Многоканальное устройство разделения искробезопасных измерительных цепей

 

Изобретение относится к взрывозащищенному электрооборудованию и может быть использовано для разделения искробезопасных выходных измерительных цепей датчиков контроля рудничной атмосферы и искроопасных входных цепей ЭВМ. Цель - повышение точности и надежности работы. Устройство содержит задающий генератор 1, источник электропитания 2, источник опорного токового сигнала 3, N - источников 4 входных сигналов, блок управления (БУ). При этом БУ состоит из двух десятичных счетчиков 5 и 6, инвертора 7, семи логических элементов 2 ИЛИ-НЕ 8-14, двух логических элементов 2И 15 и 16 и N - блоков искроопасного разделения (БИБР). Каждый из БИБР состоит из четырех аналоговых ключей 17-20, разделенного трансформатора 21, усилителя 22, детектора 23, потенциометра 24, фильтра 25 нижних частот, элемента 26 аналоговой памяти и усилителя 27 постоянного тока, выход которого является выходом N-го БИБР. Устройство может работать в двух режимах: в режиме разделения искробезопасных измерительных цепей и в режиме диагностического контроля. В режиме разделения на входы диагностического контроля БУ подается сигнал логического нуля, а с его четырех выходов сигналы управления поступают в БИБР на входы управления аналоговыми ключами. В режиме диагностического контроля осуществляются проверка ухода сигнала нуля на выходе БИБР и проверка их чувствительности. Положительный эффект от использования устройства состоит в повышении точности работы за счет введения источника опорного токовогосигнала и автоматического управления коэффициентом передачи тракта сигнала измерения. Надежность повышается за счет введения диагностических функций. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

О Al (19) (11) (51)5 Е 21 F 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHGMV СВИДЕЧ ЕЛЬСТВУ

ВСЕС

iABHTqg

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21 ) 4494629! 24-03 (22) 19.08.88 (46) 23.06.90. Бюл. 1"- 23 (71) Государственный проектно-конструкторский и научно-исследовательский институт по автоматизации уголь" иой промышленности "Гипроуглеавтоматизация" (72) М,Д.Азбель, Е.Г.Кузнецов, С. Г.Лаевский, A.Н. Солопий, F.. К.Травкин и С.И.Фисун (53) 621.3 (088.8) (56 ) Авторское свидетельство СССР

)1р,503994,, кл, Е 21 Р 9/00, 1972.

Устройство искробезопасное согласующее УИС1, УИС 1.01,000РЗ, ГУА.

Руководство по эксплуатации, Быково, 1986. (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО РАЗДЕЛЕНИЯ ИСКРОЛЕЗОПАСН)1Х ИЗМЕРИТЕПЬННХ

ЦЕПЕЙ

2 (57) Изобретение относится к взрывоз ащищенному электрооборудованию и может быть использовано для разделения искробезопасных выходных измерительных цепей датчиков контроля рудничной атмосферы и искроопасных входных цепей 3ВМ. Цель — повышение точности и надежности работы, Устройство содержит задающий генератор 1, источник электропитания 2, источник опорного токового сигнала 3, N-источников 4 входных сигналов, блок управления (БУ). При этом ЛУ состоит иэ двух десятичных счетчиков. 5 и 6, инвертора 7, семи логических элементов 2 ИЛИ-НЕ 8-14, двух логических а элементов 2И 15 и 16 и N блоков искроолаолооо раадепеала (БиБр). каа- Гл дый нэ ЛИБР состоит пз четырех аналоговых ключей 17-20, разделенного трансформатора 21, усилителя 22,деm цпе ИаЬио ения

1573?10 тектора 23, потенциометра ?4,Аильтра 25 нижних частот, элемента 26 аналоговой памяти и усилителя 27 постоянного тока, выход которого является выходом N-ro БИБР. Устройство моS жет работать в двух режимах: в режиме разделения искробезопасных измерительных целей и в режиме диагностического контроля. В режиме разделения на входы диагностического контроля БУ подается сигнал логического нуля, а с его четырех выходов сигналы управления поступают в БИБР на входы

Изобретение относится к области взрывозащищенного электрооборудова- 20 ния, например рудничного, и может быть использовано для разделения искробезопасных выходных измерительных цепей датчиков контроля рудничной атмосАеры и искроопасных входных 25 цепей 38M.

