УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОДЪЕМНОГО КРАНА ОТ ОПАСНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 1998 года по МПК B66C23/88 

Изобретение относится к системам обеспечения безопасности работы подъемного крана, в частности к системам защиты подъемного крана от опасного напряжения линий электропередач (ЛЭП).

Известно устройство индикации напряжения электрического пода частотой 50 Гц, содержащее чувствительный элемент (антенну), подключенную ко входу усилителя, выход которого через пороговый элемент соединен со входом индикатора (Гусев Ю.Н. и др. Средства и устройства безопасности работ в электроустановках. М.: Энергоиздат. 1988. С. 21-22).

Недостатком этого устройства является отсутствие контроля исправности чувствительного элемента, что существенно снижает безопасность работы подъемного крана вблизи ЛЭП.

Наиболее близким аналогом к предложенному устройству является устройство для защиты подъемного крана от опасного напряжения, содержащее узел индикации электрического поля, включающий в себя чувствительный элемент, выход которого соединен с сигнальным входом усилителя, и узел сигнализации, включающий в себя блок коммутации и блок сравнения и переключения порогов, причем чувствительный элемент узла индикации электрического поля установлен на стреле подъемного крана, а узел индикации электрического поля, выход которого является выходом устройства, соединен с узлом сигнализации через линию связи (УЗК - 1).

Это устройство имеет недостаточную помехозащищенность линии связи, которая сама может играть роль чувствительного элемента (антенны), а кроме того, требует использования отдельного от провода питания узла индикации электрического поля - провода связи для передачи выходного сигнала этого узла индикации, что влечет за собой необходимость установки дополнительного кабельного барабана и увеличения количества контактных пар в уже имеющемся кабельном барабане. Наконец, схема управления (т.е. блок сравнения и переключения порогов) не предусматривает возможности выхода из опасной зоны без использования устройства блокировки выходного реле, что также снижает безопасность работы крана вблизи ЛЭП, т.к. после блокировки движение крана возможно в любом направлении, в том числе и в сторону ЛЭП.

Задача настоящего изобретения состоит в разработке устройства для защиты подъемного крана от опасного напряжения ЛЭП без указанных недостатков.

Для этого в устройстве для защиты подъемного крана от опасного напряжения, содержащем узел индикации электрического поля, включающий в себя чувствительный элемент, выход которого соединен с сигнальным входом усилителя, и узел сигнализации, включающий в себя блок коммутации и блок сравнения и переключения порогов, причем чувствительный элемент узла индикации электрического поля установлен на стреле подъемного крана, а узел индикации электрического поля, выход которого является выходом устройства, соединен с узлом сигнализации через линию связи, - согласно настоящему изобретению, в узел индикации электрического поля введен преобразователь напряжения в частоту, вход которого подключен к выходу усилителя, а выход является выходом узла индикации электрического поля, а в узел сигнализации введен выделитель-формирователь импульсов, вход которого является входом узла сигнализации, а выход соединен с входом блока сравнения и переключения порогов, выход которого подключен к управляющему входу блока коммутации, выход которого является выходом узла сигнализации.

При этом усилитель узла индикации электрического поля может быть выполнен с нелинейной передаточной характеристикой для снижения коэффициента усиления при возрастании входного сигнала.

Кроме того, в качестве линии связи, являющейся одновременно и линией питания, может быть использована смонтированная на кране цепь концевого выключателя ограничителя высоты подъема крюка, при этом на выходе узла индикации электрического поля и на входе узла сигнализации установлены развязывающие LC-фильтры, а вход питания блока коммутации подключен к источнику питания через упомянутую цепь концевого выключателя.

Наконец, блок сравнения и переключения порогов узла сигнализации выполнен с плавающим порогом гистерезисного типа, новое значение которого устанавливается через заданное время после достижения соответствующего порога.

Из существующего уровня техники неизвестны устройства, содержащие вышеупомянутую совокупность существенных признаков, что позволяет считать заявленное устройство соответствующим условию патентоспособности "новизна". Из существующего уровня техники неизвестны также устройства, содержащие вышеуказанную совокупность отличительных признаков, что позволяет считать предложенное устройство соответствующим условию патентоспособности "изобретательский уровень".

На чертеже приведена функциональная схема предложенного устройства.

Устройство для защиты подъемного крана от опасного напряжения ЛЭП состоит из двух основных узлов: узла 1 индикации электрического поля и узла 9 сигнализации. Узел 1 индикации электрического поля включает в себя чувствительный элемент 2 (антенну), соединенный с сигнальным входом усилителя 3, выход которого подключен к сигнальному входу преобразователя 4 напряжения в частоту. Выход преобразователя 4 через разделительный конденсатор 5 соединен с линией связи 6. Узел 1 индикации электрического поля включает в себя также блок 7 питания, вход которого через дроссель 8 подключен к той же линии 6 связи, а выход соединен с входами питания усилителя 3 и преобразователя 4. На чертеже показан блок 7 питания с двумя выходами, что необходимо в том случае, когда усилитель 3 и преобразователь 4 напряжения в частоту требуют для своего питания разных напряжений. Следует отметить, что разделительный конденсатор 5 и дроссель 8 вместе образуют LC-фильтр узла 1 индикации электрического поля.

Узел 1 индикации электрического поля соединен с узлом 9 сигнализации еще и цепью 10 концевого (размыкающего) выключателя 11 ограничителя высоты подъема крюка.

Блок 9 сигнализации включает в себя блок 14 питания, выход которого соединен непосредственно с входом питания блока 17 сравнения и переключения порогов, через дроссель 13 - с линией 6 связи, а через замыкающий выключатель 12 ограничителя высоты подъема крюка - с точкой подключения цепи 10 через концевой выключатель 11 к блоку 9 сигнализации. В блок 9 сигнализации входят также выделитель-формирователь 16 импульсов, блок 19 коммутации и блок 20 индикации. Вход (сигнальный) выделителя-формирователя 16 импульсов через разделительный конденсатор 15 подключен к точке соединения линии 6 связи и дросселя 13, а выход соединен с сигнальным входом блока 17 сравнения переключения порогов. Вход питания выделителя-формирователя 16 импульсов не показан, дабы не загромождать чертеж. Выход блока 17 сравнения и переключения порогов соединен с управляющим входом блока 19 коммутации (@например, с базой транзистора 18, коллектор которого соединен через обмотку реле с точкой подключения выключателей 11 и 12). Кроме того, выход блока 17 подан на вход блока 20 индикации. Здесь также следует отметить, что дроссель 13 и разделительный конденсатор 15 вместе образуют LC-фильтр узла 9 сигнализации. Блок 14 питания в узле 9 запитывается от внешнего источника 21 питания (аккумулятора). Выход 22 блока 19 коммутации является выходом устройства.

Чувствительный элемент 2 (антенна) установлен на стреле подъемного крана.

Блоки 7 и 14 питания представляют собой преобразователи напряжения любого известного типа, служащие для получения таких напряжений, которые необходимы для запитки соответствующих блоков в узлах 1 и 9.

Усилитель 3 в узле 1 может быть выполнен с нелинейной передаточной характеристикой, - например, логарифмической, - для того, чтобы по мере увеличения сигнала на входе усилителя 3 его коэффициент усиления постепенно снижался. Это требуется для того, чтобы обеспечить больший динамический диапазон входных сигналов от чувствительного элемента 2.

Преобразователь 4 напряжения в частоту в узле 1 формирует на своем выходе меандровый, к примеру, сигнал, частота которого прямо зависит от напряжения его входного сигнала. Выполнение преобразователя 4 может быть любым, обеспечивающим выполнение указанной функции.

Выделитель-формирователь 16 импульсов в узле 9 формирует на своем выходе импульсы, например, по передним фронтам поступающего на его вход меандрового сигнала. Этот выделитель-формирователь 16 необходим потому, что меандровый сигнал, пройдя по линии 6 связи, искажается. Выполнение выделителя-формирователя 16 может быть любым, в том числе и таким, которое обеспечивало бы выделение импульсов по задним фронтам меандрового сигнала, либо по превышению меандровым сигналом заранее заданного порога и т.п.

Блок 17 сравнения и переключения порогов может быть выполнен, например, на соответственно запрограммированном микропроцессоре. Блок 17 может иметь плавающий порог срабатывания гистерезисного типа. Это означает, что при превышении текущим контролируемым параметром некоторого значения порога это превышенное значение заменяется новым, более высоким значением, и сравнение контролируемого параметра будет осуществляться уже с этим более высоким значением порога. Если же значение контролируемого параметра упадет ниже первоначального значения, то более высокое значение порога будет заменено на это первоначальное значение. Такая замена производится с некоторой задержкой (3 - 5 с).

