Устройство для управления скоростью двигателя с самоконтролем

Авторы патента:

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ДВИГАТЕЛЯ С САМОКОНТРОЛЮ, содержащее последовательно соединённые генератор опорной частоты, преобразователь код-частота, делитель частоты, подключенный выходом к первому входу блока сравнения, связанного выходом через последовательно включенные преобразователь код .напряжение и усилитель напряжения с входом двигателя, вал которого механически связан с преобразователем скорость - частота, от л и ч а ю щ е ее я тем, что, с целью повыиения надежностиг устройства, в него введены два счетчика импульсов , четыре D -триггера, ftS-триггер, два формирователя импульсов, восемь элементов И, первый элемент НЕ, элемент ИЛИ и второй элемент НЕ, подключенный выходом, к С-входу первого D-триггера, а входом - к первому выходу преобразователя скорость частота , к информационному входу первого формирователя импульсов, к .С-входу второго D-триггера и к установочному входу первого счетчика импульсов, соединенного первым выходом с первым входе первого элемента И, вторым выходом - с вторым входом первого элемента И и с первым входом второго элемента И, третьим выходом - с вто{Н:ам входе второго элемента И, а счетным входом с выходом преобразователя :код частота и со счетным входом второго счетчика импульсов, подключенного входом к входу второго элемента НЕ, к второму выходу преобразователя скорость - частота, к информационному входу второго формирователя юшульсов и к С-входу третьего D-триггера, а первым, вторым и треть им выходами соответственно - к первому , второму входам третьего элемента И и к первому входу четвертого элемента И, связанного вторым входом с BfojsJM входом третье (Л го элемента И, подключенного выходом к S-входу четвертого D-триггес ра, соединенного С-входом с выходом второго элемента НЕ,D -входс « - с § шиной Земля,R -входом - с выходом четвертого элемента И, а инверсным выходом - с D-входом третьего D-триггера, подключенного 3-входом к выходу пятого элемента И, инверсО ) ным выходом - к первсму входу шестого элемента И, а прямым выходом к первому входу седьмого элемента И, связанного вторым входом с инверсным выходом первого) -триггера, а выходом - с S-входом RS-триггера, 4 подключенного К-входом к выходу шестого элемента И, соединенного вторым входом с прямым выходом первого D -триггера, подключенного ГЬвходом к инверсному выходу второго D -триггера, а S-входом - к выходу восьмого И, связанного первым входом с управляющим входом второго формирователя импульсов и с инверсным выходом Р5-триггера, подключенного прямым выходом к пераому входу пятого элемента Ник управлякнцему входу первого формиро

ИЭ 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ОЮЗЮЛ4

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

P г

Н ABTOPIMOMV СВИДатвъстви (21 ) 3374544/18-24 (22) 25.12 .31 (46) 15.12.83. Бюл. Р 46 (72) В.И. Ольшевский и В. A. Фурман (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И. Ленина (53) 621.396(088.8) (56) 1. Шестаков В.М. Автоматизированный электропривод бумаго- и картоноделательных машин. М., "Лесная промьыленность", 1978, с. 28.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 768866, кл. 0 21 F 7/06, 1978 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ДВИГАТЕЛЯ С САМОКОНТРОЛЕМ содер>кащее последовательно соединен ные генератор опорной частоты, преобразователь код-частота, делнтель частоты,.подключенный выходом к первому входу блока сравнения, связанного выходом через последовательно включенные преобразователь коднапря>кение и усилитель напряжения с входом двигателя, вал которого механически связан с преобразователем скорость вЂ” частота, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повыаения надежности устройства, в него введены два счетчика импульсов, четыре 9 -триггера, к5 -триггер, два формирователя. импульсов,.восемь элементов И, первый элемент НЕ, элемент ИЛИ и второй элемент НЕ, подключенный выходом ° к С-входу первого

9-триггера, а входом - к первому выходу преобразователя скоростьчастота, к информационному входу первого формирователя импульсов, к .С-входу второго 1>-триггера и к установочному входу первого счетчика импульсов, соединенного первым выходом с первым входом первого элемента И, вторым выходом - с вторым .

