Устройство газовой защиты для угольных шахт

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) Я 4 Е 21 Р 17/ ВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ГОСУД ПО ДЕ 0 АНИК ИЗ 0 БРЕтения А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Государственный проектно-конструкторский и научно-исследовательский институт по автоматизации угольной промышленности и Институт горного дела им. А. А. Скочинского(56) Система автоматической газовойзащиты и телеавтоматического централизованного контроля содержания ме"тана в рудничной атмосфере АМТ-З,М,: ЦНИЭИУголь, 1972,Карпов Е, Ф Биренберг И. Э.,Басовский Б, И. Автоматическая газовая защита и контроль рудничнойатмосферы. М.: Недра, 1984, с, 120126.(54) УСТРОЙСТВО ГАЗОВОЙ ЗАЩИТЫ ДЛЯ УГОЛЬНЫХ ШАХТ (57) Изобретение относится к технике безопасности на угольных шахтах и предназначено для контроля содержания метана в рудничной атмосфере. Цель изобретения - повышение эффективности газовой защиты за счет обеспечения возможности избирательного защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования (ГШО). Устр-во содержит датчик 1 метана, подключенный через аппарат 11 сигнализации к объектам 19 и 20 ГШО. Датчик 1 содержит блок 2 питания, неуравновешенный измерительный мост 3, термокаталитический элемент 4, пороговые блоки верхнего 6 и нижнего 5 уровня защитного отключения электропитания объектов ГШО, реле 7 времени, блок управления (БУ) 8 и два тиристорных оптрона (ТО) 9 и 10, Аппарат 11 имеет блокЖ333778 1 О 5 20 12 стабилизации, однополупериодный13 и двухполупериодный 14 детекторытока, блоки 15 и 16 реле и реле 1и 18 повторителей, В зависимости отсодержания метана н месте установкидатчика 1 и, следовательно, состояния логических сигналов на входахБУ 8 последний обеспечивает включение или отключение ТО 9 и 1 О. Привключении ТО 9 сигнал проходит черездетекторы 13 и 14 и включает реле 17 Изобретение относится к технике безопасности на угольных шахтах, а именно к системам автоматического контроля содержания метана н рудничной атмосфере, и может быть использовано при непрерывном местном и централизованном контроле содержания метана и выдаче сигнала на автоматическое отключение электропитания объектов горно-шахтного оборудования при достижении предельно допустимого содержания метана в месте контроля.Целью изобретения является повышение эффективности газовой защиты за счет обеспечения возможности избирательного защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования,На фиг, 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - схема выполненияреле времени; на фиг. 3 - функциональная схема блока управления; нафиг, 4 - таблица истинности работыблока управления,Устройство состоит из датчика 1метана, блока 2 питания, неуравновешенного измерительного моста 3,термокаталитического элемента 4, порогового блока 5 нижнего уровня защитного отключения электропитания.объектов горно-шахтного оборудования, порогового блока 6 верхнегоуровня защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования, реле 7 времени, блока 8управления, первого тиристорного 25 30 35 и 18, которые выдают команду на включение электропитания объектов 19 и20 ГШО, Если включены ТО О, то через реле 8 включается электропитание только объекта 20Одновременноевключение ТО 9 и 10 алгоритмом работы БУ 8 не допускается, Отключениеобоих ТО 9 и 10 приводит к отключению электропитания обоих объектов19 и 20 ГШО, 1 з,п, ф-лы, 3 ил1 табл. оптрона 9, второго тиристорного оптрона 10, аппарата 11 сигнализации, блока 12 стабилизатора, однополупериодного детектора 13 тока, днухполупериодного детектора 14 тока, блоков 15 и 16 реле, реле в понторителей 17 и 18 объектов 19 и 20 горно- шахтного оборудования.1В датчике 1 метана блок 2 питания через разделительный конденсатор 21 подключен к линии связи, С другой стороны блок 2 питания подключен к неуравновешенному мосту 3В одно плечо неуравновешенного моста 3 включен термокаталитический элемент 4, Выход неуравновешенного моста 3 подключен к информационным входам пороговых блоков нижнего 5 и верхнего 6 уровней защитного отключения электропитания объектов горно- шахтного оборудования. Выход порогового блока 5 нижнего уровня защитно го отключения электропитания объектон горно-шахтного оборудования подключен к входу реле 7 времениВыходреле 7 времени подключен к первомувходу блока 8 управления, Выход порогового блока б верхнего уровня защитного отключения электропитанияобъектов горно-шахтного оборудования подключен к второму входу блока 8 управления, К первому выходублока управления подключен излучатель первого тиристорного оптрона 9,а к второму выходу блока управленияподключен излучатель второго тиристорного оптрона 10, фотоприемникитиристорных оптронон 9 и 10 включеныв противофазе в двухпроводную линиюсвязи, соединяющую датчик 1 и аппарат 11 сигнализации. В аппарате 11сигнализации к линии связи черезразделительный конденсатор подключенблок 12 стабилизатора. Параллельноразделительному конденсатору подключены, вход однополупериодногодетектора 13 тока и вход двухполупериодного детектора 14 тока. Выхододнополупериодного детектора 13 токаподключен к входу блока 15 реле, выход которого подключен к входу релеповторителя 17, Выход реле-повторителя 17 подключен к цепи электропитания объекта горно-шахтного оборудования 19, Выход двухполупериодногодетектора 14 тока подключен к входублока 16 реле, выход которого подключен к входу реле-повторителя 18,Выход реле-повторителя 8 подключенк цепи электропитания объекта горношахтного оборудования 2 О.