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Steuerkreis zur wahlweisen Betätigung eines einer Reihe von Schrittmotoren
Die Erfindung betrifft elektrische Steuerkreise, insbesondere für elektrische Schrittmotoren. Schritt- motoren, die als vielpolige Reluktanzmotoren bezeichnet werden können. u. zw. entweder umlaufend oder linear, werden dadurch betätigt, dass nacheinander mit Gleichstrom eine Reihe von Polen am Stator erregt werden, u. zw. in einer Reihenfolge, die den Rotor zwingt, sich zu verdrehen, falls nötig, um kleine Winkel. Als Antriebskreis für einen derartigen Motor dient eine Schaltung, die den Polen Gleichstrom in der gewünschten Reihenfolge zuführt. Der Rotor kann durch Erregen eines oder zweier Polpaare festgehalten werden, wobei die Erregung eines Paares zu bevorzugen ist, da weniger Energie verbraucht wird.
Durch seine Eigenschaften ist der Schrittmotor besonders für Antriebsmechanismen geeignet, in denen eine geringe Geschwindigkeit benötigt wird und die Lage mit Genauigkeit über einen grossen Lastbereich steuerbar sein muss, z. B. einen Antriebsmechanismus für ein Ventil oder einen Steuermechanismus für einen Kernreaktor. Zur Steuerung einer Anzahl von Schrittmotoren kann ein einziger Antriebskreis verwendet werden. Es besteht jedoch die Gefahr, dass bei Umschalten des Antriebskreises von einem Motor zum ändern der vom Antriebskreis gelöste Motor frei läuft. Diese Schwierigkeit ist vermeidbar, wenn für jeden Schrittmotor ein eigener Antriebskreis vorgesehen ist und so jeder unabhängig von den andern durch seinen eigenen Antriebskreis geregelt wird. Bei einem Reaktorsteuermechanismus kann eine grosse Zahl von Antriebskreisen benötigt werden.
Erfindungsgemäss ist ein Steuerkreis zur auswahlweisen Betätigung eines jeden einer Reihevon Schrittmotoren vorgesehen, der eine Antriebsschaltung enthält, die den Polpaaren des ausgewählten Motors nacheinander Gleichstrom zuführt, sowie Auswahleinrichtungen zur Verbindung des Ausganges der Antriebsschaltung mit jedem der Motoren, Anordnungen zum Anhalten des Antriebskreises, die ein Relais mit einem Kontaktpaar im Antriebskreis zum Anhalten des ausgewählten Motors in einer gegebenen Phase (d. h. in einer Stellung, die der Erregung eines gegebenen Polpaares entspricht) enthält, sowie Schaltmittel, die nach der Betätigung des Anhaltekreises die Dauererregung des gegebenen Polpaares (Phase) durch Verbindung mit der Erdleitung ergeben, bevor ein neuer Motor an den Antriebskreis geschaltet wird.
Der Eingang des Antriebskreises wird vorzugsweise von einem Impulsgenerator gebildet, der von einem Impulszähler gesteuert wird. Der Impulsgenerator besitzt Einrichtungen zur Auswahl eines bestimmten Vorschubes (Winkeldrehung) des Motors durch Vorwahl der Impulszahl, die vor der automatischen Betätigung des Bremskreises erzeugt wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sei diese nun an Hand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf. die Zeichnungen beschrieben. Es wird hier eine Steuereinrichtung beschrieben, wie sie z. B. in Reaktorsteuerungen oder zum Verstellen mehrerer Ventile verwendet wird. Sie besitzt insbesondere folgende Merkmale :
1. Als Stellmotoren werden Reluktanzschrittmotoren (durch den magnetischen Widerstand gesteuerte Motore) verwendet.
2. Die Steuereinrichtung erlaubt es, eine grössere Anzahl von Schrittmotoren mit nur einer eigentlichen Antriebsschaltung zu bedienen. Es sind alle Motoren festgebremst bis auf einen, der mit der
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kreis bei einer bestimmten Phase wie unten beschrieben unterbrochen.
Die Impulszahl, die vom begrenzten Impulsgenerator an den Antriebskreis abgegeben wird, ist durch einen Impulswählschalter S mit zwei Kontaktbänken S2-1 und S2-2 gesteuert.
Die Konstruktion der Schaltung (gemäss Fig. 2) ermöglicht folgende Funktionen : ; a) Einen bestimmten aus der Anzahl der Schrittmotoren Ml, M2, M3 mittels eines Auswahlkreises auszuwählen, b) eine vorbestimmte Bewegung des ausgewählten Motors durch einen begrenzten Impulsgenerator und einen Impulszähler festzulegen, c) den ausgewählten Motor nach vorwärts und rückwärts mittels eines Antriebskreises und eines ) Steuerkreises zur Vor-und Rückbewegung anzutreiben.
