировать состояние линии управления, то необходимо предусматривать и второй датчик напряжения 84 с выходом 85 на микроконтроллер 32.
Для обеспечения синхронизации между переменными напряжениями в линии управления (выводы 12 и 14) и в усилителе (выводы 4 и 5) входы обоих источников должны подключаться к выходам одного и того же трансформатора, или к одним и тем же фазам силовой сети.
Работа блока дистанционного управления осуществляется в общем случае следующим образом.
Функциональные возможности блока дистанционного управления определяются в основном загруженной программой в микроконтроллер 32 (см. фиг.2), которому, кроме функции формирования вспомогательных импульсов, можно задать практически почти неограниченное количество функций диагностики, управления и статистики. Например, можно контролировать температуру внутри или снаружи корпуса, состояние линии управления, напряжение питания усилителя, исправность контакторной катушки, аварийное состояние других блоков защиты пускателя (блока контроля изоляции, блока максимальной защиты, блока защиты от перегрузок), вести учет аварийных состояний с расшифровкой вида аварии, время простоя и так далее.
В исходном состоянии, при наличии переменного напряжения на выводах 4, 5 усилителя 1 и на выходах 12, 14 стабилизированного искробезопасного источника 11 и разомкнутой кнопке «Пуск» 64 (см. фиг.1, фиг.2), коммутационный элемент 2 разомкнут, катушка управления 3 контактора отключена, с выхода 18 датчика контроля фазы 19 поступают импульсы на вход формирователя вспомогательных импульсов 16, а дальше возможны два варианта. Если в блоке дистанционного управления предусмотрен датчик напряжения 38, выход которого 39 подключен к микроконтроллеру 32, то разрешение на выход сигнала 17 на вход электронного ключа 8 поступает только в случае, если микроконтроллер 32 зафиксирует наличие асимметрии в линии управления, необходимой и достаточной для включения пускателя (это в пределах 15-30 Ом), что будет иметь место при замыкании кнопки «Пуск» 64, но если устройство для дистанционного управления не имеет датчик напряжения 38, то сигнал 17 на вход электронного ключа 8 поступает сразу при наличии сигнала с выхода 18 датчика контроля фазы 19, однако катушка управления 3 контактора в этом случае не будет включаться, если в линии управления отсутствует асимметрия переменного напряжения, и включится только в том случае, если замкнуть кнопку «Пуск» 64. Вспомогательными контактами 69, 70 устройство контроля асимметрии 7 переходит на режим подхвата через резистор 67 пульта управления 63. При размыкании кнопки «Стоп» 65 катушка управления 3 отключится, а после замыкания этой кнопки катушка 21 не включится до момента замыкания кнопки «Пуск» 64. При замыкании в линии управления или при недопустимой величине утечки катушка управления 21 отключается. Датчик контроля команды на включение 26 предназначен для расширения функциональных возможностей блока дистанционного управления и может использоваться для начала отсчета времени форсированного режима включения катушки управления 3 и для диагностики вида отказов в усилителе 1.
Схемное решение усилителя 1 обеспечивает полный защитный отказ, так как при любом виде отказов в любой комбинации элементов катушка управления 3 отключается, а пробой коммутационного элемента 2 приводит к срабатыванию плавкого предохранителя 20, отключая катушку управления 3.
Схема для управления реверсивным пускателем (см. фиг.3) работает следующим образом.
Если кнопка (переключатель или тумблер) 75 находится в исходном состоянии, при замыкании кнопки «Пуск» 64 включается катушка управления 3 «Вперед», а если эта кнопка зафиксирована в нажатом состоянии, то при замыкании кнопки «Пуск» 64 включается катушка управления 42 «Назад». После отпускания кнопки пускатель остается во включенном состоянии через резистор 67, третий провод 68 линии управления и вспомогательные контакты 69, 70 или 77, 78. Указанный вариант отличается простотой устройства контроля асимметрии и схемы внешних соединений, однако требует не традиционную схему пульта управления 74, так как добавляется переключатель 75.
Устройство контроля асимметрии для традиционного пульта управления 79 (см. фиг.4), включающего в себя кроме кнопок «Вперед» 64, «Стоп» 65, диода 66 и резистора 67 еще и кнопку «Назад» 80, состоит из двух базовых устройств контроля асимметрии 7 (см. фиг.1), подключенных к отдельным выходным обмоткам феррорезонансного стабилизатора 81, причем эти обмотки соединены вместе одноименными выводами (началами или концами) 14 и подключены ко второму проводу линии управления 15, другой вывод 12 первой обмотки 11 соединен с первым проводом 13 линии управления, а другой вывод 82 второй обмотки 51 подключен к третьему проводу 83 линии управления. Четвертый провод 88 служит для блокировки включенного состояния пускателя после размыкания кнопки включения «Вперед» 64 или «Назад» 80.
Устройство для дистанционного управления с традиционным пультом управления 79 (см. фиг.4) работает следующим образом.
При нажатии кнопки «Вперед» 64 за счет создания асимметрии в линии управления на выходе 25 оптопары 24 появляются управляющие импульсы, которые приводят к включению катушки управления 3 (см. фиг.3). Вспомогательными контактами 69, 70 схема управления переходит на блокировку через резистор 67 и четвертый провод 88 и не отключается при отпускании кнопки «Пуск» 64 до момента размыкания кнопки «Стоп» 65.
Аналогично при воздействии на кнопку «Назад» 80 управляется контактор «Назад» пускателя. При этом появляются импульсы 45 на выходе оптопары 44, результатом чего является включение катушки управления 42 контактора «Назад».