Устройство для защиты человека от попадания в опасную зону производственного оборудования

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

3QQ H 02 Н 5 12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН1 И i и АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21} 3335880/24-07 (22) 11.09.81 (46) 30.04.83.Бюл. Ф 16 (72) Ф.П.Кузьмин .(71) Восточный научно-исследовательский нефтегазовый институт по технике безопасности и промсанитарии (53) 621;316.925(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 551752, кл. Н 02 Н S/12, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

В 892563, к . Н 02 Н 5/12, 1978. (54).<,,57) устРОЙствО дпи злщиты чиюВЕКА GT ПОПАДАНИЯ В ОПАСНУВ ЭОНУ

ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ, содержащее опросник, запитанный от источника питания и включающий в се-бя приемную антенну, которая через усилитель второй высокой частоты подключена к первому входу смесителя-, второй вхсщ которого соединен с зыхо дом геиервтора первой высокой частоты, а выход через усилитель промежуточной частоты и детектор подключен . к исполнительному .блоку.с .выходйым реле, выход генератора первой вйсокой частоты соединен через усилитель первой высокой частоты с излучающей антенной, ответчик, .эапитанный от. источника питания и включающий в себя приемно-усилительный: блок, генератор второй. высокой частотй и излучающую антенну, о т л и ч а ю щ е е с я:тем что,- с целью повышения надежности

„„SU„„1015464 А работы, элементы индуктивности всех упомянутых антенн выполнены каждый в виде трех последовательно включенных круглых секций-рамок, плоскости

1,которых расположены по плоскостям прямоугольной системы, координат, к приемной антенне ответчика подклю-. чен двухкаскадный усилитель первой высокой частоты, выход которого через вновь введеный электронный выключатель соединен с входом генератора второй высокой частоты. выход которого подключен к излучающей,антенне через. вновь введенный усилитель второй высокой частоты, нри этом генератор второй высокой частоты соединен своим выходом с базоэмиттер- Я ным переходом транзистора второго .каскада усилителя первой высокой частоты через вновь введенную цепь положительной обратной связи по постоянному току, причем усилитель первой высокой частоты опросника к источнику питания подключен через последовательно соединенные выключатель пооизводственного оборудования и резистор, величина которого выбрана в соответствии с размерами опасной зоны, а исполнительный блок выполнен в виде двух формирователей

;;ав ачд, каждый из которых содержит послед вательно включенные и С-цепоч" ку, ключ и триггер Шмитта, в кол.лекторной цепи выходного транэисто- вФ®® ра которого включено выходное реле.

1015464

Изобретение относится к устройствам защиты человека в опасных зонах произвоцстненного оборудования, в том числе, представляющих сферу, в частности н опасных зонах производственного оборудования, работающего на открытых площадках, например, на нефтяных скважинах, буровых установках, на трансформаторных подстанциях, щитах электроснабжения, на нефтенасосных станциях. 0

Известно устройство для защиты человека от попадания в опасную зону производственного оборудования, основанное на взаимодействии двух электромагнитных полей с различными час- 15 тотами, при наличии этих полей достаточной напряженности формируется сигнал на отключение оборудования(1 ).

Недостатком этого устройства является то, что для условий открытых площадок нефтяных скважин, где имеются помехи как промышленных, так и вещательных радиоустановок в отличие от подземных, где сигналы радиопомех значительно ослаблены или поглощены толщей земли, недостаточно помехоустойчино.

Кроме того, устройство-предполагает постоянно включенный переносимый челонеком передатчик, что снижает надежность переносимой человеком части yc гройства с источииком питания, имеющим небольшую энергоемкость.

