Устройство для функционального контроля электропривода

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. Цель изобретения - увеличение полноты контроля. Устройство содержит электропривод 1, регистры сдвига 2, 3, компараторы 4, 5, таймеры 6, 7, вычитатели 8, 9, сумматор-вычитатель 10, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, триггер 12, элементы И 13-17, элемент 2И-2ИЛИ 18, элемент 4ИЛИ-НЕ19. Устройство предназначено для контроля правильности функционирования привода, управляемого по сигналам рассогласования по положению. Работа устройства основана на анализе величины рассогласования и скорости изменения этой величины. При этом обеспечено определение начала и конца перерегулирования и выключение контроля в течение времени перерегулирования, что позволяет вне зависимости от перерегулирования получить высокую точность контроля. Устройство обеспечивает контроль скорости отработки большого рассогласования. И не дает ложной информации о неисправности инерционного привода при скачкообразном изменении расчетного значения угла. Устройство также обеспечивает защиту привода от кратковременных сбоев и выход из состояния сбоя, при этом на выходе устройства в течение сбоя формируется неискаженная информация о текущем рассогласовании по положению. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (SD4 G В 2 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н AST0PCH0IVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4297009/24-24 (22) 25.08.87 (46) 23.05.89. Бюл. Ф 19 (72) Ю.Б,Шварцман (53) 684.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 670925, кл. G 05 В 23/02, 1975.

Авторское свидетельство СССР

11 739469, кл. G 05 В 23/02, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО

КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления технологическими. процессами. Цель изобретения — увеличение полноты контроля. Устройство содержит электропривод 1, регистры вания, что позволяет вне зависимости от перерегулирования получить высокую точность контроля. Устройство обеспечивает контроль скорости отработки большого рассогласования.и не дает ложной информации о неисправности инерционного привода при скачкообразном изменении расчетного значения угла. Устройство также обеспечивает защиту привода от кратковременных сбоев и выход из состояния сбоя, при этом на выходе устройства в тече-, ние сбоя формируется неискаженная информация о текущем рассогласовании по положению. 4 ил.

1481717 сдвига 2, 3, компараторы 4, 5, таймеры 6, 7, вычитатели 8, 9, сумматорвычитатель 10, элемент ИСКЛЮЧАЮ1ЦЕЕ

ИЛИ 11, триггер 12, элементы И 13-17, элемент 2И-2ИЛИ 18, элемент 4ИЛИ-НЕ

19. Устройство предназначено для контроля правильности функционирования привода, управляемого по сигналам рассогласования по положению. Работа устройства основана на анализе величины рассогласования и скорости изменения этой величины. При этом обеспечено определение начала и конца перерегулирования и выключение контроля в течение времени перерегулироИзобретение относится к автомати-е и может быть использовано в системах автоматического управления технологическими процессами. 5

Цель изобретения — увеличение полноты контроля. !

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2— схема электропривода; на фиг.3 — схемы таймеров; на фиг.4 - диаграмма ра-.. боты привода, Устройство содержит электропривод 1, первый и второй регистры 2 и

3 сдвига, первый и второй компараторы 4 и 5, первый и второй таймеры

6 и 7, первый и второй вычитатели 8 и 9, сумматор-вычитатель 10, элемент

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 триггер 12, первый, третий, второй, четвертый и пятый элементы И 13-17, элемент 2И-2ИЛИ

18, элемент 4ИЛИ-НЕ 19. Входы 20-26 устройства, выходы 27 и 28 устройства, входы и выходы блоков устройства 29-72.

На функциональной схеме линии передачи кода отмечены символом "/".

