УДК 62

УСТРОЙСТВО ГРОМКОГОВОРЯЩЕЙ СВЯЗИ ДЛЯ ШАХТНОГО ПОДЪЁМНИКА

Комаров С.Г.
пенсионер
независимый исследователь, электромеханик

Аннотация
Представлены конструктивные признаки и главные особенности известного устройства громкоговорящей связи, показаны некоторые усовершенствования этого устройства как части аппаратуры связи и сигнализации для шахтных подъёмных установок. Приведён пример возможности использования в аппаратуре связи и сигнализации одиночного изолированного провода, помещённого в центральный органический сердечник стального подъёмного каната, и «земли», то есть самого стального каната, образующих двухпроводную линию передачи информации фазный провод – «земля» или коаксиальный кабель.

Ключевые слова: устройство громкоговорящей связи, шахтный подъёмник


SPEAKERPHONE FOR MINE HOIST

Komarov S.G.
retired
independent researcher, electrician

Abstract
This article is about speakerphone for mine hoist.

Библиографическая ссылка на статью:
Комаров С.Г. Устройство громкоговорящей связи для шахтного подъёмника // Современная техника и технологии. 2013. № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2013/01/1474 (дата обращения: 28.05.2017).

Известно «Устройство громкоговорящей связи для шахтного подъёмника» (1), содержащее приёмопередатчики машинного отделения и подъёмного сосуда, каждый из которых содержит приёмник, выход которого соединён с громкоговорителем, и передатчик, вход которого соединён с микрофоном, блоки электропитания приёмопередатчиков машинного отделения и подъёмного сосуда, который соединён с линией связи, и высокочастотный трансформатор, соединённый с приёмопередатчиком машинного отделения, при этом в устройство введён блок регулирования сигналов связи, а между линией связи и подъёмным сосудом введён согласующий блок, вход которого соединён с приёмопередатчиком подъёмного сосуда, блок электропитания приёмопередатчика подъёмного сосуда выполнен в виде узла возбуждения тока высокой частоты линии связи со стороны машинного отделения шахтной поверхности и узла преобразования тока высокой частоты в постоянное напряжение, вход которого соединён с входом согласующего блока, при этом выходы блока регулирования сигналов связи соединены соответственно с входами управления приёмника и передатчика машинного отделения и узла возбуждения тока высокой частоты линии связи.

Узел возбуждения тока высокой частоты линии связи содержит последовательно соединённые генератор высокой частоты, полосовой фильтр и высокочастотный трансформатор, при этом вход управления генератора высокой частоты является входом управления узла возбуждения тока высокой частоты линии связи.

Узел преобразования тока высокой частоты в постоянное напряжение содержит последовательно соединённые полосовой фильтр, трансформатор тока, двухполупериодный выпрямитель и сглаживающий фильтр, при этом второй вход трансформатора тока соединён с регулятором тока, управляющие входы которого соединены с управляющими выходами трансформатора тока, вход полосового фильтра и выход сглаживающего фильтра являются соответственно входом и выходом узла преобразования тока высокой частоты в постоянное напряжение.

Таким образом, главными особенностями устройства (1) являлись: а). Обеспечение электропитания приёмопередатчика подъёмного сосуда со стороны машинного отделения шахтной поверхности. б). Между линией связи и подъёмным сосудом применён согласующий блок, соединённый входом с приёмопередатчиком сосуда. в). Применён блок регулирования сигналов связи при больших значениях высоты подъёма – глубины шахтного ствола. г). В транзисторных приёмниках устройства применена простейшая схема автоматической регулировки усиления.

Для полного ознакомления с конструктивными признаками и работой данного  устройства рекомендуется иметь копию описания изобретения к Авторскому свидетельству СССР № 1370791.

Устройство предназначено для громкоговорящей связи сигнальщиков из подъёмного сосуда с машинистом машинного зала и его следует рассматривать как часть аппаратуры связи и сигнализации для шахтных подъёмных установок (2), прочие существенные признаки которой здесь не обозначены, но, негласно, они должны учитываться, поскольку без них устройство ограничено в практическом применении.

Основная область применения устройства – вертикальные шахтные стволы, оборудованные подъёмными установками с подъёмными сосудами типа клетей, скипов, а также противовесов.

Принцип действия устройства основан на использовании подъёмного каната в качестве линии связи. Линия связи является направляющей электромагнитной энергии вдоль волновода, образованного стальным подъёмным канатом, заземлённым на поверхности шахты через копровой шкив и корпус подъёмной машины, а в стволе шахты через  изолирующий элемент между канатом и подъёмным сосудом и электрическую ёмкость, образованную металлическим корпусом подъёмного сосуда и «землёй» за пределами шахтного ствола, при этом на изолирующий элемент подключен согласующий блок, соединённый входом с приёмопередатчиком подъёмного сосуда. Подъёмный сосуд может также иметь электрический контакт с заземлёнными металлическими направляющими для него, смонтированными в стволе шахты.

