Статья писалась в 2006 г. для Государственного предприятия «Госгидрография» г.Киев

Статья писалась в 2006 г. для Государственного предприятия
«Госгидрография» г.Киев
Предприятие ООО «Светотехника» начиная с 2005 года осуществляет
проектирование и производство маячных светооптических комплексов
«Луч 2002»МАЯК. Комплекс может быть установлен на обслуживаемых и
необслуживаемых маяках.
Комплекс «Луч – 2002 МАЯК» состоит из следующих основных устройств:
- блок управления;
- фотодатчик;
- светодиодный модуль.
1.Конструкция.
Конструктивно комплекс состоит из трех основных узлов:
- блок управления;
- фотодатчик;
- светодиодный модуль.
Все узлы выполнены в герметичных металлических корпусах.
Электрические соединения между узлами, внешними источниками питания,
аппаратурой мониторинга осуществляются с помощью электрических кабелей
необходимой длины, кабели заводятся в каждый узел через сальниковые
вводы.
Светодиодный модуль имеет герметичный светопрозрачный колпак из
поликарбоната.
2.Схемотехника.
Блок управления содержит схему управления и генератор проблесковых
характеристик.
Блок управления осуществляет управления основным и резервным
источниками питания. При снижении напряжения основного источника
питания ниже заданного уровня или при превышении выше заданного уровня
происходит переключение питания от основного на резервный источник
питания. Такая схема позволяет защитить основной источник питания, в
качестве которого используется аккумуляторная батарея, от разряда ниже
допустимого уровня. Защита действует и для резервного источника. Блок
управления осуществляет мониторинг питания (определяет от какого
источника питания происходит энергообеспечение комплекса) и может быть
сопряжен с внешней аппаратурой мониторинга, на аппаратуру мониторинга от
блока управления выведены сигналы «основной источник питания» и
«резервный источник питания» .
Каналы связи с аппаратурой мониторинга гальванически развязаны от
маячного комплекса.
Блок управления имеет четыре выходных канала для подключения и
управления светодиодными модулями. Выходные каналы имеют гибкую
систему управления по входу и могут быть сконфигурированы в зависимости
от источников света, входящих в состав комплекса.
Каналы могут объединяться по управлению, могут использоваться
независимо. При работе комплекса осуществляется мониторинг состояния
основного источника света (по принципу - норма или отказ) и происходит при
отказе основного источника автоматическое переключение на резервный
источник света.
Резервный источник света как правило является менее мощным ,чем
основной, поэтому при работе от резервного источника питания по желанию
организации, эксплуатирующей комплекс «Луч – 2002 МАЯК» может быть
включен резервный источник света. На аппаратуру мониторинга от блока
управления выведены сигналы «основной источник света» и «резервный
источник света» .
На аппаратуру мониторинга также выведены сигнал состояния фотодатчика
(день - ночь) и сигнал внешнего включения комплекса в режим работы, т.е.
независимо от состояния фотодатчика.
Каждый из выходных каналов управления источниками света может
управляться от фотодатчика как в прямом, так и в инверсном режимах.
На платах блока управления имеется в достаточном количестве светодиодная
индикации состояния работы отдельных функциональных устройств
комплекса.
Фотодатчик имеет органы настойки , позволяющие регулировать порог
срабатывания, в зависимости от освёщенности.
Светодиодный модуль состоит из светодиодов с высокой силой света.
Количество, цвет свечения, диаграмма направленности для каждого
светодиодного модуля может быть определены по согласованию с
заказчиком.
3. Источники света.
В качестве основного, резервного, а при необходимости и дополнительного
источника света в комплексе используются светодиодные модули.
При необходимости возможно адаптировать комплекс для управления и
ламповыми источниками света на 220В/50Гц.
4. Источники питания.
Для энергообеспечения комплекса может быть поставлен сетевой источник
питания со вторичным постоянным напряжением 24 вольта. Мощность
источника питания напрямую зависит от используемого светодиодного
модуля, т.е. от светосилы модуля, а значит дальности видимости маяка и
диаграммы направленности источника света.
Для питания может быть использована гальваническая батарея или
аккумулятор с номинальным напряжением 24 В.
Поставка электро-обеспечения комплекса по согласованию с заказчиком
может быть оговорена дополнительно.
Комплексы «Луч 2002» МАЯК могут быть выполнены в индивидуальном
исполнении в зависимости от требований заказчика, что является
оптимальным с точки зрения получения максимального экономического
эффекта при эксплуатации данного вида СНО.
Сравнительный анализ конструктивных решений проблесковых аппаратов
приведен в таблице 2.
Таблица 2.
