CS221303B1 - Zapojení Inkrementálního snímače polohy na .procesor, zejména minipočítač nebo .mikropočítač - Google Patents

Abstract

Vynález řeší problém inkrementálního odměřování pohyblivé části, například sedlá rmáčky papíru, pomocí číslicového procesoru. Podstatou vynálezu je, že jedna větev vý­ stupů 1, 2, 3, 4 inkrementálního snímače polohy je připojena jednak přímo, jednak prostřednictvím osmi klopných obvodů 5 až 12 přes dva součtové členy 13 a 14, jakož i třetí součtový člen 18, a prostřednictvím prvního a druhého členu 15, 16 EXCLUSIVE-©R přes první 'Součinový člen 17 na vstupy i výstupy číslicového procesoru 27, 28 a 29. Druhá větev výstupů 19, 29, 21 inkrementálního snímače polohy je připojena soustavou tvořenou invertorem 22, třetím členem 23 EXCLUSIVE-OR, druhým součinovým členem 24, zpožďovacím obvodem 25, devátým klopným obvodem 26 a třetím součtovým členem 18 na výstupy a vstupy číslicového procesoru 29 a 27, 28.

Description

Vynález se týká zapojení inkrementálního snímače polohy na procesor, zejména minipočítač nebo mikropočítač.

Odměřování polohy pohyblivé mechanické části je důležitou funkční skupinou u mnoha průmyslových zařízení, například u obráběcích strojů nebo řezaček papíru. Z ekonomického hlediska nejvýhodnější je použití inkrementálního způsobu odměřování. Základním členem takového odměřovacího systému je inkrementální snímač polohy. Je to elektronický rotační snímač s třemi základními výstupními signály. Jednak jsou to dva fázově posunuté polohové signály, které slouží ke generování počítacích pulsů vpřed a vzad, jednak je to nulovací signál, který slouží k nastavení vyhodnocovacího systému do výchozí polohy po zapnutí. Nulovací impuls je snímačem vyslán vždy jednou za otáčku. Většina inkrementálních snímačů je vybavena také negacemi popsaných tří základních signálů. Tyto negované signály se ve vyhodnocovacím systému používají jako kontrolní signály ke zvýšení odolnosti vůči rušení.

Vyhodnocovací elektronika je u současných odměřovacích systémů řešena zpravidla tak, že výstupní signály snímače jsou nejprve přivedeny na filtrační obvody, které zvyšují odolnost proti krátkým rušivým signálům. Dále jsou tyto obvykle přivedeny na soustavu klopných obvodů, kde se slučují tři základní signály a jejich negace. Poté následují obvody rozlišení směru, kde se využitím signálů snímače a jejich derivací generují počítací impulsy vpřed a vzad, které jsou pak přivedeny na kaskádu reversibilních čítačů. Používají se obvykle reversibilní čítače v kódu BCD s možností přednastavení,..;' přičemž k přednastavení se využívá výše zmíněný nulovací signál inkrementálního 'snímače, hradlovaný výstupním signálem pomocného snímače polohy. Tento pomocný snímač polohy je sepnut přibližně po dobu jedné otáčky inkrementálního snímače v tzv. referenčním úseku dráhy pohyblivé části. Tímto způsobem je na celé dráze pohyblivé Části generován pouze jeden nastavovací puls pro reversibilní čítače. Tento nastavovací puls nastaví čítače do požadovaného počátečního stavu, odpovídajícího přesně referenční poloze. Za tím účelem jsou obvykle nastavovací vstupy čítačů připojeny na výstupy otočných číslicových spínačů, pomocí kterých lze přesně nastavit hodnotu referenčního údaje. Po provedení nastavení, například přejezdem pohyblivé části přes referenční úsek dráhy, udávají pak výstupy jednotlivých reversibilních čítačů přímo jednotlivé řády desítkové hodnoty polohy v kódu BCD.

Je-li vyhodnocovací elektronika napojena na číslicový procesor, pak tato musí být doplněna vstupními obvody, které umožní převést výstupní signály reversibilních čítačů na datovou sběrnici procesoru. Tohoto způsobu se používá všude tam, kde je procesor použit buď k zobrazení údaje polohy, nebo, což je častější, k řízení pohybu pohyblivé části.

Nevýhodou popsaného zapojení inkrementálního snímače na procesor je, že toto je velmi složité a nákladné.