Блок 19 коммутации, как уже было сказано, может представлять собой реле, управляемое транзисторным ключом.

Блок 20 индикации может быть выполнен в виде индикаторной лампы, звонка и т.п.

Устройство для защиты подъемного крана от опасного напряжения ЛЭП работает следующим образом.

Чувствительный элемент 2 воспринимает напряженность окружающего электромагнитного поля. Сигнал от чувствительного элемента 2 поступает в усилитель 3, где он усиливается до необходимой для работы преобразователя 4 величины.

Преобразователь 4 напряжения в частоту, на вход которого поступает усиленный сигнал с усилителя 3, осуществляет формирование меандрового сигнала постоянной амплитуды, частота которого зависит от напряжения усиленного сигнала на входе преобразователя 4. В принципе, выходной сигнал преобразователя 4 может быть и иной формы, - например, импульсный сигнал, в котором длительность каждого импульса не зависит от частоты повторения импульсов и меньше половины самого малого возможного периода их повторения. Меандровый сигнал выбран лишь для большей наглядности и не ограничивает объем патентных притязаний.

Полученный в преобразователе 4 меандровый сигнал подается через разделительный конденсатор 5 LC-фильтра по линии 6 связи в узел 9 сигнализации, где, пройдя разделительный конденсатор 15 LC- фильтра, он попадает на вход выделителя-формирователя 16 импульсов. Выделитель-формирователь 16 выдает на свой выход импульсы, сформированные по одноименным фронтам входного меандрового сигнала (или по превышению заданного уровня, или как-то иначе). Эти импульсы поступают на блок 17 сравнения и переключения порогов, где по частоте повторения этих импульсов производится определение сигнала, воспринятого чувствительным элементом 2. Частота повторения может измеряться путем подсчета двоичным счетчиком числа тактовых импульсов заданной частоты, приходящих между двумя соседними импульсами. Полученное число может служить адресом для извлечения из памяти значения напряженности электромагнитного поля в точке нахождения чувствительного элемента 2. Найденное значение может использоваться для расчета некоторого обобщенного параметра - с учетом, например, размеров подъемного крана, углов подъема и поворота стрелы и т.п., либо оно может использоваться само по себе. В том и в другом случаях в блоке 17 производится сравнение полученного значения с заранее выбранным порогом. Если этот порог превышен, блок 17 выдает сигнал на управляющий вход блока 19 коммутации, выходной сигнал которого с выхода 21 устройства подается на соответствующее исполнительное устройство. Одновременно этот сигнал с блока 17 может индицироваться на блоке 20.

Постоянное напряжение от блока 14 питания в узле 9 сигнализации поступает через дроссель 13 LC-фильтра по линии 6 связи и через дроссель 8 LC-фильтра, цепь 10 и замкнутый выключатель 11 на обмотку реле в блоке 18 коммутации. При подаче сигнала с выхода блока 17 на блок 19 коммутации транзистор 18 закрывается, разрывая цепь питания реле и тем самым запрещая работу исполнительного механизма подъемного крана при опасном приближении стрелы крана к ЛЭП. Такое же запрещение работы имеет место и при размыкании концевого выключателя 11 ограничителя высоты подъема крюка. Блокировка концевого выключателя 11 для обеспечения возможности работы крана производится при этом вручную, с помощью выключателя 12, установленного обычно на рукоятке управления опусканием груза. Если такой выключатель 12 отсутствует, подключение реле в блоке 18 коммутации в цепи питания может производиться перемычкой, которая устанавливается вместо этого выключателя 12.

Благодаря наличию плавающего порога в блоке 17 сравнения и переключения порогов после запрещения работы, происходящего по сигналу с блока 17 на блок 19, через заданное время (3 - 5 с) в блоке 17 устанавливается новый, повышенный порог. Если после включения движение стрелы крана происходит в том же направлении, что и до отключения, снова происходит запрет работы и через заданное время в блоке 17 устанавливается новый, еще более высокий порог. Такие повторные включения могут производиться либо заданное число раз, либо до достижения плавающим порогом предельной величины, когда работа подъемного крана останавливается полностью, до устранения причин возникновения такой ситуации. Если же после очередного включения движение стрелы подъемного крана будет осуществляться в направлении, обратном тому, которое было до останова, то при снижении контролируемого параметра до значения ниже первоначально установленного порога в блоке 17 автоматически установится этот первоначальный порог.

