-
"Meßeinrichtung zur Drehrichtungsbestimmung und zur Impulszählung"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung zur Drehrichtungsbestimmung eines
Motors, insbesondere eines Schrittmotors, und zur Zählung der von einer Wicklungsspannungserfassung
des Motors abgegebenen Impulse, wobei aus dem zeitlichen Eintreffen der Impulse
eine Vorwärts- oder Rückwärtsdrehrichtung abgeleitet werden kann.
-
Ein Anwendungsgebiet der Erfindung ist bei Kernkraftwerken zu finden.
Im Kernkraftwerksprozeß wird die Reaktorleistung mittels mehrerer Regelstäbe dadurch
geregelt, daß die Regelstäbe mehr oder weniger weit in den Reaktorraum eingefahren
werden.
-
Als Antrieb für die Regelstäbe können dabei hydraulische und pneumatische
Vorrichtungen sowie elektrische Motoren, insbesondere Schrittmotoren verwendet werden.
Bei jedem Steuerimpuls an den Schrittmotor dreht sich dieser um eine elektrische
Umdrehung und der zugehörige Regelstab wird über ein Getriebe um einen reproduzierbaren
Weg verfahren.
-
Um die genaue momentane Stellung des Regelstabes anzuzeigen, können
verschiedenartige Meßverfahren angewendet werden, beispielsweise ein mitlaufender
Synchronmot ei'. Eine einfachere und weniger aufwendig-e Möglichkoit ist es jedoch,
wenn die von den Wicklungen des Schrittmotores bei jedem Ein- bzw.
-
Ausfahren des Regelstabes abgegebenen digitalen Signale über eine
Wicklungsspannungserfassung erfaß-t und ausgewertet werden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe runde, eine Meßeinrichtung für Schrittmotoren
zu entwickeln, die die von der Wicklungsspannungserfassung kommenden Impulse in
eine hiersu analoge elektrische Ausgangsgrbße umformt. Dabei soll zwischen Vorwärts-
und Rüclçwär-tsdrehrichtung des Schrittmotors unterschieden werden.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die über Eingangsklemmen
anliegenden Impulse einer Drehrichtungslogik zugeführt sind, deren ausgangsseitige
Impulse einerseits einem Zweirichtungs-Impulszähler als Taktimpuls aufgeschaltet,
andererseits einem Drehrichtungsspeicher zugeführt sind, dessen Ausgangsimpuls den
Zweirichtungs-Impulszähler in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung schaltet.
-
Ein weiterer Vorschlag der Erfindung geht dahin, daß die Drehrichtungslogik
zwei UND-Glieder, ein NAND-Glied und zwei Verzögerungsglieder aufweist, wobei die
Eingangsimpulse der Wicklungsspannungserfassung den beiden UND-Gliedern sowie dem
NAND-Glied direkt und desweiteren negierten Eingängen der beiden UND-Glieder über
die Verzögerungsglieder zugeführt sind.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Zählausgang des Zweirichtungs-Impuls
za'ii1ers einem Digital/Analog-Wandler
zugeführt, wobei der analoge
Ausgangswert des Wandlers über einen Operationsverstärker zu einer Ausgangsklemme
gelangt.
-
Ein weiterer Vorschlag der Erfindung geht dahin, daß der Operationsverstärker
mit Kalibrierpotentiometern zur Nullwert- und Endwerteinstellung beschaltet ist.
-
Ferner ist ein an einer weiteren Eingangsklemnße anliegender Synchron.isierimlvuls
über einen Blocker einem Rücksetsungs-Eingang des Zweirichtungs-Iiipulszählers und
dem Vorwärts-Eingang des Drehrichtungsspeichers zugeführt.
-
Deslreiteren ist ein Kipptaster einerseits mit einer Spannung beaufschlagt,
andererseits mit dem Blocker und einem Oszillator verbunden, wobei der Oszillator
am Taktimpuls-Eingang des Zeirichtungs-Impulszählers liegt.