Целью и зо бр ет ения я зля ет с я повышение точности и надежности работы устройства.

На фиг. 1 приведена блок-схема уст- 3(} ройства; на Аиг. 2 — временная диаграмма сигналОв управления в режиме разделения цепей," на Аиг. 3 — то же, в режиме диагностического контроля.

Устройство содержит задающий генератор 1, источник 2 электропитания, источник 3 опорного токового сигнала

3, источники 4 входных сигналов (от одного до N), блок управления,сос- 40 тоящий из двух десятичных счетчиков

5 и 6, инвертора 7, семи логических элементов 2ИЛИ-НЕ 8-14, двух логических элементов 2И 15 и 16, блоки искробезопасного разделения (от одного до N ), к аждый и з кот орых сост ои т и з четырех аналоговых ключей 17-?0,разделительного тр ансАорматор а 2 l,усилителя 22, детектора 23, потенциометра 24, фильтра 25 нижних частот, элемента 26 аналоговой памяти и усилителя 27 постоянного тока.

Задающий генератор 1 соединен с блоком упр авл ения, а именно с входом десятичного счетчика 5 и первыми входами логических элементов 2ИЛИ-HF. 13

55 и 14 блока управления, в котором выход P десятичного счетчика 5 соединен со счетным входом десятичного управления аналоговыми ключами. В режиме диагностического контроля осущес твл яют ся пр ов ер ка ухода сигнал а нуля на выходе БИБР и проверка их чувс твит ель ности. 11оложит епь ный эффект от использования устройства состоит н повышении точности работы за счет введения источника опорно—

ro токового сигнала и автоматическorо управления коэААициентом передачи тр акт а си гнала из мер ения, Hàдежность повышается эа счет введения диагностических функций. 3 ил. счетчика 6, выходы "0" и "1" десятичного счетчика 5 соединены с входами логического элемента 2ИЛИ-НЕ 8, выход которого соединен с первыми входами логических элементов 2ИЛИ-НЕ 11 и 2И

15, выход К десятичного счетчика 6 соединен с вторыми входами логических элементов 2И 15, 2ИЛИ-НЕ 12 и 14 и первым входом логического элемента 2ИЛИ-HF. 9, второй вход которого соединен с вторым входом логического элемента

2ИЛИ-HF. 10 и является входом управления устройства "Контроль чувствительности", а выход соединен с вторым входом логического элемента

2ИЛИ-HE 13. }Ъ хоц К+1 десятичного счетчика 6 соединен через инвертор 7 с вторым входом логического элемента

2ИЛИ-HF. 11, выход которого соединен с первым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ 14, первый вход логического элемента 2ИЧИ-HE 10 является входом управления устройства

"Контроль нуля", выход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 10 соединен с вто-. рым входом л огиче ск ого элемент а

2И 16, первый вход которого соединен с выходом логического элемента

2ИЛИ-НЕ 12. Выходы логических элементов 2И 15, 2ИЛИ-HF. 13, 14 и 2И 16 являются выходами блока управления, Они соединяются в каждом из N блоков искробезопасного разделения с соответствующими. входами управления аналоговыми ключами, причем выход логического элемента ?ИЛИ-НЕ 13 связан с входами управления аналоговыми ключами 17, выход логического элемента 2И 16 связан с входами управления аналоговыми ключами 18, выход логического элемента ?ИЛИ-НЕ 14 связан!

