DD226708A1 - Schaltungsanordnung zur zuverlaessigkeitsueberwachung von drehzahlimpulsen - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist die Zuverlaessigkeitsueberwachung von Drehzahlimpulsen. Die Erfindung bezweckt den Schutz vor den Folgen des Impulsausfalls bei der Drehzahlmessung oder -ueberwachung. Ihr lag die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die den Ausfall von Drehzahlimpulsen erkennt und Signale zum Abschalten des Motors von Zentrifugen erzeugt. Erfindungsgemaess ist diese aus zwei Drehzahlabtaststufen (5; 6), diesen nachgeschalteten Impulsformern (7; 8) und Impulsverkuerzern (9; 10) einer parallel an die Impulsverkuerzer angeschlossenen ersten und zweiten Ausfallerkennungsschaltung (27; 28) und einem Taktgenerator (29) zusammengesetzt. Die 1. Ausfallerkennungsschaltung beinhaltet vier flankengetriggerte D-Flipflops und zwei AND-Gatter, die 2. zwei AND-Gatter und einen retriggerbaren Monoflop. Fig. 1

Description

Schaltungsanordnung zur Zuverlässigkeitsüberwachung von Drehzahlimpulsen

Internationale Patentklassifikation: H 03 E - 5/22, - 5/26 Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft die Zuverlässigkeitsüberwachung von Drehzahlimpulsen, die entweder der Drehzahlmessung und -anzeige oder einer Bewertung für den Überdrehzahlschutz dienen. Sie ist insbesondere für hochtourige Maschinen, wie z. B. Zentrifugen, zweckmäßig.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Alle bekannten Überdrehzahl-Schutzschaltungen, z. B. DD-PS 200 111, H 02 Ξ - 7/093, DE-OS 2 015 576, G 05 d - 13/04, DE-OS 2 415 934, B 04 B - 9/10, setzen

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eine praktisch störungsfreie Drehzahlimpulserzeugung voraus. Sie können den Ausfall von Drehzahlimpulsen infolge fehlerhafter Arbeitsweise der Drehzahlabtaststufen nicht erkennen» Gefährlich ist der in kurzen Abständen immer wiederkehrende Ausfall von Impulsen, weil die Zeitabschnitte ohne Impulsausfall für die Erfassung einer Überdrehzahl zu kurz sind* Diese Zeitabschnitte müssen mindestens so groß wie die Zeitbasis für die Impulszählung sein«» Bei Impulsausfall ist also keine Sicherheit des Abschaltens des Antriebs bei Überdrehzahl gegeben.

Ebenso wie bei Überdrehzahl-Schutzschaltungen führt der Ausfall von Drehzahlimpulsen bei Drehzahlmeßschaltungen zu Meßfehlern, die ein beträchtliches Ausmaß annehmen können· Auch hier sind keine Schaltungen bekannt, die eine fehlerhafte Meßwertbildung bzw, -anzeige signalisieren*

Ziel der Erfindung:

Die Erfindung bezweckt den Schutz vor den Polgen des Impulsausfalls bei der Drehzahlüberwachung oder -messung*

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die Drehzahlimpulse hinsichtlich ihres Vorhandenseins und Fehlens überwacht und Signale zum Abschalten des Motors von Zentrifugen, insbesondere von Zentrifugen mit zwei parallel arbeitenden Überdrehzahl-Schutzschaltungen, erzeugt* Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen:

Die Schaltungsanordnung ist aus zwei Drehzahlabtaststufen, diesen nachgeschalteten Impulsformern und Impulsverkürzern, einer parallel an die Impulsverkürzer angeschlossenen ersten und zweiten Ausfallerkennungsschaltung und einem Taktgeber

