Пульт группового управления для работы в условиях подземной выработки угля

Полезная модель относится к устройствам автоматизированного контроля и управления технологическими объектами, в том числе размещаемым в подземных выработках, опасных по газу и угольной пыли, и предназначена для сбора и первичной обработки информации, выработки управляющих сигналов, формирования автоматического оповещения об аварийной ситуации при появлении экстренных сигналов, а также обмена информацией с другими устройствами по интерфейсу RS-485. При осуществлении полезной модели может быть получен следующий технический результат: повышение надежности и достоверности контроля и управления горно-шахтным оборудованием, расширение функциональных возможностей. Указанный технический результат достигается за счет введения в состав полезной модели графического дисплея, позволяющего отображать графики и таблицы контролируемых параметров, и узла формирования речевых сигналов для оповещения об аварийной ситуации.

Данная полезная модель относится к устройствам, предназначенным для непрерывного автономного и дистанционного контроля и управления оборудованием, установленным в угольных шахтах, опасных по газу (метану) и угольной пыли.

Одним из устройств, известных в данной области, является системный блок (далее СБ), входящий в комплекс ДЕКОНТ-Ех (А.В.Уваров. Взрывозащищенный комплекс ДЕКОНТ-Ех. «Промышленные АСУ и контроллеры», 9, 2003 г., стр.46-49). СБ является базовым устройством комплекса, устанавливаемого в угольных шахтах, и выполняющего измерение и обработку сигналов от горно-шахтного оборудования, управление им в соответствии с установленным алгоритмом работы и взаимодействие с диспетчерским пунктом, находящимся на поверхности шахты. Недостатком системного блока является то, что измерения, контроль и формирование сигналов управления выполняются с помощью соответствующих дополнительных устройств ввода-вывода, набор которых осуществляется на основании заранее разработанного проекта на конкретный объект автоматизации.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является Цифровой автономный универсальный контроллер (далее ЦАУК) для работы в условиях подземной выработки угля (Патент на полезную модель 88843), который позволяет решить следующую задачу: создать взрывозащищенный контроллер для оперативного контроля технического состояния горно-шахтного оборудования, сократив при этом номенклатуру дополнительных устройств ввода-вывода и облегчив программирование, монтаж и наладку. Выполнен ЦАУК в виде корпуса, в котором размещены блок процессора, интерфейс RS-485 и устройство согласования с объектом, в состав которого входят искробезопасные узлы аналоговых, частотных, резистивных и дискретных вводов, а также дискретных выводов. На крышке корпуса установлены мини-пульт, цифровой индикатор и блок светодиодной индикации. Габариты корпуса 497×375×240 мм, вес не более 20 кг.

Указанный аналог является наиболее близким по техническому решению к заявляемой полезной модели и выбран в качестве прототипа.

Устройство-прототип имеет достаточно хорошие технические характеристики и широко применяется в подземных выработках шахт, однако оно не полно функционально, так как обеспечивает визуализацию на цифровом индикаторе лишь алфавитно-цифровой информации, не имея возможности вывода на нем графиков, мнемосхем и другой полезной информации о параметрах шахтного оборудования. Кроме того, ЦАУК не имеет возможности контроля температуры, что снижает информацию о состоянии шахтного оборудования и не имеет функции формирования речевых сигналов на устройства оповещения и сигнализации.

Предлагаемая авторами полезная модель Пульт группового управления (далее ПГУ) позволяет решить следующие задачи: создать новый взрывозащищенный контроллер для оперативного контроля технического состояния горно-шахтного оборудования и управления им, позволяющего расширить номенклатуру регистрируемых параметров горно-шахтного оборудования, обеспечивать вывод графической информации о протекающих процессах на самом устройстве и взаимодействовать с устройствами оповещения и сигнализации.

При осуществлении предлагаемого устройства может быть получен следующий технический результат: повышение надежности контроля и управления технологическим оборудованием, в том числе в подземных выработках в условиях наличия газа и угольной пыли; расширение выполняемых им функций.

Указанный технический результат достигается за счет того, что все необходимые функции реализованы заявляемым устройством с расширением области применения и обеспечением возможности связи с подобными устройствами и диспетчерской службой шахты.

Сущность полезной модели поясняет фиг.1, где представлена структурная схема заявляемого устройства.