Одной из особенностей обновлённого устройства является применение в нём автоматического зарядного устройства для подзарядки аккумулятора приёмопередатчика, располагаемого в подъёмном сосуде.

Блок электропитания приёмопередатчика подъёмного сосуда содержит узел возбуждения тока высокой частоты линии связи, установленный под копровым шкивом, и который содержит последовательно соединённые генератор высокой частоты, полосовой фильтр и высокочастотный трансформатор связи с подъёмным канатом, при этом вход управления генератора высокой частоты является входом управления узла возбуждения тока высокой частоты линии связи. (Примечание: генератор высокой частоты содержит электрический усилитель мощности, вход управления которого образует вход управления узла возбуждения тока высокой частоты линии связи).

Блок электропитания приёмопередатчика подъёмного сосуда содержит также установленный в подъёмном сосуде узел преобразования тока высокой частоты в постоянное напряжение, вход которого соединён с входом согласующего блока. Узел преобразования тока высокой частоты в постоянное напряжение содержит полосовой фильтр, трансформатор тока, регулятор тока, двухполупериодный выпрямитель и сглаживающий фильтр, из которых выпрямитель подключен к одному из выходов трансформатора тока, другие выходы которого соединены с входами управления регулятора тока, например, электронного ключа переменного тока.

Особенностью обновлённого узла преобразования тока высокой частоты в постоянное напряжение является то, что в него дополнительно введены стабилитрон, полупроводниковый диод и аккумулятор, причём стабилитрон подключен параллельно  выходу сглаживающего фильтра, выход стабилитрона подключен через полупроводниковый диод на аккумулятор, нагруженный на электрическую схему приёмопередатчика подъёмного сосуда. Из-за чего блок электропитания приёмопередатчика подъёмного сосуда используется как автоматическое зарядное устройство для аккумулятора подъёмного сосуда, а полупроводниковый диод отключает ток заряда при достижении аккумулятором номинальной ёмкости.

При передаче кодовых сигналов из машинного отделения к подъёмному сосуду и наоборот – от подъёмного сосуда в машинное отделение в передатчиках обычно используется амплитудная модуляция – как воздействие низкочастотного тока на высокочастотный (из-за чего амплитуда высокочастотных колебаний становится то больше, то меньше), а в приёмниках осуществляется обратное преобразование модулированных колебаний в сообщение – демодуляция, которая осуществляется детектором. Однако амплитудная модуляция недостаточно помехоустойчива, в частности, когда речь идёт о громкоговорящей связи.

Поэтому приёмники машинного отделения и подъёмного сосуда в обновлённом устройстве выполнены с применением помехоустойчивой фазовой модуляции. – Это уже вид модуляции колебаний, при котором передаваемый сигнал управляет фазой несущего высокочастотного колебания. По характеристикам фазовая модуляция близка к частотной модуляции. Но при фазовой модуляции постоянная фаза переносчика сигнала заменяется на переменную, то есть меняющуюся в такт (линейно) с модулирующим сигналом, а в случае частотной модуляции постоянная частота переносчика сигнала заменяется на переменную, то есть меняющуюся в такт (линейно) с модулирующим сигналом.

По сравнению с амплитудно – модулированными сигналами для фазово – модулированных и частотно – модулированных сигналов требуется большая полоса частот. Но именно широкополосность сигналов обеспечивает этим видам модуляции большую помехоустойчивость. Демодуляция сигналов для данных видов модуляции осуществляется с применением фазовых или частотных детекторов, которые в наше время могут быть выполнены, например, в виде специализированных микросхем.

Эффективная частота генератора высокой частоты в узле возбуждения тока высокой частоты линии связи, установленного под копровым шкивом и предназначенного для обеспечения электропитания приёмопередатчика подъёмного сосуда, может быть выбрана в пределе 100 – 200 кГц.

Частота генератора высокой частоты в узле возбуждения тока высокой частоты линии связи, установленного в передатчике машинного отделения и предназначенного для разговорной связи, может быть выбрана порядка 1025 кГц, с девиацией частоты 25 кГц (при фазовой модуляции).

Частота генератора высокой частоты в узле возбуждения тока высокой частоты в линии связи, установленного в передатчике подъёмного сосуда и предназначенного для разговорной связи, может быть выбрана порядка 1225 кГц, с девиацией частоты 25 кГц (при фазовой модуляции).