zusammengesetzt. Die Abtaststufen sind in der Nähe des Abtastelementes des drehenden Teiles angeordnet* In der ersten Ausfallerkennungsschaltung ist jedem Impulsverkürzer eine Hintereinanderschaltung aus einem ersten und einem zweiten flankengetriggerten D-Flipflop zugeordnet. Eingänge der Hintereinanderschaltungen sind die Takteingänge der vier Flipflop. Ihr Ausgang ist der Ausgang eines der beiden Flipflop. Die Ausgänge der ersten Flipflop sind mit den D-Eingang des zugehörigen zweiten Flipflop verbunden« Die Setzeingänge und die D-Eingänge der beiden ersten Flipflop sowie der Setzeingang eines zweiten Flipflop sind über einen Widerstand an eine Betriebsspannung gelegt· Der Setzeingang des anderen zweiten Flipflop steht mit dem Ausgang des erstgenannten zweiten Fliprlop in Verbindung. Die Ausgänge der zweiten Flopflop sind mit ihren Reseteingängen und über AHD-Gatter mit den Reseteingängen der ihnen vorgeschalteten ersten Flipflop verknüpft. Die zweiten Eingänge dieser AHD-Gatter sind jeweils an den Ausgang des anderen Impulsverkürzers gelegt. Die zweite Ausfallerkennungsschaltung besteht aus einer Hintereinanderschaltung von zwei AND-Gattern und eines retriggerbaren Monoflop, wobei an den zweiten Eingang des zweiten AKD-Gatters ein separates Resetsignal anliegt.

Ausführungsbeispiel:

In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 das Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung

Fig. 2 das Schaltbild einer konkreten Ausführung der Schale tungsanordnung ohne Abtaststufen und Impulsformer

Fig. 3 das Impulsdiagramm der ersten Ausfallerkennungsschaltung

Fig« 4- das Impulsdiagramm der zweiten Ausfallerkennungsschaltung

Fig. 1 veranschaulicht das Schaltungsprinzip in Verbindung mit einer Zentrifuge. Von der Zentrifuge sind schematisch der

Rotor 1, die Rotorwelle 2 und der Antriebsmotor 3 einschließlich Getriebe dargestellt· Am Boden des Rotors 1 ist als Abtastelement eine Sektoren abwechselnder magnetischer Konsistenz aufweisende Abtastscheibe 4- befestigt· In ihrer unmittelbaren Nähe sind die induktiven Abtaststufen 5 und 6 angeordnet· Ihnen sind jeweils Impulsformer 7 und 8 zur Erzeugung TTL-gerechter Rechteckimpulse nachgeschaltet, deren Ausgänge 17; 18 mit den Eingängen von Impulsverkürzern 9510 in Verbindung stehen· An die Ausgänge 19; 20 der Impulsverkürzer sind parallel eine erste Ausfallerkennungsschaltung 27 und eine zweite Ausfallerkennungsschaltung 28 angeschlossen. Der Ausgang 24 der ersten Ausfallerkennungsschaltung 27 ist mit dem Eingang eines Zählers 15 verbunden, dessen Ausgang 25 einen Eingang des Abschaltkreises 16 belegt· Der andere Eingang des Abschaltkreises 16 ist mit dem Ausgang 4-5 der zweiten Ausfall— erkennungsschaltung 28 belegt· Der Ausgang 26 des Abschaltkreises 16 führt zum Antriebsmotor 3 des Rotors 1· Ein Taktgenerator 29 weist einen Ausgang 30 für den Anschluß des Zählers 15 und einen Ausgang 31 für den Anschluß der zweiten Ausfallerkennungsschaltung 28 aufβ

Nicht dargestellt ist die Überdrehzahl-Schutzschaltung, die nicht zur Erfindung gehört, aber im gewählten Ausführungsbei— spiel den Sinn für die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergibt. Sie ist zweifach ausgeführt» eingangsseitig mit den Ausgängen 17; 18 und einem weiteren Ausgang des Taktgenerators 29 und ausgangsseitig mit einem Eingang des Abschaltkreises 16 verbunden«

Die Impulsverkürzer 9; 10 sind aus einem NAND-Gatter 34; 36, einem in einer der beiden Eingangsleitungen eingefügten Negator 33; 35 und einem diesen Eingang B mit Masse verbindenden Kondensator O^; Oo aufgebaut·

Kernstücke der Schaltungsanordnung sind die Ausfallerkennungsschaltungen 27; 28 (Pig. 2). Sie sind aus integrierten Schalt-

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kreisen aufgebaut, deren Typkennzeichen in der Fig. 2 vermerkt sind.

