Патент на изобретение №2256849

(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ДЛЯ ВЕНТИЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройству управления и защиты вентиля подачи газа. Устройство управления и защиты для вентиля содержит схему управления средства силового привода для открывания и закрывания вентиля, блок управления и средство для контроля схемы управления и блока управления. Схема управления выполнена с возможностью реагирования на сигнал (EN2) напряжения постоянного тока, генерируемый блоком управления. Средство контроля дополнительно содержит схему контроля, содержащую средство разрешения/запрещения, выполненную с возможностью реагирования на сигнал (EN1) напряжения переменного тока, генерируемый блоком управления, для санкционирования работы схемы управления, когда сигнал (EN1) напряжения переменного тока имеет амплитуду, находящуюся между первым нижним значением и первым верхним значением заранее определенного диапазона значений напряжения, а частота находится между вторым нижним значением и вторым верхним значением заранее определенного диапазона значений частоты. Изобретение позволяет повысить надежность управления, устройство также является простым в изготовлении. 21 з.п. ф-лы, 1 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству управления и защиты для вентиля согласно преамбуле главного пункта формулы изобретения.

Предшествующий уровень техники

Изобретение относится, в частности, к области производства систем для управления подачей газа для газовых горелок, содержащих вентильное средство, открыванием и закрыванием которого можно управлять и которое можно регулировать.

В соответствии с действующими положениями устройства, приспособленные для открывания или закрывания вентиля, должны быть защищены от второго неправильного срабатывания, то есть, если в устройстве происходят два независимых неправильных срабатывания, вентиль должен остаться закрытым во избежание опасных утечек газа.

В известных системах управления, основанных на “комплексной электронике”, пульты управления котлов обеспечены микропроцессором, приспособленным для подачи сигнала запроса подачи газа в схему, которая управляет силовым приводом, приспособленным для открывания вентиля. Тот же микропроцессор обычно посредством соответствующей обратной связи выявляет возможные неправильные срабатывания, которые могут возникать в схеме, и принимает соответствующие контрмеры с целью предотвращения открывания вентиля.

Это означает, однако, что микропроцессор должен иметь программное обеспечение, которое является достаточно сложным для управления вышеупомянутыми функциями, в результате чего вся система более интенсивно использует ресурсы, а ее схемы являются более сложными.

Кроме того, в известных пультах управления для управления и принятия мер в случаях неправильного срабатывания микропроцессора обычно обеспечивают отдельно от схемы управления силового привода модуль, называемый “сторожевым устройством”, призванный контролировать работу микропроцессора и блокировать устройство управления при его неправильном срабатывании.

Техническая задача, на которой основано настоящее изобретение, состоит в создании устройства управления и защиты для вентиля, которое структурно и функционально предназначено для исключения отмеченных выше недостатков известных технических средств.

Данная задача решается с помощью устройства, заявленного в главном пункте формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Характерные признаки и преимущества изобретения, раскрытые более подробно в описании его варианта осуществления, представлены в виде неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором изображена схема, представляющая устройство управления по настоящему изобретению.

Лучший вариант осуществления изобретения

На чертеже устройство управления и защиты для вентиля, который обычно закрыт (не показан) в соответствии с настоящим изобретением, обозначено в общем ссылочной позицией 1.

Устройство 1 управления включает в себя схему 2 управления, содержащую средство силового привода, в частности, реле 3, приспособленное для открывания вышеупомянутого вентиля, когда через схему 2 управления проходит ток, и закрывания вентиля, когда ток через схему не проходит.

Схема 2 управления снабжена источником Vr напряжения питания реле и имеет вход IN(EN2) для приема первого сигнала EN2 напряжения постоянного тока, генерируемого блоком управления, типа микропроцессора 4, электрически подсоединенного к схеме 2.

Схема 2 управления дополнительно содержит первый транзистор Q1, первый диод D1 и катушку реле 3, соединенные параллельно для включения между коллектором указанного транзистора и клеммой Vr питания реле. Диод D1 приспособлен для защиты транзистора Q1 от токов, образуемых электродвижущими силами, действующими в реле 3. Клемма Vr питания также подсоединена к клемме помехоподавляющего средства, приспособленного для фильтрации любых электромагнитных помех и включающего в себя конденсатор С1, подсоединенный между клеммами питания (Vr и заземлением).