Блок 12 стабилизатора обеспечивает по линии связи питание датчика1 метана переменным током. Блок 2питания обеспечивает необходимым напряжением питания неуравновешенныйизмерительный мост 3 и все блоки иустройства датчика 1 метана,Пороговые блоки нижнего 5 и верхнего 6 уровней защитного отключенияэлектропитания объектов горно-шахтного оборудования идентичны по исполнению и каждый представляет собойкомпаратор на операционном усилителе, выполненный по схеме триггераШмитта с обратной связью.На неинвертирующий вход операционного усилителя подается опорноенапряжение 11, или Н равное соуп аПответственно нижнему и верхнему уровню защитного отключения электропитания объектсв горно-шахтного оборудования,В качестве инФормационного входапорогового блока используется инвертирующий вход операционного усилителя.Когда содержание метана в местеустановки датчика 1 ниже установленного уровня защитного отключения, величина сигнала на инФормационном входе порогового блока меньше величиныопорного напряжения и на выходе порогового блока имеется положительноенапряжение, соответствующее уровнюлог, "1", Если на инФормационномвходе порогового блока установится5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сигнал, равный или превышающий повеличине опорное напряжение, то навыходе порогового блока скачкообразно установится отрицательное напряжение, для ограничения которого науровне, соответствующем лог. "О", навыходе операционного усилителя подключен диод, катод которого соединенс выходом операционного усилителя,а анод - с общим проводом,На фиг, 2 представлена схема предпочтительной реализации реле 7 времени, представляющего собой соединенные последовательно генератор 21тактовой частоты, делитель 22 частоты и Р-триггер 25, Генератор 21 тактовой частоты выполнен по схеме скварцевой стабилизацией частоты,Делитель частоты представляетсобой, например, соединенные последовательно два 15-разрядных двоичныхсчетчика 23 и 24.Входы установки в ноль счетчикови входы К-триггера объединены и являются входом реле 7 времени, Счетныйвход счетчика 23 подключен к выходугенератора тактовой частоты, Счетныйвход счетчика 24 подключен к выходу15-го разряда счетчика 23, Счетный1вход 0-триггера 25 подключен к выходу 12-го разряда счетчика 24, На0-вход триггера постоянно подаетсясигнал лог, "1", Инверсный выход0-триггера 25 является выходом реле7 времени,Реле времени работает следующимобразом.Генератор 21 тактовой частоты начинает работать с включением питания датчика 1 метана независимо отсостояния входа реле 7 времени, Еслина входе реле времени присутствуетсигнал лог, "1", то счетчики 23 и 24и Р-триггер 25 обнулены и закрытыдля деления поступающей такговой час"таты, а на выходе реле 7 времениустанавливается сигнал лог, "1". Припоступлении на вход реле 7 временисигнала лог"О" начинает работатьделитель 22 частоты и через выбранное время задержки на 12-м разрядесчетчика 24 появляется сигнал лог."1", который переключает Э-триггер 25,и на его инверсном выходе и следовательно, на выходе реле 7 времениустанавливается сигнал лог. "О".Представленный на фиг. 3 блок 8управления имеет два канала, Первый45 50 канал управления состоит из соединенных последовательно логическогоэлемента И-НЕ 26, инвертора 27 итранзисторного ключа 28. Второй канал управления состоит из соединен"ных последовательно двух логических.элементов ИЛИ-НЕ 29 и 30 и транзис"торного ключа 31, Первый вход блока 8 управления соединен с выходомреле.7 времени, второй вход блока 8управления соединен с выходом порогового блока 6 верхнего уровня защитного отключения электропитания .горно-шахтного оборудования.Нагрузкой транзисторного ключа 28является подключенный к первому входу блока управления излучательпервого тиристорного оптрона 9. Нагрузкой транзисторного ключа 31 являетсяподключенный к второму выходу блокауправления излучатель второго тиристорного оптрона 10,Транзисторные ключи 28 и 31 открываются и включают соответствующиетиристорные оптроны 9 и 10 при наличии на выходе инвертора 27 или логического элемента ИЛИ-НЕ 30 сигналалог. "1",Блок 8 управления работает в соответствии с разработанным и отражен-.