-
Nach einer weiteren Ausb.ilelung der Erfindung sind die an den Eingangsklemmen
anliegenden Impulse potentialmäßig getrennt iiber Optokoppler zugeführt.
-
Ferner ist der beim Endwert des Zweirichtungs-Impulszählers anstehende
digitale Ausgangsimpuls über ein NOR-Glied dem Vorwärts/Rückwärts-Eingang des Zweirichtungs-Impulszählers
zugeführt.
-
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der bei Nullinhalt
des Zweirichtungs-Impulszählers anstehende und mit Hilfe einer aus NOR-Glieder und
einem UND-Glied bestehenden Auswertelogik ermittelte Ausgangswert des Zählers über
NOR-Glieder dem Vorwärts/Rückwärts-Eingang des Zweirichtungs-Impulszählers zugeführt.
-
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß mit dem einfachen schaltungstechnischen Aufwand der Meßeinrichtung eine geringe
Störanfälligkeit verbunden ist. Weitere Vorteile sind aus der nachfolgenden Beschreibung
ersichtlich.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der
Zeichnungen erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 die erfindungsgemaße Meßeinrichtung zur Drehrichtungsbestimmung
und zur Impulazählung; Fig. 2 eine erfindungsgemäße Auswertelogik, mittels der Nullinhalt
und Endstellung des Zählers erkannt werden.
-
In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Meßeinrichtung zur Drehrichtungsbestimmung
und zur Impulszählung dargestellt. Die Meßeinrichtung dient dazu, die Stellung von
Regelstäben im Reaktorraum eines Kernkraftwerkes anzuzeigen. Auszugehen ist dabei
davon, daß als Antrieb für die Regelstäbe ein Schrittmotor dient. Mit jedem Steuerimpuls
an den Schrittmotor wird der Regel stab um einen reproduzierbaren Weg ein- bzw.
ausgefahren. Die über die Wicklungsspannungserfassung an die Meßeinrichtung gelangenden
Impulse werden gezählt und in ein analoges Ausgangssignal umgewandelt, das der jeweiligen
Stabstellung entspricht. Dies wird im folgenden anhand der Beschreibung der Einrichtung
und ihrer Funktionsweise näher erläutert.
-
Der Meßeinrichtung werden über ihre Eingangsklemmen El und E2 die
Impulse der Wicklungsspannungserfassung eines Schrittmotors zugeführt. Die Eingangaklemmen
El bzw. E2 sind dabei über Optokoppler 1 bzw. 2 jeweils mit den Eingängen von UND-Gliedern
3 und 4 sowie mit den Eingängen eines NAND-Gliedes 5 verbunden. Das an der Eingangsklemme
El anstehende Signal gelangt desweiteren über den Optekoppler 1 an ein Verzögerungsglied
6 und über dieses an einen negierten Eingang des UND-Giiedes 4. In der gleichen
Weise gelangt ein an der Eingangsklemme E2 anliegendes Signal über den Optokoppler
2 und ein Verzögerungsglied 7 an einen negierten Eingang des UND-Gliedes 3. Die
aus den Gliedern 3, 4, 5, 6 und 7 bestehende Anordnung kann als Drehri chtungslogik
bezeiclmet werden.
-
Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 3 beaufschlagt einen Eingang eines
ODER-Gliedes û, während der Ausgangswert des NAND-Gliedes 5 einem Eingang eines
ODER-Gliedes 9 zugeführt ist.
-
Eine Eingangsklemme E3 der Meßeinrichtung ist über einen Optokoppler
10 mit einem ODER-Glied 11 beschaltet. Der Ausgang des ODER-Gliedes 11 ist mit engem
Blocker 12 verbunden.
-
Das Ausgangasignal des Blockers 12 beaufschlagt einerseits einen Eingang
des ODER-Gliedes 8, andererseits den R-Eingang (R = Rücksetzung) eines Zweirichtungs-Impulszählers
13.