Поэтому это устройство для условий опасных зон действия оборудова- 35 ния нефтяных скважин, где требуются малогабаритные источники питания, не. может быть применено.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, реализующее спо-40 соб защиты человека в опасной зойе действия производственного оборудования, которое содержит блок "Опросник," установленный на оборудовании,и блок

Ответчик IIepBHocHMblA человеком 45 имеющие приемо-излучающие тракты,пр;:чем "Опросник" включается с некоторым упреждением при включении транмоопасного механизма, напряженность излучаемого им поля не зависит от вида включаемого механизма, а излучающий 50 тракт "Опросника" включается авто" матически полем "Опросника" при достаточнои его напряженности и если на приемном тракте "Ответчика" установлена чувствительность, соответст- 55 нующая включенному оборудованию (2) .

Недостатки данного устройства следующие.

Человек н опасную зону-сферу может войти с любого направления, пе- gp ресекать ее н любом направлении и положении (перпендикулярно радиусу сферы, наклонившись ), а вместе с ним от- носительно "Опросника" изменяют направление антенны "Ответчика".

Существующие малогабаритные антенны имеют направленные характеристики, а излучаемые ими поля поляризованы н различных плоскостях, поэтому радиус действия устройства зависит оч" положения человека (антенны)в опасной зоне (сфере)и установить на устройстве четкие границы этои эоны (сферы) практически невозможно

При входе человека в опасную зону (сферу ) напряжение на базе генератора "Ответчик" растет плавно по мере приближения его к "Опроснику", генератор при возбуждении не имеет режима устойчивых частоты и амплитуды, что приводит к появлению дребезга в работе выходного реле "Опросника".

Устройство не обеспечивает заданные размеры опасных зон при включении различного оборудования.

Устройство не обеспечивает защиты человека в опасных зонах в случае, если оборудование и "Опросник" включены одновременно, а также.не обеспечивает оповещения о приближении человека к опасной зоне.

Устройство не имеет защиты от воздействия мощных кратковременных электромагнитных излучений (грозоразряды, короткие замыкания в электросетях и др.).

Цель изобретения — повышение надежности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве. содержащем опросник, запитанный от источника питания и включающий в себя приемную антенну, которая через усилитель второй высокой частоты подключена к первому входу смесителя, второй вход которого соединен с выходом генератора первой высокой частоты, а выход через усилитель промежуточной частоты и детектор подключен к исполнительному блоку с выходным реле. вы-. ход генератора первой высокой частота соединен через усилитель первой высокой частоты с излучающей антейной, ответчик. запитанный от источника питания и включающий в себя приемно-усилительный блок, генератор второй высокой частоты и излучающую антенну. элементы индуктивности всех упомянутых антенн выполнены каждый н виде трех последовательно включенных круглых секцийрамок, плоскости которых расположены по плоскостям прямоугольной системы координат. к приемной антенне ответчика подключен двухкаскадный усилитель первой высокой частоты. выход которого через вновь введенный электронный выключатель соединен с входом генератора второй высокой частоты. выход которого подключен к излучающей антенне через вновь введен1015464 ный усилитель второй высокой частоты, при этом генератор второй высокой частоты соединен своим выходом с базоэмиттерным переходом транзистора второго каскада усилителя первоМ высокой .частоты через вновь введен- 5 ную .цепь положительной обратной связи по постоянному току, причем усилитель первой высокой. частоты опросника к источнику питания подключен через последовательно соединенные выключатель производственного оборудования и резистор, величина которого выбрана в соответствии с размерами опасной зоны, а исполнительный блок выполнен в виде двух формирователей. команд, каждый из которых содержит последовательно включенные

RC-цепочку,.ключ и триггер Шмитта. в коллекторной цепи выходного транзистора которого включено выходное реле. 20

На фиг.1 показана блок-схема

"Опросника", на фиг.2 — принципиальная схема "Ответчика"; на фиг.3 принципиальные схемы формирователей команд. 25

Антенны приемно-.излучающих трактов блоков выполнены в виде колебательных (,С-контуров (параллельного на

;приеме. последовательного на излучении ), элементы индуктивности ко- QQ торых состоят из трех последовательно подключенных рамок, расположенных по плоскостям:прямоугольной системы координат.