ным в представленной на фиг, 4 таблице истинности алгоритмом, которыйобеспечивает в зависимости от содержания метана в месте установки датчика 1 метана и следовательно, состояния логических сигналов на входахблока 8 управления включение либоотключение тиристорных оптронов 9и 10.Фотоприемники тиристорных оптронов 9 и 10 противофазно подключеныв датчике 1 метана в линию связипараллельно блоку 2 питания в качестве диодов Поэтому при включении какого-либо оптрона в линии связи возникает постоянный ток. Конденсаторы в датчике метана и аппарате сигнализации включены для разделения цепей переменного и постоянного тока. В аппарате 11 сигнализациик линии связи параллельно конденсатору включены блок 15 реле черезоднополупериодный детектор 13 тока иблек 16 реле через двухполупериодный детектор 14 тока,Однополупериодный детектор 13тока представляет собой диод, двухполупериодный детектор 14 тока - диод 5 10 15 20 25 30 35 40 ный мост. Блоки 15 реле представляютсобой слаботочные реле постоянноготока,Если включен тиристорный оптрон9, то возникающий при этом постоянный ток совпадает по направлению свключением однополупериодного детектора 13 тока, проходит через него изамыкается через блок 15 реле, который при этом включается, Для двухполупериодного детектора 14 тока направление постоянного тока не имеетзначения, и поэтому блок 16 реле тоже включается, Блоки 15 и 16 релевключают реле-повторители 17 и 18,которые выдают команду на включениеэлектропитания объектов 19 и 20 горно-шахтного оборудования.Если включен тиристорный оптрон1 О, то возникший при этом постоянныйток проходит через двухполупериодныйдетектор 4 тока, и.поэтому будутвключены блок 16 реле и реле-повторитель 18, которое выдает команду навключение электропитания толькообъекта 20 горно-шахтного оборудования,Одновременное включение тиристорных оптронов 9 и 10 не допускаетсяалгоритмом работы блока 8 управления.Отключение обоих тиристорных оптронов 9 и 10 приводит к отсутствию постоянного тока в линии связи и немедленной выдаче команды на отключениеэлектропитания обоих объектов 19 и 20горно-шахтного. оборудования, .1Устройство газовой защиты работаетследующим образом,В процессе эксплуатации средствгазовой защиты в рудничной атмосфере может возникнуть одно из четырехсостояний, в соответствии с которымразработан алгоритм работы предлагаемого устройства газовой защиты,Первое состояние рудничной атмосферы характеризуется нулевым или меньшим нижнего уровня защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования содержанием метана в месте контроля (установки датчика), В этом случае в датчике 1 метана на выходах пороговых блоков 5 и 6 нижнего и верхнегоуровней защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования и присутствует сигнал, соответствующий лог. "1". На первый вход блока 8 управления поступаети илог. 1 через реле 7 времени, которое транслирует сигнал лог, "1" беззадержки, На второй вход блока 8 управления лог, "1" поступает непосредственно с выхода порогового блока 6верхнего уровня защитного отключенияэлектропитания объектов горно-шахтного оборудования.Таким образом, на входах блока 8 10управления присутствуют сигналы, соответствующие состоянию 1 таблицыистинности (фиг. 4). В этом случаеблок управления производит включениетиристорного оптрона 9, который под-. 5ключен к первому выходу блока 8 управления, При включении тиристорногооптрона 9 в аппарате 11 сигнализациивключаются блоки 5 и 16 реле, релеповторители 17 и 18 и на оба объекта горно-шахтного оборудования 19 и20 может быть подано электропитание,Второе состояние рудничной атмосферы характеризуется содержанием метана в месте установки датчика, превышающем только нижний уровень защитного отключения. В этом случае свыхода порогового блока 6 верхнегоуровня на второй вход блока 8 управления продолжает поступать сигнал, 30соответствующий лог, "1", На выходепорогового блока 5 нижнего уровняпоявится сигнал, соответствующийлог, "0". Этот сигнал поступит навход реле 7 времени, которое при этом З 5включится и через время задержки,необходимое для временной селекциивходного сигнала, на выходе реле 7времени и соответственно на первомвходе блока 8 управления произойдет 40скачкообразное изменение уровня сигнала с лог. "1" на лог. "0".Таким образом, на входах блока 8управления присутствуют сигналы,соответствующие состоянию 11 таблицыистинности (фиг, 4). В этом случаетиристорный оптрон 9 отключается,но одновременно с этим включаетсятиристорный оптрон 10, Детектируемый фотоприемником тиристорного оптрона 1 О в двухпроводной линии связи ток течет в направлении, противоположном току, детектируемому фотоприемником тиристорного оптрона 9. Поэтому, поступая в аппарат сигнализации, ток от включенного оптрона 1055пройдет только через двухполупериодный детектор 14 тока. Это приведетк немедленному отключению блока 15 реле, реле-повторителя 17 и подключенного к нему объекта 19 горно-шахтного оборудованияБлок 16 реле, реле-повторитель 18 и подключенный к нему объект 20 горно-шахтного оборудования останутся включенными. Таким образом реализуется функция избирательного отключения горно-шахтного оборудования, подключенного к электропитанию через один комплект уст" ройства газовой защиты.