5732 I0 с входам«управления аналоговыми ключами 19 и выход логического. элемента

2И 15 связан r входами управления аналоговыми ключами. 20. Входы аналоговых ключей 7 и 18 являются аналоговыми входами любого из 11 блоков искробезопясного разделения,причем входы аналоговых ключей 17 объединены в последовательнуи цепь и соединены с источником 3 опорного токового сигнала, входы аналоговых ключей

18 соединены с соответствующим источником 4 входного сигнала, выходы аналоговых ключей 17 и 18 подключены к входным обмоткам разделительного трансформатора 21, выходная обмотка к отор nrn чер ез усилитель 22 связана с детектором 23. Выход детектора 23 соединен через аналоговый ключ 19 и фильтр 25 нижних частот с усилителем 27 постоянного тока, а через потенциометр ?4 и аналоговый ключ

20 — с элементом 26 аналоговой пямя10

l5 ти, выход которого соединен с входом управления коэффицие сТоМ усиления усилителя 22. Выход усилителя 27 постоянного тока является выходом М-rn блока искр»безопасного разделения.

Устройство р азделения искр обезо- 30 пасных измерительных целей может работать в двух режимах: в режиме разделения искробезопясных измерительных целей и в режиме диагностического контроля, 35

В режиме разделения искробезопасных измерительных цепей на входы диагностического контроля блока управления (первый вход логического элемента ?ИЛ1-IIF 10 и вторые входы логи- 4(} ческих элементов 2ИЛ!1-НЕ 9 и 10) подается сигнал логического нуля (0"), а с его четырех выходов (выходы логических элементов 2И 15 и )6, 2ИЛИ-НЕ 13 и 14) сигналы управления 45 поступают в блоки искробезопасного разделения на входы управления аналоговыми ключами. Сигналы управления (фиг.2) формируются таким образом, что сигнал от задающего генератора 1 50 (фиг.2я) поступает на входы десятичного счетчика 5 и первые входы логических элементов 2ИЛИ-HF. 1? и 13, Частота этого сигнала выбирается с учетом полосы частот, занимаемой 55 сигналом, поступающим и» входной искробезопясной измерительной цепи, а также с учетом снижения индуктивнос-. ти обмоток разделительного трансформяторя, что очень важно д я поныв:ения взрывозящ«щенност«устройства. Г вьгхода Р десятичного счетчика 5 сигнал поступает на вход десятичного счетчика 6 . Счетчики 5 и 6 формируют временные интервалы коммутации измерительного сигнала (фиг ° 2 r ) поступающего от источника входного сигнала 4 (ИВС 4), и сигнала кял«бровки,поступающего от источника опорного токового сигнала 3 (ИОТС 3), а также временной промежуток для разделения измерительных сигналов и сигналов калибровки (фиг,2б, в, е), поступающих соответственно на фильтр 25 нижних частот (НЧ 25 ) и элемент 26 аналоговой памяти (ЭАН 26). . Сигнал временных интервалов коммутации формируется на выходе К деся— тичного счетчика 6 (фиг,2г ), откуда он поступает ня второй вход лог«ческого элемента 2!!ЛИ-HF. 12 и через логический элемент 21!ЛИ вЂ” HF. 9 — на второй вход логического элемента ?ИIII — НЕ

13, Ня элементах 2ИЛИ-HI : 12 и 13 осуществляется стробировяние сигналя от задающего генератора (фиг.2л,м) при условии, что ня второй вход логичесФ кого элемента 2ИЛИ-НЕ 9 подается c«гнял логического "0".

Таким образом, учитывая, что На втором входе логического элемента ?И

16 установлен сигнал логической "1", на выходе элементов 2И 16 и 2!ЕЛ!1-НЕ

13 формируются сигналы управления аналоговыми ключами с оот в е тств ени о

1 Я (фиг, 2л ) и 7 (фи г. 2м ), няходягp. ... ся в I I блоках «скробеэопасного разделения и коммутирующими со»тветствующие входные искр»безопасные измерительные цепи и цели с«гнала кял«б-. ровки от ИОТГ 3.