Die Ausfallerkennungsschaltung 27 setzt sich aus einer Hintereinanderschaltung eines ersten 11 und eines zweiten 13 flankengetriggerten D-Flipflop, die dem Impulsverkürzer 9 zugeordnet sind, einer Hintereinanderschaltung eines ersten 12 und zweiten 14· flankengetriggerten D-Flipflop, die dem Impulsverkürzer 10 zugeordnet sind, und zwei AUD-Gattern 37; 38 zusammen« Der Ausgang 19 des Impulsverkürzers 9 ist mit den Takteingängen T der Flipflop 11; 13 und über das AND-Gatter',38 (Eingang A) mit dem Reseteingang R des Flipflop 12 verbunden· An den Ausgang 20 des Impulsverkürzers 10 sind die Takteingänge T der Flipflop 12; 14 und über das AJKD-Gatter 37 der Reseteingang R des Flipflop 11 angeschlossen· Die Ausgänge 21; 22 bzw, Q der ersten Flipflop 11; sind mit den D-Eingängen D der zweiten Flipflop 13; 14· gekoppelt. Die Setzeingänge S und die D-Eingänge D der. Flipflop 11; 12 so4 wie der Setzeingang S des Flipflop 14 sind über den Widerstand W an die Betriebsspannung U-g gelegt· Der Setzeingang S des Flipflop 13 steht mit dem Ausgang Q des Flipflop 14- in Verbindung· Die Ausgänge Q der Flipflop 13; 14· sind mit ihren Reseteingängen R und über die.AND-Gatter 37; 38 (Eingänge B) mit den Reseteingängen der ihnen vorgeschalteten Flipflop 11; 12 verknüpft· Der Ausgang Q des Flipflop 13 - identisch mit dem Ausgang 24 der Ausfallerkennungsschaltung 27 - steht außerdem mit dem Vorwärtszähleingang Gy des Zählers 15 ia Verbindung· Dessen Datenausgang B ist über eine Lötbrücke an einen Hegator 44 gelegt« Der Negatorausgang bildet den Ausgang 25 des Zählers 15. Der Reseteingang R des Zählers 15 ist über einen Impulsverkürzer 43 an den zweiten Ausgang 31 des Taktgenerators 29 angeschlossen. Der Impulsverkürzer 43 ist ebenso wie die Impulsverkürzer 9; 10 aufgebaut·

Die Ausfallerkennungsschaltung 28 setzt sich aus zwei AUD-Gattern 39; 40 und zwei flankengetriggerten D-Flipflop 41· 42 zusammen, die funktionell einen retriggerbaren Monoflop bilden. Die beiden Eingänge A-B des AHD-Gatters 39 sind mit den Ausgängen 19; 20 verbunden. Der Ausgang des AND-Gatters 39 ist

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an den A-Eingang des AHO-Gatters 40 geführt, an dessen B-Eingang ein gesondertes, im Steuergerät der Zentrifuge erzeugtes Resetsignal anliegt· Der Ausgang dieses Gatters 40 führt zu den Setzeingängen S der Flipflop 41; 42* Der Ausgang Q des Flipflop 41 ist an den Takteingang T des Flipflop 42 gelegt· Der invertierte Ausgang Q ist mit dem eigenen D-Eingang verbunden. Der Tatkeingang T des Flipflop 41 ist an den ersten Ausgang 30 des Taktgenerators 29 angeschlossen» Die Reseteingänge R beider Flipflop 41 j 42 liegen über einen Widerstand W₂ an der Betriebsspannung U_B an· Der Ausgang Q des Flipflop 42 repräsentiert den Ausgang 45 der Ausfallerkennungsschaltung 28· Die Funktionsweise der beschriebenen Schaltungsanordnung soll anhand der Inipulsdiagramme (Fig₀ 3 und 4) der Eingangs- und Ausgangssignale der beiden Ausfallerkennungsschaltungen 27; 28 erläutert werden«, Die Impulsaraplituden sind wie üblich mit den Bezugszeichen der entsprechenden Ein- und Ausgänge belegt· Unter diesen sind in Klammern die Bezugszeichen der zugehörigen Bauelemente angegeben·