Такая логика работы принята для того, чтобы дать возможность оператору подъемного крана осуществить необходимый маневр по выводу стрелы из опасной близости к ЛЭП, при котором может потребоваться некоторое движение в ту же сторону, что и до останова.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет использовать один провод и для питания блоков в узле 1 индикации электрического поля, и для передачи сигналов чувствительного элемента 2 в узел 9 сигнализации, причем передаваемый сигнал существенно более защищен от воздействия помех.

При необходимости предлагаемое устройство позволяет использовать уже имеющуюся на подъемном кране цепь 10 концевого выключателя ограничителя высоты подъема крюка. Использование этой цепи совместно с блокировкой данного концевого выключателя 11 другим выключателем 12, устанавливаемым на рукоятке управления опусканием груза, позволяет, не нарушая защитных функций рассматриваемого устройства, полностью сохранить и функции концевого выключателя 11 ограничителя высоты подъема крюка с его блокировкой, повышая надежность его работы из-за снижения величины тока, проходящего через контакты этого концевого выключателя 11.

Использование плавающего порога в блоке 17 сравнения и переключения порогов обеспечивает возможность выхода из опасной зоны при срабатывания защиты в случае приближения стрелы крана к проводам высокого напряжения.

Предлагаемое устройство может быть применено в различных подъемных кранах.

Приведенный пример реализации устройства для защиты подъемного крана от опасного напряжения ЛЭП является чисто иллюстративным и не направлен на какое-либо ограничение объема данного изобретения, который определяется формулой изобретения.

Изобретение относится к системе обеспечения безопасности работы подъемного крана. Его использование в системах защиты подъемного крана от опасного напряжения линий электропередач позволяет повысить помехозащищенность используемой линии связи без необходимости прокладки дополнительного кабеля к стрелке крана и обеспечивает возможность выхода из опасной зоны при срабатывания защиты в случае приближения стрелы крана к проводам высокого напряжения. Сущность изобретения: устройство содержит узел 1 индикации электрического поля, включающий в себя чувствительный элемент 2 и усилитель 3, и узел 15 сигнализации, включающий в себя блок 17 сравнения и переключения порогов и блок 15 коммутации, а также линию 6 связи. Технический результат достигается благодаря тому, что в узел 1 индикации электрического поля введен преобразователь 4 напряжения в частоту, а в узел 6 сигнализации введен выделитель - формирователь 16 импульсов. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для защиты подъемного крана от опасного напряжения, содержащее узел индикации электрического поля, включающий в себя чувствительный элемент, выход которого соединен с сигнальным входом усилителя, и узел сигнализации, включающий в себя блок коммутации и блок сравнения и переключения порогов, причем чувствительный элемент узла индикации электрического поля установлен на стреле подъемного крана, а узел индикации электрического поля, выход которого является выходом устройства, соединен с узлом сигнализации через линию связи, отличающееся тем, что в узел индикации электрического поля введен преобразователь напряжения в частоту, вход которого подключен к выходу усилителя, а выход является выходом узла индикации электрического поля, а в узел сигнализации введен выделитель-формирователь импульсов, вход которого является входом узла сигнализации, а выход соединен с входом блока сравнения и переключения порогов, выход которого подключен к управляющему входу блока коммутации, выход которого является выходом узла сигнализации. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что усилитель узла индикации электрического поля выполнен с нелинейной передаточной характеристикой для снижения коэффициента усиления при возрастании входного сигнала. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в качестве линии связи, являющейся одновременно и линией питания, использована смонтированная на кране цепь концевого выключателя ограничителя высоты подъема крюка, при этом на выходе узла индикации электрического поля и на входе узла сигнализации установлены развязывающие LG-фильтры, а вход питания блока коммутации подключен к источнику питания через упомянутую цепь концевого выключателя. 4. Устройство по любому из пп.1 3, отличающееся тем, что блок сравнения и переключения порогов узла сигнализации выполнен с плавающим порогом гистерезисного типа, новое значение которого устанавливается через заданное время после достижения соответствующего порога.