Временной промежуток для р язделения измерительных сигналов и сигналов калибровки Аормируется с целью исключения помех от переходных <рпцессов, возникающих в раздел«тельном трансформаторе ?! (Тр ? I I г ри переключении из режима преобразования измерительного сигнала в режим пр еобр азования сигнала калибр» в к« (на разделительном трансформаторе 21 с помощью ключей 17 и 18 происходиг пропорциональное преобразование сигналов постоянного тока а с«гнали переменного тока ) . Данный временной промежуток формируется с помощьи десятичного счетчика 5, логического

7 1573210 8

2ИЛИ-HE 8 и десятичного

6 ° При поступлении с выходов

" счетчика 5 сигналов в) на входы логического

2ИЛИ-HE 8 на его выходе Аорси гнал, пред ст авл енный на элемента счетчика

llP tt t11 (фиг,2б, элемент а мируется

Аиг.2е.

В каждый из N блоков искробезопасного разделения поступают сигналы, Аормируемые в блоке управления ,(БУ), которые управляют, аналоговыми ключами 17 — 20. В результате работы ключей 17 и 18 на выходе разделительного тр ансАорматор а 21 поочередно появляются сигналы переменного 45 тока частотой сигнала задающего генератора 1, амплитуда которых пропорциональна величине тока входного сигнала и величине тока опорного сиг.— нала. После усиления на усилителе

22, который выполнен с внешним управлением коэффициентом усиления, сигналы переменного тока поступают на детектор 23, например фазовый детектор.

С выхода Д 23 огибающая этих сигналов поступает на аналогавьгй ключ 19 и через потенциометр 24 — на аналоговый ключ 20. В результате работы ключей 19 и 20 сигнал измерений, пропорциональный

Кроме того, на логическом элементе 2ИЛИ-НЕ 11 с помощью десятичного счетчика 6 (выход К+1) формируется сигнал, представленный на фиг.2ж.

На время действия этих сигналов,поступающих на первые входы логических 15 элементов 2И 15 и 2ИЛИ-НЕ 14,расширяется эона выключенного состояния аналогового ключа 19 (фиг,23) и сужается зона включенного состояния аналогового ключа 20 (фиг.2и). таким 20 образом, прохождение измерительного сигнала от детектора 23 (Д 23).к ФНЧ

25 после переключения в режим преобразования измерительного сигнала задерживается на два периода сигнала задающего генер атор à. Ва это время на разделительном трансформаторе прекращается переходной. процесс. Аналогично на ЭАП 26 поступает только часть сигнала калибровки, не иска- 30 женная переходным процессом в разделительном трансАорматоре, возникающем при переключении иэ режима преобразования измерительного сигнала в режим преобразования сигнала калибровки.

l величине входного сигнала, поступает на вход ФНЧ 25, а сигнал калибровки, пропорциональный величине опорного сиг»»ала, поступает на ЭАП

26, представляющий собой, например, интегрирующую HC-цепь, присоединенную к входу полевОго транзистора.

ФНЧ 25 предназначен для выделения постоянной составляющей из сигнала огибающей, выделенного Д 23, из которого аналоговым ключом 20 вырезан сигнал калибровки. САормированный

ФНЧ 25 сигнал поступает на усилитель 27 постоянного тока, которьгй служит для согласования блока искробезопасного разделения с внешней нагрузкой. Выход усилителя 27 постоянного тока является выходом канала разделения устройства.

ЭАП 26 предназначен для запоминания уровня сигнала калибровки и поддержания неизменным коэААициента усиления усилителя 22 на время действия сигнала измерений. Он также служит для автоматической коррекции коэфАициента усиления усилителя 22,которая

Bb»»toJIH»»t Tc»» ЭАП 26 каждый раз при

v поступлении на него сигнала калибровки.: По»енциометр 24 предназначен для установки нужного коэффициента. усиления усилителя 22 при начальной настройке (например, при температуре 20». 5 ьС ) .

