Устройство для автоматического управления водоотливной установкой Советский патент 1991 года по МПК G05B19/18 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для автоматического управления шахтными водоотливными установками.

Цель изобретения - повышение надежности устройства.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока управления механизмами; на фиг. 3 - функциональная схема таймера 6 и временная диаграмма его работы.

Устройство (фиг. 1) содержит датчик 1 верхнего уровня, первый триггер 2, первый блок 3 дифференцирования, первый элемент ИЛИ-НЕ 4, второй триггер 5, таймер 6, группа блоков 7 управления механизмами каналов, заливочный насос 8, второй блок 9 дифференцирования, первый элемент И- НЕ. 10, третий триггер 11, первый счетчик 12, генератор 13, второй элемент И-НЕ 14, второй счетчик 15, дешифратор 16, блок 17 ключей, первая 18 группа триггеров, вторая 19 группа триггеров, третий блок 20 дифференцирования, первый элемент НЕ 21, коммутатор 22, третий счетчик 23, второй элемент НЕ 24, третий элемент И-НЕ 25, четвертый блок 26 дифференцирования, третий элемент НЕ 27. длтчик 28 нижнего уровня, четOs

ел о о ю

вертый элемент НЕ 29, второй элемент ИЛИ-НЕ 30, датчик 31 аварийного уровня, пятый элемент НЕ 32, четвертый триггер 33, пятый блок 34 дифференцирования, группа блоков 35 дифференцирования, четвертый элемент И-НЕ 36, шестой элемент НЕ 37, группа датчиков производительности 38, температуры 39, давления 40. включения высоковольтных ячеек 41, закрытия задвижек 42, группы задвижек 43 и группа главных насосов 44.

Блок управления механизмами(фиг, 2) содержит первую программируемую логическую матрицу 45, группу элементов 46 памяти, вторую программируемую логическую матрицу 47, блок 48 таймеров, кнопку 49.

Таймер 6 (фиг. 3) содержит элемент 50 задержки, задающую RC-цепочку, элемент НЕ 51 и выходной транзистор 52.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии все элементы 46 памяти блока 7 управления механизмами находятся в выключенном состоянии (0000) и сигналы управления на выходах программируемой матрицы 47 отсутствуют. При поступлении сигнала на вход программируемой логической матрицы 47 от триггера 5 производится выдача управляющего сигнала с матрицы 47 на включение привода заливочного насоса 8. Заливочный насос начинает производить заливку главного насоса. Программируемая логическая матрица 45 при поступлении на ее вход сигнала дешифратора 16 и наличия сигнала с датчика 40 давления выдает сигнал на включение первого элемента 46 памяти. Включение первого элемента 46 памяти дополнительно приводит к выдаче сигнала с матрицы 47 на включение привода главного насоса 44, открытие задвижки 43 и включение первого и второго таймера 48. Первый таймер 48 имеет выдержку (примерно) 10 с и предназначен для контроля срабатывания датчика 41 высоковольтной ячейки. Второй таймер 48 имеет выдержку (примерно) 80 с и предназначен для контроля производительности главного насоса 44.

При срабатывании (включении) датчика 41 высоковольтной ячейки двигателя насоса раньше выдержки первого таймера 48 и срабатывании датчика контроля произподи- тельности раньше срабатывания второго таймера 48 приводит к снятию сигнала на выходе 7.1 в матрице 47 на включение привода заливочного насоса 8. Заливочный насос 8 отключается, а главный насос 44 продолжает работать до полного откачивания воды в водосборнике. При уменьшении воды в водосборнике ниже датчика нижнего

уровня 28 срабатывает триггер 11, который сигналом О разрешает работу счетчика 15. Сигнал с выхода счетчика 15 поступает на вход 7 3 матрицы 45 соответствующего блока 7 управления механизмами. По данному сигналу программируемая логическая матрица 45 дополнительно включает второй элемент 46 памяти. Программируемая логическая матрица 47 при включенном состоя0 нии двух элементов 46 памяти выдает сигнал на выход 7.4 на закрытие задвижки 43 и включение третьего таймера 48. Задвижка начинает закрываться и при срабатывании датчика 42 закрытия задвижки

5 сигналы на выходах 7,2 и 7.4 с матрицы 47

исчезают. Через время, установленное на

третьем таймере 48, все элементы 46 памяти

устанавливаются в исходное состояние (0000).