К транзистору Q1 прикладывается смещение в отсутствие сигнала EN2 напряжения постоянного тока, вырабатываемого микропроцессором 4. Этот сигнал может быть подан на входную клемму IN(EN2) схемы 2 в результате действия сигнала управления для открывания вентиля, который подается на микропроцессор 4 (этот сигнал управления может поступить либо от датчиков, например температурных датчиков, либо от других схем, связанных с рассматриваемым устройством). Сигнал EN2 подается на схему 2 управления в интервале времени, в течение которого средство вентиля остается открытым.

Первое средство для амплитудного ограничения сигналов низкой амплитуды, содержащее первый полупроводниковый стабилитрон (диод Зенера) D2 и первый резистор R1, называемый базовым резистором транзистора Q1, включено между базой транзистора Q1 и входной клеммой IN(EN2). Между первым резистором R1 и первым полупроводниковым стабилитроном D2 подключена клемма второго резистора R2, другая клемма которого соединена с заземлением.

Устройство 1 управления и защиты дополнительно содержит схему 5 контроля, подробно описанную ниже, которая служит для разрешения или запрещения работы схемы 2 управления в функции сигнала EN1 напряжения переменного тока, в данном случае сигнала прямоугольной формы заранее определенной частоты, генерируемого микропроцессором 4. Схема 5 контроля содержит второй транзистор Q2, коллектор которого подсоединен к эмиттеру транзистора Q1, и два дополнительных транзистора Q3 и Q4.

Коллектор транзистора Q4 подсоединен, через нагрузочный резистор R5, к клемме напряжения Vcc питания, его эмиттер подсоединен к заземлению, а его база подсоединена, через базовый резистор R7, к входной клемме IN(EN1), на которую подается сигнал EN1 напряжения переменного тока. Первая и вторая ветви, параллельные друг другу, каждая из которых образована полупроводниковым стабилитроном и резистором, включенными последовательно друг другу, обозначенными, соответственно, D3 и R3 в первой ветви и D4 и R4 во второй ветви, включены между клеммой Vcc питания и базой транзистора Q4. Полупроводниковые стабилитроны D3, D4 образуют первое и второе средства для амплитудного ограничения сигналов высокой амплитуды.

Второе средство для амплитудного ограничения сигналов низкой амплитуды, содержащее пятый полупроводниковый стабилитрон D5, также включено между входной клеммой IN(EN1) и базовым резистором R7. Дополнительная ветвь, содержащая резистор R6, другая клемма которого соединена с заземлением, ведет от полупроводникового стабилитрона D5 и базового резистора R7.

Между базой транзистора Q4 и заземлением также включено средство для блокировки сигналов частоты выше заранее определенной величины, содержащее конденсатор C5. Коллектор транзистора Q4 подключен к первому и второму средствам для блокировки входных сигналов с частотой ниже заранее определенного значения, содержащим два конденсатора C2, C3, включенных последовательно друг другу, в нисходящем направлении от которых отходят две ветви, причем первая ветвь содержит смещенный в обратном направлении третий диод D6 с заземленным анодом, а вторая ветвь, включающая в себя четвертый диод D7, содержит средство для амплитудного ограничения отрицательных составляющих входного сигнала. С помощью третьего диода D6 отрицательная составляющая сигнала напряжения переменного тока, появляющаяся от двух конденсаторов C2, C3, разряжается на землю, в результате чего через четвертый диод D7 проходит только положительная составляющая сигнала. Катод диода D7 соединен с узлом A, от которого отходят три ветви, первые две из которых соединены с транзисторами Q2 и Q3, а именно с базой транзистора Q2 через диод D8, включенный последовательно с резистором R10, и с базой транзистора Q3 через резистор R8, а третья содержит средство для активирования второго и третьего транзисторов Q2 и Q3, в частности, электролитический конденсатор C4, соединенный с заземлением. Четвертый диод D7 предотвращает разрядку электролитического конденсатора C4 в направлении этих двух конденсаторов C2, C3. Правильная нагрузка электролитического конденсатора C4 определяет проводимость транзисторов Q2 и Q3.

Коллектор транзистора Q2 соединен с эмиттером транзистора Q1 схемы 2 управления, а его эмиттер соединен с коллектором транзистора Q3, эмиттер которого заземлен. База и эмиттер транзистора Q2 также соединены друг с другом через резистор R11. База транзистора Q3 соединена с заземлением через резистор R9.

