Каскадное устройство для защиты рабочих мест от воздействия опасных факторов Советский патент 1992 года по МПК H02H5/00 

Изобретение относится к обеспечению безопасности и предназначено для обеспечения безопасности рабочих мест операторов в системе человек-техника-среда от воздействия опасных вредных факторов.

Известны системы автоматической защиты потенциально опасных процессов,со- стоящие из устройств защиты, содержащие измерительный преобразователь, задающее устройство, устройство сравнения, устройство управляющих воздействий и исполнительный механизм. Работа устройства сводится к сигнализации об аварийных нарушениях и выдаче команды на срабатывание исполнительных механизмов, регулирующих технологический процесс и его останов, тем самым предотвращая возникновение аварий.

Так как данные устройства функционируют применительно к особенностям химической промышленности, их роль поддержания параметров технологического процесса в номинальном режиме сводится

в конечном итоге к защите технологического оборудования при выходе контролируемых параметров из номинальных пределов с выдачей предупредительных сигналов.

Наиболее близким по технической сущности является система защиты машин и устройств от недопустимого уменьшения физических величин, содержащая электронный компаратор, блок выдачи единичного дискретного сигнала, запоминающий элемент, систему блокировки, систему отключения и исполнительный механизм. Принцип работы системы защиты сводится к измерению физических параметров защищаемого технологического оборудования, сравнении контролируемой величины с заданным значением и выдачи единичного, дискретного сигнала, зависящего от знака этой разности на выходе компаратора и независящего от величины этой разности, поступлении его на запоминающий элемент который при первом появлении дискретного сигнала блокирует средства сигнализации и отключение объекта. При дальнейшем уменьшении контролируемого параметра, блокировка отключается и производятся защитные действия.

Эта система защиты машин и устройств от недопустимого уменьшения физических величин обеспечивает защиту технологического оборудования от опасного для него исчезновения или чрезмерного уменьшения величин физических параметров, т.е. ее функционирование сводится к контролю физических параметров технологического оборудования и при их снижении до недопустимых пределов, включается средство сигнализации и отключается объект. Эта система не может быть использована для защиты рабочих мест операторов, так как такая система защищает только технологическое оборудование, а все контролируемые физические параметры являются опасными для самого оборудования.

Цель изобретения - повышение надежности устройства путем измерения и выдачи управляющих воздействий по трем взаимозависимым параметрам мощности, зоне и длительности опасного воздействия опасных и вредных факторов на рабочем месте.

Цель достигается тем, что в устройстве имеются дополнительные блоки защиты по зоне опасного воздействия и длительности опасного воздействия, а в блоке защиты по мощности опасного воздействия также дополнительно имеются измерительное устройство,аналого-цифровой преобразователь, генератор импульсов, второй задатчик, три элемента ИЛИ, два элемента НЕ, триггер, усилитель, образующие блок защиты по мощности опасного воздействия.

Возникновение опасного или вредного фактора, например чрезмерное увеличение концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, в качестве контролируемых параметров выбраны его мощность опасного воздействия, например величина концен- трации в воздухе рабочей зоны, зона опасного воздействия, например расход воздуха системы вентиляции, и длительность опасного воздействия. Рассматривая любой опасный или вредный фактор, видно, что он обладает тремя параметрами воздействия на человека и в зависимости от величины каждого в отдельности параметра и их сочетания, зависит в конечном итоге исход поражения человека от воздействия опасного или вредного фактора. Например, высокая концентрация вредного вещества при небольшой зоне распространения и малом времени воздействия на человека не приведет к поражению, а небольшая концентрация вредного вещества при большом объеме распространения и большой длительности воздействия может привести к поражению человека. Возможны и другие

5 сочетания параметров, поэтому логично утверждать, что защита человека в системе человек-техника-среда от воздействия указанных параметров опасного или вредного фактора должна осуществляться в сле0 дующей последовательности: защита по мощности, по зоне и длительности опасного воздействия. Такое построение устройств защиты рабочих мест от воздействия опасных факторов позволяет значительно повы5 сить надежность устройств и тем самым степень защиты человека от воздействия опасных и вредных факторов.

На чертеже представлена структурная схема каскадного устройства для защиты

0 рабочих от воздействия опасных факторов. В состав устройства входит блок защиты по мощности опасного воздействия, блок защиты по зоне опасного воздействия и блок защиты по длительности опасного воздей5 ствия.