Работа блока 7 при нарушении режимов

0 функционирования насоса производится следующим образом При невключении датчика 41 высоковольтной ячейки и срабатывании первого таймера 48 (ЮС) на соответствующих входах матрицы 45 при5 сутствуют сигналы 1 от датчика высоковольтной ячейки 41 и сигнал О от первого таймера 48. Это приводит согласно программы матрицы 45 к включению первого, третьего и четвертого элементов 46 памяти,

0 что соотвегствуэт аварийной ситуации о не пкпючении высоковольтной ячейки 41 двигателя насоса 44 и снятии управляющих сигналов с выходов матрицы 47

При отсутствии давления в главном на5 сосе, при его заливке в течение времени срабатывания второго таймера 48 (80С) на вход матрицы 45 в это время поступает сигнал 1 от датчика 40 давления. Наличие сигнала 1 с дешифратора 16 и сигнала Г

0 с датчика 40 давления 40 установит элементы 46 памяти согласно программе матрицы 45 в состояние (1001), Эти сигналы поступают на вход матрицы 47. Под действием сигналов (1001) элементов 46 памяти уп5 равляющие сигналы на выходе матрицы 47 исчезают. Во всех остальных случаях нарушения режима работы насоса 44 блок 7 функционирует аналогично вышеописанным случаям, только каждому нарушению режи0 ма работы соответствует своя совокупность выходных сигналов элементов 46 памяти. Причем четвертый элемент памяти при любом нарушении режима имеет выходной сигнал 1. Для потери производительности

5 эта совокупность принимает вид (1110), для перегрева подшипников (1100). Возврат элементов 46 памяти в состояние (0000) производится от кнопки 49 установки блока о исходное состояние по программе, заложенной в матрице 45.

Выдача управляющих сигналов на главный 44, заливочный насос 8, привод задвижки 43 и таймеры 48 при появлении хотя бы одной из неисправностей не производится.

В качестве программируемых логических матриц 45 и 47 может использоваться, например, микросхема Р556РТ1, которая представляет собой электрически программируемую логическую матрицу, реализующую восемь выходных функций от шестнадцати входных переменных (см, таблицы программ для программируемых логических матриц 45 и 47, реализующих алгоритм работы устройства, приведенных на фиг. 3 и 4 соответственно).

Таймер б предназначен для формирования выдержки времени, необходимой для технологического запуска водоотливной установки. При поступлении сигнала лог. О на базу транзистора 52 он закрывается. Закрытие транзистора 52 дает возможность заряжаться емкости С через резистор R от источника Е. На выходе таймера 6 появляется сигнал с задержкой, равной постоянной времени RC-цепи элемента 50 задержки. Временная диаграммы работы таймера 6 приведена на фиг. 36.

Таймер 48 блока управления механизмами 7 аналогичен таймеру 6. Различие состоит лишь в том, что в таймере 48 на выходе отсутствует элемент НЕ, а на входе - транзистор 52. Вместо транзистора с открытым коллектором для управления таймером 48 используется выход матрицы 47 с третьим состоянием.

Блоки 3, 20, 26, 34, 35 дифференцирования выдают на своем выходе отрицательный (нулевой) потенциал, а блок дифференцирования 9 - положительный.

Работа устройства при управлении одним насосом осуществляется следующим образом. Коммутатор 22 устанавливается в первое положение, при котором на его вход будут поступать сигналы с выхода элемента НЕ21.

При появлении сигнала на выходе датчика 1 верхнего уровня включается триггер 2, который через блок 3 дифференцирования и элемент ИЛИ-НЕ 4 включает триггер 5. Триггер 5 запускает таймер 6 и через блок 7 управления исполнительными механизмами выдает сигнал на включение заливочного насоса 8. Таймер 6 с выдержкой времени, необходимой для создания заливочным насосом 8 требуемого давления в главном насосе 44, через блок 9 устанавливает в исходное состояние счетчика 12, а также выдает разрешающий сигнал на вход элемента И-НЕ 10. Счетчик 12, пересчитывая импульсы генератора 13, выдает на своем

втором выходе сигналы с интервалом в 10с. Эти сигналы поступают на вход элемента И-НЕ 10 и счетный вход счетчика 15. Совпадение двух сигналов 1 на входе элемента И-НЕ 10 приводит к разрешению работы дешифратора 16. Состояние (000) триггеров 18 является условием для появления сигнала на первом выходе дешифратора 16, а следовательно, и для включения через блок

0 7 управления механизмами и первого главного насоса 44. Первый главный насос 44 включится в работу при условии наличия сигнала от датчика 40 давления и отсутствия сигнала от датчика 39 температуры.