Тракт приема "Опросника" (фиг.1) З5 содержит последовательно включенные антенну 1, усилитель 2 частоты смеситель 3. усилитель 4 промежуточной частоты, детектор 5, формирователи команд соответственно включение

-оповещения 6 и включение блокиров- 4О ки 7. Они представляют собой каждый последовательно включенные RC-цепоч.ку, ключ и триггер Шмитта, в коллекторной цепи выходного транзистора которого включено выходное реле., 45

Тракт излучения содержит последовательно соединенные генератор 8 частоты f . усилитель 9 мощности частоты Е„ и антенну 10, причем усилитель мощности к отрицательной ши- 5р; не питания подключен одним иэ кон" . тактов выключателей 11 механизмов и через один из резисторов 12. величина которого выбрана в зависимости от размеров опасной эоны (сферы) включаемого механизма.

Тракт. приема "Ответчика"(фиг.2) содержит антенну 13, двухкаскадный усилитель 14 частоты f, электронный.выключатель 15. Этй узлы соединены между собой последовательно. 6О

Электронный выключатель содержит де» тектор частоты делитель напряже1 ния и усилитель постоянного тока

УПТ. причем детектор отрицательной шиной подключен к средней точке .де- 65 лителя, а положительной := к входу усилителя постоянного тока.

Тракт излучения содержит последовательно включенные генератор 16 частоты Е, являющийся коллекторной нагрузкой УНТ электронного выключателя 15. усилитель 17 мощности-частоты f2 и н излучающую антенну 18.

Иежду приемным н излучающим трактаи включена положительная-обратная связь по постоянному току. которая образована РС-цепочкой 19. включенной в эмиттерную цепь генератора,и резистором 20, включенным между базой транзистора второго каскада усилителя 2 частоты f и точкой соединения

Й С-цепочки с эмчттерной цепью генератора. Благодаря предлагаемому устройству достигается следующее.

Каждая рамка антенны является частью излучателя (частью приемной антенны) с характеристиками поля, присущими рамке, расположенной в одной плоскости. Но так как элемент индуктивности антенны расположен в плоскостях всех трех измерений, то общая характеристика направленности: образованного индуктивностью поля будет иметь форму, близкую к сфере, поэтому границы опасных зон не будут зависеть от угла расположения чело-. века и переносимого нм "Ответчика" относительно "Опросннка". а будут зависеть лишь от удаления их друг от друга.

Когда напряженность поля с частотой Е„достаточна для включения "Ответчика", то усилитель постоянного тока выключателя 15 начцнает открываться..генератор 16 "Ответчика" начинает возбуждаться. на RC-цепочке

19 относительно положительной шины . образуется отрЮ ательное напряжение, которое смещает рабочую точку транзистора второго каскада усилителя 14. н он. ранее усиливавший один полупериод частоты f начинает усиливать о6а полупериода. Этот процесс происходит скачкообразно. генератор входит в режим устойчивой амплитуды и частоты колебаний, благодаря чему исключается дребезг в работе выходного реле и более четко обозна" чается границы опасной зоны. Этому способствует то, что срыв генерации происходит также скачкообразно при сигнале f несколько меньшем. чем возбуждение. поэтому границы эоны (сферы ) на включение имеют несколько меньшие размеры,чем на отключение, а также то, что триггер Шмитта в свое устойчивое состояние опрокидывается с установленной задержкой. а связи с тем, что практически невозможно изготовить несколько "Ответчиков" с одинаковой чувствительностью приемного тракта, в предлагаемом "Ответчике" имеется воз10154б4

10 можность установить чувствительность путем установки начального напряжения на средней точке делителя напряжения электронного выключателя 15.

Согласно закону Био-Савара-Лапласа напряженность поля, образованная излучателем, прямо пропорциональна току, проходящему через излучатель.

В предлагаемом устройстве величина напряженности полей (размеры опас:ных эон) при включении различного оборудования задается тем. что усилитель 9 мощности "Опросника" к отрицательной шине питания подключен вы,ключателем 11 через резистор 12. v соответствующий включаемому механиз- 15 му.

