УНИВЕРСАЛЬНЫЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПРИБОР ВЗРЫВАНИЯ Российский патент 2014 года по МПК F42D1/05 

Изобретение относится к области взрывных работ, в частности к электрическому взрыванию зарядов, и может быть использовано в горной промышленности, строительстве и других областях.

Известно устройство для определения отказов при электровзрывании, включающее регистрирующие элементы, счетное устройство, схему запуска с отсчетом взрыва, согласующее устройство, устройство ввода и отображения информации, причем в качестве счетного устройства используют микроконтроллер (см. патент РФ на изобретение №2446379, МПК⁹ F42D 5/02, опубл. 27.03.2012 г.).

Недостатком данного прибора является опасность взрывных работ из-за отсутствия контроля изоляции и входного сопротивления электровзрывной цепи, а также величины блуждающих токов.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является сетевой прибор взрывания (см. патент РФ на изобретение №2333459, МПК⁹ F42D 5/02, опубл. 10.09.2008 г.).

Недостатком прототипа является низкая эффективность и опасность проведения взрывных работ из-за отсутствия контроля источника питания, величины блуждающих токов и входного сопротивления электровзрывной цепи.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности, безопасности и безотказности взрывных работ.

Технический результат заключается в контроле изоляции электровзрывной цепи, уровня блуждающих токов и напряжения источника питания.

Решение технической задачи достигается тем, что универсальный автоматический прибор взрывания, включающий микроконтроллер, запоминающее устройство, источник питания, преобразователь напряжения, датчик тока, датчик напряжения, аналого-цифровой преобразователь, устройство ввода и отображения информации, коммутирующее устройство, блок памяти, согласно изобретению дополнительно снабжен узлом контроля источника питания, конденсатором-накопителем, оптотиристором-включателем, оптотиристором-ограничителем, блоком стабилизаторов, измерительным резистором, вторым коммутирующим устройством, измерительным резистором, генератором, компаратором, блоком контроля блуждающих токов и блоком ввода защитной информации, при этом источник питания соединен с блоком стабилизаторов, который, в свою очередь, одним выходом соединен с микроконтроллером, а вторым через измерительный резистор - с последовательно соединенными коммутирующими устройствами, выходы которых соединены с электровзрывной цепью и генератором, первый выход которого соединен с блоком контроля блуждающих токов, а второй - с частотным компараторам, причем выходы блока контроля блуждающих токов и частотного компаратора соединены с микроконтроллером, а управляющие входы первого и второго коммутирующих устройств и генератора также соединены с микроконтроллером, который соединен обратной связью с блоком памяти, устройством ввода защитной информации и устройством ввода и отображения информации, причем входы преобразователя напряжения соединены с источником питания и микроконтроллером, а выходы соединены с конденсатором накопителем, а выходы через датчики напряжения и тока, соединенного с аналого-цифровым преобразователем, с микроконтроллером, при этом микроконтроллер, в свою очередь, соединен со входами оптотиристора-включателя и оптотиристора-ограничителя, вторые входы которых соединены с выходами датчиков тока и напряжения, а выходы оптотиристора-включателя и оптотиристора-ограничителя соединены с электровзрывной цепью.

Данный прибор позволяет повысить эффективность, безопасность и безотказность взрывных работ.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема сетевого прибора взрывания.

Универсальный автоматический прибор взрывания состоит из источника питания 1, ключа 2, стабилизатора напряжения 3, узла контроля напряжения источника питания 4, преобразователя напряжения 5, конденсатора-накопителя 6, датчика тока 7, датчика напряжения 8, оптотиристора-включателя 9, оптотиристора-ограничителя 10, электровзрывной цепи 11, первого коммутатора 12, второго коммутатора 13, генератора 14, блока контроля блуждающих токов 15, компаратора 16, измерительного резистора 17, микроконтроллера 18, блока памяти 19, устройства ввода и отображения информации 20, устройства ввода защитной информации 21, аналого-цифрового преобразователя 22.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом процесса инициирования в блок памяти 19 через устройство ввода и отображения информации 20 вводили следующие параметры:

1) допустимое напряжение источника питания 4, U_{ист.расч.}

2) допустимое расчетное значение величины блуждающих токов, I_{бл.расч.}

3) допустимое значение сопротивления изоляции электровзрывной цепи, R_{из.расч}

4) номинальное напряжение конденсатора-накопителя, U_c.расч

5) допустимое расчетное значение входного сопротивления электровзрывной цепи, R_{эвц.расч}

После ввода и обработки заданных параметров микроконтроллером 18 их помещали на хранение в блок памяти 19.

Общее включение прибора осуществляли ключом 2.

Перед выполнением рабочих операций микроконтроллер 18 подавал управляющий сигнал на первое 12 и второе 13 коммутирующие устройства, которые закорачивали электровзрывную цепь 11 перед монтажом, как предписано Едиными правилами безопасности при взрывных работах ПБ 13-407-01, отключали ее от источника питания 1 и подключали к измерительным блокам и узлам прибора.