5Сигнал с первого выхода дешифратора

16 также поступает на D-вход первого триггера блока 19. Данный сигнал по сигналу синхронизации, поступающему с элемента И-НЕ 14 через блок 20 дифференцирова0 ния, записывается в первый D-триггер группы 19. Сигнал с выхода элемента И-НЕ 10 и элемента НЕ 21 через коммутатор 22, блок 26 дифференцирования и элемент НЕ 27 поступает на вход сброса триггера 5. Триг5 гер 5 переходит в состояние, выключающее таймер 6, который запретит прохождение сигналов через элемент И-НЕ 10. Изменение сигнала на выходе элемента И-НЕ 10 на 1 приводит к блокировке работы дешиф0 ратора 16 и разрешению прохождения сигналов через блок 17 ключей. Информация (100) с блока D-триггеров 19 через блок 17 ключей переписывается в RS-триггеры 18. Новое состояние (100) триггеров 18 является

5 кодом появления сигнала на втором выходе дешифратора 16 в следующем цикле запуска второго главного насоса 44 при повторном появлении сигнала от датчика 1 верхнего уровня.

0При уменьшении воды в водосборнике

ниже датчика 28 нижнего уровня сбрасывается триггер 11, который разрешит работать счетчику 15. На выходах счетчика 15 появляются импульсы с интервалом 10 с, которые

5 поступают на соответствующие входы блоков 7 управления механизмами. При поступлении данного сигнала в первый блок 7 управления механизмами начинает закрываться задвижка первого насоса. Контакт

0 закрытой задвижки 42 выдаст сигнал на прекращение работы главного насоса 44, Сигнал отсутствия нижнего уровня с датчика 28 через инвертор 29 и элемент ИЛИ-НЕ 30 поступает и на триггеры 33 и 2, возвра5 щая их в исходное состояние.

Запуск второго или третьего главного насоса при их одиночной работе производится аналогично описанному выше.

Работа устройства при управлении двумя насосами с их работой в параллель. Коммутатор 22 переводится во второе положение, при котором на его вход будут поступать сигналы через элемент НЕ 24 с соответствующего выхода счетчика 23, соответствующие пересчету до двух.

При наличии сигнала отдатчика 1 верхнего уровня включается триггер 2. Включение триггера 2 приводит к срабатыванию блока 3 дифференцирования, а через элемент ИЛИ-НЕ 4 и к включению триггера 5, а следовательно, и таймера 6. Через время, определяемое блоком таймера б, с первого выхода дешифратора 16 на вход первого блока 7 управлений механизмами поступит сигнал на запуск главного насоса 44. Этот же сигнал с помощью импульса синхронизации, поступающего с выхода элемента И- НЕ 14 через блок 20 дифференцирования, записывается в первый D-триггер группы 19. Такой же сигнал с элемента И-НЕ 10 через элемент НЕ 21 поступает и на счетный вход счетчика 23, который перейдет в следующее состояние. На выходе коммутатора 22 данный сигнал не появляется. Триггер 5 остается в прежнем состоянии, разрешающем прохождение через 10 с следующего импульса со счетчика 12 через элемент И-НЕ 10 на управляющий вход дешифратора 16. При исчезновении первого импульса, поступающего со счетчика 12 на вход элемента И-НЕ 10, на его выходе появляется сигнал 1, который запрещает работу дешифратора 16 и выдает разрешение блоку 17 ключей на прохождение информации с выходов блока D-триггеров 19 на входы группы триггеров 18. Таким образом, информация (100) из группы 19 переписывается в триггеры 18 между импульсами, поступающими на запуск главных насосов 44. При поступлении через 10 с второго импульса с выхода счетчика 12 на вход элемента И-НЕ 10 выдается разрешение на работу дешифратора 16, который при входной комбинации сигналов на его входе (100), выдает сигнал на своем втором выходе. Данный сигнал поступает на вход второго блока 7 управления механизмами для запуска второго главного насоса 44, Этот же сигнал поступает на вход блока D-триггеров 19. В блоке 19 записывается информация (010), которая после переписывается с помощью блока 17 ключей в триггеры 18, на выходе которого формируется комбинация сигналов (110), являющаяся условием для запуска в следующем цикле первым третьего насоса.