3(6Р 6 05 В 19/40; G 05 В 23/02 входом первого элемента И и с первьм входом второго элемента И, третьим выходом - с вторым входом второго элемента И, а счетным входомвЂ” с выходом преобразователя -кодчастота и со счетным входом второго счетчика импульсов, подключенного входом к входу второго элемента НЕ, к второму выходу преобразователя скорость - частота, к информационному входу второго формирователя импульсов и к С-входу третьего

9-триггера, а первым, вторым и третьим выходами соответственно - к первому, второму входам третьего элемента И и к первому входу четвертого элемента И, связанного вто- Я рым входом с вторым входом третьего элемента И, подключенного выходом к 5 --входу четвертого g-триггера, соединенного С-входом с выходом второго элемента НЕ, 9 --входом - с .шиной "Земля", R -входом вЂ” с выходом Я четвертого элемента И, а инверсным выходом вЂ” с D-входом третьего

З-триггера, подключенного 3-входом к выходу пятого элемента И, инверсным выходом - к первому входу шестого элемента И, а пряьим выходомк первому входу седьмого элемента И, связанного вторыми входом с инверсным выходом первог Р -триггера, а выходом - с S --входом R5-триггера, подключенного к -входом к выходу шестого элемента И, соединенного вторым входом с пряьым выходом пер-: вого 3) -триггера, подключенного

))-входом к инверсному выходу второго Р -триггера, а 5 -входом - к выходу восьмого элемента И, связанного первым входом с управляюшим sxoдом второго формирователя импульсов и с инверсным выходом R5-триггера, подключенного прлмьм выходом к первому входу пятого элемента И и к управляющему входу первого формиро10611,07

I вателя импульсов соединенного выходом с первьм входом элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу второго формирователя импульсов, а выходом - к второму входу блока сравнения, причем вторые входы пятого и восьмого элементов И падключе1

Изобретение относится к технике управления приводами технологическо- го оборудования, в частности бумагоделательных машин.

Известна система управления, со держащая источник ведущего напряжения, схему сравнения, аналоговый регулирующий блок, двигатель, механизм секции бумагоделательной машины, дискретный преобразователь скорость - частота, преобразователь частота напряжение в;канале обратной связи (1 g.

Недостатком системы управления является относительно невысокая .надежность канала задания и схемы срав нения (наличие задающих потенцио-метров и сравнение аналоговых сигналов, передающихся по протяженным ка» бельным соединениям в цеховых условиях), а также отсутствие схемы контроля исправности преобразователя скорости, связанного с валом приводного двигателя.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство управления скоростью привода секции бумагоделательной машины, содержащее генератор опорной частоты, задающий преобразователь код - частота, буферный делитель частоты, цифровой нуль-орган, преобразователь код-напряжение, аналоговый регулирующий. блок, двигатель, импульсный преобразователь скорости вращения (2).

В устройстве с цифровым нуйьорганом на основе реверсивного счетчика устранены элементы ненадежности, связанные с недостатками аналоговой техники, однако даже при условии высококачественного исполнения цифровых электронных .блоков в структуре регулятора сохраняется элемент ненадежности в связи с возможностью отказа первичного преобразователя, связанного с вращающимся валом двигателя и работающего в условиях виб раций, запыления, повыаеиных температур, агрессивных сред и т.п.

Целью изобретения является повышение надежности устройства. ны к шинЕ синхронизации, а 3 -вход первого Р -триггеРа - к инверсному выходу второго Э -триггера, соединен наго 5 -входом и Р -входом с выходами соответственно первого и второго элементов И, а Х)-входом - с шиной

"Земля" °

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления скоростью двигателя с самоконтролем, содержащее последовательно соединенные генератор опорной частоты, пре5.образователь код - частота, делитель частоты, подключенный выходом к первому входу блока сравнения, связанного выходом через последовательно включенные преобразователь щ кад - напряжение и усилитель напряжения с входом двигателя, вал которого механически связан с преобразователем скорость - частота„ введены два счетчика импульсов, четыре

1 9-триггера, QS-триггер, два формирователя импульсов, восемь элементов И, первый элемент НЕ, элемент IglH u второй элемент HE подключенный выходом к С-входу второго 9 --триггера, а входом к первому выходу преобразо 0 вателя скорость - частота, к информационному входу первого формирователя импульсов, к С-входу второго 3-триггера и к установочному входу первого счетчика импульсов., соединен25 ного первым выходом с первым входом первого элемента И, вторым выходомс вторым входам первого элемента И и с первым входом второго элемента И", третьим выходом - с вторым входом

