PL B1. Centralna Stacja Ratownictwa Górniczego S.A., Bytom,PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (13) B1 (51) Int.Cl. G01R 31/36 ( ) E21L 4/00 ( ) (54) Układ kontroli i sterowania pracą górniczej lampy nahełmnej (73) Uprawniony z patentu: Centralna Stacja Ratownictwa Górniczego S.A., Bytom,PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 02/06 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 12/09 (72) Twórca(y) wynalazku: Andrzej Kuszewski,Bytom,PL Maciej Zatorski,Bytom,PL Piotr Kozubowski,Chorzów,PL Eugeniusz Torchalski,Tarnowskie Góry,PL Henryk Sobczyk,Brynek,PL Krystian Wanat,Bytom,PL Leszek Myrcik,Tarnowskie Góry,PL Mirosław Bagiński,Bytom,PL Witold Sałandyk,Bytom,PL Wacław Wiśniewski,Piekary Śląskie,PL (74) Pełnomocnik: Małachowski Marian, Rzecznik Patentowy, Kancelaria Patentowa PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest układ kontroli i sterowania pracą górniczej lampy nahełmnej, który przeznaczony jest do stosowania jako indywidualne źródło osobistego oświetlenia dla pracowników zatrudnionych w podziemiach kopalń. Obecnie stosowane są powszechnie górnicze lampy nahełmne, gdzie jako źródło światła wykorzystywane są żarówki z włóknem wolframowym, natomiast do zasilania tych lamp używa się akumulatorów zasadowych, w których elektrolit stanowi niebezpieczny żrący roztwór wodorotlenku potasu. Lampy te są stosunkowo ciężkie i niebezpieczne, W użytkowaniu wymagają częstych zabiegów konserwacyjnych włącznie z uzupełnianiem elektrolitu. W trakcie ich użytkowania, w trudnych warunkach górniczych, występują przypadki wycieków elektrolitu powodujące oparzenia pracowników. W lampach tych źródło światła stanowią żarówki z dwoma włóknami wolframowymi, które są włączane dwustanowym wyłącznikiem mechanicznym. Lampy te wyposażone są w górniczy osobisty nadajnik lokacyjny oraz w układ UWZ wyłączający zasilanie w przypadku spadku napięcia na akumulatorze w celu zagwarantowania długotrwałej pracy nadajnika lokalizacyjnego. Znana jest górnicza lampa nahełmna przeznaczona do indywidualnego oświetlenia miejsca pracy, wykorzystująca jako źródło światła układ diod świecących, a do zasilana małogabarytowego bezobsługowego akumulatora. Lampa wyposażona jest w górniczy osobisty nadajnik lokacyjny oraz w układ gwarantujący samoczynne odłączenie źródła światła w przypadku obniżenia napięcia zasilającego w celu zagwarantowania długotrwałej pracy nadajnika lokacyjnego. Głowica zbudowana jest z 31 białych diod typu LED. Lampa wyposażona jest w układ elektroniczny umożliwiający zmianę intensywności świecenia. Przy pierwszym naciśnięciu przycisku sterującego układem, świeci tylko 12 zewnętrznych diod, przy drugim przyciśnięciu świeci 19 diod, a przy trzecim przyciśnięciu 31 diod, z kolei czwarte przyciśnięcie powoduje wyłączenie lampy. Lampa może być stosowana w pomieszczeniach kategorii a, b i c niebezpieczeństwa wybuchu metanu, a minimalny czas działania 31 diod wynosi 11 godzin. Ładowanie lampy może być realizowane za pomocą indywidualnej ładowarki lub ładowarki wielostanowiskowej. Znany jest z polskiego zgłoszenia patentowego nr P układ mikroprocesorowej ładowarki akumulatorów przeznaczonej do ładowania akumulatorów górniczych lamp nahełmnych. Przedmiotem tego zgłoszenia jest układ mikroprocesorowej ładowarki, będącej częścią systemu kompleksowego sterowania i kontroli pracy zakładu górniczego umożliwiającego ładowanie i sterowanie regeneracją wszystkich akumulatorów lamp górniczych. Układ ma mikroprocesor sterujący obwodem silnoprądowym ładowarki, który jest włączony pomiędzy ujemny biegun napięcia zasilającego, a poprzez kluczujący tranzystor, w którego