Согласно фиг.1, заявляемое устройство конструктивно выполнено в виде отдельного блока, размещаемого в корпусе 1. Внутри корпуса 1 размещается блок процессора 2, первый вход которого связан с выходом мини-пульта 3. Первый выход блока процессора 2 соединен с блоком светодиодной индикации 4, а второй выход - с графическим дисплеем 5. Через вход-выход блока процессора, интерфейс RS-485 6 и кабельный ввод КВ1 блок процессора 2 подключен к устройствам, осуществляющим взаимодействие по интерфейсу RS-485. Третий выход блока процессора 2 связан с узлом формирования речевых сигналов 7, с выхода которого через кабельный ввод 2 подается речевой сигнал на устройства оповещения и сигнализации. Кроме того, в корпусе 1 имеется устройство согласования с объектом 8, в состав которого входят узел дискретных вводов 9, узел частотных вводов 10, узел аналоговых, температурных и резистивных вводов 11, узел дискретных выводов 12, причем выход узла дискретных вводов 9 подключается ко второму входу блока процессора 2, выход узла частотных вводов 10 подключается к третьему входу блока процессора 2, узел аналоговых, температурных и резистивных вводов 11 подключается к четвертому входу блока процессора 2, а вход узла дискретных выводов 12 - к его четвертому выходу. Сигналы от контролируемого технологического объекта поступают в корпус 1 через кабельные вводы КВ3 для дискретных вводов, КВ4 для частотных вводов, КВ5 для аналоговых, температурных и резистивных вводов, КВ6 для дискретных выводов и далее следуют на устройство согласования с объектом 8.

Общие с прототипом признаки заявляемого устройства: наличие корпуса 1, блока процессора 2, мини-пульта 3, блока светодиодной индикации 5, интерфейса RS-485 6, устройства согласования с объектом 8, узла дискретных вводов 9, узла частотных вводов 10 и узла дискретных выводов 12.

Отличительными от прототипа признаками являются дополнительно введенные графический дисплей 4, узел формирования речевых сигналов 7, а в состав устройства согласования с объектом - узел аналоговых, температурных и резистивных вводов 11.

В динамике заявляемое устройство осуществляет все необходимые функции в соответствии с алгоритмом его работы, который записан во Flash память блока процессора 2. На входы устройства согласования с объектом 8 через кабельные вводы КВ3-КВ6 от технологического объекта (в угольной шахте - ленточного конвейера, системы водоснабжения, раннего обнаружения пожара, аэрогазового контроля и т.п.) поступают входные сигналы. Дискретные сигналы типа «сухой контакт» (кабельный ввод КВЗ) поступают от датчиков типа кабель-троссовых выключателей, контроля схода ленты на ленточных конвейерах, датчиков контроля уровня воды устройств автоматического пожаротушения и т.п. Поступившая в блок процессора 2 информация анализируется алгоритмом и, в случае появления аварийной ситуации, принимается соответствующее решение - например, формируется команда на включение или выключение некого исполнительного механизма (включить вентилятор, остановить ленточный конвейер и т.п.). В этом случае через узел дискретных выводов 12 следует выходной дискретный сигнал, который через кабельный вывод KB6 поступает на технологический объект. Такие команды можно задавать и вручную с помощью мини-пульта 3. Графический дисплей 4 и блок светодиодной индикации 5 выводят необходимую информацию.

Узел аналоговых, температурных и резистивных вводов 11 имеет возможность адаптироваться для работы с различным типом сигналов. Сигналы, поступающие на вход устройства через кабельный ввод KB 5, могут быть аналоговыми сигналами напряжения или тока (данные от датчиков содержания метана, углерода в атмосфере шахты, скорости проветривания тупиковых выработок и т.д.), температурными сигналами от медных термометров сопротивления ТСМ и платиновых ТСП или резистивными от датчиков сопротивления изоляции или оценки уровня нагрузки угля на конвейере - «заштыбовки». Возможно одновременное применение нескольких типов сигналов в одном устройстве. Узел аналоговых, температурных и резистивных вводов 11 обеспечивает искробезопасность сигналов, их нормирование и передачу в блок процессора 2 для преобразования в цифровой код. Аналогично работает узел частотных вводов 10 (например, данные о скорости движения ленточного полотна конвейера). На графическом диплее можно просмотреть графики и таблицы контролируемых параметров шахтного оборудования. Вся входная и выходная информация через интерфейс RS-485 6 (кабельный вывод KB1) регистрируется в диспетчерском пункте, расположенном на поверхности. Диспетчер контролирует функционирование устройства и тоже может через интерфейс RS-485 выдавать команды исполнительным механизмам. Через тот же кабельный вывод KB1 узел интерфейса RS-485 6 может быть связан с оборудованием технологического объекта, имеющим интерфейс RS-485.