Когда сигнал управления для открывания вентиля достигает микропроцессора 4, последний подает сигналы EN1 и EN2 на схему 5 контроля и схему 2 управления, соответственно. Сигнал EN1 имеет, при стандартных режимах работы, величины амплитуды и частоты, находящиеся, соответственно, в пределах заранее определенного диапазона значений напряжения и заранее определенного диапазона значений частоты. Точно так же, сигнал EN2 имеет величину амплитуды больше заранее определенного значения. При этих условиях транзисторы Q1 и Q4 являются проводящими. Когда сигнал напряжения переменного тока проходит через транзистор Q4, транзисторы Q2 и Q3 также становятся проводящими и, таким образом, схема 2 управления отпирается. Если на входной клемме IN(EN2) присутствует сигнал напряжения, превышающий пороговое значение, определяемое полупроводниковым стабилитроном D2, транзистор Q1 проводит и ток возбуждает реле 3. Вентиль открывается и удерживается открытым с помощью реле 3, пока на схемы 5 и 2 подаются сигналы EN1 и EN2.

Согласно главному отличительному признаку изобретения в случае неправильного срабатывания микропроцессора 4 или при подаче напряжения питания Vcc и/или Vr вентиль удерживается закрытым, поскольку отсутствуют сигналы EN1 и EN2 управления, или потому, что отсутствует ток возбуждения реле 3. Таким образом, устройство 1 работает как “сторожевое устройство” микропроцессора 4 и напряжения питания Vcc и Vr.

Если сигнал EN1 напряжения переменного тока и/или сигнал EN2 напряжения постоянного тока имеет амплитуду, соответственно, меньшую, чем нижнее значение заранее определенного диапазона значений напряжения и/или заранее определенного порогового значения, порог открывания стабилитрона D5 и/или D2 не достигнут, и поэтому он не подается на базу транзистора Q4 и/или Q1. Следовательно, в схеме 2 ток не циркулирует, и вентиль остается закрытым.

Кроме того, подаваемые на схему 5 контроля сигналы напряжения, имеющие слишком высокую амплитуду, ограничиваются полупроводниковым стабилитроном D4 и/или D4.

Когда сигнал EN1 является напряжением постоянного тока, а не напряжением переменного тока, или имеет частоту, меньшую нижнего значения заранее определенного диапазона значений частоты, транзисторы Q2 и Q3 не могут проводить, поскольку прохождение такого сигнала между транзистором Q4 и базами транзисторов Q2 и Q3 блокировано конденсаторами C2 и C3.

Кроме того, когда частота сигнала EN1 меньше нижнего значения диапазона значений частоты, нагрузка электролитического конденсатора C4 не достаточна, чтобы заставить транзисторы Q2 и Q3 проводить, поскольку в этом случае ток также не может циркулировать в схеме 2 управления.

Аналогично этому прохождение сигнала EN1, имеющего частоту, большую, чем верхнее значение заранее определенного диапазона значений частоты, блокируется конденсатором C5.

Согласно дополнительному отличительному признаку изобретения схема 5 контроля содержит средство защиты, служащее для предотвращения циркуляции в схеме 2 управления тока и, следовательно, открывания вентиля, когда имеется неправильное срабатывание одного или двух элементов схемы 2 управления или схемы 5 контроля.

Три транзистора Q1, Q4, Q3 или Q1, Q4, Q2, один конденсатор из пары С2, C3 и один полупроводниковый стабилитрон из пары D3, D4 параллельных друг другу, фактически достаточны, чтобы исполнять функцию “сторожевого устройства” для микропроцессора 4 и напряжения Vcc питания, как описано выше. Добавление к схеме 5 контроля четвертого транзистора Q2 (или Q3), диода D8, второго конденсатора C2 или C3 и второго полупроводникового стабилитрона D3 или D4 делает схему 5 контроля надежной при втором неправильном срабатывании, поскольку, если происходит неправильное срабатывание на любых двух элементах схемы 5 контроля или схемы 2 управления, устройство 1 остается надежным, то есть схема 2 управления не пропускает ток, проходящий через нее, и вентиль остается закрытым. Термин “неправильное срабатывание” означает либо короткое замыкание рассматриваемого элемента, либо то, что этот элемент ведет себя как разомкнутая цепь. Для определенных элементов типа транзисторов термин “неправильное срабатывание” может также означать комбинацию короткого замыкания и разомкнутой цепи.