obwodzie kolektorowym włączony rezystor jest połączony z ujemnym biegunem akumulatora lampy górniczej. Rezystor jest jednocześnie włączony w obwód izolowanej bramki polowego tranzystora, który to tranzystor wraz z rezystorem usytuowanym w obwodzie jego drenu jest wpięty pomiędzy ujemny i dodatni zaciski akumulatora lampy górniczej. Równolegle z torem rezystor polowy-tranzystor jest włączony obwód bocznikujący złożony z diody Schottky'ego i indukcyjnego tłumika. Wejścia zegarowe mikroprocesora są taktowane z kwarcowego rezonatora włączonego pomiędzy dwa ceramiczne kondensatory W obwodzie wykonawczym układu są usytuowane elektroluminescencyjne diody, z których jedna jest w kolorze zielonym, a druga w kolorze czerwonym. Układ mikroprocesorowej ładowarki akumulatorów górniczych lamp nahełmnych umożliwia ładowanie akumulatorów według jednego z dwóch dających się ustawić rodzajów pracy. Pierwszym z nich jest ładowanie klasyczne, to jest ładowanie natychmiastowe po podłączeniu lampy górniczej. Drugim rodzajem jest ładowanie regeneracyjne, w którym po podłączeniu lampy do układu ładowarki najpierw odbywa się proces rozładowania pozostałej pojemności akumulatorów, a dopiero w następnym cyklu odbywa się ich ładowanie. Proces ładowania akumulatorów lamp górniczych z wykorzystaniem układu mikroprocesorowej ładowarki akumulatorów przebiega w czterech podstawowych fazach. W pierwszej z nich ładowanie odbywa się prądem o wartości podwyższonej mającym wartość 1,2 A do czasu, gdy napięcie akumulatora osiągnie pierwszy kontrolowany poziom. Następnie ładowanie prowadzi się prądem proporcjonalnym o wartości 1,0 A do czasu, gdy napięcie akumulatora osiągnie drugi kontrolowany poziom, po czym prowadzi się ładowanie prądem proporcjonalnym, przerywanym o wartości 1,0 A, przy czym czas doprowadzania prądu ładowania do czasu stanu wyłączonego jest określony stosunkiem do czasu, który upłynął od początku tej fazy ładowania. Trzecią fazę ładowania uznaje się za zakończoną, gdy czas od jej początku jest dłuższy niż 6 godzin. W ostatniej, czwartej fazie ładowania, ładowanie prowadzi się prądem proporcjonalnym, przerywanym o wartości

3 PL B1 3 1,0 A, przy czym stosunek czasu doprowadzania prądu ładowania do czasu stanu wyłączonego jest określony stałym współczynnikiem 1/6. W celach regeneracyjnych prowadzi się również proces rozładowania akumulatorów przez ładowarkę, w którym to procesie akumulator jest rozładowywany przez ładowarkę średnim prądem o wartości 1,25 A do czasu, aż napięcie akumulatora spadnie do najniższego kontrolowanego poziomu, po czym automatycznie rozpoczyna się proces ładowania. Celem wynalazku jest opracowanie górniczej lampy nahełmnej wyposażonej w automatyczny układ kontroli oraz sterowania pracą lampy, o obniżonej masie i gabarytach zewnętrznych, co powinno umożliwić uzyskanie dodatkowego efektu z zakresu poprawy bezpieczeństwa użytkowania, zwiększenia żywotności i niezawodności pracy lampy, a także zminimalizować koszty jej obsługi i eksploatacji. Układ kontroli i sterowania pracą górniczej lampy nahełmnej według wynalazku ma w kontrolująco-sterującym module elektronicznym diodę główną zasilaną z bieguna dodatniego poprzez wyłącznik mechaniczny i stabilizator prądu, który połączony jest z mikroprocesorem. Z kolei mikroprocesor połączony jest z biegunem dodatnim bezpośrednio do wejścia analogowo-częstotliwościowego przetwornika, także poprzez ogranicznik napięcia oraz z wyłącznikiem elektronicznym i z czujnikiem prądu ładowania następnie do bieguna dodatniego poprzez wyłącznik mechaniczny połączony jest wyłącznik elektroniczny, który z kolei połączony jest poprzez ogranicznik prądu z