Další nevýhodou popsaného zapojení je to, že při řízení posuvu není procesor časově využit, neboť provádí pouze zjišťování stavu reversibilních čítačů a srovnání tohoto stavu s určitou žádanou hodnotou. Při dosažení shody pak procesor provede požadovanou operaci, tj. přepnutí rychlosti posuvu, zastavení, vyvolání dalších funkcí a podobně.

Tyto nevýhody do značné míry odstraňuje zapojení inkrementálního snímače polohy na procesor, zejména minipočítač nebo mikropočítač, podle vynálezu, jehož podstatou je, že výstup prvního polohového signálu inkrementálního snímače je připojen na datové vstupy prvního a osmého klopného obvodu, na hodinové vstupy čtvrtého a sedmého klopného obvodu, na první vstup prvního členu EXCLUSIVE-OR a na první vstup vstupního obvodu procesoru, výstup negovaného prvního polohového signálu inkrementálního snímače je připojen na datové vstupy třetího a šestého klopného obvodu, na hodinové vstupy druhého a pátého klopného obvodu, na druhý vstup prvního členu EXCLUSIVE-OR a na druhý vstup vstupního obvodu procesoru, výstup druhého polohového signálu Inkrementálního snímače je připojen na datové vstupy čtvrtého a pátého klopného obvodu, na hodinové vstupy třetího a osmého klopného obvodu, dále na první vstup druhého členu EXCLUSIVE-OR a dále na třetí vstup vstupního obvodu procesoru, výstup negovaného druhého polohového signálu inkrementálního snímače je připojen na datové vstupy druhého a- sedmého klopného obvodu, na hodinové vstupy prvního a šestého klopného obvodu, na druhý vstup druhého členu EXCLUSIVEOR a na čtvrtý vstup vstupního obvodu procesoru, výstupy prvního až čtvrtého klopného obvodu jsou připojeny na vstupy prvního součtového členu, mazací vstupy prvního až čtvrtého klopného obvodu jsou připojeny na první výstup výstupního obvodu procesoru, výstupy pátého až osmého klopného obvodu jsou připojeny na vstupy druhého součtového členu, mazací vstupy pátého až osmého klopného obvodu jsou připojeny na druhý výstup výstupního obvodu procesoru, výstupy prvních dvou členů EXCLUSIVE-OR jsou připojeny na vstupy prvního součinového členu, jehož výstup je připojen na pátý vstup vstupního obvodu procesoru, výstupy prvních dvou součtových členů jsou připojeny na šestý a sedmý vstup vstupního obvodu procesoru a na první a druhý vstup třetího součtového členu, výstup nulovacího signálu Inkrementálního snímače je připojen na první vstup třetího členu EXCLUSIVE-OR a na první vstup druhého součinového členu, výstup negovaného nulovacího signálu inkrementálního snímače je připojen na druhý vstup třetího členu EXCLUSIVE-OR a na vstup invertoru, výstup pomocného snímače polohy je připojen na druhý vstup druhého součinového členu, výstup invertoru je připojen na třetí vstup druhého součinového členu, výstup druhého součinového členu je připojen na vstup zpožďovacího obvodu, výstup zpožďovacího obvodu je připojen na hodinový vstup devátého klopného, obvodu, jehož datový vstup je připojen na výstup třetího členu EXCLUSIVE-OR a mazací vstup je připojen na třetí výstup výstupního obvodu procesoru, výstup tohoto devátého klopného obvodu je připojen na třetí vstup třetího součtového členu a na osmý vstup vstupního obvodu procesoru a výstup třetího součtového členu je připojen na přerušovací vstup procesoru.

Výhodou zapojení inkrementálního snímače polohy na procesoru podle vynálezu je, že obsahuje nepatrný podíl hardware, neboť celé zapojení je možno realizovat 8 až 9 běžnými integrovanými obvody malé nebo střední integrace. Hardwarová složitost dosavadních řešení vyhodnocovací elektroniky je nahrazena u zapojení podle vynálezu lepším časovým využitím procesojru.

Příkladné zapojení inkrementálního snímače na procesor podle vynálezu je znázorněno na výkresu blokového schématu.