Поэтому устройство по изобретению решает указанную проблему и обеспечивает множество преимуществ по сравнению с известными решениями.

Первое преимущество заключается в том, что одно устройство исполняет функции управления работой микропроцессора и правильной подачей напряжения питания независимо и автономно от дополнительных внешних схем, связанных с ним; более того, оно надежно для второго неправильного срабатывания, то есть, даже когда два из его элементов срабатывают неправильно независимо, оно остается надежным и не заставляет вентиль открываться.

Кроме того, поскольку устройство не зависит от работы внешних схем, оно является модульным и поэтому может найти множество применений.

Устройство по изобретению также позволяет использовать микропроцессор, который может быть более простым и экономичным, поскольку микропроцессор не отвечает за управление какими-либо неправильными срабатываниями устройства и поэтому не требует сложного программного обеспечения.

Устройство также является очень простым в изготовлении, что обеспечивает возможность производить недорогостоящее изделие.

Формула изобретения

1. Устройство (1) управления и защиты для вентиля, содержащее схему (2) управления средства (3) силового привода для открывания и закрывания вентиля, блок (4) управления и средство для контроля схемы (2) управления и блока (4) управления, отличающееся тем, что схема (2) управления выполнена с возможностью реагирования на сигнал (EN2) напряжения постоянного тока, вырабатываемый блоком (4) управления, амплитуда которого больше заранее определенного значения, для открывания вентиля и поддержания его в открытом состоянии, средство контроля включает в себя схему (5) контроля, содержащую средство разрешения/запрещения, выполненное с возможностью реагирования на сигнал (EN1) напряжения переменного тока, вырабатываемый блоком (4) управления, для санкционирования работы схемы (2) управления, когда сигнал (EN1) напряжения переменного тока имеет амплитуду, находящуюся между первым нижним значением и первым верхним значением заранее определенного диапазона значений напряжений, и частоту, находящуюся между вторым нижним значением и вторым верхним значением заранее определенного диапазона значений частоты, и запрещение работы схемы (2), когда сигнал (EN1) напряжения переменного тока имеет амплитуду меньше первого нижнего значения или амплитуду больше первого верхнего значения заранее определенного диапазона значений амплитуды и/или частоту ниже второго нижнего значения или частоту выше второго верхнего значения этого заранее определенного диапазона значений частоты.

2. Устройство по п.1, в котором схема (5) контроля содержит средство защиты для предотвращения циркуляции тока в схеме (2) управления при неправильном срабатывании в одном или двух элементах схемы (2) управления или схемы (5) контроля.

3. Устройство по п.1 или 2, в котором схема (2) управления содержит первое средство для амплитудного ограничения сигналов низкой амплитуды (D2), выполненное с возможностью запрещения или разрешения работы схемы (2) управления, когда сигнал (EN2) напряжения постоянного тока имеет амплитуду соответственно ниже или выше заранее определенного значения.

4. Устройство по одному из пп.1-3, в котором средство разрешения/запрещения содержит второе средство для амплитудного ограничения сигналов низкой амплитуды (D5), выполненное с возможностью запрещения или разрешения работы схемы (2) управления, когда сигнал напряжения (EN1) переменного тока имеет амплитуду соответственно ниже или выше первого нижнего значения диапазона значений напряжения.

5. Устройство по одному из пп.1-4, в котором средство разрешения/запрещения содержит первое средство для амплитудного ограничения сигналов высокой амплитуды (D3), выполненное с возможностью запрещения или разрешения работы схемы (2) управления, когда сигнал (EN1) напряжения переменного тока имеет амплитуду соответственно выше или ниже первого верхнего значения диапазона значений напряжения.

6. Устройство по одному из пп.1-5, в котором схема (2) управления содержит первый транзистор (Q1), смещаемый по проводимости сигналом (EN2) напряжения постоянного тока, причем эмиттер первого транзистора (Q1) подсоединен к схеме (5) контроля и средству (3) силового привода, включенного между клеммой первого источника (Vr) напряжения питания и коллектором первого транзистора (Q1).