30 второго элемента И а счетным входом - с выходом преобразователя код - частота и со счетным входом второго счетчика импульсов, подключенного установочным входом к входу второго

3$ элемента НЕ, к второму выходу преобразователя скорость вЂ” частота, к информационному входу второго формирователя импульсов и к С-входу третьего D-триггера, а первым, вто40 рык и третьим выходами соответственно вЂ” к первому, второму входам третьего элемента И и к первому входу четвертого элемента И, .связанного вторым входом с вторым входом треть45 его элемента И, подключенного выходом

45 x S входу четвертого ))- триг ,соединенного С-входом с выходом второго элемента НЕ,)) -входом - с шиной "Земля", R -входом - с выходам четрветого элемента И, а инверсным

>0 выходом - с 3 -входом третьего

1061107

Р-триггера, подключенного 9 -входам к выходу пятого элемента И, инверсным выходом - к первому входу шестого элемента И, а пряным выходомк первому входу седьмого элемента И, .связанного вторьм входом с инверс- 5 ным выходом первогоР -триггера, а выходом вЂ” с 5 -входом к5-триггера, подключенного R -входом к выходу шестого элемента И,.соединенного вторым входом с прямым выходом первого 10

9-тpиггepa, подключенного 9-входом к инверсному выходу второго 9 -триг» гера, а 5 -входом - к выходу восьмого элемента И, связанного первым входом с управляющим входом второго 15 формирователя импульсов и инверсньвв выходом RS-триггера, подключенного прямым выходом к первому входу пятого элемента И и к управляющему входу первого формирователя им- 2О пульсов, соединенного выходом с первым входом элемента ИЛИ, подключеннс . го вторым входом к выходу второго

Формирователя импульсов, а выходомк второму входу блока сравнения, 25 причем вторые входы пятого и восьмого элементов И подключены к шине синхронизации, à D-вход первого

Q-триггера вЂ” к инверсному выходу второго Р"триггера, соединенного

5-входом и Р-входом с выходами соот. ветственно первого и второго .элементов И,.а Э -входом вЂ” с шиной Земля",.

На Фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства.

Устройство содержит генератор опорной частоты 1, преобразователь код - частота 2, делитель частоты 3, блок сравнения 4, преобразователь код - напряжение 5, усилитель 40 напряжения 6, двигатель 7, преобразователь скорость - частота 8, второй формирователь импульсов 9, первый Формирователь. импульсов 10, элемент ИЛИ 11, объект управления 12, 45 блок 13 контроля исправности преобразователя скорость - частота, содер жащий второй 14 и первый 15 счетчики импульсов, третий 16 и четвертый, 17 элементы Й, первый 18 и второй 19 5р элементы И, четвертый 20 и второй 21

Р-триггеры, второй 22 и первый 23 элементы НЕ, третий 24 и первый,25

g-триггеры, седьмой 26 и шестой 27 элементы И, RS -триггер 28, пятый

29 и восьмой 30 элементы И, шину синхронизации 31, шину "Земля" 32, прямые выходы 33 и 34 третьего и первого9 -триггеров.

Устройство работает следукщим образом.

Сигнал задания по скорости выра. батывается в виде частоты задания к„ар

Ъ с6 о где К < 1 - коэффициент преобразоflP вания преобразователя код - частота 2, определякщийся кодом уставки по скорости;

К - коэффициент деления дели6 теля частоты 3;

- опорная частота генерао тора 1.

Сигнал обратной связи скорости вырабатывается преобразователем 8 в виде последовательностей прямоуголь ных импульсов, следующих со скважностью равной двум, на каждом,из двух его выходов (см. Фиг. 2). С помощью формирователей 9 и 10 на входах элемента ИЛИ 11 формируются однополярные импульсы, соответствующие прямоугольным импульсам вышеупомянутых последовательностей с обоих выходов преобразователя 8. ,. Формирователи 9 и 10.снабжены управляющими входами, позволяющими блокировать прохождейие импульсов преобразователя скорость - частота 8 на соответствующий вход элемента

ИЛИ 11.