Первая операция заключалась в контроле источника питания 1. Для реализации этой операции в приборе использован узел контроля источника питания 4, представляющий собой резистивную цепочку из двух сопротивлений, с одного из которых снимали напряжение, пропорциональное отдаваемому источником питания 1 току. Одновременно с этим ток, протекающий через оба резистора узла контроля источника питания 4, служил для сохранения работоспособности всех узлов и блоков прибора. После этого, информация с узла контроля источника питания 4 передавалась в микроконтроллер 18, который на ее основании вычислял фактический заряд конденсатора-накопителя 6 U_с.факт и сравнивал полученную величину с U_с.расч, хранимой в блоке памяти 19, и если U_с.факт<U_с.расч, то микроконтроллер 18 выдавал сигнал опасности на устройство ввода и отображения информации 20, прибор блокировался. Если U_с.факт>U_с.расч, микроконтроллер 18 переходил ко второй операции.

Второй операцией микроконтроллера 18 являлся контроль величины блуждающих токов. При этом блоком измерения величины блуждающих токов 15 снималась величина напряжения между двумя заземлителями, расположенными в блоках частотного генератора 14 и блоке измерения величины блуждающих токов 15. Заземлители разнесены на расстояние не менее 10 метров друг от друга на линии, перпендикулярной к линии электровозной откатки или ЛЭП или иному наиболее вероятному источнику возникновения блуждающих токов на месте проведения взрывных работ. Величину снимаемого с них напряжения, пропорциональную току между точками заземления в грунте, определял блок контроля блуждающих токов 15, после чего передавал измеренную величину в микроконтроллер 18, который сравнивал величину фактически полученного сигнала I_{бл.факт} с хранимой величиной I_{бл.расч.} в блоке памяти 19, и если I_{бл.факт}>I_{бл.расч}, то микроконтроллер 18 выдавал сигнал опасности на устройство ввода и отображения информации 20, и прибор блокировался. Если I_{бл.факт}<I_{бл.расч}, микроконтроллер 18 переходил к третьей операции.

Третья операция заключалась в измерении фактического сопротивления изоляции электровзрывной цепи 11 R_{из.факт}.

Для реализации данной задачи генератор 14 вырабатывал сигнал определенной частоты, который, в свою очередь, подавался на компаратор 16, сравнивающий напряжение, пропорциональное сигналу, соответствующему нормальному состоянию изоляции электровзрывной цепи 11, и напряжение, пропорциональное сигналу, полученного с генератора 14, подключенного к электровзрывной цепи 11 через второе коммутирующее устройство 13. После операции сравнения сигнал с компаратора 16 поступал в микроконтроллер 18, который сравнивал сигнал компаратора 16 с допустимым значением изоляции электровзрывной цепи 11 R_{из.расч}, хранящимся в блоке памяти 19. Если R_{из.расч}<R_{из.факт}, то микроконтроллер 18 выдавал сигнал опасности на устройство ввода и отображения информации 20, и прибор блокировался. Если R_{из.расч}>R_{из.факт}, то микроконтроллер 18 переходил к четвертой операции.

Четвертая операция заключалась в измерении входного сопротивления электровзрывной цепи и сравнении его с допустимым значением.

Перед выполнением данной операции микроконтроллер 18 подавал управляющий сигнал на первый 12 и второй 13 коммутирующие устройства, которые раскорачивали электровзрывную цепь 11 и подключали ее к источнику питания 1, оставляя при этом подключенными к ней измерительные узлы и блоки прибора, в том числе блок стабилизаторов 3, который в данном случае работал как источник тока (стабильный ток).

Для этого микроконтроллер 18 снимал с измерительного резистора 17 сигнал напряжения, пропорциональный допустимой величине тока, протекающего в электровзрывной цепи и не приводящего к ее срабатыванию. На основании данного сигнала микроконтроллер 18 определял фактическое входное сопротивление электровзрывной цепи R_{эвц.факт} и сравнивал его с расчетным R_{эвц.расч}, хранимым в блоке памяти 19. Если фактическое входное сопротивление электровзрывной цепи отличалось более чем на 10% от расчетного, как предписано Едиными правилами безопасности при взрывных работах ПБ 13-407-01, то микроконтроллер 18 выдавал сигнал опасности на устройство отображения и ввода информации 20 и прибор блокировался. Если разность между фактическим и расчетным сопротивлениями составляла менее 10%, то микроконтроллер 18 переходил к пятой операции.

При этом микроконтроллер начинал считывать сигнал с датчика напряжения 8, подключенного параллельно конденсатору-накопителю 6. При этом определялась величина фактического напряжения на конденсаторе накопителе 6 U_с.факт. Данная величина микроконтроллеров 18 сравнивалась с расчетной величиной напряжения конденсатора-накопителя 6 U_c.расч. При этом, если U_c.факт<U_c.расч, то микроконтроллер 18 выдавал сигнал опасности на устройство отображения и ввода информации 20 и прибор блокировался. Если U_с.факт>U_c.расч, то микроконтроллер 18 переходил к инициированию электровзрывной цепи.

Для этого микроконтроллер 18 подавал управляющий сигнал на оптотиристор-включатель 9, который подключал электровзрывную цепь 11 к конденсатору-накопителю 6. Одновременно с этим микропроцессор 18 начинал выполнять шестую операцию - контроль количества энергии, потребляемой электровзрывной цепью 11 за время инициирования.

Если все фактически определенные величины находились в пределах нормы, то микроконтроллер 18 давал сигнал открытия оптотиристора-включателя 9.

При этом одновременно с подачей управляющего сигнала на включение оптотиристора-включателя 9 микропроцессор 18 начинал снимать сигнал с датчика тока 7 и датчика напряжения 8. Сигнал с датчика тока 7 поступал на аналого-цифровой преобразователь 8 и далее передавался в микроконтроллер 18. Интегрируя произведения двух этих сигналов, микропроцессор 18 рассчитывал величину энергии, потребляемой электровзрывной цепью за время инициирования.

Определенная величина энергии вычиталась из величины энергии, запасенной в конденсаторе-накопителе 6 до начала инициирования на основании данных третьей логической операции и паспортных данных конденсатора-накопителя 6, величина полученной разности делилась на количество энергии, необходимой для инициирования одного электродетонатора в электровзрывной цепи 11, после чего на устройство ввода и отображения информации 20 микроконтроллером 18 выводилось число отказавших электродетонаторов в цепи.

Само время инициирования ограничено временем существования самого чувствительного электродетонатора в электровзрывной цепи 11.

Если взрывные работы проводились в условиях, опасных по газу и пыли, микроконтроллер 18 через 4 мс после включения оптотиристора-включателя 9 подавал команду на включение оптотиристора-ограничителя 10, производящий разряд конденсатора-накопителя 6.

Так же использование устройства ввода защитной информации 21 позволило предотвратить несанкционированное использование прибора лицами, не имеющими кодовой информации для его активации.

Использование предлагаемого универсального прибора взрывания позволяет по сравнению с прототипом осуществлять контроль источника питания, контроль величины блуждающих токов, измерение входного сопротивления электровзрывной цепи, заряд конденсатора-накопителя до необходимого уровня, что существенно повышает эффективность, безопасность и безотказность в работе с электровзрывными сетями.

Изобретение относится к области взрывных работ, в частности к электрическому взрыванию зарядов, и может быть использовано в горной промышленности, строительстве и других областях. Прибор включает микроконтроллер, запоминающее устройство, источник питания, преобразователь напряжения, датчик тока, датчик напряжения, аналого-цифровой преобразователь, устройство ввода и отображения информации, коммутирующее устройство, блок памяти. Прибор дополнительно снабжен узлом контроля источника питания, конденсатором-накопителем, оптотиристором-включателем, оптотиристором-ограничителем, блоком стабилизаторов, вторым коммутирующим устройством, измерительным резистором, генератором, компаратором, блоком контроля блуждающих токов и блоком ввода защитной информации. Технический результат заключается в повышении эффективности, безопасности и безотказности при работе электровзрывных сетей. 1 ил.

Универсальный автоматический прибор взрывания, включающий микроконтроллер, запоминающее устройство, источник питания, преобразователь напряжения, датчик тока, датчик напряжения, аналого-цифровой преобразователь, устройство ввода и отображения информации, коммутирующее устройство, блок памяти, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен узлом контроля источника питания, конденсатором накопителем, оптотиристором-включателем, оптотиристором-ограничителем, блоком стабилизаторов, вторым коммутирующим устройством, измерительным резистором, генератором, компаратором, блоком контроля блуждающих токов и блоком ввода защитной информации, при этом источник питания соединен с блоком стабилизаторов, который, в свою очередь, одним выходом соединен с микроконтроллером, а вторым через измерительный резистор с последовательно соединенными коммутирующими устройствами, выходы которых соединены с электровзрывной цепью и генератором, первый выход которого соединен с блоком контроля блуждающих токов, а второй с частотным компаратором, причем выходы измерительного резистора, блока контроля блуждающих токов и частотного компаратора соединены с микроконтроллером, а управляющие входы первого и второго коммутирующих устройств и генератора также соединены с микроконтроллером, который соединен обратной связью с блоком памяти, устройством ввода защитной информации и устройством ввода и отображения информации, причем входы преобразователя напряжения соединены с источником питания и микроконтроллером, выходы соединены с конденсатором накопителем, а выходы через датчики напряжения и тока, соединенного с аналого-цифровым преобразователем, - с микроконтроллером, при этом микроконтроллер, в свою очередь, соединен с входами оптотиристора-включателя и оптотиристора-ограничителя, вторые входы которых соединены с выходами датчиков тока и напряжения, а выходы оптотиристора-включателя и оптотиристора-ограничителя соединены с электровзрывной цепью.