Výstup 1 polohového signálu inkrementálního snímače je připojen jednak na datové vstupy prvního a osmého klopného obvodu 5, 12 a jednak na hodinové vstupy čtvrtého a sedmého klopného obvodu 8, 11 a dále na první vstup prvního členu 15 EXCLUSIVE-OR a na první vstup vstupního obvodu 27 procesoru. Výstup 2 negovaného prvního polohového signálu inkeremntálního snímače je připojen jednak na datové vstupy třetího a šestého klopného obvodu 7, 10, jednak na hodinové vstupy druhého a pátého klopného obvodu 8, 9, dále na druhý vstup prvního členu 15 EXCLUSIVEOR a dále na druhý vstup vstupního obvodu 27 procesoru. Výstup 3 druhého polohového signálu inkrementálního snímače je připojen jednak na datové vstupy čtvrtého a pátého klopného obvodu 8, 9, jednak na hodinové vstupy třetího a osmého klopného obvodu 7, 12, dále na první vstup druhého členu 16 EXCLUSIVE-OR a dále na třetí vstup vstupního obvodu 27 procesoru. Výstup 4 negovaného druhého polohového signálu inkrementálního snímače je připojen jednak na datové vstupy druhého a sedmého klopného obvodu 6, 11, jednak na hodinové vstupy prvního a šestého klopného obvodu 5, 10, dále na druhý vstup druhého členu EXCLUSIVE-OR a dále na čtvrtý vstup vstupního obvodu 27 procesoru. První čtyři klopné obvody 5 až 8 vyhodnocují změny polohových signálů inkrementálního snímače v jednom směru otáčení, druhé čtyři klopné f

obvody 9 až 12 ve druhém směru otáčení. Jsou-li všechny klopné obvody 5 až 12 vynulovány, pak při pootočení rotoru inkrementálního snímače pří jakékoliv změně sta¹· vu polohových signálů přejde výstup jednoho z klopných obvodů 5 až 12 z logické nuly do logické jedničky. Výstupní signály obou čtveřic klopných obvodů jsou sloučeny pomocí prvního a druhého součtového členu 13, 14, jejichž výstupy jsou připojeny jednak na šestý a sedmý vstup vstupního obvodu 27 procesoru a jednak na první a druhý vstup třetího součtového členu 18. Mazací vstupy klopných obvodů 5 až 8 jsou připojeny na první výstup výstupního obvodu 29 procesoru, mazací vstupy klopných obvodů 9 až 12 jsou připojeny na druhý výstup výstupního obvodu 29 procesoru. Výstupy obou prvních členů 15, 18 EXCLUSIVE-OR jsou připojeny na vstupy prvního součinového členu 17, jehož výstup je připojen na pátý vstup vstupního obvodu 27 procesoru. Dojde-li ke změně polohových signálů inkrementálního snímače, pak jeden z výstupů součtových členů 13 nebo 14 přejde z logické nuly do logické jedničky, takže přes třetí součtový člen 18 se logická jednička dostane i na přerušovací vstup 28 procesoru. Tím se automaticky vyvolá přerušení hlavního programu procesoru, který je takto informován o tom, že došlo ke změně polohy. Prostřednictvím svého vstupního obvodu 27 si může zjistit, došlo-li k pootočení v jednom nebo ve druhém směru, podle stavu výstupů součtových členů 13, 14, a podle toho snížit něho zvýšit údaj o poloze, který má trvale uchován v paměti nebo pracovních registrech. Po vyhodnocení směru procesor prostřednictvím výstupního obvodu 29 vynuluje příslušnou čtveřici klopných obvodů 5 až 8 nebo 9 až 12. Oddělené nulování obou čtveřic klopných obvodů má význam při zakmitávání polohových signálů inkrementálního snímače v klidové poloze, kdy při zpracování jednoho přerušení může dojít velmi rychle k pootočení opačným směrem. V tomto případě si druhá čtveřice klopných obvodů vyžádá okamžitě opět přerušení a údaj o poloze je procesorem správně korigován. Pomocí prvních dvou členů 15, 16 EXCLUSIVE-QR a prvního součinového členu 17 je vytvářen kontrolní signál pro procesor. Tento signál musí mít trvale úroveň logické jedničky, čímž se kontroluje, že signál na výstupu 2 inkrementálního snímače je skutečně negací signálu na výstupu 1 a současně, že signál na výstupu 4 je skutečně negací na výstupu 3. Je to jednoduchá, ale účinná kontrola správnosti polohových signálů inkrementálního snímače, která zajišťuje také částečnou ochranu vůči rušení. Zjistí-li totiž procesor, že výstup prvního součinového členu 17 má úroveň logické nuly, pak se neprovede změna údaje o poloze a přerušení je chápáno jako rušící signál. Trvá-li tento stav delší dobu, znamená to poruchu snímače nebo připojovacího kabelu. Druhá velmi účinná ochrana vůči rušení může být zajištěna přímým vyhodnocením stavu polohových signálů prostřednictvím prvních čtyř vstupů vstupního obvodu 27 procesoru. Je-li totiž v paměti nebo pracovním registru procesoru uchován stále poslední stav polohových signálů, může procesor, při každém přerušení zkontrolovat, zda |se nový stav skutečně liší od stavu předchozího. Zjistí-li shodu, neprovede opět změnu údaje o poloze a přerušení je chápáno jako rušivý signál. Výše popsané ochrany zaručují vysokou odolnost systému vůči rušení bez použití složitých filtračních a zabezpečovacích obvodů.