Конструкция изделия
Наименование
аппарата
АП-1 (А-П2)
Сложность
механических
узлов изделия
высокая
Надежность
механических
узлов изделия
низкая
Герметичность
изделия в
целом
низкая
БЭПА-4
(БЭПА-3)
высокая
низкая
низкая
средняя
средняя
низкая
низкая
высокая
высокая
ПЭ2-6/12
ЛУЧ-2002
Оценка сложности и надежности механических узлов производилась по
наличию в аппаратах механически подвижных конструкций - лампоменятеля и
юстировочных деталей источника света. Использование этих деталей в
конструкциях отечественных проблескаторов вызвано прежде всего
ненадежностью источника света - лампы накаливания и необходимостью
свободного доступа для ее замены. Конструкция изделия предусматривает
возможность частого очередного и внеочередного обслуживания аппарата и
не позволяет надежно загерметизировать изделие вцелом. Перечисленные
конструктивные недостатки учтены при разработке проблескового аппарата
“Луч 2002”.
Использование в качестве источника света светоизлучающих диодов не
требующих дополнительного обслуживания позволило создать конструкцию
в виде единого герметичного, необслуживаемого светооптического модуля,
состоящего из источника света, оптической линзы и электронного блока.
Юстировка источника света и герметизация всего изделия производится один
раз в заводских условиях на весь гарантийный период эксплуатации.
2.1.2 Схемотехника изделия
Сравнительный анализ схемотехнических решений рассмативаемых
проблесковых аппаратов приведен в таблице 3.
Таблица 3.
Схемотехника изделия
Наименован Количество
ие
коммутационн
аппарата
ых
элементов
АП1 (АП2)
большое
Удобство
ввода
проблесковой
характеристик
и
неудобно
Наличие
бросков
тока на
нагрузке
Опасность
переполюсов
ки
питания
есть
есть
БЭПА-4
(БЭПА-3)
большое
неудобно
есть
есть
ПЭ2-6/12
большое
неудобно
есть
есть
ЛУЧ-2002
малое
удобно
нет
нет
При оценке схемотехнических решений и устройства проблесковых
аппаратов учитывалось количество механических коммутационных
элементов, задействованных для установки необходимой проблесковой
характеристики и удобство перенастройки новой. Также рассматривались
вопросы возможной переполюсовки источника питания при подключении
проблескового аппарата, наличие бросков тока на нагрузке при работе
аппарата и средний потребляемый расход электроэнергии при различных
режимах работы. Оценочные критерии принимались следующие:
-количество коммутационных элементов считается большим - 15 и более,
малым - менее 5;
-неудобным ввод проблесковой характеристики считается при необходимости
коммутировать проблесковую характеристику с помощью множества винтов,
на нескольких платах, отсутствие световой индикации вводимой
характеристики;
-опасность переполюсовки существует, если последняя приводит к
необходимости замены предохранителей и вскрытию аппарата,
-наличие бросков тока при включении источника света и среднее потребление
в дневное время более 0,05 А являются экономически невыгодными.
На всех аппаратах, кроме “Луч 2002” возникают дополнительные сложности
при смене проблесковой характеристики. Они вызваны необходимостью
коммутировать порядка тридцати механических элементов и плохой
визуальной наглядностью производимых действий.
Особенно трудно производить смену проблесковой характеристики в морских
условиях. После введения новой проблесковой характеристики требуется
дополнительная операция - юстировка светооптической системы. Большое
количество коммутационных элементов отрицательным образом сказывается
на общей надежности проблескового аппарата. В схемотехническом решении
светосигнального устройства “Луч 2002” перечисленные недостатки в
большей степени учтены. Введение любой проблесковой характеристики в
соответствии с требованиями МАМС производится с помощью DIPпереключателя и визуально высвечивается на панели управления с помощью
маломощного индикаторного светодиода.
Случайная переполюсовка при подключении источника питания к
проблескатору “Луч 2002” не требует замены предохранителя и вскрытия
аппарата. Правильное подключение батареи сопровождается одиночным
световым импульсом, при несоблюдении полярности световой сигнал
отсутствует, проблескатор не работает, батарея и аппарат повреждений не
получают при любом количестве и продолжительности ошибочных
включений.
Электронная схема проблескового аппарата “Луч 2002” позволяет
осуществлять ограничение импульсного тока через источник света и
производить плавное включение нагрузки.На всех остальных
проблескаторах включение нагрузки -лампы накаливания сопровождается
неуправляемым скачком тока, в несколько раз превышающим номинальный
ток нагрузки. При использовании галогеновой лампы МГ 10/ 15 такие броски
достигают 20 А.
2.1.1 Используемые источники света
Сравнительный анализ качества , надежности и эксплуатационных
показателей источников света различных проблесковых аппаратов приведе в
таблице 4.
