Результат интеллектуальной деятельности: ПРИБОР ДЛЯ ПОДРЫВА ПИРОСРЕДСТВ

Изобретение относится к системам инициирования пиросредств в области взрывных работ.

Известен прибор для подрыва пиросредств (см. патент РФ №2434199, «Прибор для подрыва пиросредств», Л.Б. Егоров, К.С. Кирсанов, И.В. Цетлин, опубл. 20.11.2011, Бюл №32), содержащий источник энергии, электровзрывные сети и ключи, одни из которых подключены к плюсовой клемме источника энергии, а другие подключены к минусовой клемме источника энергии, микроконтроллер, выходы которого подключены к управляющим входам ключей соответственно. К выходу каждого ключа дополнительно подключена схема контроля, выход каждой из которых соединен с соответствующим входом микроконтроллера. Дополнительно введены диоды, при этом схемы контроля и ключи разделены на две группы. В одной группе выходы ключей соединены с анодами диодов, катоды которых через соответствующие электровзрывные сети соединены с выходами ключей другой группы соответственно. Стробирующие входы первой и второй групп схем контроля соединены с соответствующими стробирующими выходами микроконтроллера.

Недостатком данного устройства является возможность выхода из строя источника энергии при некоторых отказах прибора, приводящих к появлению коротких замыканий. Короткие замыкания, например, могут возникать в электровзрывных сетях, что может привести к тепловому пробою ключей и последующему выходу из строя источника энергии. Кроме того, неправильное функционирование микроконтроллера может привести к нарушению порядка подрыва электровзрывных сетей, что может привести к возникновению аварийной ситуации.

Известен сетевой прибор взрывания (см. патент РФ №2202766, «Сетевой прибор взрывания», К.Х. Пагиев, Ю.С. Петров, А.А. Маслов, F42D 1/055, опубл. 20.04.2003), содержащий микроконтроллер, выполняющий функции центрального блока управления, устройства замедления в виде тиристорных ключей К1…Kn, каждое из которых подсоединено к соответствующей электровзрывной сети, запоминающее устройство, внешний источник энергии, преобразователь напряжения, устройство контроля и защиты прибора, датчик тока, датчик напряжения, два аналого-цифровых преобразователя и устройство ввода и отображения информации. Тиристорные ключи К1…Kn подсоединены к преобразователю напряжения и к электровзрывной сети, а к управляющим входам тиристорных ключей К1…Kn подключен микроконтроллер. Между преобразователем напряжения и тиристорными ключами К1…Kn подключены последовательно датчик тока и параллельно датчик напряжения. Выходы датчиков тока и напряжения подключены к входам аналого-цифровых преобразователей, выходы которых подсоединены к входам микроконтроллера, к другим входам которого подключены устройство ввода и отображения информации, блок оперативно-запоминающего устройства и устройство контроля и защиты прибора, к входам которого подключены аналого-цифровой преобразователь, преобразователь напряжения и тиристорные ключи К1…Kn.

Недостатком данного устройства является недостаточная безопасность его эксплуатации. Микроконтроллер и устройство контроля и защиты прибора обеспечивают контроль исполнительных цепей. Однако отказ самих этих устройств, например короткое замыкание в цепях питания, сбой программы, могут привести к аварийной ситуации.

Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.

Достигаемым техническим результатом является повышение безопасности эксплуатации прибора для подрыва пиросредств.

Для достижения технического результата в прибор для подрыва пиросредств, содержащий микроконтроллер, выполняющий функции центрального блока управления, внешний источник энергии, выходы которого подключены к входам преобразователя напряжения, электронные ключи K₁…K_n, к управляющим входам которых подключен микроконтроллер, и электровзрывные сети, новым является то, что дополнительно введены встроенная система контроля функционирования, управляемый генератор импульсов, первый и второй диоды, резистор, стабилизатор напряжения, вход запуска и электромагнитные реле Р₁…P_n, обмотки которых через усилители мощности УМ₁…УМ_n подключены к микроконтроллеру, выходы электронных ключей K₁…K_n через нормально разомкнутые контакты электромагнитных реле подключены к выводам электровзрывных сетей, другие выводы которых соединены с плюсовым выходом источника энергии, минусовой выход которого подключен к минусовой шине питания прибора, выход встроенной системы контроля функционирования соединен с управляющим входом управляемого генератора импульсов, противофазные выходы которого соединены с тактовыми входами преобразователя напряжения, минусовой выход которого подключен к одному из выходов источника энергии, а плюсовой выход через первый диод к входу стабилизатора напряжения, выход которого подключен к плюсовой шине питания прибора, вход запуска через второй диод и резистор подключен к входу стабилизатора напряжения.

Указанная совокупность существенных признаков позволяет повысить безопасность эксплуатации прибора за счет остановки управляемого генератора импульсов сигналом ошибки с выхода встроенной системы контроля функционирования или в результате его обесточивания при срабатывании защиты стабилизатора напряжения в результате аварийного повышения тока, потребляемого прибором, что приводит к остановке преобразователя напряжения и обесточиванию всего прибора. При этом обесточиваются обмотки всех электромагнитных реле, нормально разомкнутые контакты которых отключают электровзрывные сети от прибора, что исключает их несанкционированный подрыв в аварийных ситуациях.

На фиг. 1 приведена схема прибора для подрыва пиросредств.