Счетчик 23 на своем втором выходе выдается сигнал через коммутатор 22, блок 26 дифференцирования и элемент НЕ 27 на вход триггера 5 и установочный вход счетчика 23, возвращая их в исходное состояние.

Отключение насосов при их параллельной работе производится аналогично отключению, описанному выше. Гидравлический удар при их отключении предотвращается

10 с разнесением во времени импульсов, поступающих с выходов счетчика 15 на входы блокбв 7 управления механизмами.

Работа устройства при управлении тремя насосами с их работой в параллель.

0 Коммутатор 22 переводится в третье положение, при котором на его вход будут поступать сигналы с выхода счетчика 23, соответствующие пересчету до трех. Работа устройства в данном режиме управления

5 аналогична описанному выше. Разница состоит лишь в том, что после запуска третьего насоса информация в П -триггерах группы 19 будет оаона (001). Эта информация через блок 17 ключей перепишется в триггеры 18,

0 на выходе которого будет код (111). В дальнейшем при наличии сигнала от датчика 1 верхнего уровня через время, определяемое блоком таймера 6 и выходом счетчика 12, на выходе элемента И-НЕ 10 появится

5 разрешающий сигнал. Этот сигнал приведет к появлению кратковременного сигнала на четвертом выходе дешифратора 16, который приведет к установке в нулевое состояние всех триггеров 18, что будет

0 соответствовать коду (000) на входах дешифратора 16. Данный код приведет к появлению сигнала на первом выходе дешифратора 16. а следовательно, и к включению первого насоса. Дальнейший запуск остальных насосов в

5 данном режиме приводится аналогично описанному выше.

Если при работе насосная установка выходит на аварию, то с выхода соответствующего аварийного блока 7 управления

0 механизмами через блок 35 дифференцирования и элемент ИЛИ-НЕ 30 на соответствующие входы триггеров 2 и 33 поступает сигнал, который устанавливает их в исходное состояние. При наличии в это время

5 сигнала на датчике 1 верхнего уровня сигнал с блока 35 дифференцирования пройдет также и через элемент И-НЕ 36 на включение триггера 5. а следовательно, и таймера 6. Триггер 5 выдаст сигнал на включение

0 заливочного насоса 8 через блок 7 управления механизмами, а в последующем и запуску второго главного насоса 44 аналогично описанному выше.

При работе одного главного насоса 44 и

5 увеличении уровня воды в водосборнике, например до срабатывания датчика 31 аварийного уровня, включается триггер 33. Включение его приводит к выдаче сигнала блоком 34 дифференцирования, который через элемент ИЛИ-НЕ 4 поступит на включение триггера 5. а следовательно, блока таймера 6 и заливочного насоса 8,что приведет к запуску второго (не аварийного) главного насоса аналогично описанному выше.

В табл. 1 и 2 приведены программы алгоритмов работы программируемых логических матриц 45 и 47 соответственно.