Если в результате ухода коэААициента передачи на любом участке тракта аналоговый ключ 17 — разделительный трансформатор 21 — усилитель 22 — детектор 23 — аналоговый ключ 20 происходит изменение амплитуды сигнала калибровки на входе ЭАП

26, то оно вызывает изменение коэАфициента усиления усилителя 22,восстанавливающее уровень сигнала калибровки, а, следовательно, и коэфАициент передачи упомянутого тракта.

В режиме диагностического контроля (фиг.3) возможны два подрежима работы: проверка .ухода сигнала нуля на выходе блока искробезопасного разделения, а также проверка чувствительности блоков искробеэопасного разделения, При проверке ухода сигнала "0" на первый вход логического элемента

2ИЛИ-HE 10 подается сигнал логической единицы ("1"), а на вторые входы логических элементов 2ИПИ-HE 9 и 10— сигнал логического нуля ("0"), При

9 15732 этом на второй вход элемента 2И 16 поступает сигнал "0" (фиг. Зд), что прекращает подачу сигнала управления коммутацией входного сигнала с элемента 2ИЛИ-HF. 12 (фиг,Зб) на анало5 говый ключ 18 (фиг.3e) ..Остальные сигналы управления БУ не изменяются, В результате этого сигнап калибровки, как и в режиме разделения искробезопасньгх измерительных цепей, поступает на ЭАП 26 и поддерживает требуемый коэффициент усиления усилителя 22, а через аналоговый ключ 19 на ФНЧ 25 должен поступать сигнал нулевого 15 уровня, так как аналоговый ключ 18 закрыт и, следовательно, из-за отсутствия преобразования входного сигнала на выходной обмотке разделительног o тр ансформатор а напряжение равно нулю, Сигнал нулевого уровня с учетом допустимого отклонения должен присутствовать при этом и на выходе блока искробезопасного разделения, Отличие выходного сигнала от нуля может произойти из-за неисправности тракта (разделительного трансформатора 21, усилителя 22, детектора 23, аналоговых ключей, усилителя 27 постоянного тока и т.п.). 30

При проверке чувствитепьности блоков искробезопасного разделения на первый вход логического элемента

2ИЛИ-HF. 10 поступает сигнал "0", а на вторые входы логических элементов

2ИЛИ-HE 9 и 10 — сигнал "1" (фиг.3r). На выходе логического элемента 2ИЛИ-НЕ 9 появляется сигнал логического "0" (фиг.Зж), при этом, как и в случае проверки ухоца сигна- 40 ла нуля, прекращается поступление сигнала управления коммутацией входного сигнала (фиг.Зе, аналоговый ключ 18)., а через логический элемент

2ИПИ-HE 13 на вход управления аналоговым ключом 17 непрерывно поступает сигнал от задающего генератора 1 (фиг,Зз) . Остальные сигналы управления БУ не изменяются. В результате этого сигнал калибровки поступает 50 как на ЭАП 26 для поддержания требуемого коэффициента усиления усилителя 22, так и на >НЧ25 а далее через усилитель 27 постоянного тока на выход блока искробезопасного разделения, Таким образом, выходной сигнал при проверке чувствительности должен быть пропорционален сигналу от ис1О 1О точника 3 опорного токового сигнала и постоянен во времени. Отличие этого сигнала от эталонного сигнала, зафиксированного при настройке блока, свидетельствует об уходе чувствительности, Предл агае мое ус трой ство может быть использовано на предприятиях угольной промьпнленности при создании автоматизированных систем управления технологическими процессами для разделения искробезопасных цепей аналоговых датчиков, находящихся во взрывоопасной атмосфере, и искроопасных входных цепей 3ВМ.