diodą pomocniczą. Natomiast zewnętrzny ujemny styk ładowania oraz katody diody głównej i diody pomocniczej połączone są z biegunem ujemnym, z kolei z biegunem dodatnim połączony jest zewnętrzny dodatni styk ładowania poprzez czujnik prądu ładowania. Zastosowanie układu kontroli i sterowania pracą górniczej lampy nahełmnej według wynalazku pozwala na znaczne zmniejszenie gabarytów i ciężaru lampy, zwiększenie niezawodności pracy i wydłużenie jej żywotności, przy jednoczesnym zapewnieniu właściwych parametrów świetlnych. Ponadto w zasadniczy sposób wynalazek wpływa na zmniejszenie kosztów związanych z jej bieżącą obsługą i eksploatacją. Układ kontroli i automatycznego sterowania nadzorujący poszczególne parametry lampy oraz sposób automatycznego włączania diody pomocniczej stanowiącej awaryjne oświetlenie, a także sposób sygnalizacji uprzedzający użytkownika o stanach awaryjnych, pozwala na uzyskanie efektu w zakresie niezawodności pracy i bezpieczeństwa jej pracy lampy w trudnych warunkach eksploatacyjnych. Ponadto układ elektryczny i elektroniczny górniczej lampy nahełmnej jest tak zaprojektowany, że ładowanie jest realizowane w ładownicach powszechnie stosowanych w większości polskich kopalń. Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest na schemacie blokowym układu elektrycznego i elektronicznego. Górnicza lampa nahełmna składa się ze znanej głowicy 1 z kontrolująco-sterującym modułem elektronicznym 4, w którym umieszczone są dwa niezależne źródła światła w postaci diody głównej 2 i diody pomocniczej 3 oraz z pojemnika 5 z umieszczonym w nim akumulatorem 6 i nadajnikiem lokacyjnym 7. Nadajnik lokacyjny 7 i pojemnik 5 połączone są ze sobą elastycznym przewodem 8. Układ elektryczny lampy przedstawiony na schemacie blokowym składa się z szeregowo połączonych akumulatorów 6 typu NiMH oraz z bezpiecznika nad prądowego 9, z kolei do nich równolegle podłączony jest nadajnik lokacyjny 7 typu GLON lub LOK i szeregowo bezpiecznik 10. Elementy układu elektrycznego umieszczone są w pojemniku 5 i połączone przewodem 8 z kontrolująco-sterującym modułem elektronicznym 4 usytuowanym we wnętrzu głowicy 1. Kontrolująco-sterujący moduł elektroniczny 4 steruje i kontroluje pracą diody głównej 2 oraz diody pomocniczej 3. Główne źródło światła górniczej lampy nahełmnej stanowi dioda główna 2, która zasilana jest z bieguna dodatniego B+ poprzez wyłącznik mechaniczny 11 i stabilizator prądu 12, który połączony jest z mikroprocesorem 13. Z kolei mikroprocesor 13 połączony jest: z biegunem dodatnim B+ poprzez ogranicznik napięcia 14, z wyłącznikiem elektronicznym 15 oraz z czujnikiem prądu ładowania 16. Z biegunem dodatnim B+ połączone jest bezpośrednio wejście analogowo-częstotliwościowe przetwornika A/C mikroprocesora 13 kontrolujące wartość napięcia akumulatorów 6. Do bieguna dodatniego B+ poprzez wyłącznik mechaniczny 11 podłączony jest wyłącznik elektroniczny 15, który z kolei połączony jest poprzez ogranicznik prądu 17 z diodą pomocniczą 3. Natomiast z biegunem ujemnym B- połączony jest zewnętrzny ujemny styk ładowania 18 oraz bieguny katod diody głównej 2 i diody pomocniczej 3. Natomiast z biegunem dodatnim B+ połączony jest poprzez czujnik prądu ładowania 16 zewnętrzny dodatni styk ładowania 19. Sterowanie i kontrola pracą nahełmnej lampy górniczej polega na tym, że poprzez zwarcie styków wyłącznika mechanicznego 11 przez stabilizator prądu 12 można włączyć tylko diodę główną 2. Natomiast dioda pomocnicza 3 zostaje włączona samoczynnie poprzez wyłącznik elektroniczny 15

