Устройство для автоматического резервирования сигнальных ламп

 

Устройство для автоматического резервирования сигнальных ламп относится к области световой сигнализации, в частности к резервированию ламп сигнализации, расположенных в труднодоступных и ответственных местах. Устройство состоит из ячеек сигнализации, содержащих основную и резервную лампы сигнализации, двухразрядные кольцевые тиристорные счетчики импульсов и электронные транзисторные ключи. При нажатии кнопки проверки положительные импульсы питания, следующие по шине от источника питания, обеспечивают бесконтактное выключение резервных и включение основных ламп сразу во всех ячейках сигнализации. При перегорании основной лампы сигнализации в какой-либо из ячеек сигнализации соответствующий электронный ключ, обеспечивающий контроль наличия напряжения питания на основной лампе, осуществляет включение тиристора второго разряда соответствующего кольцевого тиристорного счетчика импульсов, а следовательно, и включение необходимой резервной лампы сигнализации. 1 ил.

Изобретение относится к световой сигнализации, в частности к устройствам, обеспечивающим автоматическое резервирование сигнальных ламп.

Известно устройство для автоматического резервирования сигнальных ламп, содержащее электронные реле, собранные на транзисторах, управляющие сигналы на которые снимают с вторичных обмоток трансформаторов. Первичные обмотки этих трансформаторов включены последовательно с основными лампами. Питают реле от отдельного источника, содержащего трансформатор, диодный мост, конденсатор. При исправных основных лампах транзисторы открыты и реле включены. Контакты реле в цепи питания резервных ламп разомкнуты и лампы обесточены. При перегорании основной лампы на первичной обмотке соответствующего трансформатора, а следовательно, и на базе транзистора напряжение пропадает, транзистор закрывается, реле отключается и его замкнувшимся контактом обеспечивается подача напряжения питания на резервную лампу. После замены перегоревшей основной лампы устройство автоматически переходит в исходное состояние (1).

К недостаткам данного известного устройства для автоматического резервирования сигнальных ламп следует отнести: потребление мощности в дежурном режиме, использование в качестве управляющих элементов транзисторными ключами трансформаторов, по первичным обмоткам которых протекают полные токи основных сигнальных ламп, использование электромагнитных реле, контактами которых обеспечивается подача напряжения питания на резервные лампы. Все это значительно усложняет конструкцию устройства и снижает его надежность.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для автоматического резервирования сигнальных ламп, в котором основная лампа включена последовательно с обмоткой токового реле.

Контакты токовых реле включены в цепи управляющих электродов мощных симисторов, соединенных последовательно с резервными лампами сигнализации. При перегорании основной лампы сигнализации токовое реле отключается и его замкнувшимся контактом обеспечивается подача напряжения на управляющий электрод симистора, включившись, симистор обеспечивает подачу напряжения питания на резервную лампу сигнализации (2).

Недостатком данного простого по конструкции устройства является наличие электромагнитного токового реле, включенного последовательно с основной лампой сигнализации. Токовое реле в дежурном режиме потребляет значительную мощность, так как через его обмотку протекает полный ток основной лампы сигнализации, токовое реле значительно по своим габаритам, да и надежность и сроки безотказной работы на порядок ниже, чем у бесконтактного элемента схемы-симистора. К тому же в этом устройстве невозможно заранее в любой момент времени проверить исправность резервной лампы сигнализации, а такая необходимость возникает особенно в сложных условиях работы, когда перед включением основных ламп сигнализации необходимо убедиться, что и все резервные лампы сигнализации также исправны.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение надежности устройства.

Цель достигается тем, что устройство содержит двухразрядные кольцевые тиристорные счетчики импульсов по числу ламп сигнализации, причем выход первого разряда каждого счетчика соединен с выводом первой основной лампы сигнализации, а выход второго разряда соединен со второй резервной лампой сигнализации. Управляющие входы всех тиристорных кольцевых счетчиков импульсов через замыкающий контакт кнопки проверки соединены с шиной импульсного напряжения источника питания, а через размыкающий контакт с минусовой шиной источника питания. Управляющий вход электронного ключа, выполненный в виде делителя напряжения, состоящего из последовательно соединенных резисторов, к одному из которых параллельно подключен времязадающий конденсатор, подсоединен параллельно с основной лампой сигнализации, а к шине импульсного напряжения источника питания подключена дополнительная лампа сигнализации.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что основная и резервная лампы сигнализации подключены к нагрузочным выходам соответственно первого и второго разрядов двухрядного счетчика импульсов. Управляющие входы каждого из тиристорных счетчиков через замыкающий контакт общей кнопки проверки сигнальных ламп подключены к шине импульсного напряжения источника питания, что позволяет при исправных основных лампах сигнализации проверить исправность дистанционным способом всех резервных ламп сигнализации, при этом переключение цепей нагрузки происходит бесконтактным способом за счет коммутации тиристоров.