In Fig. 2 sind drei Schrittmotoren MI, M2, M3 dargestellt, die je drei Phasen A, B und C haben, die über einen gemeinsamen Verbindungspunkt P mit der-30V-Leitung verbunden sind. Jede Phase kann mit
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der verzögernd abfallendentriebskreises über Relais Y, Y und Y verbunden, die in jeder Zuleitung zu den Motorwindungen Kontakte Y -1, Y -2, Y -3 usw. haben. Der Auswahlschalter S hat eine Kontaktbank S-2 zum Wählen des Relais Y und eine andere Kontaktbank S-l zur Auswahl des Verzögerungsrelais X.
Das Relais Y be-
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dieser Reihenfolge bei Auswahl eines Motors wird die Phase A mit dem Antriebskreis verbunden,-bevor dieser von der Erdleitung gelöst ist und bei Änderung der Auswahl wird die Motorphase A mit der Erdleitung verbunden, bevor sie vom Antriebskreis gelöst wird.
Eine mechanische Verriegelung, die in den Auswahlschalter S l eingebaut ist, hält den Schaltarm in seiner jeweiligen Stellung fest, es sei denn, der Kontaktarm S wird niedergedrückt ; nachdem er nach in- nen gedrückt ist, kann der Arm verschwenkt werden. Mit dem Niederdrücken des Armes öffnet sich der
Kontakt CO-1, der durch Unterbrechung einer Leitung im Bremskreis die Wirkung des Impulszählers un- terbindet, so dass vor Auswahl eines neuen Motors, wenn der vorher ausgewählte Motor läuft, der Antriebs- kreis unterbrochen wird. Das Niederdrücken des Armes öffnet auch die Kontakte CO-2 und CO-3 im Aus- wahlkreis, die es erlauben, das ausgewählte Relais nach Durchführung des Bremsvorganges zu entregen.
Aus diesem Grunde ist dasRelaisX als verzögert abfallendes Relais ausgebildet, damit dennoch ein Relais Y über einen der Kontakte X-2, X -2,X-2 erregt bleibt.
Gemäss Fig. 3 besteht der eigentliche Antriebskreis aus einem ternären Ringkreis, der die Polpaare der
Motoren in der richtigen Reihenfolge erregt, so lange sie bewegt werden sollen. Der ternäre Ringkreis be- sitzt drei Transistoren Tl, T2, T3, von denen zwei gesperrt sind und der dritte, z. B. Tl gesättigt ist.
Ein ankommender positiver Impuls sperrt Tl und bringt T2 in Sättigung. Der nächste Impuls sperrt T2 und bringt T3 in Sättigung. Die Folge der gesperrten Transistoren lautet Tl T2 ; T2 T3 ; T3 Tl. Die
Vor- und Leistungsverstärker bilden mit diesen Transistoren einen normalen Schaltkreis, so dass die Folge der erregten Motorphasen lautet A B B C, C A ; wenn die Kontakte F-l und F-2 geschlossen sind (vor-
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Der Halleverriegelungskreis betätigt das Relais N.
Wenn der ausgewählte Motor läuft, so ist der Eingang des Halteverriegelungskreises mit der Gleichspannungsquelle von-16V verbunden (durch Kontakt F-3 oder R-3, Stoprelaiskontakte ST-2 und die Bank S-l des Wählers S). Das Relais N wird erregt und der Kontakt N-1 geschlossen, Wenn der Eingang von der-16V Leitung gelöst wird-auf Grund des Bremsvorganges-so wird das Relais N erregt bleiben, bis der Transistor T3 in Sättigung ist. Wenn der Transistor T3 gesättigt ist (Transistor Tl ist gesperrt), so wird das Relais entregt und der Kontakt N-1 wird ge- öffnet. Der Kontakt N-1 liegt gemäss Fig. 3 im Emitterkreis des ternären Ringes ; er unterbricht die Verbindung zu Tl und T2, wodurch T3 gesättigt wird.
Der Grund für die Verriegelung zwischen dem Transistor T3 und dem Relais N ist der, dass in der
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Haltelage des Schrittmotors nur in einer bestimmten Lage, in diesem Beispiel die Phase A, erregt sein kann. (F-1j F-2 ; R-1 ; R-2 offen).
Zusammenfassend gibt es drei mögliche Zustände des Antriebskreises :
1) Unterbrochen : Der Eingang des Halteverriegelungskreises ist von der Gleichspannungsquelle i von -16 V gelöst ; das Relais N ist entregt, der Kontakt N -1 geöffnet.
Die Kontakte F-l ; F-2 ; R-2 sind offen. Der ausgewählte Schrittmotor ist in der Phase A erregt.
2) Vorwärts : Kontakte F-l, F-2 geschlossen, R-l, R-2 offen. Der Eingang des Halteverriegelungs- kreises ist mit der Gleichspannungsquelle von-16V verbunden. Das Relais N ist erregt. Der Kontakt N- 1 ist geschlossen.
3) Rückwärts : Die Kontakte R-l, R-2 sind- geschlossen, F-l, F 2 geöffnet. Der Eingang des Haltever- riegelungskreises ist mit der Gleichspannungsquelle von-16V verbunden. Das Relais N ist erregt. Der
Kontakt N-1 geschlossen.