Функциональная схема (фиг ° 2) возмож ного варианта реализации электропри- 30 вода 1 содержит преобразователь коданалог 73, усилитель 74, двигатель

75, редуктор 76, преобразователь угол — код 77. На вход 39 поступает код управляющего воздействия, преоб1 разуемый в аналоговый сигнал, который управляет двигателем ? 5, вращающим через редуктор 76 преобразователь угол — код 77. По сигналу опроса на

1 входе 40 на выходе преобразователя угол — код 77 формируется код, про порциональный положению выходного вала привода. Ф

Функциональная схема (фиг.3) таймеров б и ? содержит элемент И 78, счетчик 79 и элемент ИЛИ 80. На вход

43 п6ступает код, записываемый в счет- чик 79. С выхода счетчика 79 этот код поступает на элемент ИЛИ 80, который анализирует равенство "О" содержимого счетчика 79, Если содержимое не равно Ор то на выходе формируется сигнал "1", открывающий элемент

И 78 для прохождения на счетный вход счетчика 79 импульсов на входе 44.

Эти импульсы приводят к уменьшению содержимого счетчика 79. Когда содержимое счетчика 79 будет равно О, на выходе элемента ИЛИ 80 и выходе таймеров 6 и 7 формируется сигнал "О", закрывающий элемент И 78. В таком состоянии таймеры 6 и 7 будут находиться до поступления кода на вход 43.

Регистры 2 и 3 представляют собой регистры сдвига. По переднему фронту импульсов на входе 42 код с входа 41 передается на выход регистров и запоминается в них.

Триггер 12 по сигналу 1 на сии- 1;.

° хрониэирующем входе 47 устанавливает

1481717 ся в "1" (на выходе триггера сигнал

"1") при наличии в этот момент времени на входах 45 и 46 сигналов "1".

Триггер ) 2 устанавливается в 0 по сигналу "0" на входе 48 или сигналу

"1" на входе 49.

Устройство работает следующим образом.

1. Работа устройства при правиль" ном функционировании привода.

).1, После включения устройства начинают непрерывно поступать на вход 21 тактовые импульсы с частотой, равной дискретности по времени при- 15 вода, длительность импульсов значительно меньше периода их следования (далее значения, привязанные по времени к этим тактам, будем обозначать значком i, считая i от 1 до о ); 20 на вход 20 — расчетное значение угла поворота привода; на вход 25 — величина расчетного значения скорости привода ;, представленная углом поворота привода за время, равное одно" 25 му такту импульсов на входе 21.

С поступлением первого тактового импульса однократно поступают представленные импульсным кодом (длительность импульсов менее длительности З0 тактовых на входе 21), на вход 23— величина максимальной длительности переходного процесса привода о), вызванная возмущающим воздействием Щ поступившим в те моменты времени i, обозначенные через ) () принимает значения от 1 до и), когда происходит скачкообразное изменение р; на входе 20; на вход 24 величина максимальной длительности перерегулирования 40 привода 8„, вызванная воздействием р .Тактовые импульсы поступают на привод 1,. опрашивая преобразователь

77, при этом на выход привода посту- 45 пает код фактического положения выходного вала <,, привода, этот код ср, поступает на вычитатель 8, на другой вход его поступает значение V; с входа 20 устройства, на выходе 29 вычитателя 8 формируется текущее рассогласование по положению

6; =

На выходе 30 устанавливается сигнал "0", если Ь; отрицательное. Код ь с входа 23 устройства поступает на таймер 6 тем самым формируя на его выходе сигнал "1". Этот сигнал поступает на вход 49 триггера 12, устанавливая его в состояние "0", по -. ступает на вход 69 элемента 4ЕЛИ-HE

19, устанавливая на выходе этого эле.мента сигнал "0", по которому элемент

2И-2ИЛИ !8 открыт для прохождения на выход рассогласования А;, на входе

65. С выхода элемента 2И-2И))И 18 рассогласования 6; поступает на выход

28 устройства и на вход 39 привода I тем самым привод производит отработку этого рассогласования, На фиг.4 изображены изменения ф, Щ ; ) во времени t. Точка а — начало работы устройства, в этот момент рассогласование Ь; велико и привод начинает отрабатывать это рассогласование, Рассогласование с выхода элемента 2И-2ИЛИ )8 поступает также на вход 41 регистра 2, по переднему фронту тактового импульса, поступающего на синхронизирующий вход 42, регистр 2 формирует на своем выходе и запоминает это значение в такт i+1, т.е. в течение i-такта на выходе регистра формируется Ь;, . Это значение поступает на вход 41 регистра 3, который аналогично регистру 2 сдвигает рассогласование на один такт, формируя на своем выходе рассогласование

h) . Таймер 6 отсчитывает записан" ное в него время <), по истечении л, которого (точка б йа фиг.4) на выходе таймера устанавливается. сигнал

И ll

0 . К этому моменту должен окончиться переходной процесс привода, вызванный скачкообразным возмущением (р; на входе.20, Далее рассмотрим работу устройства при плавном изменении. q, как это изображено на фиг.4.

