Устройство контроля работоспособности электромагнитного исполнительного механизма постоянного тока

 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может использоваться в машинах, оборудованных гидропневмоприводами. Целью изобретения является расширение области применения путем контроля различных характеристик работоспособности и использования при этом различных видов сигнализации. Объектом контроля является обмотка электромагнита. Устройство содержит элемент 5 защиты от экстраЭДС, ключ 1, диод 8, источник питания 9, пороговый элемент 10, датчик 11, счетчик 14, формирователь 17 сигнала обрыва, блок 19 индикаторов, элемент ИЛИ 20, элемент НЕ 21. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХ

РЕСПУБЛИК (19) (II) А1 (50 4 С 08 С 19/06, 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

IlPM ГКНТ СССР

1 (21) 4306566/24-24 (22) 03.08.87 (46) 15.12.89. Бюл. Р 46 (71). Центральный научно-исследовательский и проектно-технологический институт организации и техники управления (72) Л.Г.Гузовский, P.Î.ßêåðåâè÷ и И.А.Матлин (53) 621.398(088,8) (56) Патент Великобритании 9 21!0373, кл. G 08 С 21/00, (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИСПОЛНИТЕЛЪНОГО МЕХАНИЗМА ПОСТОЯННОГО ТОКА

2 (57) Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может использоваться в машинах, оборудованных гидропневмоприводами. Целью изобретения является расширение области применения путем контроля различных характеристик работоспособности и использования при этом различных видов сигнализации. Объектом контроля является обмотка электромагнита. Устройство содержит элемент 5 зашиты от экстраЭДС, ключ 1, диод 8, источник питания 9, пороговый элемент

10, датчик 11, счетчик 14, формирователь 17 сигнала обрыва, блок 19 индикаторов, элемент ИЛИ 20, элемент НЕ g

21. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1529270

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и мо- . жет использоваться в машинах, оборудованных гидро-.и пневмоприводами.

Целью изобретения является расши, рение области применения путем KOHтроля различных характеристик работоспособности и использования при этом различных видов сигнализации. 1О

На фиг. 1 представлена схема устройства с одним электромагнитным исполнительным механизмом постоянного тока; на фиг. 2 — схема устройства с группой электромагнитных исполнитель- 15 ных механизмов; на фиг. 3 — временная диаграмма сигналов.

На фиг. 1 показаны ключ 1, объект контроля -, обмотка 2 электромагнита, выводы которой являются информацион- 20 ными клеммами 3, 4 устройства, элемент 5 защиты от экстраЭДС, выполненный на выпрямительном диоде б и ограничительном резисторе 7, выпрямительный диод 8, включенный в непро- 25 водяшем направлении по отношению к источнику питания 9, пороговый элемент 10, датчик 11 (для контроля целостности цепи защиты 5), выполненный на стабилитроне 12 и диоде 13, 30 счетчик 14 с выходом 15 разряда "1" и выходом 16 разряда "2", формирователь 17 сигнала обрыва (обрыва цепи защиты от экстраЗДС ) с выходом 18, блок индикаторов 19,, элемент ИЛИ 20 и элемент НЕ 21 с выходом 2 . При

2.

35 пос,уплении сигналов с выходов 15,, 16 18 и 22 блок 19 обеспечивает отображение соответственно следующих состояний контролируемого механизма:

"Отсутствие перемещения", "Механизм

:исправен", "Обрыв. цепи защиты от экстраЭДС" и "Неисправность электрической цепи".

Кроме того, на фиг. 1 показаны элемент И 23, узел сигнализации 24 .(например, звонок) самопроизвольного отключения исполнительного механизма, а также элемент запуска 31 и управляющий вход 26 устройства.

На фиг. 2 представлены коммутатор 27.с входами 25, выходы 28 которого подключены к блоку 29 индикации адреса, элемент ИЛИ 30.

На диаграмме (фиг. 3) показаны управляющие сигналы 32, поступавшие на вход ключа 1, сигналы 33-35, поступающие с обмотки 2 контролируемого электромагнитного исполнительноro механизма через диод 8 на вход порогового элемента 10 и на датчик 11 после размыкания ключа I (сигнал 33 при нормальной работе исполнительного механизма, сигнал 34 — при отсутствии перемещения подвижных частей механизма, но при исправном состоянии элементов электрической цепи его питания, сигнал 35 — при неиспра:зном состоянии элементов этой цепи), напряжение 36 (!1я) и 37 (U1 ) на обмотке 2 после раэмыкания ключа 1 (36 — в момент начала, 37 — в момент окончания движе" ния якоря электромагнитного исполнительного механизма при его возвращении из рабочего в исходное положение), напряжение порога срабатывания и отпускания 38 Щ ) порогового элемента

10, сигналы 39-41 на выходе порогового элемента 10 !сигнал 39 при нормальной работе электромагнитного исполнительного механизма, сигнал 40— при отсутствии перемещения подвижных частей механизма, но при исправном состоянии элементов электрической цепи его питания, сигнал 41 — при неисправном со=тоянии элементов этой цепи (обрыве цепи или пробое ключа).

Устройство работает следующим образом.

При контроле механизма с одним электромагнитом (фиг. 1) на вход ключа 1 и в цепь сброса в исходное состояние. счетчика 14 формирователя

17 через элемент 25 запуска поступает управляющий сигнал вида 32. При этом счетчик 14 и формирователи 17 устанавливаются в исходное состояние и происходит замыкание ключа 1, благодаря чему к обмотке 2 электромаг-! нита через клеммы 3 и 4 прикладыва1 ется напряжение источника питания U« и в ней устанавливается ток, равный

Ппит где R — активное сопротивле- . р 3 ОБМ

"ОБМ ние обмотки электромагчита. При этом на .входе порогового элемента 10 и на датчике 1 напряжеI ние равно нулю, также как и равен нулю ток на элементе 5, так как диоды

6 и 8 включены по отношению к источнику питания электромагнита в непроводящем направлении.