Betrachtet werden vier funktionstypische Betriebszustände a); b); c); d)· Im Betriebszustand a) wird der normale Betrieb ohne Impulsausfälle oder Störimpulse gezeigt. Die Zustände b^); b₂) veranschaulichen Impulsausfälle auf einen der beiden Abtastkanäle, deren Anzahl unter einer durch die Lötbrücke des Zählers 15 festgelegten Höchstzahl pro Zeiteinheit T₂ bleibt« Der Zustand c) verdeutlicht einen Impulsausfall, der diese Höchstzahl überschreitet· Der Zustand d) (Fig_# 4) stellt den statischen Impulsausfall auf beiden Abtastkanälen dar· Die in den Abtaststufen 5; 6 erzeugten und in den Impulsformern 7; 8 in Rechteckform gebrachten Drehimpulsfolgen 17; 18 werden den Impulsverkürzern 9; 10 zugeführt, wo aus den Rechteckimpulsen mit dem Tastverhältnis 1:1 Low-Impulse 19; 20 mit einer Breite von etwa 30 ns, beginnend mit der LH-Flanke der Rechteckimpulse, gebildet werden·

Ausgehend davon, daß der erste Impuls 19 des ersten Kanals eher als der erste Impuls 20 des zweiten Kanals gebildet wird, ent-

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steht folgender Funktionsablauf:

Die Ausfallerkennungsschaltung 27 definiert sich durch die Rückführung der Q -Ausgänge 23 und 24 auf die jeweiligen Reseteingänge H selbst. Dadurch liegen die Ausgänge 21; 22 auf L-Pegel und 23; 24 auf Η-Pegel. Durch den L-Pegel des ersteh Impulses der Impulsfolge am Ausgang 19 liegt am Reseteingang R des Flipflop 12 für die Dauer des Impulses L-Pegel an, und Ausgang 22 würde auf L-Pegel gesetzt· Mit der LH-Flanke des gleichen Impulses wird über den Takteingang T der Flipflop 11 am Ausgang 21 auf H gestellt. Dieselbe LH-Flanke bewirkt am Flipflop 13 keine Veränderung aufgrund des L-Pegels am D-Eingang, da der Flipflop 11 noch nicht geschaltet ist· Mit dem L-Pegel des.anschließend folgenden Impulses 20 wird der Flipflop 11 wieder rückgesetzt und der Q-Ausgang 21 hat wieder L-Pegel· Die LH-Flanke desselben Impulses schaltet über den Takteingang T den Flipflop 12 auf Η-Pegel· Hierdurch wird der Flipflop 14 nicht beeinflußt, weil an seinem D-Eingang zum Zeitpunkt der LH-Flanke noch L-Pegel anlag* Doeser Vorgang wiederholt sich bei abwechselnd eintreffenden Impulsen 18; 20.

Die Summe der Impulse 19; 20, die vom AMD-Gatter 39 gebildet wird, gelangt über das AKD-Gatter 40 an die Setzeingänge S der Flipf-lop 41; 42· Sie hält die Flipflop an deren Q-Ausgängen ständig auf Η-Pegel. Der am Takteingang T des i'lipflop anliegende Zeittakt 30, dessen Frequenz klein gegenüber der Frequenz der Impulssumme ist, kippt den Flipflop 41 mit seiner LH-Flanke zeitweilig um. Es wird aber durch den nächsten Impuls am Setzeingang S wieder zurückgekippt, wobei derselbe Impuls den Flipflop 42 ebenfalls setzt, so daß sich sein Q-Pegel nicht ändert· Fallen die Impulse 19; 20 beider Abtastkanäle aus (Fig. 4d), werden die Flipflop 41· 42 nicht mehr gesetzt· Spätestens nach der Zeit T₂ wird der Flipflop 41 und nach der Zeit 2 T₂ auch der Flipflop 42 gekippt. Am Q-Ausgang 45 tritt ein L-Pegel auf, der über den Abschaltkreis 16 den Antriebsmotor 3 außer Betrieb setzt,