).2, Отработка большего рассогласования.

Вычитатель 9 рассчитывает скорость изменения рассогласования, обеспечиваемую приводом йЬ;= h; -6;, -ф;, (2) где Ь, Ь;, — рассогласования в текуI щий и предыдущий такт, поступающие соответственно на входы 33 и 31;

1 ф — расчетное значение скорости изменения (р;, по, ступающее на вход 32.

На выход 34 вычитателя 9 поступает код а) ;, на выход 35 — знак величины Ьа;.

5 14817

Компаратор 5 формирует на выходе сигнал "1", если выполняется анализируемое им условие отработки приводом большого рассогласования с гарантированной скоростьюйЬ„„„: (И;! >(ЬЬ„«I (3) где Ь !1; — величина, поступающая на вход 50 с выхода вычитателя 9; 10

hh „„„- величина минимальной скорости отработки, поступающая с входа 26 устройства, Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 анализирует условие уменьшения рассогласо- 16 вания, вытекающее из формулы (2)г

sign а а; j sign с;, (4) где sign hh, — знак величины ЬЬ;, по" ступающий на элемент

11 с выхода 35 вычи- 20 тателя 9;

sign Ь; — знак рассогласования поступающий на вход элемента 11 с выхода 30 вычитателя S.

Так как Ь 6; уменьшается, условие (4) выполняется, т.е. если на выходе 30 вычитателя 8-сигнал "1" (знак 1 ; равен "+"), то на выходе

35 вычитателя 9 - сигнал ".1" (знак 30 а ; равен "- ), и наоборот. При этом на выходе элемента 11 формируется сигнал "0", открывающий элемент И 13 для прохождения сигнала "!" на его входе 53 на вход 61 элемента И 16.

На выходе элемента И 16 устанавливается сигнал "1", так как на входы 58 и 59 поступает сигнал "0", а на вход 60 также поступает сигнал "0", так как не выполняетсяэусловие„ анализируемое компаратором 4. а, = 6,„, (5) где 11 „ — величина допустимого рассогласования Ь!, поступаю щая на вход 22 устройства, при котором обеспечивается качественное отслеживание приводом расчетных значений (; °

При сигнале "!" на выходе элемен- б0 та И 16 привод 1, регистры 2 и 3 и элемент 2И-2ИЛИ работают аналогично описанному в п. l.2.

:В этом состоянии устройство находится до тех пор, пока не выполнится условие (5) в момент времени, обозначенный на фиг.4 через в, с которого начинается состояние перерегулирования, l7 б

1.3. Перерегулирование.

Сигнал "1" с выхода компаратора

4 поступает на вход 45 триггера 12, на вход 46 поступает также сигнал

"1" с выхода таймера 7, так как содержимое его равно величине перерегулирования 9 . При этом при поступлении очередного такта с входа 21 устройства на вход 47 триггер 12 устанавливается в "1". Этот сигнал поступает на вход 53 элемента И 14 и на выходе элемента И 14 формируется сигнал "1", при котором элементы 19 и 18, привод

1 и регистры 2 и 3 работают аналогично описанному в и. 1.2. Сигнал "1" с выхода триггера 12 поступает на вход

64 элемента И 17, на вход 62 его поступает сигнал "0", поэтому тактовые импульсы, поступающие на вход 63, проходят через элемент И 17 на счетный вход 44 таймера 7. Таким образом таймер начинает отсчитывать время перерегулирования (на.фиг.4 8 равно отрезку времени вг). При этом контроль функционирования привода не производится. После прохождения времени 8 на выходе счетчика 7 устанавливается сигнал "0", который, поступая на вход

48, переводит триггер в состояние

"0". С этого момента устройство переходит в состояние слежекия.

1,4, Слежение, 1

При слежении должно выполняться условие (5), Сигнал "0" с выхода триггера 12 поступает на вход 56 элемента P. 15, который при наличии сигнала "1" на входе 57 формирует на своем выходе сигнал "1", Далее элементы 19 и 18,привод 1 и регистры 2 и 3 работают аналогично описанному в п. 1.2. Условие (5) выполняется до тех пор, пока не произойдет скачкообразное изменение q,, т.е. до очередного у, при этом одновременно на вход устройства поступают однократно величины с,, 8! и устройство работает аналогично описанному в п. 1.

2. Работа устройства при неправильном функционировании привода.

2.1. Работа при сбое, приводящем к скачкообразному возрастанию рассогласования а. во время состояния слежения (может произойти при сбое преобразователя угол — код 77, несанкционированном изменении q; на

1481717 (9) В соответствии с формулой (2)

hd;=0. Если привод движется с мень50 шей чем допустимо скоростью, то рассчитанное по формуле (2)t b,;l «ДЬ„;„.

В этих случаях не выполняется условие (3), анализируемое компаратором 5, и на его выходе формируется сигнал

0, которыи приводит к тому, что на выходе элемента И 13 устанавливается также сигнал "0". Далее устройство работает аналогично случаю в п. 2.2,1. входе 20 и других случаях сбоев в цифровой части устройства).

В этом случае в состоянии слежения, описанном в и. 1.4, не выполняется условие (5) при отсутствии кода на входах 23 и 24. На выходе компаратора 4 изменяется сигнал на "0", таким образом на всех входах элемента 4ИЛИ-НЕ 19 -- сигнал "0", что приводит к оформлению на выходе элемента 4ИЛИ-НЕ 19 сигнала "1", поступающего на выход 27 устройства как сигнала "Неисправность привода". Сумма тор-вычитатель 10 рассчитывает прогнозйруемую величину рассогласования

Д; =Д;, + (д;,-д; ), (6) где h; — величина, поступающая на суммирующие входы 36 и 38 сумматора-вычитателя 10 с выхода регистра 2;

Д; — величина, поступающая на вход 37 вычитания с выхода регистра 3.

С выхода сумматора-вычитателя 10

Д; поступает на вход 68 элемента

2И-2ИЛИ 18, который по сигналу "1" на входе 67 пропускает Д; на выход

28 устройства и на вход 41 регистра 2 и вход 39 привода 1. В течение времени сбоя устройство рассчитывает и хранит эти значения в регист1р рах 2 и 3.

Таким образом, вместо ложного Д; в этой ситуации формируется рассогласование Ь;,, которое при. условии, что Ц); незначительно изменяется в течение времени сбоя с высокой точностью, характеризует фактическое

1 рассогласование. Следовательно, движение привода незначительно отклоняется от задаваемого.

Если сбой кратковременный, то после его прекращения Д; не превышает d «„, выполняется условие (5) и устройство продолжает работать так, / как это описано в п, 1.4.

Таким образом, в этом случае устройство обеспечивает управление приводом с высокой точностью, выдачу на выход 28 информации о фактическом рассогласовании и продолжение работы привода после прекращения сбоя.

2,2. Работа при сбое во время отработки большого рассогласования.

2.2.1. Случай, когда при движущем. ся приводе рассогласование Д; не уменьшается, а увеличивается.

35 ,40

Это может произойти при: неправильном направлении движения из-за отказа аналоговой части привода 1; при сбое преобразователя угол — код

77 или несанкционированном изменении на входе 20, приводящих к скачкообразному увеличению Ь; .

Устройство будет работать так, как описано в и, 1.2, за исключением следующего.

В этом случае

lal l ь;- ° ч;! (7) как следует из (2), при этом

sign d d; = sig n Д; (8) и условие (4) не выполняется, при этом на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 1.1 формируется сигнал "1", вызывающий на выходе элемента И 13 сигнал "0", по которому не срабатывает элемент И 16. В результате этого элемент 4ИЛИ-НЕ 19, элемент 2И-2ИЛИ 18, электропривод 3 и регистры 2 и 3 работают так, как и при сбое, описанном в п. 2.1.

Управление приводом ведется таким образом, чтобы он двигался в течение времени сбоя с постоянной скоростью, равной скорости в промежутке времени между (i-2)-ми и (i-1)-ми тактами до

i-ro такта сбоя.

Если о меняется незначительно, то

\ управление приводом и формирование на выходе 28 производится с высо« кои точностью в случае кратковременного сбоя, После преккращения кратковременного сбоя и выполнения условий (2) — (4), в которых Д,, значения . равны текущему Д;, устройство продолжает управление приводом так же, как если бы сбоя не было.

2,2.2. Случай отсутствия движения привода или отработки со скоростью меньше допустимой, Если привод стоит, то

Д вЂ” 6 °

1 1-1

1481717

Таким образом, выявляется неправильная отработка большого paccorqaсования, когда, в частности, рассогласование уменьшается за счет соответ5 ствующего изменения расчетного значения угла. формула изобретения

Устройство для функционального контроля электропривода, содержащее первый компаратор, первый и второй регистры сдвига, первый и второй вычитатели, первый и второй элементы И, элемент 2И-2ИЛИ, вход уменьшаемого первого вычитателя является первым установочным входом устройства, вход вычитаемого — информационным входом устройства, а первый выход подключен к первому входу первого компаратора, 2п второй вход которого является вторым установочным входом устройства, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения полноты контроля, в устройство введены первый и второй 25 таймеpbi> сумматор-вычитатель, второй компаратор, с третьего по пятый элементы И, элемент 4ИЛИ-НЕ, элемент

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и триггер, синхровход которого, первый вход пятого элемента И, синхровходы первого таймера, первого и второго регистров сдвига являются синхровходом устройства и выходом устройства для подключения к синхровходу объекта контроля, выход триггера соединен с первыми входами элементов И с второго по четвертый и с вторым входом пятого элемента И, выходом подсоединенного к синхровходу второго таймера, устано- щ вочный вход которого, и установочный вход первого таймера являются третьим и четвертым установочными входами устройства соответственно, выход первого элемента задержки подключен к первому входу сброса триггера, к третьему входу пятого элемента И, к вторым входам элементов И с второго по четвертый и к первому входу элемента 4ИЛИ-HF,, выход второго элемента задержки соединен с вторым входом сброса триггера и с первым входом установки триггера, выход первого компаратора соединен с вторым установочным входом триггера и с третьими входами второго и четвертого элементов

И, вход одного вычитаемого второго вычитателя и первый вход второго компаратора являются пятым и шестым установочными входами устройства соответственно, первый выход первого вычитателя соединен с входом уменьшаемого второго вычитателя и с первым входом элемента 2И-2ИЛИ, выход которого является выходом устройства для подключения к входу данных объекта контроля, информационным выходом устройства и подключен к входу данных первого регистра сдвига, выходом соединенного с входом данных второго регистра сдвига, выход которого подключен к входу вычитаемого сумматоравычитателя, выход которого подключен к второму входу элемента 2И-2ИЛИ, вы— хоцы элементов И с второго по четвертый подключены к входам соответственно с второго по четвертый элемента 4ИЛИ-НЕ, выход которого является управляющим выходом устройства и подключен к третьему и четвертому входам элемента 2И-2ИЛИ, выход первого регистра сдвига соединен с входом вычитаемого второго вычитателя и с входами первого и второго слагаемых сумматора-вычитателя, первый выход второго вычитателя подключен к второму входу второго компаратора, вторые выходы первого и второго вычитателей соединены с соответствующими входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого и выход второго компаратора подключены к соответствующим входам rtepвого элемента И, выходом подсоединенного к четвертому входу четвертого элемента И, 1481717 юг, 2

Фиа Я

Составитель H.Àëåêñååâ

Редактор Л.Гратилло Техред Л. Сердюкова Корректор С.Черни

Заказ 2687/47 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35 ° Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", р. Ужгород, ул. Гагарина, 101