4 4 PL B1 sterowany z mikroprocesora 13 w przypadku uszkodzenia diody głównej 2 lub uszkodzenia podzespołu kontrolująco-sterującego modułu elektronicznego 4. Ponadto czas świecenia elementów świetlnych górniczej lampy nahełmnej mierzony jest poprzez mikroprocesor 13 począwszy od ostatniego naładowania i po upływie przykładowo dziesięciu godzin zmniejsza prąd w obwodzie zasilania diody głównej 2 do 30%, co zostaje zasygnalizowane 30 sekundowym miganiem diody głównej 2. Z kolei po upływie około dwóch godzin wyłącza się zasilanie i dioda główna 2 przestaje świecić. Piętnaście minut przed całkowitym wyłączeniem lampy lampa zaczyna migać przez 60 sekund, a następnie bezpośrednio przed jej wyłączeniem ale z większą częstotliwością. Sygnalizacja ta realizowana jest przez migotanie diody głównej 2 lub przez przemiennie migotanie diody głównej 2 i diody pomocniczej 3. W wewnętrznej pamięci mikroprocesora 13 zapamiętywany jest czas świecenia lampy, jeżeli lampa zostanie na pewien czas wyłączona, to czas tego wyłączenia nie zostanie zaliczony do czasu efektywnego świecenia lampy. Przy czym, przed ostatecznym wyłączeniem lampy po dwunastu godzinach pracy nie ma możliwości włączenia elementów świetlnych nahełmnej lampy górniczej bez ponownego naładowania akumulatorów 6. Licznik czasu pracy lampy kasowany jest automatycznie po 30-tu minutach ładowania akumulatorów w ładowarce. W tym celu zainstalowany został w głowicy 1 czujnik prądu ładowania 16. Kontrola czasu pracy górniczej lampy nahełmnej i jej automatyczne wyłączenie po dwunastu godzinach pracy umożliwia dalsze skuteczne działanie nadajnika lokacyjnego 7 jeszcze przez kolejne sto siedemdziesiąt godzin. Przez cały czas pracy lampy kontrolowane jest dodatkowo napięcie akumulatorów 6 zasilających lampę. W przypadku spadku napięcia zasilania poniżej napięcia 4,4V nastąpi wyłączenie źródła światła, co także poprzedzone jest migotaniem. Układ kontroli i sterowania pracą górniczej lampy nahełmnej według wynalazku ma zastosowanie przede wszystkim w przenośnych źródłach osobistego oświetlenia dla pracowników zatrudnionych w podziemnych zakładach górniczych, a także w innych gałęziach przemysłu takich jak energetyka, budownictwo przemysłowe, gospodarka komunalna, żegluga morska. Może stanowić wyposażenie grup turystycznych oraz wszelkiego rodzaju służb ratowniczych. Zastrzeżenie patentowe Układ kontroli i sterowania pracą górniczej lampy nahełmnej składający się z układu sterującego załączaniem i wyłączaniem pomocniczego i głównego źródła światła, z układu samoczynnie wyłączającego źródła światła w przypadku obniżenia się napięcia zasilania oraz z mikroprocesorowego układu kontroli stanu naładowania, cyklami ładowania i rozładowania akumulatora lampy, znamienny tym, że w kontrolująco-sterującym module elektronicznym (4) dioda główna (2) zasilana jest z bieguna dodatniego (B+) poprzez wyłącznik mechaniczny (11) i stabilizator prądu (12), który połączony jest z mikroprocesorem (13), ten z kolei połączony jest z biegunem dodatnim (B+) bezpośrednio do wejścia analogowo-częstotliwościowego przetwornika (A/C), także poprzez ogranicznik napięcia (14) oraz z wyłącznikiem elektronicznym (15) i z czujnikiem prądu ładowania (16), następnie do bieguna dodatniego (B+) poprzez wyłącznik mechaniczny (11) połączony jest wyłącznik elektroniczny (15), który z kolei połączony jest poprzez ogranicznik prądu (17) z diodą pomocniczą (3), natomiast zewnętrzny ujemny styk ładowania (18) oraz katody diody głównej (2) i diody pomocniczej (3) połączone są z biegunem ujemnym (B-), z kolei z biegunem dodatnim (B+) połączony jest zewnętrzny dodatni styk ładowania (19) poprzez czujnik prądu ładowania (16).

5 PL B1 5 Rysunek

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,00 zł.