Таким образом, заявляемое устройство для автоматического резервирования сигнальных ламп соответствует критерию изобретения: новизна.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области, а именно с устройствами для автоматического резервирования сигнальных ламп, показывает отсутствие в них электронных ключей, обеспечивающих контроль наличия напряжения на основных лампах и автоматическое включение резервной лампы сигнализации при перегорании основной лампы. При этом включение резервной лампы сигнализации обеспечивается через тиристор второго разряда кольцевого счетчика импульсов, т.е. бесконтактным способом. Кроме того, наличие дополнительной лампы сигнализации, подключенной к шине импульсного напряжения источника питания, позволяет исключить влияние возможного дребезга контактов кнопки проверки исправности дополнительных ламп сигнализации. Все это позволяет сделать выводы, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На чертеже изображена электрическая принципиальная схема устройства для автоматического резервирования сигнальных ламп.

Устройство для автоматического резервирования сигнальных ламп содержит источник питания 1 с шиной 2 импульсного напряжения, n-ячеек 3 сигнализации, каждая из которых содержит основную сигнальную лампу 4 и резервную сигнальную лампу 5, двухразрядный тиристорный кольцевой счетчик импульсов 6, электронный ключ 7, дополнительную сигнальную лампу 8, подключенную к шине 2 импульсного напряжения источника питания. Каждый тиристорный двухразрядный кольцевой счетчик импульсов 6 содержит тиристоры 6.1 и 6.2 с соответствующими элементами, составляющими две счетные ячейки. Тиристор 6.3 выполняет вспомогательную роль и предназначен для запирания тиристора 6.2. Аноды диодов 6.4, 6.5 соединены между собой и точка их соединения является управляющим входом кольцевого счетчика 6. Все управляющие входы кольцевых счетчиков импульсов через размыкающий контакт кнопки проверки 9 соединены с минусовой шиной источника питания 1, а через замыкающий контакт кнопки 9 с шиной 2 импульсного напряжения источника питания. Кроме того, кольцевой счетчик импульсов содержит коммутирующие диоды 6.6, 6.7, коммутирующие конденсаторы 6.8, 6.9; резисторы управления 6.10, 6.11.

Резисторы управления 6.10 и 6.11 включены в цепь управляющего электрода тиристора 6.1 и обеспечивают автоматическую установку исходного состояния счетчика после подачи напряжения источника питания 1. Аноды тиристоров 6.1, 6.2 являются выходами разрядов счетчиков импульсов и подключены к соответствующим основной 4 и резервной 5 лампам сигнализации. Анод тиристора 6.3 подключен к соответствующему нагрузочному резистору 6.12. Между катодом и управляющим электродом тиристоров 6.2 и 6.3 включены соответствующие резисторы 6.13 и 6.14 гальванической связи.

Каждый электронный транзисторный ключ 7 выполнен по схеме последовательного инвертирования сигнала и содержит резисторный делитель напряжения, состоящий из последовательно соединенных резисторов 7.1 и 7.2, обеспечивающих контроль наличия напряжения питания на основной сигнальной лампе 4. Параллельно резистору 7.1 включен конденсатор временной задержки 7.3. Электронный ключ содержит транзисторы 7.4 и 7.5; база первого транзистора через резистор смещения 7.6 и коллектор второго транзистора через нагрузочный резистор 7.7 подключены к управляющему электроду тиристора 6.2 кольцевого тиристорного счетчика импульсов 6. База второго транзистора 7.5 соединена с коллектором первого транзистора и через его коллекторный нагрузочный резистор 7.8 с минусовой шиной источника питания. Через резистор 7.9 осуществляется положительная связь транзистора 7.5 со входом транзистора 7.4 и одновременно отрицательная обратная связь по току, возникающая в каскаде на транзисторе 7.4.