-
Der Ausgangswert des ODER-Gliedes 8 wird dem V-Eingang (V = Vorwärts)
eines Drehrichtungsspeichers 14 zugeführt. Der R-Eingang (R = Rückwärts) dieses
Drehrichtungsspeichers 14 wird vom Ausgangssignal des UND-Gliedes 4 beaufschlagt.
Dgr Ausgangswert des Drehrichtungsspeichers 14 selbst gelangt an Den V/R-Eingang
(V/R = Vorwärts/Rückwärts), des Impulszählers 13. Der dynamische C-Eingang (Takteingang)
des Impulszählers 13 wird mit dem Ausgangssignal des ODER-Gliedes 9 beaufschlagt
Die digitalen Ausgänge des Zählers 13 sind mit einem Digital/ Analog-Wandler 15
verbunden.
-
Das Ausgangssignal dieses D/A-Wandlers 15 ist über einen Widerstand
16 einem Eingang eines Operationsverstärkers 17 zugeführt. Das am Widerstand 16
abge:riffene Signal liegt ferner über ein Kalibrierpotentiometer 18 auch an einer
Ausgangsklemme A1 der Meßeinrichtung en. Der zweite Eingang des Operationsverstärkers
17 ist iiber einen Widerstand 19 mit dem Nullpotential der Schaltungsanordnung verbunden.
Der Operationsverstärker 17 ist ferner mit einem weiteren Kallbrierpotentiometer
20 bechaltet.
-
einem Kipptaster 21 liegt über eine Klemme 22 eine Spannung U an.
Der Kipptaster selbst weist zwei Schaltstellungen auf; in Stellung I wird ein Eingang
des 01 ,fi--Gliedes 11 mit der Spannung U verbunden und in Stellung II wird die
Spannung U einem Oszillator 23 zugeführt. Der Oszillator 23 ist ausgangsseitig mit
dem ODER-Glied 9 beschaltet.
-
In Fig. 2 ist eine Ausbildung der Erfindung dargestellt, nach der
der Ausgang des Drehrichtungsspeichers 14 nicht direkt an V/R-Eingang des Impulszählers
13 liegt, sondern mit ihm über zwei NOR-Glieder 24 und 25 verbunden ist. Während
ein Eingang des NOR-Gliedes 24 vom Ausgang des Drehrichtungsspeichers 14 gebildet
wird, ist ein weiterer Eingang mit einem UND»Glied 26 beschaltet Diesem UND-Glied
26 liegen eingangsseitig die Ausgangssignale von NOR-Gliedern 27,. 28 und 29 an.
Die NOR-Glieder 27, 28 und 29 werden an ihren Eingängen mit den digitalen Ausgangssignalen
des Impulszählers 13 beaufschlagt.
-
Dem NOR-Glied 25 liegt eingangsseitig der Ausgangswert des NOR-Gliedes
24 sowie - falls der Impulazähler 13 seine Endstellung erreicht hat - das digitale
Endstellungssignal des Impulszählers an. Ausgangsseitig ist das NOR-Glied 25 mit
dem V/R-Eingang des Impulszählers 13 verbunden.
-
Im folgenden soll näher auf die Funktionsweise der Meßeinrichtung
eingegangen werden. Die Meßeinrichtung erhält über die Wi cklungs spannung erfassung
von den 01-icklungen des Schrittmotors bei j eder elektrischen Umdrehung des Motors
ein 1-Signal an den Eingangsklemmen El und E2. Dreht sich der Schrittmotor in Vorwart-srichtung,
so erscheint das 1-Signal zuerst am Eingang El und danach auch am Eingang ES.
-
Bei einer Drehung des Motors in Rückwärtsrichtung erscheint das 1-Signal
zuerst am Eingang ES und danach auch an E1.
-
Nachf:olgend soll vorausgesetzt werden, daß eine Drehung des Motors
in Vorwärtsrichtung erfolgt.