Der begrenzte Impulsgenerator ist vorgesehen, um eine Anzahl Impulse zu erzeugen, die vier ver- schiedenen, vom Impulsgenerator gespeicherten Impulszahlen entsprechen. Jede dieser vier Impulszahlen i kann von der Bedienungsperson ausgewählt werden und nach der gewünschten Bewegung wird eine automa- tische Unterbrechung durchgeführt. Die Bedienungsperson kann auch eine Ausschaltstellung oder eine "Kriech"-Stellung auswählen, bei der die Bedienungsperson den Knopf für die Vorwärts- oder Rückwärts- bewegung so lange drücken muss, so lange sie eine langsame Bewegung des Schrittmotors wünscht (Fig. 5, 6).
Der begrenzte Impulsgenerator (s. Fig. 4) erzeugt die Impulse durch die Rotation einer Scheibe 11, die einen Randteil alla mit einer Anordnung von undurchlässigen und durchlässigen Teilen zwischen einer
Lichtquelle 12 und einem Phototransistor 13 besitzt. Die Scheibe wird von einem Synchronmotor mit einem Vorgelegegetriebe 14 angetrieben. Der Antrieb erfolgt über eine magnetische Kupplung CL, ein
Zeitschaltergetriebe 15, eine Zeitschalterwelle 16, eine Kupplungsbremse CL2 auf eine Spindel 16a, die die Scheibe 11 trägt.
Die Welle 16 (Fig. 4 und 5) trägt eine Reihe von Nocken, die vorgesehen sind, um Schaltkontakte SW1, SW2, SW3.. nach einem geeigneten Verdrehungswinkel der Welle 16 zu betätigen. Die Welle
16 trägt auch eine Reihe von Wählerplatten 17, die mit einer andern Plattenreihe 18 zusammenwirken, die auf einer parallelen Welle 19 befestigt ist. Die Welle 16 durchsetzt das Gehäuse der Anordnung und trägt einen Zeiger 20. Gemäss Fig. 6 trägt das Gehäuse Marken 0 - 1000/0, die den Prozentsatz der vom
Impulsgenerator gespeicherten Impulse angeben. Die Marken sind aber einen Bogen angeordnet, dessen
Mittelpunkt in der Achse der Welle 16 liegt.
In ähnlicher Weise durchdringt die Welle 19 das Gehäuse und trägt einen Betätigungsknopf 21 und einen Zeiger 22. Der letztere bewegt sich über Marken 22a, die den Prozentsatz der voreingestellten Motorbewegung anzeigen.
Die Plattenreihe 18 bildet Anschläge für die Platten 17 und erlaubt der Welle 16, sich um einen ge- gebenenBetrag zu verdrehen, bevor eine bestimmte Platte 17 mit einer Platte auf der Welle 19 in Eingriff kommt und so die Welle anhält. Eine Verdrehung des Knopfes 21 bewirkt daher, dass eine vorbestimmte
Motorbewegung ausgewählt wird, und ordnet die Platten 18 in einer gegebenen Winkelrichtung an ; die
Winkelstellung der Platten 17 ist derart, dass, nachdem die Welle sich um den gewünschten Betrag verdreht hat, diese angehalten wird.
Die Welle 19 trägt auch drei Kontaktbänke für den Auswahlschalter S 2 und die Betängungskontakte des Schalters SWS.... Eine Feder 23 und eine mechanische Falle 24 ge- währleisten, dass die Welle 19 nicht zurBetätigungdesAuswahlschaltersS verdreht werden kann, bevor er nicht gedrückt wird, um den Schalter SWS zu öffnen.
Um die Welle 16 und damit die Platten 17 in ihre ursprüngliche Nullstellung zurückzustellen, wenn die Kupplung CL1 entregt wird, speichert die Welle 16 beim Antrieb in einer spiraligen Rückstellfeder 25 Energie. Diese kommt bei Entregung von CL1 zur Wirkung und verdreht die Welle 16 entgegengesetzt zur Antriebsrichtung. Da dieKupplungsbremseCL2 entregt und mit Erde verbunden ist, wenn dieser Rückstellvorgang stattfindet, werden während dieser Periode keine Impulse erzeugt (Fig. 4).
In der Leitung, die die Nullstellung CL1, die Kupplungsbremse CL2 und den Synchronmotor erregt (Fig. 7). ist ein Kontakt des Schalters SWS-2 vorgesehen, der dazu dient, den begrenzten Impulsgenerator nur dann einzuschalten, wenn der Antriebskreis in Ruhestellung ist, d. h., wenn das Relais N (Fig. 2) entregt und die Kontakte N-6 geöffnet sind.
Die Arbeitsweise des Impulsgenerators ist wie folgt :
Am Ende eines richtigen Arbeitszyklus ist der Motor 14 entregt, die Rückstellfeder 25 belastet, die Kupplung CL1 erregt, so dass die Rückstellfeder 25 in der belasteten Stellung durch die Reibung des irreversiblen Motorgetriebekastens gehalten wird, und die Kupplungsbremse CL2 ist entregt, so dass die die
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Impulse erzeugende Scheibe 11 mit Erde verbunden ist. Um eine bestimmte Motorbewegung, z. B. ss % auszuwählen, muss der Auswahlknopf 21 gedrückt und in die Stellung ss % verdreht werden. Mit der ersten
Bewegung des Knopfes 21 wird der Rückstellvorgang bewirkt, d. h., SWS-2 wird geöffnet, so dass CL1 ent- regt wird (N-6 ist offen), was erlaubt, die Verteilerwelle durch die Rückstellfeder 25 in die Nullstellung i zu verdrehen.