В случае одновременного включения механизма и "Опросника" в момент. когда человек находится в опасной . зоне, триггеры Шмитта 21 формирователей команд б и 7.(фиг 3), получив питание. опрокидываются в свое неустойчивое состояние, при котором транзисторы 22 открыты и выходные реле 23 "Оповещения" и "Блокировки" включены. Триггер в этом состоянии остается до тех пор. пока конденсатор 24 эарядится через соответствующие переменные резисторы 25 до.величины, вызывающей опрокидывание триггеров 21 в свое устойчивое сас- З0 тояние. Время выдержки устанавливается величиной сопротивления резис тора 25 не более,чем 0,5 с, в связи с тем, чта время срабатывания системы "Опрос-ответ" не превышает . $5

0.02-0.05.с, т.е. оно меньше времени запуска механизмов (0,1-0.5 с ).

После срабатывания системы "Опросответ". т.е. при появлении сигнала на детекторе 5 и на задерживающих

RC-цепочках 26 с задержкой по времени Y= 0,01 сформируются напряжения отпирания ключей 27, которые. открывшись, подключают базы других транзисторов триггеров к положительным шинам питания. благодаря чему триггеры остаются в своем неустойчивом .состоянии. а выходные реле 23 — включенными сигнал оповещения включенным, а механизм заблокированным). пока человек остается в опасной зоне. 50

Различная чувствительность ключей к сигналу задается различной величиной сопротивлений резисторов 28, вклю. ченных параллельно переходам эмиттербаза ключей, т.е. величиной напряже- 55 ния на делителе, образованном этими резисторами и резистором 29, которым также задается общая чувствительность

ФРрмирователей б и 7 к сигналу, что используют при первоначальной устайовке границ опасных эон.

Благодаря наличию двух формирователей команд (б и 7). включенных на выходе приемного тракта "Опросника" и обладающих различной чувствительностью к уровню тревожного сигнала. предлагаемое устройство обеспечивает при меньшем сигнале вклкчение цепи

"Оповещение". а при большем сигнале цепи ."Блокировка".

Защита от воздействия мощных кратковременных электромагнитных излучений типа гроэоразряда и коротких эамыканий на ближних к устройству защиты человека участках территории осуществлена путем включения в состав формирователей б и 7 команд "Опросника" RC-цепочек задержки, с постоянной времени ь = 0.01 с. Эксперименты показывают, что достаточно надежна защищают две последовательно включенные Г-образные RC-цепочки.

Отличительным признаком устройства. обеспечивающим высокую надежность защиты человека в опасных зонах производственного оборудования, является следующее.

Элементы индуктивности антенны выполнены в виде трех последовательно включенных рамок. расположенных по плоскости прямоугольной (декартовой)системы координат и имеют характеристики направленности, близкие к сферическим. благодаря чему устанавливаются четкие границы опасо ных эон. Между излучающим и приемным трактами "Ответчика" включена положительная обратная связь по постоянному току. благодаря чему исключается появление дребезга в работе выходных реле.

Усилитель мощности излучающего тракта "Опросника" включается к шине питания контактами включателя механизма через резисторы. ограничивающие энергию излучения. На выходе приемного тракта "Опросника" включены два формирователя команд, каждый иэ которых состоит из последовательно включенных RC-цепочки задержки, ключа с изменяемой чувствительностью к току управления и триггера Шмитта .с регулируемым врзменем задержки, в цепь коллектора выходного транзистора которого включено выходное реле.

Все указанные отличия позволяют выполнить предлагаемое устройство с высокой надежностью функционирования.

1015454

Составитель Л.Васькова

Техред О.Неце Корректор Е. Рокко

Редактор Е.Папп

Филиал ППП "Патент". г. Ужгород. ул. Проектная, 4

Ф

Заказ 3227/50 Тираж 617 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб.. д. 4/5