Прибор для подрыва пиросредств содержит микроконтроллер 1, выполняющий функции центрального блока управления, внешний источник энергии 2, выходы которого подключены к входам преобразователя напряжения 3, электронные ключи 4-1…4-N, к управляющим входам которых подключен микроконтроллер 1, электровзрывные сети 5-1…5-N, встроенная система контроля функционирования 6, управляемый генератор импульсов 7, первый 8 и второй 9 диоды, резистор 10, стабилизатор напряжения 11, вход запуска 12 и электромагнитные реле 13-1…13-N, обмотки которых через усилители мощности 14-1…14-N подключены к микроконтроллеру 1, выходы электронных ключей 4-1…4-N через нормально разомкнутые контакты электромагнитных реле 13-1…13-N подключены к выводам электровзрывных сетей 5-1…5-N, другие выводы которых соединены с плюсовым выходом источника энергии 2, минусовой выход которого подключен к минусовой шине питания прибора, выход встроенной системы контроля функционирования 6 соединен с управляющим входом управляемого генератора импульсов 7, противофазные выходы которого соединены с тактовыми входами преобразователя напряжения 3, минусовой выход которого подключен к одному из выходов источника энергии, а плюсовой выход через первый диод 8 к входу стабилизатора напряжения 11, выход которого подключен к плюсовой шине питания прибора, вход запуска 12 через второй диод 9 и резистор 10 подключен к входу стабилизатора напряжения 11.

Прибор для подрыва пиросредств (фиг. 1) работает следующим образом.

Включение питания осуществляется кратковременной подачей напряжения на вход запуска 12, поступающее через диод 9 и резистор 10 на вход стабилизатора напряжения 11, на выходе которого появляется напряжение питания прибора. При этом встроенная система контроля функционирования 6 проводит контроль ПЗУ И ОЗУ микроконтроллера 1 с подсчетом контрольной суммы, а также проверку других узлов микроконтроллера 1. На выходе встроенной системы контроля функционирования 6 удерживается сигнал, запрещающий работу управляемого генератора импульсов 7, напряжение на выходе преобразователя 3 отсутствует и диод 8 закрыт. При отрицательном результате контроля встроенная система контроля функционирования 6 сохраняет запрещающий сигнал на входе управляемого генератора импульсов 7. На его выходах импульсы не формируются, и преобразователь напряжения 3 не запускается. На выходе преобразователя 3 напряжение отсутствует и после снятия напряжения с входа запуска 12 прибор обесточивается.

При положительном результате контроля встроенная система контроля функционирования 6 снимает запрещающий сигнал с входа управляемого генератора импульсов 7. На его выходах формируются противофазные импульсы, тактирующие преобразователь напряжения 3. На выходе преобразователя напряжения 3 появляется напряжение, поступающее через диод 8 на вход стабилизатора напряжения 11. После этого подача напряжения на вход запуска 12 может быть прекращена. Прибор останется запитанным от преобразователя напряжения 3.

После подачи команды начала отсчета начинают формироваться команды на подрыв электровзрывных сетей 5-1…5-N в моменты времени, определяемые программой микроконтроллера. С упреждением на интервал времени, превышающий время срабатывания электромагнитного реле и дребезга его контактов, микроконтроллер 1 формирует сигнал на срабатывание электромагнитного реле 13-i (где i=1, 2, …, n). По истечении упреждающего интервала в заданный момент времени формируется сигнал на подрыв электровзрывной сети 5-i (где i=1, 2, …n), проходящий на соответствующий электронный ключ 4-i. Одновременно встроенная система контроля функционирования 6 осуществляет контроль работы микроконтроллера 1 и в случае его неправильного функционирования формирует сигнал ошибки, отключающий управляемый генератор импульсов 7. При этом пропадают импульсы, тактирующие преобразователь напряжения 3, и на его выходе пропадает напряжение питания прибора. Прибор обесточивается.

Стабилизатор напряжения 11 содержит схему защиты от превышения тока нагрузки выше допустимого значения. Отказ элементов или возникновение короткого замыкания в схеме прибора, приводящие к превышению током, потребляемым прибором, допустимого значения, приводят к срабатыванию защиты стабилизатора напряжения 11. При этом прибор обесточивается, на выходах управляемого генератора импульсов 7 перестают формироваться импульсы, преобразователь напряжения 3 останавливается, потребление тока от источника энергии прекращается. Таким образом осуществляется дополнительная защита прибора от неправильного функционирования при отказах, не входящих в сферу внимания встроенной системы контроля функционирования 6. Безопасность прибора повышается также тем, что при отсутствии напряжения питания обмотки электромагнитных реле 13-1…13-N обесточены, и контакты указанных реле находятся в разомкнутом состоянии, что исключает выдачу ложных команд на подрыв электровзрывных сетей 5-1…5-N.

Проведено макетирование прибора для подрыва пиросредств с использованием микросхемы БМК 5517БЦ2У в качестве микроконтроллера. Остальная часть устройства реализована на базе реле РЭК81, полевых транзисторов 2П7231А9, биполярных транзисторов КТ3117А и КТ816А и диодов КД212. Преобразователь напряжения построен по двухтактной схеме с импульсным трансформатором. Встроенная система контроля функционирования реализована с использованием программных и аппаратных средств микроконтроллера. В частности, контроль функционирования осуществляется путем сравнения временных уставок, измеренных программой, с показаниями таймера. При совпадении формируется соответствующая команда, при несовпадении - сигнал ошибки. Испытания макета подтвердили работоспособность заявляемого устройства и его практическую ценность.