Устройство для автоматического резервирования сигнальных ламп работает следующим образом. При подаче напряжения питания на устройство по шине 2 следуют плюсовые импульсы напряжения от источника питания 1 определенной амплитуды, частоты и длительности, достаточных для надежной коммутации и работы всех элементов схемы устройства, как во время плюсовых импульсов напряжения питания, так и во время пауз между ними.

Исходные состояния тиристорных кольцевых двухразрядных счетчиков импульсов 6 устанавливаются автоматически: после подачи напряжения источника питания через резисторы управления 6.10, 6.11 и цепи управляющих электродов тиристоров 6.1 начинают протекать токи, отпирающие эти приборы, и соответствующие основные лампы сигнализации 4 включаются, остальные тиристоры 6.2, 6.3 кольцевых счетчиков импульсов 6 в исходном состоянии заперты. Одновременно с подачей напряжения питания по цепи плюсовая шина источника питания, конденсатор 7.3, резистор 7.6 и резистор 6.13 протекает ток заряда конденсатора 7.3, на базе транзистора 7.4 создается смещение, достаточное для его включения. Через резистор 7.9 осуществляется положительная связь транзистора 7.5 со входом транзистора 7.4 и одновременно отрицательная обратная связь по току, возникающая в каскаде на транзисторе 7.4. Включение транзистора 7.4 переводит в устойчивое выключенное состояние второй транзистор 7.5. Если за время заряда конденсатора 7.3 включается тиристор 6.1, что возможно при исправной лампе 4, то необходимое напряжение смещения для поддержания во включенном состоянии транзистора 7.4 снимается с делителя на резисторах 7.2, 7.1. Если за время заряда конденсатора 7.3 включения лампы 4 не произошло, то напряжение смещения, образованного резисторами 6.13, 7,6, 7.1 на базе транзистора 7.4, недостаточно для его включения. Состояние, соответствующее включенному транзистору 7.4 и запертому транзистору 7.5, в данном случае является устойчивым состоянием схемы, сохраняемым лишь в течение длительности входного импульса, определяемого временем заряда конденсатора 7.3. Когда напряжение входного импульса спадает до нуля, схема переходит во второе устойчивое состояние, а именно: транзистор 7.4 выключен, а транзистор 7.5 включен. По мере включения транзистора 7.5, т.е. в процессе опрокидывания, преобладает положительная обратная связь, поскольку приращение тока эмиттера в транзисторе 7.5 значительно больше, чем в транзисторе 7.4. Включившись, второй транзистор 7.5 обеспечивает уровень напряжения на управляющем электроде тиристора 6.2, достаточный для его включения, а следовательно, и резервной лампы 5 сигнализации. Емкость конденсатора 7.3 выбирается такой, что при исправных элементах схемы, а именно тиристора 6.1 и основной лампы сигнализации 4, обеспечивалось сначала их надежное включение.

При включенных тиристорах 6.1 кольцевых тиристорных счетчиков соответствующие диоды 6.6 шунтируют цепи этих приборов и токи управляющих электродов резко уменьшаются. Кроме того, при включенных тиристорах 6.1 обратные напряжения на диодах 6.5 равны напряжению источника питания. Итак, имеем следующее исходное состояние схемы: включены все тиристоры 6.1 кольцевых двухразрядных счетчиков импульсов, а следовательно, и все основные лампы сигнализации 4, ячеек сигнализации 3, все остальные тиристоры 6.2 и 6.3, а также вторые транзисторы 7:5 электронных ключей выключены.

Предположим, что необходимо произвести проверку исправности резервных ламп сигнализации, в большинстве случаев это обязательная операция, так как после включения сигнализации в дежурном режиме предстоит ее длительная работа в труднодоступных местах в сложных метеорологических условиях и нужно быть уверенным, что и резервная лампа сигнализации также исправна. Нажатием на кнопку проверки 9 обеспечивается подключение шины 2 импульсного напряжения источника питания 1 к управляющим входам всех тиристорных кольцевых счетчиков импульсов 6 ячеек сигнализации 3 и сможет пройти только через диоды 6.4 и отпереть тиристоры 6.2, которые с помощью соответствующих коммутирующих конденсаторов 6.8 запирают тиристоры 6.1 и все основные лампы сигнализации выключаются.