Bei Erreichen der Nullstellung schliesst ein Nocken auf der Verteilerwelle 16 den Schalter SWO.
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;Wird nun der Druckknopf"Vorwärts"oder"Rückwärts"gedrückt (Fig. 2), so wird das Relais N erregt (s. unten), N-5 schliesst sich und das Relais H wird erregt. : a) H-1 schliesst sich und verriegelt das Relais H. b) H-2 schliesst sich, indem es die Kupplungsbremse CL2 und den Synchronmotor erregt. c) H-3 schliesst sich unter Erregung der Kupplung CL1.
Der photoelektrische Impulsgenerator beginnt, dem Antriebskreis Impulse zuzuführen und der Im- pulszähler beginnt zu zählen. Impulse werden auch dann erzeugt, wenn der Druckknopf losgelassen wird (ausser wenn der Auswahlknopf auf "Kriech" -Stellung steht). Der auf der Verteilerwelle 16 angeordnete
Zeiger 20 gibt die Anzeige des Prozentsatzes der zurückgelegten Bewegung und die Rückstellfeder wird belastet. Wenn der Motor die vorgeschriebene Distanz zurückgelegt hat, dann gibt der Impulszähler das "Halt"-Signal ; das Relais N entregt sich (s. unten), N-5 öffnet sich und Relais H entregt sich. a) H-1 öffnet sich und entriegelt Relais H. b) H-2 öffnet sich, indem es die Kupplung CL2 und den Synchronmotor entregt. c) H-3 öffnet sich, ist jedoch unwirksam (N-4 ist geschlossen) ; Kupplung CL1 bleibt erregt und die
Rückstellfeder bleibt belastet.
Auf diese Weise wird ein Zyklus vervollständigt.
Wenn die Bedienungsperson den Prozentsatz der früher durch den Auswahlknopf 21 ausgewählten Be- wegung nicht ändern will, so wird der neue Zyklus einfacher, da die Rückstelloperation in diesem Falle automatisch durchgeführt wird, sobald einer der Druckknöpfe gedrückt wird, gerade bevor dem Motor das
Startsignal gegeben wird (Kontakt N-4 öffnet sich als Folge der Betätigung des Druckknopfes).
Sollte der Kreis kein Haltesignal geben, so gibt einer der Schalter SW1, SW2, SW3. SW4, der durch denAuswahlschalter S2 während der Betätigung des Auswahlknopfes ausgewählt ist, das Haltesignal. Wenn der Kreis trotzdem nicht unterbrochen wird, so ist eine mechanische Unterbrechung vorgesehen (Fig. 5), wodurch die Impulserzeugung nach einem kleinen Überlauf beendet wird. Die Betätigung eines jeden der oben erwähnten Schalter schaltet automatisch die Warnlampe L am Vorderteil der Einheit an.
Die Verwendung des oben beschriebenen, begrenzten Impulsgenerators hat die folgenden Vorteile : a) Die Zahl der erzeugten Impulse ist begrenzt. Sogar bei"kriechender"Steuerung kann sich der ausgewählte Motor nicht über eine Distanz hinaus bewegen, die mehr als 1000 der im Impulsgenerator gespeicherten Impulse entspricht. b) Die genaue Zahl der erzeugten Impulse ist nicht so kritisch, da die Genauigkeit durch den Im- pulszähler gegeben wird, der die Schrittzahl zählt, die vom ausgewählten Motor zurückgelegt wird. In andern Worten, gibt der Impulszähler die Genauigkeit und der begrenzte Impulsgenerator gewährleistet die Sicherheit. c) Die Rückstellung des Impulsgenerators wird in einfacher Weise wie oben beschrieben bewirkt. ohne dass Impulse erzeugt werden. d) Die Betätigung des Impulsgenerators ist besonders.
Auswahl einer vorbestimmten Vorwärtsbewegung und Halt
I. Auswahl der vorbestimmten Bewegung 1) Auswahlknopf wird gedrückt a) SWS-1 unterbricht eine Leitung im Bremskreis, ST wird entregt ; ST-2 öffnet den Eingang des Hal- teverriegelungskreises und der Antriebskreis wird unterbrochen, wenn er betätigt war.. b) SWS-2 öffnet sich ; CL-1 entregt sich, nachdem N-6 geöffnet hat (Antriebskreis in Ruhelage) und der begrenzte Impulsgenerator wird zurückgestellt (s. oben).
2) Der Auswahlknopf wird auf eine vorbestimmte Bewegung eingestellt, z. B. auf solo. a) Die 8Ufo-Platte wird in eine Lage gebracht, so dass sie als mechanischer Anschlag nach einem Rotationsbetrag der Verteilerwelle entsprechend der Bewegung 8Ufo wirkt.