-
Uber den Optokoppler 1, der zur Potentialtrennung zwischengeschaltet
ist, gelangt das 1-Signal sofort an die Eingänge der W1D-Glieder 3 und 4. Nach Ablauf
einer einstellbaren Verzögerungszeit liegt das 1-Signal von El über den Verzögerer
6 auch am negierten Eingang des UND Gliedes 4 und verhindert somit eine Erfüllung
der UND-Bedingung am Glied 4.
-
Zeitlich verzögert erscheint nun auch ein 1-Signal am Eingang ES,
das über den Optokoppler 2 sofort an die weiteren Eingänge der UND-Glieder 3 und
4 gelangt. Da jetzt die UND-Bedingung am Glied 3 erfüllt ist, gibt das Glied 3 einen
Ausgangsimpuls an das ODER-Glied 8 ab. Nach Ablauf der Verzögerungszeit gelangt
das 1-Signal von E2 über den Verzögerer 7 auch an den negierten Eingang des Gliedes
3 und blockiert so die weitere Erfüllung der UND-Bedingung. Die Verzögerungszeit
der Glieder 6 und 7 muß kürzer als die Zeit gewählt werden, die zwischen dem ersten
Auftreten des 1-Signales an einem der Eingänge El oder E2 und dem verzögerten Auftreten
am anderen Eingang E2 oder El vergeht.
-
Im betrachteten Fall, bei dem sich der Schrittmotor in Vorwärtarichtung
dreht, wird der Drehrichtungsspeicher 14 über
das ODER-Glied 8
für die Vorwärtsrichtung gesetzt. Die Auswertung bei Rückwartsdrehrichtung des Schrittmotors
geschieht prinzipiell nach dem gleichen Prinzip, der Ausgangsimpuls von Ul;D-Glied
4 setzt dann den Drehrichtungsspeicher 14 für die Rückwärtsrichtung. In jedem Fall
ist für den Richtungsentscheid die Rethenfolge der an El und E2 ankommenden Signale
maßgebend, hierdurch wird zwischen Ein- und Ausfahren des Schrittmotores unterschieden.
-
Im vereinfachten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird der Impulszähler
13 durch das Ausgangssignal des Drehrichtungsspeichers 14 für die Vorwärts- oder
für die Rückwärtsrichtung geschaltet. Mit der eben beschriebenen Drehrichtungslogik
wird also das Ein-Ausfahren des Motors unterschieden und durch das der jeweiligen
Daehrichturlg entsprechende Ausgangssignal des Drehrichtungsspeichers 14 wird die
Zählrichtung des Zweirichtungs--rmlDulszählers 13 geschaltet.
-
Gleichzeitig gibt die Drehrichtungslogik bei jeder Umdrehung des Motors
einen Impuls (Clock-lmpuls) aus. Diese Impulse werden ebenfalls im Zweirichtungs.-Impulszähler
13 verarbeitet.
-
Der Zählimpuls selbst wird durch gleichzeitiges Anstehen der Signale
an Ei und E2 durch das NÄND-Glied 5 abgeleitet. Den Taktimpuls zur Impulszählung
erhält der Impulsspeicher 13 über das ODER-Glied 9 und das NAND-Glied 5 jedoch erst
nach erfolgtem 1-0-Signalübergang an den. Eingängen El und E2.
-
Dadurchwerden Laufzeiten beim Umschalten der Zähleinrichtung des Impulszählers
13 unwirksam.
-
Mit dem Digital/Analog-Wandler 15 wird das an den Ausgängen der Zählerstufen
des Impulszählers 13 digital anstehende Signal in einen analogen Spannungswert umgeformt.
Der über den Vorwiderstand 16 nachgeschaltete Operationsverstärker 17
dient
zur Anpassung des Ausgangssignals von Wandler 15 an den geforderten ausgangspegel
an Al. Mit dem Kalibrierpotentiometer 20 ist der Nullwert und mit dem Kalibrierpotentiometer
18 der Endrert des SXusgangssi.gnals an Al einstellbar.