После включения тиристоров 6.2 подается напряжение питания на все резервные лампы сигнализации 5, при этом цепи управляющих электродов тиристоров 6.1 по-прежнему остаются зашунтированными, но теперь уже диодами 6.6, и, следовательно, тиристоры 6.1 не могут быть отпертыми токами, протекающими через резисторы 6.10, 6.11. Обратные напряжения на диодах 6.5 уменьшаются до величин остаточных напряжений тиристоров 6.2, а на соответствующих диодах 6.4 оно будет равно напряжению источника питания. Отпустив кнопку проверки 9 в момент времени, когда отключена лампа сигнализации 8, визуально убеждаются что все резервные лампы сигнализации 5 исправны. Последующим нажатием кнопки 9 при поступлении очередного плюсового импульса напряжения питания по шине 2, аналогично вышеописанному переключаются разряды счетчиков импульсов. Однако в анодных цепях тиристоров 6.3 нет диодов, шунтирующих резисторы 6.10 и 6.11, поэтому при их отпирании не только запираются тиристоры 6.2, но и вновь включаются тиристоры первых разрядов 6.1 кольцевых счетчиков импульсов. Сопротивления 6.12 в анодной цепи тиристоров 6.3 выбираются такими, чтобы токи в их цепях от напряжения источника питания были меньше токов удержания тиристоров 6.3, поэтому после разряда коммутирующих конденсаторов 6.9 тиристоры 6.3 также запираются. Счетчики импульсов 6 возвращаются в исходное состояние и включаются основные лампы сигнализации 4. Режим проверки закончен и кнопку проверки 9 в момент времени, когда на шине 2 уже нет положительного импульса от источника питания 1, т.е. когда выключена дополнительная лампа сигнализации 8, необходимо отпустить.

Предположим, что в процессе работы сигнализации вышла из строя, перегорела одна из основных ламп сигнализации, например лампа 4 первой ячейки сигнализации 3.1. Ток по цепи делитель напряжения из последовательно соединенных резисторов 7.1 и 7.2 электронного ключа 7 меньше тока удержания тиристора 6.1 и последний выключается. Напряжение смещения, создаваемое уже резисторами 6.13, 7.6, 7.1 на базе транзистора 7.4, недостаточно для поддержания его во включенном состоянии. Транзистор 7.4 выключается, транзистор 7.5 включается, обеспечивая включение тиристора 6.2 и подачу напряжения питания на резервную сигнальную лампу 5. Тем самым и обеспечивается автоматическое резервирование сигнальных ламп.

Использование предлагаемого устройства позволяет значительно расширить функциональные возможности устройства, так как простым нажатием одной кнопки можно проверить исправность сразу всех резервных ламп сигнализации, а косвенным путем и исправность элементов ячеек сигнализации. Повышена и надежность конструкции устройства, так как коммутация, включение ламп сигнализации и контроль исправности основной лампы сигнализации осуществляется только с помощью бесконтактных электронных элементов тиристоров и транзисторов, эти элементы характеризуются высокой надежностью, малым весом и габаритами.

Использование предлагаемого устройства наиболее эффективно при расположении ламп сигнализации в труднодоступных местах, требующих гарантированной работоспособности устройства в целом.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ СИГНАЛЬНЫХ ЛАМП, содержащее источник питания с шиной импульсного напряжения, кнопку проверки, ячейки сигнализации, каждая из которых включает основную и резервную лампы сигнализации, электронный транзисторный ключ, выполненный по схеме последовательного инвертирования сигнала, подсоединенный параллельно основной лампе сигнализации, отличающееся тем, что введена дополнительная лампа сигнализации, а каждая ячейка сигнализации снабжена двухразрядным кольцевым счетчиком импульсов, включающим тиристоры по числу разрядов счетчика и вспомогательный, причем управляющие входы первого и второго разрядов каждого счетчика связаны с одним из выводов кнопки проверки, подключенным к минусовой шине источника питания, другой вывод которой подключен к шине импульсного напряжения источника питания, выходы первого и второго разрядов счетчика соединены с одним из выводов основной и резервной лампы сигнализации соответственно, управляющий выход транзисторного ключа соединен с управляющим электродом тиристора второго разряда соответствующего кольцевого счетчика импульсов, при этом дополнительная лампа сигнализации подключена между минусовой шиной и шиной импульсного напряжения источника, вторые выводы основной и резервных ламп сигнализации подключены к плюсовой шине источника питания, включенной в цепи управляющего электрода и анода соответственно тиристоров первого разряда и вспомогательного.

РИСУНКИ

Рисунок 1