Приёмники машинного отделения и подъёмного сосуда в обновлённом устройстве выполнены с применением автоматической регулировки усиления (АРУ) в транзисторных каскадах с задержкой и усилением регулирующего напряжения для поддержания относительно постоянного выходного напряжения приёмников при изменении несущего напряжения сигнала в широких пределах на входе. (Схема АРУ с задержкой и усилением регулирующего напряжения позволяет получить мало изменяющееся выходное напряжение при большом изменении входного напряжения). Что, в частности, позволяет отказаться от использования в устройстве некоторых выходных воздействий блока регулирования сигналов связи на элементы управления.

Так, например, блок регулирования сигнала связи выполнен теперь с применением  единственного регулятора усиления потенциометрического типа, соединённого проводной связью с электрическим усилителем мощности, установленным в узле возбуждения тока высокой частоты линии связи под копровым шкивом (в генераторе высокой частоты).

Регулятор усиления – потенциометр своим валом может быть соединён не с указателем глубины (как в известном устройстве), а через вспомогательный понижающий микро редуктор с главным валом подъёмной машины. Понижающий микро редуктор выбирается с передаточным числом, удовлетворяющим условию: полная высота шахтного ствола соответствует одному неполному обороту выходного вала микро редуктора (а, следовательно, и неполному обороту вала регулятора усиления).

Таким образом, усовершенствования устройства (1) проявились: а). В преобразовании системы электропитания приёмопередатчика подъёмного сосуда в автоматическое зарядное устройство для подзарядки аккумулятора подъёмного сосуда. б). В использовании в передатчиках машинного отделения и подъёмного сосуда помехоустойчивой фазовой модуляции.  в). В использовании в приёмниках устройства автоматической регулировки усиления с задержкой и усилением регулирующего напряжения, позволяющей увеличить  рабочую высоту подъёма без применения по ряду позиций управления сравнительно сложного блока регулирования сигналов связи и упростить конструкцию этого блока.

Как отмечено выше, между линией связи и заземлённым через ёмкость или же металлические направляющие подъёмным сосудом применён изолирующий элемент, на который подключен согласующий блок, позволяющий передавать сигналы приёмопередатчику подъёмного сосуда из линии связи и в линию связи.

Это уже само по себе приводит к мысли о возможности применения и на другом конце линии связи изолирующего элемента между канатом и корпусом подъёмной машины, подключенного на свой согласующий блок, позволяющий передавать сигналы приёмопередатчику машинного отделения из линии связи и в линию связи, исключая применение высокочастотных трансформаторов связи с подъёмным канатом, размещаемых под копровой шкивной площадкой.

Однако проще не изолировать канат от корпуса подъёмной машины, а применить в канате изолированный электропроводный провод.

Принцип действия такой обновлённой аппаратуры связи и сигнализации будет основан на использовании в качестве линии связи (теперь уже – линии передачи информации) одиночного изолированного и помещённого в центральный органический сердечник (из пеньки, манилы и сизали) стального подъёмного каната фазного провода, и «земли», а в качестве «земли» будет использован сам стальной подъёмный канат.

Фазный провод и «земля» – стальной канат образуют с одной стороны двухпроводную линию передачи низкочастотной информации, передаваемой контактным способом в машинном отделении. При этом эта линия обладает омическим сопротивлением и ёмкостью, которые необходимо учитывать при проектировании низкочастотной связи.

С другой стороны, благодаря совпадению осей обоих проводников – фазного провода и стального каната («земли»), они образуют собой коаксиальный кабель, в котором оба компонента электромагнитного поля полностью сосредоточены в пространстве между проводниками (в диэлектрической изоляции) и не выходят за пределы кабеля, который теперь может использоваться для передачи высокочастотных сигналов, к тому же передаваемых, например, бесконтактным способом к линии передачи и от неё в машинном отделении.

Однако до настоящего времени нет сведений о заводском изготовлении стальных канатов для подъёмных установок, например, с линейным касанием проволок с центральным органическим сердечником, содержащим одиночный изолированный электропроводный провод. Будущее развитие аппаратуры связи и сигнализации для шахтных подъёмных установок состоит в применении изолированного провода, вмонтированного в центральный органический сердечник стального подъёмного каната, и проводимости самого каната, образующих собой линию передачи информации фазный провод – «земля» или же коаксиальный кабель.


Библиографический список
  1. Комаров С. Г. «Устройство громкоговорящей связи для шахтного подъёмника», Авторское свидетельство СССР за № 1370791, приоритет изобретения 21 января 1986 г.
  2. Андреев Е. А. и др. Аппаратура связи и сигнализации «Сигнал – 5» для шахтных подъёмных установок, Горный журнал, 1978, № 4, с. 55 – 56.


Все статьи автора «Комаров Станислав Григорьевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: