SU1644353A1 - Устройство дл управлени шаговым двигателем - Google Patents

Description

1

(21)4687232/07

(22)10.05.89

(46) 23.04.91 . Бюл. № 15 (71) Специальное копструкторско-тех- нологическое бюро с опытным производством при Белорусском государственном университете им. В.И.Ленина (72) В.В.Нижников, И.Н.Рудой, В.ДоТелетин и В.И.Лакизо

I(53) 621.313.525 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР

№ 1439731, кл. Н 02 Р 8/00, опублик, 1988.

Авторское свидетельство СССР № 1527703, кл. II 02 Р 8/00, 1988. 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

(57)Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано при создании электропривода повышенной надежности дл  объекта с ограниченным диапазоном перемещени . Цель изобретени  состоит в повышении надежности путем сокращени  времени обнаружени  отказов. Устройство обеспечивает оперативный контроль ограничивающих диапазон перемещени  элементов не только в режиме движени , но и во врем  сто нки шагового двигател , причем врем  контрол  в сравнении с известным решением сокращено вдвое. Устройство содержит первый 5 и второй 6 элементы равнозначности, элемент 7 неравнозначности, элемент ЗИЛИ-НЕ со стробированием 8 и триг- гер 11. Изменение уровн  сигнала на информационном выходе датчика 4 предельных положений подвижной части при входе ее в зону датчика либо при. сбое датчика, в т.ч. в режиме сто нки, анализируетс  устройством с подтверждением штатного режима работы либо с выдачей сигнала аварии и блокировкой привода в случае сбойной ситуации. 1 ил.

Ј3

Ј

ЈЖЗОЯ

Ешка

Изобретение относитс  к управлению электрическими машинами и может быть использовано при создании дискретного электропривода повышенной надежности дл  объекта с ограниченным диапазоном перемещени .

Цель изобретени  состоит в повышении надежности путем сокращени  времени обнаружени  отказа.

На чертеже приведена функциональна  схема устройства дл  управлени  шаговым двигателем.

Устройство дл  управлени  шаговым двигателем содержит тактовую шину 1,

шину 2 направлени , шину 3 разрешени , датчик 4 предельных положений подвижной части, первый 5 и второй 6 элементы равнозначности, элемент неравнозначности 7, элемент ЗИЛИ-НЕ со стробированием 8, счетчик 9, элемент И 10, триггер 11, элемент ИЛИ 12 и блок 13 управлени , состо щий из элемента НЕ 14, первого 15 и второго 16 элементов ЗИ-НЕ, распре- делител  17 импульсов, управл ющий вход которого подключен к шине 3 разрешени , входы направлени  св заны с выходами первого 15 и второго 16

элементов ЗИ-НЕ, первые входы кото- рьк  вл ютс  входами блокировки и подключены к управл ющим выходам датчика А предельных положений подвижной части, второй вход второго эле мента ЗИ-НЕ 16 посредством элемента НЕ 14 и второй вход первого элемента ЗИ-НЕ 15 соединены с шинсгЧ 2 направлени , третьи входы первого 15 и второго 16 элементов ЗИ-НЕ объединены ,  вл  сь тактовым входом блока 13 управлени , и подключены к выходу элемента И 10, первый вход которого соединен с тактовой шиной 1, второй вход подключен к выходу счетчика 9, третий вход св зан с выходом элемента ИЛИ 12, первый вход которого объединен с тактовым входом триггера 11 и подключен к шине 3 разрешени , второй вход соединен с инверсным выходом триггера 11, информационный вход которого подключен к информационному выходу датчика 4 предельных положений подвижной части и объединен с входом стробировани  элемента ЗИЛИ-НЕ 8, выход которого подключен к входу установки нул  счетчика 9, а входы соединены с выходами первого 5, второго 6 элементов равнозначност и элемента неравнозначности 7 первый вход которого объединен с первым входом первого элемента равнозначности 5 и подключен к шине 2 направлени , второй вход св зан с первым входом второго элемента равнозначности 6 и соединен с первым управл ющим выходом датчика 4 предельных положений подвижной части, второй управл ющий выход которого подключен к вторым входам первого 5 и второго 6 элементов равнозначности .

Устройство работает следующим образом .

При включении устройства в случае когда подвижна  часть управл емого объекта не находитс  в одном из предельных положений, при отсутствии сбо  в датчике 4 предельных положений подвижной части на его управл ющих выходах устанавливаютс  потенШ1альные сигналы высокого уровн , в то врем  как на информационном выходе датчика 4 присутствует потенциальный сигнал низкого уровн , поступающий на вход .стробировани  элемента ЗИЛИ-НЕ 8 и блокирующий этот элемент, обусловлива  сигнал высокого уровн  на его выходе.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Сигнал высокого уровн  с выхода элемента ЗИЛИ-НЕ поступает на вход установки нул  счетчика 9, обеспечи- 1 ва  его сброс, при котором на выходе счетчика 9 и тем самым на втором входе элемента И 10 устанавливаетс  разрешающий сигнал высокого уровн . При подаче разрешающего потенциального сигнала высокого уровн  на шину 3 разрешени  распределитель 13 импульсов устанавливаетс  в исходное состо ние, обеспечива  начальное включение обмоток шагового двигател . Одновременно сигнал высокого уровн  с шины 3 через элемент ИЛИ 12 подаетс  на третий вход элемента И 10. .На втором и третьем входах элемента И 10 присутствуют, таким образом , потенциальные сигналы высокого. уровн , не преп тствующие прохождению положительных тактовых импульсов, поступающих на его первый вход с тактовой шины 1, в распределитель 13 импульсов через один из элементов ЗИ-НЕ 15, 16, на первых входах которых присутствуют разрешающие сигналы высокого уровн , снимаемые с управл ющих выходов датчика 4 предельных положений подвижной части. По вторым входам один из этих элементов блокируетс  сигналом с шины 2 направлени , с помощью которого задаетс  направление вращени  шагового двигател  и тем самым перемещение подвижной части управл емого объекта в ту или иную сторону. Пусть, к примеру, при высоком -уровне сигнала на шине 2 направлени  и открытом первом элементе ЗИ-НЕ 15 движение подвижной части происходит в сторону предельного положени , контролируемого гго второму управл ющему выходу датчика 4.

При входе в зону датчика 4 предельных положений на информационном выходе датчика по вл етс  сигнал высокого уровн , деблокирующий элемент ЗИЛИ-НЕ 8. На соответствующем выходе датчика 4 сигнал высокого уровн  при штатной-работе будет поддерживатьс  вплоть до срабатывани  чувствительного элемента датчика, отслеживающего заданное предельное положение (в качестве чувствительных элементов датчика могут быть использованы , к примеру, концевые выключатели, при этом при входе в зону датчика переключающий контакт начинает отходить от размыкающего контакта и смещаетс  к замыкающему контакту, вход  с последним в соприкосновение при достижении предельного положени , подтверждаемого изменением сигнала на управл ющем выходе датчика).

При сн тии строба, но поддерживании сигналов высокого уровн  на управл ющих выходах датчика 4, на входах второго элемента равнозначности 6 (равно как и на входах первого элемента равнозначности 5 при высоком уровне сигнала на шине 2 направлени  присутствуют сигналы высокого уровн  Тем самым с выходов этих элементов снимаютс  сигналы высокого уровн  и на вход установки нул  счетчика 9 поступает сигнал низкого уровн . Счетчик 9, начина  с момента вхонде- ни  подвижной части в зону датчика 4 отсчитывает тактовые импульсы, подаваемые на его счетный вход с выхода э лемента И 10. После поступлени  определенного числа тактовых импульсов необходимых дл  наезда подвижной части на чувствительный элемент датчика , произойдет срабатывание датчика и установление сигнала низкого уровн  на соответствующем (втором) управл ющем выходе. Сигнал низкого уровн  с управл ющего выхода датчика заблокирует дальнейшее прохождение тактовых импульсов через первый элемент ЗИ-НЕ 15 на распределитель 17 импульсов. Счетчик 9 при этом отсчитал число тактовых импульсов, необходимое дл  штатной отработки подвижной частью зоны датчика 4 предельных положений, т.е. дл  наезда подвижной части управл емого объекта на чувствительный элемент датчика 4, причем это число на 2-3 импульса меньше числа, декодируемого на выходе счетчика 9.

При достижении предельного положе ни  и изменении сигнала на втором управл ющем выходе датчика 4 на первых и вторых входах первого 5 и второго 6 элементов равнозначности присутствуют сигналы разных уровней (при высоком уровне сигнала на шине 2 направлени ), а на входы элемента неравнозначности подаютс  сигналы высокого, т.е. одинакового уровн . С выходов элементов 5, 6 и 7 тем самым снимаютс  сигналы низкого уровн  что обусловливает подачу сигнала высокого уровн  на вход установки нул  счетчика 9 и обнуление последнего.

5

0

5

5

Подвижна  часть управл емого объекга заблокирована при этом в предельном положении вплоть до разрешени  ДВИЖР- ни  путем изменени  уровн  сигнала на шине 2 направлени . При подаче сигнала низкого уровн  на шину 2 тактовые импульсы проход т на второй вход направлени  распределител  1 7 импульсов через второй элемент ЗИ-НЕ 16, и подвижна  часть начинает выезжать из зоны датчика 4 предельных положений . С изменением уровн  сигнала на шине 2 измен етс  и уровень выходного сигнала элемента неравнозначности 7 и равнозначности Ь, что ведет к по влению сигнала низкого уровн  на входе установки нул  счетчика 9 и разрешению счета. Счетчик 9 вновь начнет отсчитывать тактовые импульсы, но уже необходимые дл  выезда подвижной части из зоны датчика 4 предельных положений, причем число этих импульсов , как правило, равно количеству импульсов, требуемых дл  въезда подвижной части в предельное положение . При штатной отработке зоны датчика 4 предельных положений и выходе подвижной части управл емого объекта из зоны на соответствующем управл ющем выходе датчика восстанавливаетс  сигнал высокого уровн , после чего с некоторой задержкой на информационном выходе датчика 4 по вл етс  сигнал низкого уровн , блокирующий

5 элемент ЗИЛИ-НЕ 8 и обеспечивающий сброс счетчика 9 в исходное (нулевое ) состо ние. При достижении второго из предельных положений подвижной части отработка зоны датчика 4 выполн етс  аналогично, т.е. -начинаетс  со сн ти  строба по сигналу с информационного выхода датчика 4 с последующим пересчетом перемещени  в зоне, вплоть до достижени  предельного положени  с обнулением счетчика в этом положении, и остановом подвижной части в предельном положении до разрушени  движени  в обратном направле - нии. После подачи сигнала реверса

0 происходит выезд подвижной части из зоны датчика с повторным пересчетом соответствующего перемещени , заканчивающийс  восстановлением сигнала высокого уровн  на управл ющем выходе датчика и последующем выставлением строба по сигналу с информационного выхода датчика.

При любом отклонении от штатного режима работы в датчике 4 предельных

0

0

5

положений, которое может быть вызвано поломкой датчика, замыканием либо обрывом линий св зи чувствительных эчементов датчика, срабатыванием одного из чувствительных элементов при перемещении подвижной части в противоположном направлении, одновременным срабатыванием обоих чувствительных элементов с по влением сигналов низкого уровн  на обоих управл ю щих выходах датчика 4 и которое, в любом случае сопровождаетс  сн тием строба по сигналу с информационного выхода датчика 4 и выд-ачей сигнала разрешени  счета на счетчик 9, последний начинает отсчитывать актовые импульсы, поступающие на сметный вход счетчика 9 с выхода элемента И 10. По достижении чтсла, декодируемого на выходе счетчика и на 2-3 импульса превышающего число необходимых дл  отработки зоны импульсов, уровень выходного сигнала счетчика 9 становитс  низким и блокирует про- хождение тактовых импульсов через элемент II 10 как на тактовый вход блока 13 управлени , так и на сиет- )шй вход счетчика 9, обусловлива  тем самим останов шагового двигател , причем блокировка движени  может быть сн та только после устранени  неисправности. Сигнал низкого уров- чч, возникающий при сбое датчика 4 на выходе счетчика 9, дополнительно может быть использован дл  индикации аварийной ситуации. В случае сбо  датчика 4 с по влением сигналов низкого уровн  на его обоих управл ющих выходах движение подвижной части блокируетс  сразу элементами ЗИ-НЕ15 и 16, а подтверждающий аварийную ситуацию сигнал выдаетс  устройством после пересчета минимально необходимого количества тактовых импульсов, па 2-3 импульса превышающего число импульсов, требуемых дл  штатной отработки зоны датчика 4. При сбое датчика 4, приведшем к по влению сигнала низкого уровн  на.одном управл ющем выходе, блокирующем, к при меру, выполн емое в данном направлении перемещение подвижней части, сигнал аварии также будет выдан после . пересчета минимально необходимого количества тактовых импульсов. При изменении направлени  движени  в момент описанного сбо  датчика 4, равно как и при по влении сигнала низкого уровн  на управл ющем выходе

o

5

5 5 0 5 0

датчика 4, блокирующем противоположное направление по отношению к батываемому, аварийна  блокировка произойдет после перемещени  подвижной части на величину, несколько пре- . вьшшющую размер зоны датчика 4 предельных положений (к примеру, при подаче сигнала низкого уровн  на шину 2 направлени  и перемещении подвижной части в направлении, отслеживаемом по первому управл ющему выходу датчика 4,, сбой датчика 4 по второму его управл ющему выходу приведет к сн тию строба и разрешению счета, так как на входах первого элемента равнозначности 5 будут присутствовать сигналы одинакового низкого уровн ).

При останове подвижной части управл емого объекта виз зоны датчика 4 предельных положений путем подачи .сигнала низкого уровн  на шину 3 разрешени  перепадом этого сигнала из 1 в О в триггер 11 перепишетс  (в штатном режиме работы датчика 4) сигнал низкого уровн  с информационного выхода датчика. Сигнал высокого уровн , снимаемый при этом с инверсного выхода триггера 11, поступает через элемент ИЛИ 12 на третий вход элемента И 10 и разрешает дальнейшее прохождение тактовых импульсов через этот элемент на счетный вход счетчика 9. Люба  из описанных сбойных ситуаций в датчике 4 предельных положений также приводит к сн тию строба и фиксируетс  в режиме сто нки через промежуток времени , несколько превышающий (при одной и той же частоте следовани  тактовых импульсов) интервал времени , в течение которого происходит отработка зоны датчика 4 в одном направлении . Тем самым возможный при последующем разрешении движени  аварийный режим работы предотвращает- с  непосредственно в режиме сто нки.

При останове подвижной части в зоне датчика 4, к примеру, до достижени  предельного положени  происходит блокировка элемента II 10 на все врем  останова. После подачи сигнала высокого уровн  па шину 3 разрешени  запрет на прохождение тактовых импульсов через элемент И 10 снимаетс  и движение подвижной части возобновл етс  в прежнем направлении с последующим остановом в предельном положении при штатной работе датчика 4 либо - при сбое датчика

4 - с поддержанием режима счета вплоть до декодировани  на выходе счетчика 9 заданного числа и вьщачи сигнала аварии с блокировкой движени . Выбег подвижной части управл емого объекта за предельное положение не превышает в данном случае перемещени , отрабатываемого подвижной частью при подаче 2-3 тактовых импульсов, и значительно уступает размерам самой зоны датчика 4 предельных положений.

Таким образом, устройство обеспечивает более высокую эксплуатационную надежность благодар  сокращению времени обнаружени  отказа датчика предельных положений объекта примерно вдвое по сравнению с прототипом (при одной и той же частоте тактовых импульсов}, что позволилр не только повысить оперативность диагностики шагового электропривода в целом, но и примерно вдвое уменьшить емкость счетчика, с помощью которого просчитываетс  перемещение подвижной части в зоне датчика предельных положений и обнаруживаетс  сбойна  ситуаци . Благодар  раздельному пересчету перемещений подвижной части при входе в зону датчика предельных положений и выходе из нее существенно снижены веро тность и размер выбега подвижной части за предельное положение в случае сбо  датчика. При. отказе датчика предельных положений в режиме сто нки двигател  устройство фиксирует сбойную ситуацию в минимально необходимый промежуток времени и блокирует шаговый электропривод, предотвраща  тем самым аварийный режим работы при разрешении движени .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  управлени  шаговым двигателем, содержащее датчик предельных положений подвижной части,

   5

   0

   5

   0

   5

   0

   5

   элемент И. счетчик, элемент ИЛИ и блок управлени , входы блокировки которого подключены к управл ющим выходам датчика предельных положений подвижной части, разрешающий вход и вход направлени  соединены с соответствующими шинами, тактовый вход подключен к выходу элемента И, первый вход которого соединен с тактовой шиной устройства, второй вход подключен к выходу счетчика, отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности путем более раннего обнаружени  отказов, в него введены первый и второй элементы равнозначности, элемент неравнозначности , элемент ЗИЛИ-НЕ со стробиро- ванием и триггер, тактовый вход которого объединен с первым входом элемента ИЛИ и подключен к шине разрешени , выход триггера св зан с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему входу элемента И, св занного своим выходом со счетным входом счетчика, вход установки нул  которого подключен к выходу элемента ЗИЛИ-НЕ со стробиро- ванием, вход стробировани  которого объединен с информационным входом триггера и подключен к информационному выходу датчика предельных положений подвижной части, входы элемента ЗИЛИ-НЕ со стробированием соединены с выходами первого и второго элементов равнозначности и элемента неравнозначности, первый вход которого объединен с первым входом первого элемента равнозначности и подключен к шине направлени , второй вход св зан с первым входом второго элемента равнозначности и соединен с одним из управл ющих выходов датчика предельных положений подвижной части, второй управл ющий выход которого подключен к вторым входам первого и второго элементов равнозначности .