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b) Das Auswählorgan S. wird in die 8%-Lage gebracht, so dass co der Schalter SW3 mittels der Bank 1 und Bank 3 ausgewählt wird, B) die 3%-Lage am Impulszählermittels der Bank 2 ausgewählt wird.
II. Vorwärts 1) Der-Druckknopf Vorwärts wird gedrückt. Das Relais F wird erregt. a) Die Kontakte F-1 und F-2 schliessen sich, wodurch die Ausgänge 2 bzw. 3 des Vorverstärkers an den Eingang b bzw.c des Leistungsverstärkers angeschlossen werden. Der Kontakt F-4 öffnet sich und macht dieRelaisleitungR unwirksam. Der Kontakt F-5 öffnet die Leitung des Relais RS. Der Kontakt RS-1 verbindet sich mit Erde und gestattet es dem Impulszähler zu zählen. Der Kontakt F-3 schliesst sich im
Ruheverriegelungskreis und das Relais N wird erregt. c) N-1 schliesst sich im ternären Ringkreis... (s. die Beschreibung des ternären Ringkreises).
B) N-2 ein Sperrkontakt für das Relais F sperrt weiter. y) N-3 schliesst das Relais R - kein Resultat.
6) N-4 öffnet sich; die Kupplung CH des begrenzten Impulsgenerators wird entregt, der begrenzte
Impulsgenerator zurückgestellt... (s. die obige Beschreibung des begrenzten Impulsgenerators). e) N-5 schliesst die Leitungdes Relais H im begrenzten Impulsgenerator. Der begrenzte Impulsgenera- tor beginnt Impulse zuzufUhren... (s. die obige Beschreibung des begrenzten Impulsgenerators) S) N-6 schliesst sich und macht SWS-2 im begrenzten Impulsgenerator unwirksam.
Wenn der Auswahlknopf des begrenzten Impulsgenerators auf "kriechen" steht, so muss die Bedie- nungsperson ihren Finger so lange auf dem Knopf halten, solange der Motor laufen soll, andernfalls wird der Ruheverriegelungskreis von der Spannungsquelle von-16V getrennt und der Motor bleibt stehen.
III. Ruhe
Es gibt zwei Arten von Anhaltvorgängen. Ein Anhalten auf Grund der normalen Arbeitsvorgänge und ein Anhalten auf Grund eines Versagens eines Kreises.
1) Anhalten auf Grund der normalen Arbeitsvorgänge. a) Durch Betätigung des Impulszählers. b) Durch Unterbrechung einer Leitung des Anhaltkreises auf drei Arten : cl Drücken des Haltedruckknopfes.
B) Drücken des Kontaktes CO-1 des Auswählorgans S. y) Drücken des Auswählknopfes im Kontakt SWS-1 des begrenzten Impulsgenerators.
Dadurch wird das Relais ST entregt, ST-1 öffnet sich und unterbricht die Leitung im Bremskreis und verhindert so jegliche Möglichkeit einer Wiedererregung des Relais ST ohne Rückstellung.
DerKontaktST-2 öffnet den Ruheverriegelungskreis ; das Relais N entregt sich, sobald der Transistor T3 im ternären Ringkreis in Sättigung ist. N-l öffnet sich und unterbricht durch Umschaltenden ternären Ringkreis. Der Antriebskreis ist unterbrochen.
Kontakte N-2 und N-3 sind offen ; Relais F (oder R) ist entregt.
F-l Öffnen, indem sie die Ausgänge 2 und 3 des Vorver- F-2 starkers vom Eingang b und c des Leistungsverstärkers trennen,
F-3 öffnet den Ruheverriegelungskreis - kein Ergebnis,
F-4 schliesst die Leitung des Relais R und bereitet diese Leitung für die Betätigung vor,
F-5 öffnet das Relais RS.
Der Kontakt RS-1 stellt den Impulszähler im Bremskreis und das Relais ST zurück.
Der Kontakt N-4 sperrt und verriegelt d'ie Spule CL1 im begrenzten Impulsgenerator.
Der Kontakt N-5 öffnet sich und entregt das Relais H im begrenzten Impulsgenerator. Der begrenzte Impulsgenerator bleibt stehen (s. oben ...).
2) Anhalten auf Grund des Versagens eines Kreises.
Der ausgewählte Grenzschalter im begrenzten ImpuIsgenerator e. g. SW3 trennt den Eingang des Ruhe- verriegelungskreises-von der Spannungswelle von -16V. Der Antriebskreis ist unterbrochen und der Arbeitsvorgang wird wie oben fortgesetzt.
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Control circuit for the optional actuation of one of a number of stepper motors
The invention relates to electrical control circuits, in particular for electrical stepper motors. Stepper motors, which can be referred to as multi-pole reluctance motors. u. either rotating or linear, are actuated in that a series of poles on the stator are excited one after the other with direct current, u. betw. in an order that forces the rotor to twist, if necessary, by small angles. A circuit is used as the drive circuit for such a motor, which supplies direct current to the poles in the desired sequence. The rotor can be held in place by exciting one or two pairs of poles, with one pair being preferred because less energy is used.
Due to its properties, the stepper motor is particularly suitable for drive mechanisms in which a low speed is required and the position must be controllable with accuracy over a large load range, e.g. B. a drive mechanism for a valve or a control mechanism for a nuclear reactor. A single drive circuit can be used to control a number of stepper motors. However, there is a risk that when the drive circuit is switched from one motor to another, the motor that has been detached from the drive circuit will run freely. This difficulty can be avoided if a separate drive circuit is provided for each stepping motor and so each is regulated independently of the others by its own drive circuit. A large number of drive circuits may be required in a reactor control mechanism.
According to the invention, a control circuit is provided for the selective actuation of each of a series of stepping motors, which contains a drive circuit which successively supplies direct current to the pole pairs of the selected motor, as well as selection devices for connecting the output of the drive circuit to each of the motors, arrangements for stopping the drive circuit which have a Relay with a contact pair in the drive circuit for stopping the selected motor in a given phase (i.e. in a position which corresponds to the excitation of a given pole pair), as well as switching means which, after the activation of the stopping circuit, the continuous excitation of the given pole pair (phase) by connection with the earth line before a new motor is connected to the drive circuit.
The input of the drive circuit is preferably formed by a pulse generator which is controlled by a pulse counter. The pulse generator has devices for selecting a certain advance (angular rotation) of the motor by preselecting the number of pulses generated before the automatic actuation of the brake circuit.
For a better understanding of the invention, this is now based on an exemplary embodiment with reference to FIG. the drawings described. A control device is described here as it is e.g. B. is used in reactor controls or to adjust several valves. In particular, it has the following features:
1. Reluctance stepper motors (motors controlled by the magnetic resistance) are used as servomotors.
2. The control device makes it possible to operate a larger number of stepper motors with only one actual drive circuit. All motors are braked except for one, the one with the
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circle interrupted at a certain phase as described below.
The number of pulses that is output from the limited pulse generator to the drive circuit is controlled by a pulse selector switch S with two contact banks S2-1 and S2-2.
The construction of the circuit (according to FIG. 2) enables the following functions:; a) Select a specific from the number of stepper motors Ml, M2, M3 by means of a selection circuit, b) specify a predetermined movement of the selected motor by a limited pulse generator and a pulse counter, c) the selected motor forwards and backwards by means of a drive circuit and a ) Control circuit to drive forwards and backwards movement.
In Fig. 2, three stepper motors MI, M2, M3 are shown, each having three phases A, B and C, which are connected to the -30V line via a common connection point P. Each phase can with
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of the decelerating falling drive circuit connected via relays Y, Y and Y, which have contacts Y -1, Y -2, Y -3 etc. in each supply line to the motor windings. The selection switch S has a contact bank S-2 for selecting the relay Y and another contact bank S-1 for selecting the delay relay X.
Relay Y is
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In this order, when a motor is selected, phase A is connected to the drive circuit before it is disconnected from the earth line and when the selection is changed, motor phase A is connected to the earth wire before it is disconnected from the drive circuit.
A mechanical lock, which is built into the selection switch S l, holds the switch arm in its respective position, unless the contact arm S is depressed; after it is pushed in, the arm can be swiveled. With the depression of the arm the opens
Contact CO-1, which prevents the impulse counter from working by breaking a line in the brake circuit, so that the drive circuit is interrupted before a new motor is selected and the previously selected motor is running. Depressing the arm also opens the contacts CO-2 and CO-3 in the selection circuit, which allow the selected relay to be de-energized after the braking process has been carried out.
For this reason, the relay X is designed as a delayed releasing relay so that a relay Y nevertheless remains energized via one of the contacts X-2, X -2, X-2.
According to Fig. 3, the actual drive circuit consists of a ternary ring circle, which the pole pairs of
Motors energized in the correct order as long as they are supposed to be moved. The ternary ring circuit has three transistors T1, T2, T3, two of which are blocked and the third, e.g. B. Tl is saturated.
An incoming positive pulse blocks T1 and saturates T2. The next pulse blocks T2 and saturates T3. The sequence of the blocked transistors is T1 T2; T2 T3; T3 Tl. The
With these transistors, the preamplifier and power amplifier form a normal circuit, so that the sequence of the excited motor phases is A B B C, C A; when the contacts F-1 and F-2 are closed (before
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The hall interlocking circuit operates relay N.
When the selected motor is running, the hold interlock circuit input is connected to the -16V DC source (through contact F-3 or R-3, stop relay contacts ST-2, and bank S-1 of selector S). The relay N is energized and the contact N-1 is closed. If the input is disconnected from the -16V line - due to the braking process - the relay N will remain energized until the transistor T3 is saturated. When the transistor T3 is saturated (transistor Tl is blocked), the relay is de-energized and the contact N-1 is opened. According to FIG. 3, the contact N-1 is in the emitter circle of the ternary ring; it breaks the connection to T1 and T2, which saturates T3.