26
Таблица 4
Используемые источники света
Наименова
ние
аппарата
Вид
источник
а
света
Наличие
механическ
их
контактов
Надежнос
ть
источника
света
Необходимо
сть
юстировки
после смены
источника
Герметичнос
ть
источника
света
АП-1(АП2)
лампы
есть
низкая
есть
отсутствует
БЭПА-4
(БЭПА-3)
лампы
есть
низкая
есть
отсутствует
ПЭ2-6/12
лампы
есть
низкая
есть
отсутствует
ЛУЧ 2002
светодио
ды
нет
высокая
нет
полная
Анализ данной оценочной категории показывает приемущество
проблескового аппарата “Луч 2002”, имеющего источник света на
светоизлучающих диодах над проблесковыми аппаратами с ламповыми
источниками света. Основным преимуществом светодиодов перед лампами
является их долговечность. Без потери светотехнических параметров
светодиоды могут работать сотни тысяч часов, в отличии от лучших ламп
накаливания, имеющих среднюю продолжительность работы на отказ две четыре тысячи часов. Изготовление источников на светодиодах позволяет
получить полностью герметичную конструкцию, при этом светодиодный
модуль юстируется только один раз в заводских условиях, что позволяет
увеличить гарантийный срок работы изделия без профилактического
обслуживания до пяти лет. По светотехническим характеристикам
светодиодные источники света не уступают, а могут и превосходить
ламповые, поскольку последние нуждаются в светофильтрах, применение
которых приводит к потере светового потока. Испытания показали, что по
дальности видимости светодиодные модули не уступают ламповым, а по
потреблению электроэнергии являются более экономичными. Углы излучения
в горизонтальной и вертикальной плоскостях лампового источника и
светодиодного модуля одинаковые. Отсутствие бросков тока при включении
светодиодного модуля позволяет максимально использовать емкость
батареи, особенно в последней четверти ее разрядной характеристики, когда
внутреннее сопротивление батареи растет. Использование на этом участке
разрядной характеристики лампового проблескатора приводит к
преждевременному разряду батареи ниже конечного напряжения.
Следует отметить, что ламповые источники имеют механический контакт
между цоколем и ламподержателем, надежность которого в условиях
повышенной влажности и ударных нагрузок достаточно низкая, часто
приводящая к отказу проблескового аппарата.
2.1.4
Надежность изделий
Надежность светосигнального устройства в целом определяется
надежностью отдельных его узлов. Анализ предыдущих оценочных категорий
показывает, что в светосигнальном устройстве “Луч” реализованы наиболее
современные, эксплуатационно-удобные и конструктивно надежные решения.
В наибольшей степени современным требованиям к проблесковым
аппаратам из числа рассмотренных отвечает проблесковый аппарат
“ЛУЧ 2002”. Аппарат выполнен на современной элементной базе –
светодиодный модуль, микроконтроллер, цифровая индикация. Аппарат
практически не имеет механических коммутационных элементов,
отсутствуют механические подвижные узлы. Применение
микроконтроллера позволяет воспроизводить с помощью проблескового
аппарата “ЛУЧ 2002” практически любые проблесковые характеристики и
оперативно производить их смену. Высокие светотехнические параметры,
герметичность, высокая надежность, простота и удобство эксплуатации все говорит в пользу проблескового аппарата “ЛУЧ 2002”. То есть,
технические характеристики проблескового аппарата “ЛУЧ 2002” в
достаточной степени отвечают современным требованиям как в части
схемотехнических решений, так и в части надежности и удобства
эксплуатации.
2.2
Краткое техническое описание светосигнальных устройств
и “Луч 2002”.
Устройство предназначено для оборудования буев и береговых
навигационных знаков. Электронная схема проблескатора выполнена на
современных электронных компонентах с использованием
микропроцессорной техники. В качестве источника опорной частоты применен
кварцевый резонатор, обеспечивающий высокую стабильность проблесковых
характеристик.
Технические характеристики проблескового аппарата:
-максимальная временная погрешность выполнения наибольшего периода
проблесковой характеристики (за 15 сек.) - не более
0,001 сек;
-максимальное потребление в светлое время суток - не более
0,002 А;
-память проблескового аппарата рассчитана на 16 проблесковых
характеристик, по требованию заказчика может быть расширена ;
-постоянство силы света светодиодного модуля во всем диапазоне рабочих
напряжений источника питания.
Высокоэффективное электронное управление диодным модулем
обеспечивает, фактически, постоянную силу света во всем рабочем
диапазоне напряжений источника питания. Светодиодные источники света
позволяют получить хорошую повторяемость светотехнических
параметров, и видимы на морских буях на больших расстояниях. Постоянное
совершенствование технологии производства светоизлучающих диодов
позволяет прогнозировать появление более мощных источников света с
лучшими характеристиками.
Проблесковые аппараты со светодиодными модулями значительно проще и
удобнее в эксплуатации.
Современные проблесковые аппараты для улучшения их надежности должны
строится с минимальным количеством коммутационных элементов, с
применением микросхем высокой степени интеграции, с применением
энергонезависимой памяти.
Общие выводы из сравнительного анализа проблесковых аппаратов:
1. Проблесковые аппараты со светодиодными модулями значительно
надежнее ламповых.
Проблесковые аппараты со светодиодными модулями значительно проще и
удобнее в эксплуатации.
Современные проблесковые аппараты для улучшения их надежности должны
строится с минимальным количеством коммутационных элементов, с
применением микросхем высокой степени интеграции, с применением
энергонезависимой памяти.