7. Устройство по п.6, в котором первое средство для амплитудного ограничения сигналов низкой амплитуды (D2) включено между базой первого транзистора (Q1) и входной клеммой (IN(EN2)) сигнала (EN2) напряжения постоянного тока.

8. Устройство по одному из пп.1-7, в котором схема (2) управления содержит помехоподавляющее средство (С1) для фильтрации любых внешних электромагнитных помех.

9. Устройство по одному из пп.6-8, в котором схема (2) управления содержит смещенный в обратном направлении диод (D1), соединенный параллельно со средством (3) силового привода, выполненный с возможностью предотвращения прохождения токов, образуемых электродвижущими силами, действующими в средстве (3) силового привода, через первый транзистор (Q1).

10. Устройство по одному из предыдущих пунктов, в котором средство (3) силового привода содержит реле.

11. Устройство по одному из пп.6-10, в котором средство разрешения/запрещения содержит второй транзистор (Q2), коллектор которого подсоединен к эмиттеру первого транзистора (Q1) и на базу которого подается напряжение, являющееся функцией сигнала (EN1) напряжения переменного тока.

12. Устройство по п.11, в котором средство разрешения/запрещения содержит четвертый транзистор (Q4), коллектор которого подсоединен к базе второго транзистора (Q2) и к клемме второго напряжения (Vcc) питания и база которого подсоединена к входной клемме (IN(EN1) сигнала (EN1) напряжения переменного тока.

13. Устройство по п.12, в котором эмиттер четвертого транзистора (Q4) подсоединен к заземлению.

14. Устройство по п.12 или 13, в котором первое средство (D3) для амплитудного ограничения сигналов высокой амплитуды включено между клеммой второго напряжения (Vcc) питания и базой четвертого транзистора (Q4).

15. Устройство по одному из пп.12-14, в котором второе средство для амплитудного ограничения сигналов низкой амплитуды (D5) включено между входной клеммой (IN(EN1)) сигнала напряжения переменного тока и первым средством для амплитудного ограничения сигналов высокой амплитуды (D3).

16. Устройство по одному из пп.12-15, в котором средство разрешения/запрещения содержит первое средство (С2) для блокировки сигналов напряжения, имеющих частоту ниже второго нижнего значения диапазона значений частоты, включенное между коллектором четвертого транзистора (Q4) и базой второго транзистора (Q2).

17. Устройство по одному из пп.12-16, в котором средство разрешения/запрещения содержит средство (С5) для блокировки сигналов напряжения, имеющих частоту выше второго верхнего значения диапазона значений частоты, включенное между базой четвертого транзистора (Q4) и заземлением.

18. Устройство по п.16 или 17, в котором средство защиты содержит третий транзистор (Q3), база которого подсоединена к базе второго транзистора (Q2) в нисходящем направлении от первого средства (С2) блокировки, а коллектор которого подсоединен к эмиттеру второго транзистора (Q2).

19. Устройство по одному из пп.16-18, в котором средство защиты содержит второе средство (С3) для блокировки сигналов напряжения, имеющих частоту ниже второго нижнего значения диапазона значений частоты, включенное последовательно с первым средством (С2) блокировки.

20. Устройство по п.18 или 19, в котором эмиттер третьего транзистора (Q3) подсоединен к заземлению.

21. Устройство по одному из пп.18-20, в котором средство разрешения/запрещения содержит средство (С4) активирования для второго (Q2) и третьего (Q3) транзисторов для перевода указанных второго (Q2) и третьего (Q3) транзисторов в активную зону, если частота сигнала (EN1) напряжения переменного тока выше второго нижнего значения заранее определенного диапазона значений частоты, причем средство (С4) активирования соединено клеммой с узлом, к которому также подсоединены клемма первого средства (С2) для блокировки сигналов напряжения, имеющих частоту ниже второго нижнего значения диапазона значений частоты, и базы второго (Q2) и третьего (Q3) транзисторов, причем другая клемма средства (С4) активирования подсоединена к заземлению.

22. Устройство по п.21, в котором средство защиты содержит диод (D8), включенный между базой второго транзистора (Q2) и узлом, выполненный с возможностью предотвращения прохождения тока от базы второго транзистора (Q2) к заземлению в случае короткого замыкания второго транзистора (Q2).

РИСУНКИ