Nastavení výchozího stavu údaje polohy je zajišťováno prostřednictvím výstupu 20 nulovacího signálu inkrementálního snímače, výstupu 21 negovaného nulovacího signálu inkrementálního snímače a výstupu 19 pomocného snímače polohy. Výstup 20 je připojen jednak na první vstup třetího členu 23 EXCLUSIVE-OR a jednak na první vstup druhého součinového členu 24. Výstup 21 je připojen jednak na druhý vstup třetího členu 23 EXCLUSIVE-OR a jednak na vstup investoru 22. Výstup 19 je připojen na druhý vstup druhého součinového obvodu 24 a výstup invertoru 22 je připojen na třetí vstup druhého součinového obvodu 24. Je-li při vyslání nulovacího pulsu současně sepnut i pomocný snímač polohy, projde tento nulovací puls přes součinový člen 24 na vstup zpožďovacího obvodu 25, jehož doba zpoždění je kratší než délka nulovacího pulsu Inkrementálního snímače při maximální rychlosti, otáčení. Po uplynutí zpožďovací doby. generuje zpožďovací obvod 25 hodinový impuls pro devátý klopný obvod 26, jehož datový vstup je připojen na výstup třetího členu 23 EXCLUSIVE-OR, který kontroluje, zda signál na výstupu 21 je skutečně negací signálu na výstupu 20. V kladném případě přejde při hodinovém pulsu výstup klopného obvodu 26 z logické nuly do logické jedničky a prostřednictvím součtového členu 18 je opět vyžádáno přerušení. Výstup klopného obvodu 26 je připojen také na ošmý vstup vstupního obvodu 27 procesoru takže po zjištění přerušení může procesor zjisti, je-li přerušení žádáno od nulovacího pulsu, nebo od polohových signálů. V prvním případě pak procesor nastaví do údaje polohy referenční hodnotu, kterou má pevně uloženou v paměti programu a vynuluje prostřednictvím třetího výstupu svého výstupního obvodu 29 klopný obvod 26. V některých případech je výhodné, probíhá-li nastavení referenčního údaje pouze při jednom směru pohybu pohyblivé části, tj. pří jednom směru otáčení Inkfremetálního snímače. Toto lze u zapojení podle vynálezu snadno realizovat, neboť procesor sl v paměti nebo pracovním registru může zachovávat příznak směru otáčení, který si nastavuje pří každém vyhodnocení přerušení od polohových signálů.

V případě, že u daného systému nehrozí nebezpečí rušení, lze ze zapojení podle vynálezu vypustit všechny tři členy EXCLUSIVE-OR, součinový člen 17 a případně i invertor 22 při nevyužití negace nulovacího signálu inkrementálního snímače. Ze zapojení lze také vypustit připojení výstupů 2, 4 na procesor, neboť ke komparaci předchozího a současného stavu stačí srovnávat pouze základní polohové signály a nikoliv i jejich negace. Je-li nebezpečí rušení minimální, nebo jsou-li požadavky na spolehlivost malé, lze pochopitelně připojení polohových signálů na procesor vypustit úplně s tím, že procesor po zjištění přerušení neprovádí žádné kontroly a automaticky zvyšuje nebo snižuje údaj v poloze. Místo součtových členů 13, 14 lze použít také členů NAND. V tom případě jsou na jejich vstupy připojeny negované výstupy klopných obvodů 5 až 12. Při použití negovaných výstupů všech devíti klopných obvodů lze místo všech součtových členů 13, 14, 18 použít členů NAND. Při použití kontaktového pomocného snímače polohy je vhodné tento doplnit R-S klopným obvodem pro odstranění vlivu zakmitávání kontaktů.

Vstupní obvod 27 procesoru může být realizován například osmibitovým vstupním portem, výstupní obvod 29 procesoru může být realizován například dekodérem výstupních adres. Návaznost na procesor, členy 27, 28, 29 představuje například u mikropočítače maximálně 2 integrované obvody.

Pro posouzení možností zapojení podle vynálezu je možno uvést, že například při použití mikropočítače s GPU typu INTEL 8085 je při inkrementu 0,01 mm maximální rychlost pohyblivé části cca 90 mm/s.

Zapojení inkrementálního snímače polohy na procesor podle vynálezu je možno použít u mnoha průmyslových zařízení, kde se vyžaduje vysoká přesnost a spolehlivost nastavení polohy pohyblivé součásti, například u obráběcích strojů, řezaček papíru apod.

Claims (1)

1. Zapojení inkrementálního snímače polohy na procesor, zejména minipočítač nebo mikropočítač, vyznačené tím, že výstup (1) prvního polohového signálu inkrementálního snímače je připojen na datové vstupy prvního a osmého klopného obvodu (5, 12), na hodinové vstupy čtvrtého a sedmého klopného obvodu (8, 11), na první vstup prvního členu (15) EXCLUSIVE-OR a na první vstup vstupního obvodu (27) procesoru, výstup (2) negovaného prvního polohového signálu inkrementálního snímače je připojen na datové vstupy třetího a šestého klopného obvodu (7, 10), na hodinové vstupy druhého a pátého klopného obvodu (6, 9), na druhý vstup prvního členu (15) EXCLUSIVEOR a na druhý vstup vstupního obvodu (27) procesoru, výstup (3) druhého polohového signálu inkrementálního snímače je připojen na datové vstupy čtvrtého a pátého klopného obvodu (8, 9), na hodinové vstupy třetího a osmého klopného obvodu (7, 12), na první vstup druhého členu (16) EXCLUSIVE-OR a na třetí vstup vstupního obvodu (27) procesoru, výstup (4) negovaného druhého polohového signálu inkrementálního snímače je připojen na datové vstupy druhého a sedmého klopného obvodu (6, 11), na hodinové vstupy prvního a šestého klopného obvodu (5, 10), na druhý vstup druhého členu (16) EXCLUSIVE-OR a na čtvrtý vstup vstupního obvodu (27) procesoru, výstupy prvního až čtvrtého klopného obvodu (5, 6, 7, 8) jsou připojeny na vstupy prvního součtového členu (13), mazací vstupy prvního až čtvrtého klopného obvodu (5, 6, 7, 8) jsou připojeny na první výstup výstupního obvodu (29) procesoru, výstupy pátého až osmého klopného obvodu (9, 10, 11, 12) jsou

   VYNÁLEZU připojeny na vstupy druhého součtového členu (14), mazací vstupy pátého až osmého klopného obvodu (9, 10, 11, 12) jsou připojeny na druhý výstup výstupního obvodu (29) procesoru, výstupy prvních dvou členů (15, 16) EXCLUSIVE-OR jsou připojeny na vstupy prvního součinového členu (17), jehož výstup je zapojen na pátý vstup vstupního obvodu (27) procesoru, výstupy prvních dvou součtových členů (13, 14) jsou připojeny na šestý a sedmý vstup vstupního obvodu (27) procesoru a na první a druhý vstup třetího součtového členu (18), výstup (20) nulovacího signálu inkrementálního snímače je připojen na první vstup třetího členu (23) EXCLUSIVE-OR a na první vstup druhého součinového členu (24), výstup (21) negovaného nulovacího signálu inkrementálního snímače je připojen na druhý vstup třetího členu (23) EXCLUSIVE-OR a na vstup invertoru (22), výstup (19) pomocného snímače polohy je připojen na druhý vstup druhého součinového členu (24), výstup invertoru (22) je připojen na třetí vstup druhého součinového členu (24), výstup druhého součinového členu (24) je připojen na vstup zpožďovacího obvodu (25), výstup zpožďovacího obvodu (25) je připojen na hodinový vstup devátého klopného obvodu (26), jehož datový vstup je připojen na výstup třetího členu (23) EXCLUSIVE-OR a mazací vstup je připojen na třetí výstup výstupního obvodu (29) procesoru, výstup tohoto devátého klopného obvodu (26) je připojen na třetí vstup třetího součtového členu (18) a na osmý vstup vstupního obvodu (27) procesoru a výstup třetího součtového členu (18) je připojen na přerušovací vstup (28) procesoru.