Третье и четвертое состояния рудничной атмосферы могут рассматриваться вместе, так как оба они характеризуются превышением содержания метана в месте установки датчика верхнего уровня защитного отключения. Разница лишь в том, что с какой скоростью это превышение происходит. В третьем состоянии превышение верхнего уровня защитного отключения происходит более или менее быстро, т.е. концентрация метана вырастает от нижнего уровня до верхнего за время, меньшее, чем задержка реле 7 времени. В четвертом состоянии рудничной атмосферы превышение верхнего уровня защитного отключения происходит после достаточно длительного, больше чем время задержки, превышения нижнего уровня защитного отключения,Оба эти состояния требуют немедленного отключения всех объектов горно-шахтного оборудования, подключенных к данному устройству, Это требование выполняется, что видно из таблицы истинности на фиг 4, состояния 111 и 17, Превышение верхнего уровня защитного отключения приводит к срабатыванию порогового блока 6 верхнего уровня и появлению сигнала, лог, "0" на втором входе блока 8 управления, В соответствии с алгоритмом работы блока управления сигнал лог"0" на втором его входе приводит к немедленному отключению обоих тиристорных оптронов 9 и 10 независимо от уровня сигнала на первом входе, При отключении тиристорных оптронов 9 и 10 постоянный ток двухпроводной линии связи не течет, отключаются блоки 15 и 16 реле, реле-повторители 17 и 18 и выдается команда на отключение электропитания объектов 19 и 20 горно-шахтного оборудования.Предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность газовой эаши 133378ты за счет раздельного отключенияобъектов горно-шахтного оборудования,Формула и э о б р е т е н и я1. Устройство газовой защиты для угольных шахт, содержащее датчик метана, включающий блок питания, подключенный к диагонали неуравновешенного моста одно из плечей которого содержит термокаталитическийэлемент, к другой диагонали неуравновешенного моста подключены пороговые блоки верхнего и нижнего уровней защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования, последний из которых соединен с реле времени, первый тиристорный оптрон, аппарат сигнализации, включающий первый блок реле, первое реле- повторитель и блок стабилизатора, соединенный двухпроводной линиейсвязи с датчиком метана, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью 25 повышения эффективности газовой защиты за счет обеспечения возможностиизбирательного защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования, датчик метана 30 снабжен блоком управления и вторым тиристорным оптроном, а аппарат сигнализации снабжен однополупериодным и двухполупериодным детекторами тока, вторым блоком реле и вторым ре. 35 ле-повторителем, при этом первый вход блока управления соединен с выходом порогового блока верхнего уровня защитного отключения электропитания объектов горно-шахтного оборудования, 40 к первому выходу блока управления подключен излучатель первого тиристорного оптрона, а к второму выходу блока управления подключен излуча - тель второго тиристорного оптрона, при этом фотоприемники обоих тиристорных оптронов противофазно включены в двухпроводную линию связи, кроме того, входы однополупериодного и двухполупериодного детекторов тока аппарата сигнализации также подключены к линии связи, выход однополупериодного детектора тока через первый блок реле подключен к первому реле-повторителю, а выход двухполупериодного. детектора тока через второй блок реле подключен к второму реле- повторителю2, Устройство по и, 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен в виде двух каналов, причем первыи канал состоит из соединенных последовательно логического элемента И-НЕ, инвертора и первого транзисторного ключа, выход первого транзисторного ключа является первым выходом блока управления, второй канал блока управления выполнен в виде соединенных последовательно двух логических элементов ИЛИ-НЕ и второго транзисторного ключа, причем первый вход первого логического элемента ИЛИ-НЕ соединен с первым входом второго логического элемента ИЛИ-НЕ и первым входом логического элемента И-НЕ и является первым входом блока управления, второй вход первого логического элемента.ИЛИ-НЕ соединен с вторым входом элемента И-НЕ и является вторым входом блока управления, выход второго транзисторного ключа является вторым выходом блока управления.1333778 ФцМ Составитель Г, НунупароА. Долинич Техред Л.СердюковаКорректор В. ГирнякРедакто 3933/27 Тираж 429 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по.,делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, Зака дписное Проиаводственно"нолиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4