Fällt im zweiten Abtastkanal 6; 8; 10 ein Impuls 20 aus (Fig· 3b^), so wird der vorher durch die LH-Flanke des Impulses 19 gekippte Flipflop 11 nicht zurückgesetzt· Ebenso verbleibt der Flipflop 12 auf L-Pegel· Der nächste Impuls 19 am Takteingang T bewirkt ein kurzzeitiges Kippen des Flipflop 13 auf L-Pegel, weil er sich über die Rückkopplung auf seinen Reseteingang R selbst wieder auf Η-Pegel setzt« Mit demselben Signal wird der Flipflop 11 auf L-Pegel zurückgesetzt. Der wiedereintreffende nächste Impuls 20 bringt den Flipflop 12 auf H-Pegel_t Der L-Impuls 24- gelangt zum Vorwartszähleingang Ογ des Zählers 15· Die Datenausgänge A, B, G, D geben Impulse nach dem Untersetzungsverhältnis 1, 2, 4, 8 ab· Der Ausgang B ζ« Β· gibt nur bei jedem zweiten Impuls 24- innerhalb der Taktzeit To ein L-Signal, das nach negation am Ausgang 25 erscheint (Figo 3c)· Das Rücksetzen des Zählers 15 erfolgt durch kurze Impulse, die der Impulsverkürzer 43 aus dem Takt T₂ ableitet·

Fällt im ersten Abtastkanal 5i 7% 9 ein Impuls 19 aus,-Fig. 3b₂), so bleibt der Q-Ausgang 21 des Flipflop 11 auf L-Pegel· Der anschließend erscheinende Impuls 20 schaltet den Flipflop 14 kurzzeitig auf L-Pegel, weil er sich selbst wieder zurücksetzt· Gleichzeitig wird der Flipflop 12 auf L gesetzt und der Flipflop 13 kurzzeitig auf L geschaltet· Dieser L-Impuls 24 gelangt zwar zum Zähler 15, bewirkt aber ebenso wie im Fall 3b^, keinen L-Impuls 25·.

Fallen aber auch die folgenden Impulse 19 aus (Fig, 3c), so bleibt der Flipflop 11 auf L-Pegel_e Bei jedem Impuls 20 wiederholen sich die im Betriebszustand 3b₂ geschilderten Vorgänge« Es werden fortlaufend L-Impulse 24 erzeugt, wovon die ersten beiden innerhalb der Taktzeit T₂ anfallenden Impulse einen L-Impuls 25 verursachen, der über den Abschaltkreis 16 den Antriebsmotor 3 außer Betrieb setzt.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Impulse 17; 18 um 90° zueinander phasenverschoben. Es treten Folgefrequenzen bis 480 Hz auf· Die Zeittakte betragen T^ = 6 s und T₂ = 0,6 s·

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Claims (5)

- 9 -Erfindungsanspruch:

1. Schaltungsanordnung zur Zuverlässigkeitsüberwachung von Drehzahlimpulsen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei Drehzahlabtaststufen (5; 5), diesen nachgeschalteten Impulsformerη (7; S) und Impulsverkürzern (9; 10), einer parallel an die Impulsverkürzer (9i 10) angeschlossenen ersten und zweiten Ausfallerkennungsschaltung (27; 28) und einem Taktgenerator (29) zusammengesetzt ist, die Abtaststufen (5; 6) i& der Nähe eines Abtastelementes (4) des drehenden Teiles (1) angeordnet sind, in der ersten Ausfallerkennungsschaltung (27) jedem Impulsverkürzer (9; 10) eineHintereinanderschaltung aus einem ersten (11; 12) und einem zweiten (13; 1²O flankengetriggerten D-Flipflop zugeordnet ist, wobei ihre Eingänge die Takteingänge (T) der Flipflop (11; 13; 12; 14) und ihr Ausgang (24) der Ausgang (Q) eines der beiden Flipflop (13) ist, die Ausgänge (21; 22) der ersten Flipflop (11; 12) mit den D-Eingängen (D) der zweiten Flipflop (13; 14) verbunden sind, dia Setzeingänge (S) und die D-Eingänge (D) der beiden ersten Flipflop (11; 12) sowie der Setzeingang (S) eines zweiten" Flipflop (14) über einen Widerstand (W^) an eine Betriebsspannung (U-g) gelegt sind, der Setzeingang (S) des anderen zweiten Flipflop (13) mit dem Ausgang (Q) des erstgenannten zweiten Flipflop (14) in Verbindung steht, die Ausgänge (Q) der zweiten Flipflop (13; 14) mit ihren Reseteingängen (R) und über AND-Gatter (37; 38) mit den Reseteingängen (R) der ihnen vorgeschalteten ersten Flipflop (11; 12) verknüpft sind, die zweiten Eingänge (S) dieser AND-Gatter (37; 38) jeweils an den Ausgang (20; 19) des anderen Impulsverkürzers (10; 9) gelegt sind, die zweite Ausfallerkennungsschaltung (28) aus einer Hintereinanderschaltung von zwei AND-Gattern (39; 40) und eines retriggerbaren Honoflops (41; 42) besteht, wobei an dem zweiten Eingang (B) des zweiten AKD-Gatters (40) ein separates Resetsignal (RS) anliegt.

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2· Schaltungsanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsverkürzer (9} 10) aus einem UAHD-Gatter (34; 36), einem in eine der beiden Eingangsleitungen eingefügten Negator (33; 35) und einem diesen Eingang (B) mit Masse verbindenden Kondensator (O_x,; O₂) aufgebaut sind.

3· Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der retriggerbare Monoflop aus zwei flankengetriggerten D-Flipflop (41; 42) zusammengesetzt ist, wobei der Ausgang (Q) des ersten Flipflop (41) an den Takteingang (T) des zweiten Flipflop (42) geführt ist, die Setzeingänge (S) beider Flipflop (41; 42) mit dem Ausgang des zweiten AND-Gatters (40) verknüpft sind, der Takteingang (T; des ersten Flipflops (41) mit dem ersten Ausgang (30) des Taktgebers (29) in Verbindung steht, der invertierte Ausgang (Q) des ersten Flipflop (41) an seinen D-Eingang rückgeführt ist und beide Reseteingänge (R) über einen Widerstand (Wp) an die Betriebsspannung (U-g) anliegen.

4. Schaltungsanordnung nach Punkt 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang (24) der ersten Ausfallerkennungsschaltung (27) ein Zähler (15) n&t mehreren Datenausgängen (A; B; C; D) angeschlossen ist, wobei der Reseteingang (R) des Zählers (15) über einen Impulsverkürzer (43) gleicher Ausführung wie die anderen Impulsverkürzer (9; 10) an den zweiten Ausgang (3D des Taktgenerators (29) angeschlossen ist und die Datenausgänge (A; B; G; D) wahlweise über einen Hegator (44) an den Ausgang (25) des Zählers (15) geführt sindo

5« Schaltungsanordnung nach Punkt 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Drehzahlabtaststufen (5; 6) und ihre Impulsformer (7; S) gleichzeitig die Eingangsstuf en einer doppelt ausgeführten

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Überdrehzahl-Schutzschaltung sind, ihre Ausfallerkennungsschaltungen (27; 28) parallel au den Impulsbewerteschaltungen der beiden Überdrehzahl-Schutaschaltungen geschaltet sind und ihre Ausgänge (25; 4-5) an die Eingänge des gemeinsamen Abschaltkreises (16) geführt sind.

Hieran <S Blatt Patentzeichnungen