The reason for the interlock between transistor T3 and relay N is that in the
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Holding position of the stepper motor can only be excited in a certain position, in this example phase A. (F-1j F-2; R-1; R-2 open).
In summary, there are three possible states of the drive circuit:
1) Interrupted: the input of the hold interlock circuit is disconnected from the DC voltage source i of -16 V; the relay N is de-energized, the contact N -1 is open.
The contacts F-l; F-2; R-2 are open. The selected stepper motor is excited in phase A.
2) Forward: Contacts F-1, F-2 closed, R-1, R-2 open. The input of the hold interlock circuit is connected to the DC voltage source of -16V. The relay N is energized. Contact N-1 is closed.
3) Reverse: Contacts R-1, R-2 are closed, F-1, F 2 are open. The input of the hold interlock circuit is connected to the DC voltage source of -16V. The relay N is energized. Of the
Contact N-1 closed.
The limited pulse generator is designed to generate a number of pulses corresponding to four different pulse numbers stored by the pulse generator. Each of these four pulse numbers i can be selected by the operator and an automatic interruption is carried out after the desired movement. The operator can also select a switch-off position or a "creep" position, in which the operator has to press the button for the forward or backward movement as long as he or she wants the stepper motor to move slowly (Fig. 5, 6) .
The limited pulse generator (see Fig. 4) generates the pulses by the rotation of a disc 11 which has an edge part alla with an arrangement of impermeable and permeable parts between a
Light source 12 and a phototransistor 13 has. The disk is driven by a synchronous motor with a countershaft gear 14. It is driven by a magnetic clutch CL, a
Time switch gear 15, a time switch shaft 16, a clutch brake CL2 on a spindle 16a which carries the disc 11.
The shaft 16 (FIGS. 4 and 5) carries a series of cams which are provided to actuate switching contacts SW1, SW2, SW3 .. after a suitable angle of rotation of the shaft 16. The wave
16 also carries a series of selector plates 17 which cooperate with another row 18 which is mounted on a parallel shaft 19. The shaft 16 passes through the housing of the arrangement and carries a pointer 20. According to FIG. 6, the housing carries marks 0-1000/0, which indicate the percentage of the dated
Indicate the pulses stored in the pulse generator. The brands are arranged in an arc, whose
Center is in the axis of the shaft 16.
Similarly, the shaft 19 penetrates the housing and carries an operating button 21 and a pointer 22. The latter moves over markers 22a which indicate the percentage of the preset motor movement.
The row of plates 18 forms stops for the plates 17 and allows the shaft 16 to rotate a given amount before a particular plate 17 engages a plate on the shaft 19 and thus stops the shaft. A rotation of the knob 21 therefore causes a predetermined
Motor movement is selected and arranges the plates 18 in a given angular direction; the
The angular position of the plates 17 is such that after the shaft has rotated the desired amount, it is stopped.
The shaft 19 also carries three contact banks for the selection switch S 2 and the actuation contacts of the switch SWS .... A spring 23 and a mechanical latch 24 ensure that the shaft 19 cannot be rotated to operate the selection switch S before it is pressed, to open the SWS switch.
In order to reset the shaft 16 and thus the plates 17 to their original zero position when the clutch CL1 is de-energized, the shaft 16 stores energy in a spiral return spring 25 when it is driven. This comes into effect when CL1 is de-energized and rotates shaft 16 in the opposite direction to the drive direction. Since the clutch brake CL2 is de-energized and connected to ground when this reset occurs, no pulses are generated during this period (Fig. 4).
In the line that excites the zero position CL1, the clutch brake CL2 and the synchronous motor (Fig. 7). a contact of the switch SWS-2 is provided, which is used to switch on the limited pulse generator only when the drive circuit is in the rest position, i. i.e. when relay N (Fig. 2) is de-energized and contacts N-6 are open.
The pulse generator works as follows:
At the end of a proper working cycle, the motor 14 is de-energized, the return spring 25 is loaded, the clutch CL1 is energized so that the return spring 25 is held in the loaded position by the friction of the irreversible engine gearbox, and the clutch brake CL2 is de-energized so that the
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Pulse generating disc 11 is connected to earth. To a certain motor movement, z. B. to select ss%, the selection button 21 must be pressed and turned to the ss% position. With the first
Movement of the button 21 causes the reset operation, i. That is, SWS-2 is opened so that CL1 is de-energized (N-6 is open), which allows the distributor shaft to be rotated by the return spring 25 into the zero position i.
When the zero position is reached, a cam on the distributor shaft 16 closes the switch SWO.
EMI5.1
If the "Forward" or "Backward" button is now pressed (Fig. 2), relay N is energized (see below), N-5 closes and relay H is energized. : a) H-1 closes and locks the relay H. b) H-2 closes by energizing the clutch brake CL2 and the synchronous motor. c) H-3 closes with the excitation of clutch CL1.