Узел формирования речевых сигналов 7 обеспечивает автоматическое оповещение об аварийной ситуации при появлении экстренных сигналов типа превышения уровня метана (аналоговый сигнал) либо сигнала от датчика схода ленты или кабель-троссового выключателя (дискретный сигнал). Блок процессора их регистрирует и формирует цифровую комбинацию речевого оповещения, которая преобразуется в узле формирования речевых сигналов 7 в аналоговый сигнал, следующий через кабельный ввод КВ2 в устройства оповещения и сигнализации, где и воспроизводится.

Блок процессора 2 выполняет следующие функции:

- прием данных, соответствующих состоянию входных дискретных сигналов;

- взаимодействие с контроллером верхнего уровня по последовательному интерфейсу RS-485;

- ретрансляция данных между устройствами с интерфейсом RS-485;

- реализация технологического алгоритма при работе в автономном режиме;

- формирование речевых сигналов предупредительной сигнализации.

Пример конкретной реализации устройства.

Основные технические характеристики устройства приведены в таблице.

напряжения	02,5 В
резистивный сигнал	60÷600 кОм
Дискретные выходные сигналы	до 60 В, 0,5 А	4 шт.	искробезопасные выходы управления
Частотные входные сигналы	050 Гц,330 В	3 шт.	искробезопасные входы
Интерфейс RS-485	1200, 2400, 4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 600 бит/с	2 шт.	искробезопасная цепь, длина линии связи до 1200 м, для цепочки ПГУ - без ограничения расстояния
Светодиодная индикация		15 светодиодов	назначение устанавливается программно
Мини-пульт		15 кнопок	назначение устанавливается программно
Тип графического дисплея	Цветной, графический, TFT
Размер графического дисплея, мм	149,0×109,0×11,5
Маркировка взрывозащиты	PO Exial
Защита от перенапряжения и токовой перегрузки	по интерфейсу RS-485, по цепям питания
Рабочая температура	от минус 20°С до 40°С
Напряжение питания	12 В
Ток потребления	не более 0,75 А
Тип корпуса	стальной, защита от пыли и влаги IP 54
Вес, не более, кг	16
Габаритные размеры, не более, мм	350×373×197

Выполнено устройство на серийно выпускаемых элементах, в частности, в качестве базового элемента блока процессора использован однокристальный микроконтроллер семейства MSP430, серия MSP430F1xx. Тип используемого микропроцессора определяется сложностью задач, решаемых устройством. Марка графического дисплея - WF57BTIBCD0#. Кроме того, в устройстве применяются клеммные соединители фирмы WAGO и герметичные кабельные вводы фирмы RST.

Пульт группового управления для работы в условиях подземной выработки угля, содержащий корпус, блок процессора, мини-пульт, подключенный к первому входу блока процессора, блок светодиодной индикации, подключенный к первому выходу блока процессора, вход-выход которого через интерфейс RS-485 и первый кабельный ввод соединен с технологическим объектом и каналом связи RS-485, устройство согласования с объектом, отличающийся тем, что в него дополнительно введены графический дисплей, подключенный ко второму выходу блока процессора, и узел формирования речевых сигналов, подключенный своим входом к третьему выходу блока процессора, а выходом через второй кабельный ввод к внешнему устройству оповещения и сигнализации; кроме того, устройство согласования с объектом содержит узел дискретных вводов, узел частотных вводов, узел аналоговых, температурных и резистивных вводов, своими выходами подключенные соответственно ко второму-четвертому входам блока процессора, а входами через третий-пятый кабельный ввод соответственно подключены к технологическому объекту, и узел дискретных выводов, вход которого подключен к четвертому выходу блока процессора, а выход через шестой кабельный ввод соединен с технологическим объектом.