Блок защиты по мощности опасного воздействия, состоит из генератора импульсов 1, первого 2 и второго 3 задэтчиков, датчика 4, аналого-цифрового преобразова0 теля 5, первого 6 и второго 7 компараторов, элементов ИЛИ 9, 10, 14, элементов НЕ 8, 11, исполнительного механизма 12, усилителя 13, триггера 15.

Датчик 4 своим входом соединен с ра5 бочим местом оператора, а выходом - с пер- вым входом аналого-цифрового преобразователя 5, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов 1, выход аналого-цифрового преобразовате0 ля 5 соединен с первыми входами первого 6 и второго 7 компараторов, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих задатчиков 2 и 3, на входы которых подаются сигналы с внешнего устройства

5 при их первоначальной настройке, первый и второй выходы компаратора 6 соединены с первым и вторым входом элемента ИЛИ 9 и с выходами элементов НЕ 8, 11, выход элемента НЕ 11 соединен с первым входом

0 триггера 15, первый и второй выходы второго компаратора 7 соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ 10, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 14, второй вход которого соединен

5 с выходом элемента ИЛИ 9, выход элемента ИЛИ 14 соединен с входом исполнительного механизма 12, выход которого соединен с объектом регулирования.

Блок защиты по зоне опасного воздействия состоит из генератора 16 импульсов.

элемента И 17, дешифратора 18, датчика 19, аналого-цифрового преобразователя 20, компаратора 21, блока памяти предельно- допустимого значения 22, исполнительного механизма 23, усилителя 24, элемента ИЛИ 25. Выход генератора импульсов 16 соединен с первым входом элемента ИЛИ 17, второй вход которого соединен с вторым выходом триггера 15, выход элемента И 17 соединен с первым входом аналого-цифро- вого преобразователя 20, второй вход которого соединен с выходом датчика 19,вход которого соединен с рабочим местом, выход аналого-цифрового преобразователя 20 соединен с первым входом компаратора 21 и с первым входом дешифратора 18, второй вход компаратора 21 соединен с выходом блока памяти предельно-допустимого значения 22, первый вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразова- теля 20, второй вход блока 22 памяти предельно-допустимого значения соединен с вторым выходом триггера 15, первый и второй выходы компаратора 21 соединены с первым и вторыми входами элемента И 25, выход которого соединен с входом усилителя 24, выход которого соединен с входом исполнительного механизма 23, выход которого соединен с объектом регулирования, второй вход дешифратора 18 соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 20..

Блок защиты по длительности опасного воздействия состоит из генератора 26 импульсов, элемента И 27, счетчика 28, компа- ратора 29, блока 30 памяти предельно-допустимого значения, исполнительного механизма 31, усилителя 32, сигна- лизатора 33, элемента НЕ 34. Выход генератора 26 импульсов соединен с вто- рым входом элемента И 27, первый вход которого соединен с вторым выходом компаратора 21, выход элементов И соединен с первым входом счетмика 28, второй вход которого соединен с третьим выходом ком- паратора 21, выход счетчика 28 соединен с первым входом компаратора 29, выход которого одновременно соединен с третьим входом счетчика 28, с входом усилителя 32 и сигнализатора 33, первый вход блока 30 памяти предельно-допустимого значения - с выходом элемента НЕ 34, вход которого соединен с вторым выходом компаратора 21, второй вход блока 30 памяти предельно- допустимого значения соединен с выходом дешифратора 18, выход усилителя 32 соединен с исполнительным механизмом 31, который своим выходом соединен с объектом регулирования.

Объект регулирования содержит в себе источник опасного фактора, определяемый следующими параметрами: мощностью, зоной и длительностью опасного воздействия, которые подлежат регулированию. Мощность опасного воздействия, например высокая концентрация вредного вещества, устраняется путем уменьшения его утечки из источника, создающего это вещество. Зона опасного воздействия регулируется, например, путем изменения расхода воздуха в приточно-вытяжной вентиляции. Длительность опасного воздействия регулируется путем отключения источника, создающего высокую концентрацию вредного вещества, если время воздействия его на оператор превышает предельно допустимое значение. Таким образом, объект регулирования представляет собой совокупность устройств для поддержания взаимосвязанных параметров опасных факторов на безопасном уровне.

Каскадное устройство защиты от воздействия опасных факторов рабочих мест операторов работает следующим образом

Защита от воздействия опасного фактора по мощности осуществляется в блоке защиты по мощности опасного воздействия, в который с рабочего места на вход датчика 4 поступает информация о величине мощности опасного фактора, которая преобразуется в электрический аналоговый сигнал и поступает на второй вход аналого-цифрового преобразователя 5, на первый вход которого постоянно поступают тактовые сигналы с генератора импульсов. С выхода аналого-цифрового преобразователя 5 информация о величине мощности опасного фактора в цифровом коде одновременно поступает на вторые входы компараторов 6 и 7, С внешних устройств на входы задатчиков 2 и 3 при начальной настройке устройства записывается верхнее на задатчике 2 и нижнее на задатчике 3 пороговые значения мощности опасного воздействия в цифровом коде, которые постоянно поступают на первые входы компараторов 6 и 7, в которых происходит сравнение цифровых сигналов, поданных на входы. Допустим, на рабочем месте возрастает мощность опасного воздействия, например концентрация какого - то вредного газа (СО), при достижении концентрации нижнего предела на первом выходе компаратора 7 появляется сигнал 1, на втором выходе сигнал О, соответственно на выходе элемента ИЛИ 10 появляется сигнал 1, который поступает на второй вход элемента ИЛИ 14, на первый вход поступает сигнал О, тогда соответственно на выходе элемента ИЛИ появляется сигнал 1, который включает усилитель 13, выход которого соединен с исполнительным механизмом 12, который, включаясь в работу, уменьшает концентрацию вредного газа при помощи объекта регулирования. Если при работе исполнительного механизма 12 концентрация вредного газа уменьшится ниже заданного предела,на первом выходе компаратора появляется сигнал О и соответственно усилитель 13 закроется, и исполнительный механизм 12 отключается. При этом схема устройства возвращается в исходное положение. Если при работе исполнительного механизма продолжается рост концентрации вредного газа и превышает нижнее пороговое значение, на втором выходе компаратора 7 появляется сигнал 1, который последовательно через элементы ИЛИ 10, 14 включает усилитель 13 и работу исполнительного механизма 12 до тех пор, пока концентрация вредного вещества не будет ниже заданного предела.

Таким же образом работает блок защиты по мощности опасного воздействия при дальнейшем росте концентрации вредного газа до заданного в цифровом коде в задат- чике 2 при первоначальной настройке устройства. При достижении концентрации вредного газа равной верхнему заданному пределу на первом выходе компаратора 6 появляется сигнал 1, который поступает на первый вход элемента ИЛИ 9, на второй вход которого поступает сигнал О, при этом на выходе элемента ИЛИ 9 появляется сигнал 1, который поступает на первый вход элемента ИЛИ 14, на выходе которого появляется сигнал 1, при этом продолжает работу исполнительный механизм 12. Одновременно с первого выхода компаратора 6 сигнал 1 поступает на вход элемента НЕ 11, с выхода которого сигнал О поступает на первый сбросовый вход триггера 15 и устанавливает его в исходное положение, если он не был в исходном положении. При дальнейшем росте концентрации вредного вещества на рабочем месте на втором выходе компаратора 6 появляется сигнал 1, который поступает на вход элемента ИЛИ 9 и через цепочку элементы ИЛИ 9 и 14, усилитель 13 включает в работу исполнительный механизм 12. Одновременно с второго выхода компаратора 6 сигнал 1 поступает на вход элемента НЕ, а с его выхода поступает сигнал О на второй вход установочного триггера 15.

В этом случае возникает ситуация, когда блок защиты по мощности опасного воздействия не справляется с регулировкой параметра защиты и вступает в работу блок

защиты по зоне опасного воздействия. При этом с второго выхода триггера 15 сигнал 1 поступает на вход элемента И 17 и сигналы с генератора 16 импульсов поступают

с выхода элемента И 17 на первый вход аналого-цифрового преобразователя 20. Аналого-цифровой преобразователь 20 преобразует электрический аналоговый сигнал, поступающий на его информационный вход

0 с выхода датчика 19, например, датчик преобразует расход воздуха в приточно-вытяж- ной вентиляции рабочего места в электрический сигнал в цифровом коде. Для данного случая расход воздуха яв5 ляется параметром защиты по зоне опасного воздействия. Сигнал в виде цифрового кода с выхода аналого-цифрового преобразователя 20 поступает на второй вход компаратора 21, где происходит его сравнение

0 с цифровым кодом, подаваемым на первый вход с выхода блока 22 памяти предельно- допустимого значения. Сигнал с блока 22 памяти предельно-допустимого значения поступает на вход компаратора 21, когда на

5 его первый вход разрешения считывания подается сигнал О с первого выхода триггера 15, это происходит в том случае, когда на установочном входе триггера 22 подается сигнал О с выхода элемента НЕ 8, а это

0 соответствует превышению мощности опасного воздействия верхнему значению в за- датчике 2. На адресный вход блока 22 памяти предельно-допустимого значения одновременно подается сигнал в цифровом

5 коде с выхода аналого-цифрового преобразователя 5 о величине мощности опасного воздействия. В зависимости от текущего значения величины мощности опасного воздействия с блока 22 памяти предельно-до0 пустимого значения считывается соответствующий код предельно-допустимого значения по зоне опасного воздействия, который поступает на первый вход компаратора 21. При равенстве сигналов на

5 первом выходе компаратора 21 появляется сигнал 1, который поступает на первый вход элемента ИЛИ 25, на второй вход которого подается в это время сигнал О с второго выхода компаратора 21. На выходе

0 элемента ИЛИ 25 появляется сигнал 1, который поступает на вход усилителя 24 и включает исполнительный механизм в работу. Исполнительный механизм через объект регулирования воздействует на параметр

5 зоны опасного воздействия, уменьшая его значения. Если величина параметра, например, расхода воздуха уменьшается и меньше заданного, считанного в этот момент с блока 22 памяти предельно-допустимого значения, на первом выходе компаратора

21 появляется сигнал О, соответственно на выходе элемента ИЛИ 25 сигнал О, который отключает работу исполнительного механизма 23 через усилитель 24.

В этом случае прекращается регулировка по зоне опасного воздействия. Если величина зоны опасного воздействия продолжает расти и превышает считанное в блоке 22 памяти предельно-допустимого значения, на втором выходе компаратора 21 появляется сигнал 1, который поступает на второй вход элемента ИЛИ 21, и также включается в работу исполнительный механизм 23 через усилитель 24 и происходит дальнейшая регулировка на зоне опасного воздействия и включается в работу блок защиты по длительности опасного воздействия.

Блок защиты по длительности опасного воздействия работает следующим образом.

Сигнал 1 с второго выхода компаратора 21 одновременно поступает на первый вход элемента И 27, на второй вход которого поступают тактовые импульсы с генератора 26 импульсов С выхода элемента И 27 тактовые импульсы поступают на счетный вход счетчика 28, начинается отсчет времени опасного воздействия и вход элемента НЕ 34. На выходе элемента НЕ 34 появляется сигнал О, который поступает на вход разрешения считывания запоминающего устройства 30 предельно-допустимого значения, одновременно с выхода дешифратора 18 поступает сигнал в цифровом коде на его адресный вход. На первый вход дешифратора 18 поступает цифровой код о текущей величине мощности опасного воздействия с аналого-цифрового преобразователя 5 и на второй вход - цифровой код о величине зоны опасного воздействия с аналого-цифрового преобразователя 20. Дешифратор 18 преобразует два цифровых кода с своих входов в новый код, который поступает на адресный вход запоминающего устройства предельно-допустимого значения 30. С выхода запоминающего устройства 30 цифровой код поступает на первый вход компаратора 29, в котором идет сравнение его с информацией, поступающей с выхода счетчика 28. Если цифровой сигнал меньше считанного с запоминающего устройства 30 предельно-допустимого значения, счетчик 28 продолжает работу. Если цифровой сигнал равен считанному в данный момент времени с запоминающего устройства 30, то на выходе компаратора 29 появляется сигнал 1, который одновременно поступает на сбросовый вход счетчика 28 и приводит его в исходное положение, на сигнализатор 33 и включает его в работу

и на вход усилителя 32. С выхода усилителя 32 сигнал поступает на вход исполнительного механизма 31, который, включаясь в работу, полностью отключает

через объект регулирования воздействие опасного фактора на рабочем месте.

Таким образом, происходит срабатывание третьего контура защиты по допустимой длительности опасного воздействия с уче0 том на данный момент времени мощности и зоны опасного воздействия опасного фактора на рабочем месте.

Если во время работы блока защиты по длительности опасного воздействия с по5 мощью исполнительных механизмов 12 и 23 по раздельности или одновременно величина зоны опасного воздействия стала ниже предельно-допустимого, считанного с запоминающего устройства 22, на третьем выхо0 де компаратора 21 появляется сигнал 1, который, поступая на сбросовый вход счетчика 28, приводит его в исходное положение, а блок защиты по времени опасного воздействия готов к дальнейшей работе.

5 Каскадное устройство для защиты рабочих мест от воздействия опасных факторов, работая по указанному алгоритму, с учетом трех взаимосвязанных параметров с адаптивным характером защиты, позволяет зна0 чительно повысить надежность устройства и учитывать весь аспект обеспечения безопасности рабочих мест операторов от воздействия опасных факторов.

Формула изобретения

5Каскадное устройство для защиты рабочих мест от воздействия опасных факторов, содержащее блок защиты по мощности опасного воздействия, состоящий из датчика, первого задатчика, соединенного выхо0 дом с первым входом компаратора, а также последовательно соединенный усилитель и исполнительный механизм, выход которого является первым выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения

5 надежности устройства, в него введен блок защиты по зоне опасного воздействия, состоящий из генератора импульсов, элемента И, дешифратора, датчика, аналого-цифрового преобразователя, компаратора, блока памя0 ти предельно-допустимого значения элемента ИЛИ, усилителя исполнительного механизма, блок защиты по длительности опасного воздействия, состоящий из генератора импульсов, элемента И, счетчика,

5 компаратора, блока памяти предельно допустимого значения, элемента НЕ, сигнализатора, усилителя и исполнительного механизма, а в блок защиты по мощности опасного воздействия введены генератор импульсов, аналого-цифровой преобразователь, второй задатчик, второй компаратор, три элемента ИЛИ, три элемента НЕ и триггер, причем блок защиты по мощности опасного воздействия соединен тремя выходами с тремя входами блока защиты по зоне опас- ного воздействия, соединенного тремя выходами с тремя входами блока защиты по длительности опасного воздействия, в блоке защиты по мощности опасного воздейст- вия выход датчика соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульса, а выход соединен с вторыми входами первого и второго компараторов и третьим выходом блока защиты по мощности опасного воздействия, выход второго задатчика соединен с первым входом второго компаратора, первый и второй выходы первого компаратора соединены с входами первого элемента ИЛИ, а первый и второй выходы второго компаратора - с входами второго элемента ИЛИ, выходы которых соединены соответственно с входами третьего элемента ИЛИ, соединенного выходом с входом усилителя, первый выход первого компаратора через первый элемент НЕ соединен с установочным входом триггера, а второй его выход через второй элемент НЕ соединен со сбросовым входом триггера, первый и второй выходы которого являются соответственно первым и вторым выходами блока защиты по мощности опасного воздействия, в блоке защиты по зоне опасного воздействия датчик соединен выходом с ин- формационным входом аналого-цифрового преобразователя, тактовый вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого является вторым входом блока защиты по зоне опасного воздействия, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационным входом дешифратора и с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом блока памяти предельно допустимого значения, адресный и тактовый входы которого являются соответственно первым и третьим входами блока защиты по зоне опасного воздействия, первый и второй выходы компаратора соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого через усилитель соединен с входом исполнительного механизма, выход которого является вторым выходом устройства, второй и третий выходы компаратора являются соответственно первым и вторым выходами блока защиты по зоне опасного воздействия, второй вход дешифратора является первым входом, а выход - третьим выходом блока защиты по зоне опасного воздействия, в блоке защиты по длительности опасного воздействия выход исполнительного механизма является третьим выходом устройства, первый вход элемента И является первым входом блока защиты по длительности опасного воздействия и соединен через элемент НЕ с управляющим входом блока памяти предельно допустимого значения, второй вход элемента И соединен с выходом генератора импульсов, а его выход соединен со счетным входом счетчика, первый сбросовый вход которого является вторым входом защиты по длительности опасного воздействия, выход счетчика соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом блока памяти предельно допустимого значения, а выход - с вторым сбросовым входом счетчика и выходами сигнализатора и усилителя, соединенного выходом с входом исполнительного механизма, информационный вход блока памяти предельно допустимого значения является третьим входом блока защиты длительности опасного воздействия.

Изобретение для защиты рабочих мест от воздействия опасных факторов касается обеспечения безопасности рабочих мест операторов в системе человек-техника-среда от воздействия опасных и вредных факторов и позволяет повысить степень защиты путем использования защиты по трем параметрам: мощности опасного воздействия, зоны опасного воздействия и длительности опасного воздействия. Для этого эти параметры измеряются и в зависимости от величины каждого из параметров в отдельности или их сочетания производится либо уменьшение мощности источника опасного воздействия, либо его отключение. 1 ил.