Применением изобретения повьппается точность работы эа счет введения источника опорного токового сигнала и автоматического управления коэффициентом передачи тракта сигнала измерения, а также повьппается надежность работы устройства за счет наличия диагностических функций, которые реализуются с помощью введенного блока управления.

Формул а изобретения

Иногоканальное устройство разделения искробезопасных измерительных цепей, состоящее из задающего генератора, источника электропитания и

N блоков искробезопасного разделения, каждый из которых содержит разделительный трансформатор, первичная обмотка которого через аналоговый ключ связана с источником входного сигнала, усилитель, к входу которого подключена вторичная обмотка разделительного трансформатора, а к выходу подключен детектор, фильтр нижних частот, выход которого соединен с входом усилителя постоянного тока, выход которого является ныходом блока искробезопасного разделения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повьппения точности и надежности работы, разделительный трансформатор в каждом из N блоков искробезопасного разделения снабжен дополнительной обмочкой, в каждый блок искробезопасного разделения введены три дополнительных аналоговых ключа, потенциометр и элемент аналоговой памяти, а устройство снабжено источником опорного токового сигнала и блоком управления,выполненным на двух логических элементах

2И, семи. логических элементах 2ИЛИ-НЕ, 157321 и вторым входом первого логического элемента 2ИЛИ-HF., выход которого сое- 0 динен с первым входом второго логического элемента 2И, а выход К+1 второго десятичного счетчика через инвертор соединен с вторым входом шестого логического элемента 2ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом третьего логического элемента

2ИЛИ-HE и с первым входом первого логического элемента 2И, а выход подключен к первому входу четвертого логи- 30 ческого элемента 2ИЛИ-НЕ, первый вход седьмого логического элемента

2ИЛИ-НЕ и вторые входы пятого и седьмого логических элементов 2ИЛИ-HE являются входами диагностического контроля устройства, выходы пятого и седьмого логических элементов

2ИЛИ"НЕ соединены соответственно с вторыми входами вторых логических

35 инверторе и двух десятичных счетчиках, причем задающий генератор подключен к объединенным входам первого, десятичного счетчика и первым входам первого и второго логических элемен5 тов 2ИЛИ-HF. выходы "О" и "1" первого десятичного счетчика соединены соответственно с первым и вторым входами третьего логического элемента 2ИЛИ-HF., а выход переноса Р первого десятичного счетчика подключен к входу второго десятичного счетчика, выход которого К соединен с вторым входом четвертого логического элемента 2ИЛИ-HF., вторым входом первого логического элемента 2И, первым входом пятого логического элемента 2ИЛИ-HF. о ) элементов 2ИЛИ-HF. и 2И, выходы второго логического элемента 2И, четвертого логического элемента 2ИЛИ-НЕ, первог6 логического элемента 2И и втор ого логического элемента 2ИЛИ-НЕ . являются выходами блока управления, соединенными соответственно с входами управления аналогового ключа и первого, второго и третьего дополнительных аналоговых ключей в N блоках искробезопасного р азделения, при этом первый дополнительный аналоговый ключ включен между выходом детектора и входом фильтра нижних частот, второй дополнительный аналоговый ключ между подвижным выводом потенциометра и входом элемента аналоговой памяти, выход которого соединен с входом управления коэффициентом усиления усилителя, один из выводов потенциометра подключен к общей шине„ а другой — к выходу детектора, третий дополнительный аналоговый ключ в каждом из N блоков искробезопасного разделения включен последовательно с дополнительной обмоткой разделительного трансформатора, вход первого из N третьих дополнительных аналоговых ключей подключен к первому выходу источника опорного токового сигнала, а выход - к входу аналогичного третьего дополнительного аналогового ключа в следующем из N каналов, выход третьего дополнительного аналогового ключа в N-м канале соединен с вторым выходом источника опорного токового сигнала.! 5732 (О

Составит ель Г. Нунупаров техред М.Ходанич Корректор М,Пожо

Редакт ор А, Мотыль

Заказ 63 Тираж 376 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101