The photoelectric pulse generator begins to supply pulses to the drive circuit and the pulse counter begins to count. Pulses are also generated when the push button is released (except when the selection button is in the "creep" position). The arranged on the distributor shaft 16
Pointer 20 shows the percentage of movement covered and the return spring is loaded. When the motor has covered the prescribed distance, the pulse counter gives the "Halt" signal; relay N de-energizes (see below), N-5 opens and relay H de-energizes. a) H-1 opens and unlocks relay H. b) H-2 opens by de-energizing clutch CL2 and the synchronous motor. c) H-3 opens but is ineffective (N-4 is closed); Clutch CL1 remains energized and the
The return spring remains loaded.
In this way a cycle is completed.
If the operator does not want to change the percentage of the movement previously selected by the selection button 21, the new cycle will be easier because the reset operation will in this case be performed automatically as soon as one of the push buttons is pressed, just before the motor does
The start signal is given (contact N-4 opens when the push button is pressed).
If the circuit does not give a stop signal, one of the switches SW1, SW2, SW3 gives. SW4 selected by the selection switch S2 during the operation of the selection button, the hold signal. If the circuit is still not interrupted, a mechanical interruption is provided (Fig. 5), whereby the pulse generation is terminated after a small overflow. Actuation of any of the above switches automatically turns on the warning lamp L on the front of the unit.
The use of the limited pulse generator described above has the following advantages: a) The number of pulses generated is limited. Even with "crawling" control, the selected motor cannot move beyond a distance equal to more than 1000 of the pulses stored in the pulse generator. b) The exact number of generated pulses is not so critical, as the accuracy is given by the pulse counter, which counts the number of steps covered by the selected motor. In other words, the pulse counter gives accuracy and the limited pulse generator ensures safety. c) The pulse generator is reset in a simple manner as described above. without generating pulses. d) The operation of the pulse generator is special.
Selection of a predetermined forward movement and stop
I. Selection of the predetermined movement 1) Selection button is pressed a) SWS-1 interrupts a line in the brake circuit, ST is de-energized; ST-2 opens the input of the hold interlock circuit and the drive circuit is interrupted if it was actuated .. b) SWS-2 opens; CL-1 de-energizes after N-6 has opened (drive circuit in rest position) and the limited pulse generator is reset (see above).
2) The selection button is set to a predetermined movement, e.g. B. on solo. a) The 8Ufo plate is brought into a position so that it acts as a mechanical stop after an amount of rotation of the distributor shaft corresponding to the movement 8Ufo.
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b) The selector S. is brought into the 8% position so that the switch SW3 is selected by means of bank 1 and bank 3, B) the 3% position is selected on the pulse counter by means of bank 2.
II. Forward 1) The Forward push button is pressed. The relay F is energized. a) Contacts F-1 and F-2 close, whereby outputs 2 and 3 of the preamplifier are connected to input b and c of the power amplifier. Contact F-4 opens and makes relay line R ineffective. Contact F-5 opens the line of relay RS. The RS-1 contact connects to earth and allows the pulse counter to count. Contact F-3 closes in
Idle interlock circuit and relay N is energized. c) N-1 closes in the ternary ring circle ... (see the description of the ternary ring circle).
B) N-2 a blocking contact for relay F continues to block. y) N-3 closes relay R - no result.
6) N-4 opens; the clutch CH of the limited pulse generator is de-energized, the limited one
Pulse generator reset ... (see description of the limited pulse generator above). e) N-5 closes the line of relay H in the limited pulse generator. The limited pulse generator begins to supply pulses ... (see the description of the limited pulse generator above) S) N-6 closes and makes SWS-2 ineffective in the limited pulse generator.
If the selection button of the limited pulse generator is set to "crawl", the operator must keep his finger on the button as long as the engine is to run, otherwise the idle lock circuit is disconnected from the -16V voltage source and the engine stops.
III. Quiet
There are two types of stops. A stop due to normal operations and a stop due to failure of a circuit.
1) Stop due to normal operations. a) By actuating the pulse counter. b) By interrupting one line of the stop circuit in three ways: cl Press the hold button.
B) Press the CO-1 contact of the selector S. y) Press the select button in the SWS-1 contact of the limited pulse generator.
This de-energizes relay ST, ST-1 opens and interrupts the line in the brake circuit, thus preventing any possibility of re-energizing relay ST without resetting.
Contact ST-2 opens the normally closed circuit; the relay N de-energizes as soon as the transistor T3 in the ternary ring circuit is in saturation. N-1 opens and interrupts the ternary ring circuit by switching. The drive circuit is interrupted.
Contacts N-2 and N-3 are open; Relay F (or R) is de-energized.
F-l Open by disconnecting outputs 2 and 3 of the pre-F-2 stronger from input b and c of the power amplifier,
F-3 opens the idle interlock circuit - no result,
F-4 closes the line of relay R and prepares this line for actuation,
F-5 opens the relay RS.
The RS-1 contact resets the pulse counter in the brake circuit and the ST relay.
Contact N-4 blocks and locks the coil CL1 in the limited pulse generator.
Contact N-5 opens and de-energizes relay H in the limited pulse generator. The limited pulse generator stops (see above ...).
2) Stop due to failure of a circuit.
The selected limit switch in the limited impulse generator e. G. SW3 separates the input of the normally closed circuit from the voltage wave of -16V. The drive circuit is interrupted and the work process continues as above.
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