Формула изобретения

Устройство для автоматического управления водоотливной установкой, содержащее датчики верхнего и нижнего уровней, датчик аварийного уровня, а также в каждом канале датчики производительности, давления, температуры, включения высоковольтных ячеек и закрытия задвижек, сигнальные выходы которых соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым сигнальными входами соответствующего блока управления канала, первые уп- равляющие выходы блоков управления соединены с управляющим входом заливочного насоса, второй, третий и четвертый управляющие выходы блоков управления каналов соединены с входами соответстую- щих задвижек группы и первым и вторым входами соответствующих главных насосов отличающееся тем. что, с целью повышения надежности устройства, в него введены лервый-четеертый триггеры, пер- вый-пятый блоки дифференцирования, первый-третий счетчики, генератор, пер- вый-четвертый элементы И-НЕ, дешифратор, блок ключей, первая и вторая группы триггеров, первый-шестой элементы НЕ, группа блоков дифференцирования, первый и второй элементы ИЛИ-НЕ и коммутатор, выход которого соединен с входом четвертого блока дифференцирования, выход которого соединен с входом третьего элемента НЕ, выход которого соединен с входами сброса второго триггера и третьего счетчика, первый выход которого соединен с первым входом третьего элемента И-НЕ, а второй соединен с вторым входом третьего элемента И-НЕ и входом второго элемента НЕ, выходы которых соединены соответственно с вторым и третьим входами коммутатора, выход генератора соединен со счетным входом первого счетчика, первый выход которого соединен с первым входом второго элемента И-НЕ, а второй выход соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ, с первым входом первого элемента И-НЕ и со счетным входом второго счетчика, выходы каждого разряда которого соединены с шестым входом управления соответствующих блоков управления, выход датчика верхнего уровня соединен с входом

шестого элемента НЕ, выход которого соединен с установочным входом первого триггера и с входом четвертого элемента И-НЕ. выход которого соединен с третьим входом

элемента ИЛИ-НЕ. выход которого соединен с установочным входом второго триггера, выход которого соединен с седьмыми входами управления, с входом таймера, выход которого соединен с установочным вхо0 дом третьего триггера, с вторым входом первого элемента И-НЕ и с входом второго блока дифференцирования, выход которого соединен с входом сброса первого счетчика, выход датчика аварийного управления сое5 динен с входом пятого элемента НЕ. выход которого соединен с установочным входом четвертого триггера, выход которого соединен с входом пятого блока дифференцирования, выход которого соединен с вторым

0 входом элемента ИЛИ-НЕ, выход датчика нижнего уровня соединен с входом сброса третьего триггера и с входом четвертого элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ.

5 выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И-НЕ и входами сброса четвертого и первого триггеров, выход которого соединен с входом первого блока дифференцирования, выход которого сое0 динен с первым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, выход второго элемента И-НЕ соединен с входом третьего блока дифференцирования, выход которого соединен с синхровходами триггероов второй группы,

5 выходы которых соединены с соответствующими информационными входами блока ключей, выходы которого соединены с установочными входами триггеров первой группы, выходы которых соединены с соответствую0 щими информационными входами дешифратора, выходы которого соединены с соответствующими информационными входами триггеров второй группы и с восьмыми входами управления соответствующих бло5 ков управления, информационные выходы которых соединены с соответствующими входами блоков дифференцирования группы, выходы которых соединены с соответствующими входами второго элемента

0 , выход первого элемента И-НЕ со- едлнен с входами управления блока ключей, со старшим разрядом информационных входов дешифратора и с входом первого элемента НЕ, выход которого соединен с

5 первым входом коммутатора и счетным входом третьего счетчика, выход третьего триггера соединен с входом сброса второго счетчика, выход старшего разряда дешифратора соединен с входами сброса триггеров первой гр1 ты.

Таблица 1

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для автоматического управления шахтными водоотливными установками. Цель изобретения - повышение надежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчики верхнего, нижнего и аварийного уровня, группы датчиков производительности, давления, температуры, включения высоковольтных ячеек и закрытия задвижек, группы задвижек, главных насосов и блоков управления заливочного насоса, дополнительно введены первый - четвертый триггеры, первый - пятый блоки дифференцирования, первый - третий счетчики, генератор, первый - четвертый элементы И-НЕ, дешифратор блок ключей, первая и вторая группы триггеров, первый - шестой элементы НЕ, группа блоков дифференцирования, первый и второй элементы ИЛИ-НЕ и коммутатор. Введение новых элементов позволяет разнести во времени включение и отключение насосов, что в свою очередь позволяет снй зить пусковые токи питающей сети и снять гидравлический удар в водоотливной системе. 2 табл.. 3 ил. со С

Продолжение табл. 1

Продолжение табл. 1

1 я П л и ц л

Продолжение табл. 2

Продолжение табл. 2

74 e

77 г

ill

Ј1

/f дешифра/лср /16 К счетчику fS

ГУП7.11

W

Ш

Z/J

; К„ K-S /npustepyS

tff/юлу дифоюзен- ццровония JS