Дискретные сигналы с частотами э и f интегрально сравниваются в блоке сравнения (нуль-орган) 4, код ошибки преобразуется в напряжение преобразователем 5 и поступает в усилитель напряжения 6, управляющий скоростью приводного двигателя 7, а следовательно, и объектом управления (механизм секции машины) 12, который обеспечивает протяжку бумажной полосы со скоростью, равной окружной скорости рабочего газа или цилиндра данной секции бумагоделательной машины.

С валом двигателя 7 механически связан вращающийся элемент (модулятор) преобразователя 8. Точность регулирования скорости двигателя и механизма в установившемся режиме определяется только стабильностью генератора опорной частоты 1.

С целью повышения надежности работы устройства Управления в BpoMMQленных условиях применено реьревирование наиболее ненадежного звенавЂ” датчика импульсов обратной связипутем использования преобразователя 8 с двумя чувствительными элементами и двумя выходами и применения соответственно двух формирователей импульсов 9 и 10, из которых один (резервный) нормально заблокирован управляющим сигналом, вырабатываемым в блоке 13.

При отклонении режима работы основного канала за допустимые пределы схема автоматически переключает основной канал на резервный путем переключения блокировки формирователей 9 и 10 на обратную. Указанное переключение каналов обрат1061107 ной связи происх4дит лять в том случае, если контроль состояния резервного канала подтверждает его исправность.

Указанные функции реализуются следующим образом.

На Я -входы установки, нуля счетчиков 14 и 15 подаются сигналы с выходов преобразователя 8. Счетчики блокируются в те полупериоды следования сигналов преобразователя 8, когда на их установочные входы поступает уровень сигнала, соответствующий логической ".1", и находятся в режиме счета импульсов в противоположные пояупериады.

На счетные входы обоих счетчиков подается выходная частота преобразователя 2 ЕЭK6. Емкость каждого счетчика Из равна емкоств делителя частоты 3, т.е. Ие =K8, В установимаемся режиме частота задания f равна частоте обратной связи f В8 э3тТо м с лу ч а еe, как видно из диаграммы фиг. 2, при скважности следования прямоугольных импульсов, равной двум (коэффициент заполнения равен 0,5), в соогветствукщем из счетчиков эа время счетного полупериода записывается число и hg2 . При скважности, равной 4/Х (коэффициент-заполнения

0,75), М *0 75No

Отклонение скважного следования импульсов преооразователя 8 от номинального значения, равного двум, в ту или иную сторону является характерныи признаком нарушения режима работы чувствительного элемента преобразователя. Оно вызывается как изменением характеристик радиодеталей, так и конструкционньачи нарушениями (например, изменением рабочего зазора для индуктивных или емкостных преобразователей) относительным смещением пары,.ызлучательприемник в оптических преобразователях и др. нарушениями, ъызванаяии ослаблением крепления конструкции вследствие вибраций и т.п.). В то жв время, как правило, по измеиению скважности можно судить о, появившейся тенденции к нарушению работы еще задолго до аварииного состояния (исчезновения модуляции сигнала). Таким образом, от исправности импульсного преобразователя скорости по каждому иэ его выходов можно судить по тому, находится ли число в зоне допустимых значений..

t4,„Ñ. М а и

3 для каждого цикла контроля. В качестве предельно допустимых значений числа К., например И=16, .могут быть приняты значения 5 и 11, что соответствуетй „=4 и N»«=12, т.е. нормальньм принимается изменение значения коэффициента заполнения в пределах 0,25<К с0,75.

Работа блока 13 контроля исправности преобразователя скорость частота заключается в проверке выполнения неравенства (1) в каждом цикле контроля и, в случае его нарушения, в выработке команд на

1О переключение рабочего выхода преобразователя 8 на резервный. Достижение числом 8 значения 5 является признаком нормальной работц, а достижение и значения 12 вЂ” признаком неисправности. Элементы И 16 и 17, (И 18 и 19) подключены к информационным выходам счетчика 14 (15) так, что вырабатывают выходной сигнал единицы при поступлении в соответст-.

2О вующие счетчики импульсов с частотой 3 5

Режим работы счетчика 14 (15) представляет собой чередование полупериода счета и полупериода обнуле25 ния s течение каждого периода следования сигнала импульсного датчика; поступакщего на установочный вход счетчика. Если в течение полупериода счета на выходе элемента И 16

ЗО (18) имеет место единичный сигнал (и 5), то 9-триггер 20 (21) устанав-. ливается в состояние единицы по установочному 5 -входу и, если при этом значение и не достигает 12 (импульс

З5 на выходе элемента И 17 (19) отсутствует), то до конца укаэанного полупериода на инверсном выходе

))-триггера 20 (21) имеет место сигнал логического нуля, запрещающий по о D-входу запись единицы в триггер 24 (25) по счетному входу передним фронтом сигнала датчика в начале полупериода обнуления счетчика 14 (15). В случае же отсутствия сигнала единицы на выходе элемента И 16 (18), при N с 5,: либо при прохождении сигнала через элемент И 17 (19), при N>12, 0 -триггер 20 (21) к концу полупериода счета оказывается в, состоянии нуля, íà его инверсном вы5О ходе - сигнал единицы., разрешающий по 9-входу установку в единичное состояние D-триггера 24 (25) по счетному входу в начале полупериода обнуления, что является свидетельст55 soM неисправности датчика импульсов одного иэ двух каналов и через зле мент И 26 (27) приводит к переключению триггера 28 в противоположное состояние. Переключение к5-тригге6О ра 28 производится переключением блокировки управляемых формирователей

9 и 10, так что рабочий усанал импульсов обратной связи сменяется резервным. Это переключение проискодит-только в том случае, если

10б1107

t)-триггер 25 (24) второго канала находится в состоянии нуля, т.е. вто рой канал исправен.

В случае, если резервный канал неисправен, схема ограничивается выдачей команды управления предупредительным световьвю сигналом с вы-, хода 33 (34). Однако работа преобразователя 8 с граничным значением скважности, достаточным для срабатывания описанной схемы контроля, еще не приводит к отказу в регуля торе.

Связь счетного входами -триггера

20(21) через элемент НЕ 22 (23) с выходом преобразователя 8 необходима для обнуления указанного триггера s начале каждого полупериода счета передним фронтом инвертированного сигнала датчика, f3 -триггер 20 (21) йри этом всегда устанавливается в состояние нуля, так как на его управляющий Б-вход постоянно подается нулевой потенциал.

Описанная .часть схемы реагируем только на сигнал, следующий с недопустимой скважностью. Если же сигнал иа выходе неисправного преобразователя 8 вообще не изменяется (постоянный сигнал единицы или нуля), то описанная часть устройства ие обеспечивает выдачу сигнала неисправности (нет перекюиочакщего сигнала на счетном входе 3 -триггера 24 (25).

Этот недостаток устраняется наличием элемента И 29 (30), на один иэ входов которого подается тактирующий низкочастотный (10-20 Гц) сигнал с шины синхронизации 31, который периодически записывает состояние единицы в триггер 24 (25), которое (при исправном датчике) изменяется на обратиое упомянутым сигналом по его счетному входу.

Диафрагма работы схемы контроля для трех значений показана на !

О фиг. 2.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет однозначно проконтролировать исправность преобра-. зователя скорость - частота датчика

15 иьЕульсов обратной связи систеьы управления cxopoorbl и обеспечить автоматическое резервирование при отказе датчика в рабочем канале Или, появлении состояния, близкого к нер исправнаму, т.е. повыаается надежность

Два независимых выхода преобразователя скорость «частота в указанной системе реализуются путем уста25 новки в корпусе преобразователя двух отдельных автогенераторных датчиков, реагирующих на вращение стального зубчатого колеса.

Эконамический эффект от внедреЗ ния предлагаемого изобретения определяется уменьшением числа отказов системы управления, связанных с нарушениями работы импульсных преобразователей, и, следовательно, сокращением холостого хода оборудоЗ5 вания.

1061107

:.1061107 /au. 2

8aix. Ю-f .алых. 8-/

garx. джут Y. Atm фарм. Я

ГФ= РУЖ

Arx. 8-f дых urrE Zg

30ncrc4 Р МРФ 4 алых, Юб

Вых. юрие. И . 3am щи g4 дых. риг gg ®х, арлю Я

Дых.рорм. Ю до к, Р-1 як имЮ, Г2

5ЮФИГЬ Р ГЧР1Р f4

8erx %

Яы,к Ф17 дюхтриа. ГО даю юру 74