-
Dcr Impulszähler 13 kann auf zwei Arten auf die tatsächliche Stellung
des mittels des Schrittmotors verstellbaren Regelstabes synchronisiert werden. Zum
einen durch ein automatisch bei der Nullttllung des Regelstabes abgegebenen Synchronisiersignal
zum anderen durch eine Synchronisation von Hand.
-
Di.e automati sclle Synchronisation erfolgt bei der 0%-Stabstellung.
Ühcr den Eingang E3, den Optokoppler 10 und das ODER-Glied 11 gelangt das Synchronisiersignal
an den Blocker 12. . Der Blocl;er 12 liefert einen Impuls, der zum einen den Impulszähler
13 über seinen R-Eingang auf den Zahlerstand O zurücksetzt wld gleichzeitig den
Drehrichtungsspeicher 14 über das ODER-Glied 8 in Vorwärtsrichtung schaltet.
-
Die malluelle Synchronisation erfolgt durch Betätigung des Kipptasters
21. Bei Betätigung der Taste in Stellung I wird über das ODER-Glied 11 dem Blocker
12 ein Spannungssignal zugcleitet. Der Blocker 12 liefert in der gleichen Weise
wie bei der automatischen Synchronisation einen Impuls an den R-Eingang des Zählers
13 und den Eingang des Speichers 14.
-
Der Impulszähler 13 weist jetzt den Zählerstand 0 auf, der Drehrichtungsspeicher
14 ist für die Vorwärtsrichtung gesetzt. Bei Betätigung der Taste in Stellung II
wird der Oszillator 23 an die Spannung U gelegt und liefert über das ODER-Glied
9 Taktimpulse an den Zähler 13. Die vom Impulszähler 13 gezählte Impulsanzahl entspricht
dann bei richtiger Vorgabe der momentanen Regelstabstellung.
-
Im folgenden wird die in Fig. 2 dargestellte Ausbildung der Erfindung
erläutert.
-
Im Unterschied zur eben beschriebenen Schaltungsanordnung ist hier
der Ausg".ng des Speichers 14 nicht direkt sondern über zwei NOR-Gatter 24 Und 25
mit dem V/R-Eingang des Zählers 13 verbunden. Ferner werden die einzelnen digitalen
Signalzustände am Ausgang des Zählers 13 NOR-Glieder 27, 28 und 29 zugeleitet. Liegt
nun an keines der digitalen Ausgänge des Zählers 13 ein 1--Signal an - was dem Zählerstand
O entspricht - so geben die einzelnes NOR-Glieder 27, 28 und 29 jeweils einen Impuls
an das UND-Glied 26, und dieses leitet dem ODER-Glied 24 eineii Impuls zur Durch
diese Logik wird ein Zählen in Rückwärtsrichtung iiber 0 hinaus verhindert.
-
Das bei Zählerinhalt O am Ausgang von UND-Glied 26 erscheinende 1-Signal
schaltet über die NOR-Glieder 24 und 25 den Zähler 1 3 von der Rückwärtsrichtung
in die Vorwärtsrichtung um , obowhl der Drehrichtungsspeicher 14 weiterhin für die
Rückwärtsrichtung gesetzt bleibt. Hierdurch wird erreicht, daß bei weiterem Zählen
in Rückwärtsrichtung die Stabstellungsanzeige in Nullstellung bleibt.
-
Wenn die STabstellungs-Anzeige ihre Endstufe erreicht, so erscheint
unter anderem auch an demjenigen Ausgang des Zählers 13 ein 1-Signal, der den maximal
möglichen Zählerstand digital anzeigt. Dieses 1-Signal wird einem NOR-Glied 25 zugeleitet,
das den Zähler 13 über seinen V/R-Eingang in Rückwärtsrichtung umschaltet, obwohl
der Drehrichtungsspeicher 14 weiterhin für die Vorwärtsrichtung gesetzt bleibt.
-
Hierdurch wird erreicht, daß bei weiteren Impulsen in Vorwärtsrichtung
die Stabstellungs-Anzeige in dieser Endstellung bleibt.