На задний фронт сигнала 32 (фиг.3) ключ 1 размыкается и разрывает цепь питания обмотки 2 электромагнита, в результате чего возникает экстраЗДС, 15292 обеспечивающая в момент коммутации сохранение величины и направления тока в обмотке, который при этом замыкается через элемент 5, входную цепь порогового элемента 10 и датчик 11, так как для экстраЭДС диод 6 и 8 включены в проводящем направлении.

Поскольку сопротивление датчика и входное сопротивление элемента

l0 с целью исключения их влияния на длительность переходного процесса, вызванного раз ьпсанием ключа 1, выбираются значительно большими, чем сопротивление резистора 7, то можно считать, что практически весь ток обмотки 2 замыкается через элемент 5.

Пренебрегая падениями напряжения на открытых диодах 6 и 8, можно также считать, что напряжение на обмотке 2, 20 как и напряжение на входе элемента

10 и на датчике 11, равно напряжению на резисторе 7 и изменяется по тому же закону, по которому изменяется в течение переходного процесса ток че- 25 рез резистор 7. Ток через резистор

7 после размыкания ключа 1 падает

П и по экспоненте от значения †-- до

Обм значения, при котором силы. притяжения якоря электромагнита, удерживающие его в рабочем положении, сравниваются с силами, возвращающими его в исходное положение. При этом если якорь из-за механической неисправности ос35 тается в неподвижном состоянии, то ток через резистор 7 продолжает спадать по экспоненте до нуля. Соответствен.но напряжение на обмотке 2, на входе элемента 10 и датчика 11 изменяется

U пиг по экспоненте от значения — -- Р. е оьм до нуля (Р, - сопротивление резистора 7). Этому соответствует сигнал 34 (фиг. 3) на входе элемента 10 и сигнал 40 на выходе.

Если же якорь перемещается в исходное положение, то в процессе его перемещения индуктируется противоЭДС„ вызывающая возрастание тока через резистор 7, а следовательно, и на,пряжения на обмотке 2, датчике 11 и на входе элемента 10 до значения, соответствующего моменту возвращения якоря в исходное положение, а затем ток через резистор 7, как и напряжение на упомянутых выше элементах, вновь начинает уменьшаться по экспоненте до нуля, что соответствует сигналу 33

70 6 (фиг. 3) .Уровень напряжения 36 (Гя)

ccoTBpTcTBóåò моменту начала движения якоря, уровень напряжения 37 (П„) соответствует моменту завершения движения якоря.

Напряжение порога срабатывания и отпускания 38 (U ) порогового элемента 10 установлено таким образом, чтобы удовлетворять условию

При поступлении на входе элемента

10 сигнала вида 33 на его выходе появляется два импульса вида 39. которые несут информацию о нормальной работе электромагнитного исполнительного механизмаа.

При поступлении на вход элемента

10 сигнала вида 34 на его выходе появится один импульс вида 40, который указывает на отсутствие перемещения якоря при размыкании ключа 1.

При неисправном состоянии электрической цепи в момент снятия управляющего сигнала 32 не происходит изменение тока в цепи питания электромаг- ° нита 2. В частности, при оборванной цепи. питания электромагнита величина тока до и после снятия управляющего сигнала равна нулю, при пробитом ключе 1 ток питания электромагнита сохраняется °

Ввиду отсутствия изменения тока питания электромагнита через элемент

5 не будет протекать ток экстраЭДС, а следовательно, на выходе элемента

10 будут отсутствовать импульсы (фиг. 3, сигналы 35 и 41). Импульсы, поступающие с выхода порогового элемента 10, подсчитываются счетчиком

14. Информация с выходов счетчика 14 поступает на блок 19. При наличии сигнала на выходе 15 на блоке 19 отображается состояние "Отсутствие перемещения", а гри наличии сигнала на выходе 16 — "Механизм исправен". функцию контроля работы элемента и дополнительную защиту ключа 1 от пробоя в случае обрыва элемента 5 осуществляет датчик 11, который срабатывает при обрыве цепи элементов

6, 7, при этом не допускает повышения напряжения на нем выше его порога срабатывания и вырабатывает сигнал на вход формирователя 17.

Если цепь элементов 6, 7 оборвана, то в момент размыкания ключа 1 ток обмотки 2 начинает замыкаться

1529270 через выходную цепь элемента 10 и датчик

11. Йз-за больших входных сопротивлений этих блоков напряжение на обмотке 2 возрастает до напряжения стабилизации стабилитрона 12 ° При целой цепи экстраЭДС не достигает уровня стабилизации стабилитрона 12 и узел

11 не срабатывает.

После пробоя стабилитрона 12 до

i тех пор, пока запасенная в обмотке 2 энергия не будет полностью исрасходована, напряжение на обмотке 2 будет удерживаться практически на уровне напряжения стабилизации стабилитрона

12, так как падение напряжения на нелинейном сопротивлении диода 13 мало. Сигнал с открытого диода 13 поступает на вход формирователя 17, состоящего, например, из усилителя-формирователя и элемента памяти, например триггера, и изменяет его состояние. Информация о состоянии формиро вателя 17 передается на выход 18, Введение измерительного резистора 25 7 в цепь защиты экстраЭДС или исполь зование в качестве измерительного уже имеющегося в цепи резистора обеспе чивает высокий уровень полезного сиг"нала на входе порогового элемента 10. 3р, При этом условия работы электромаг. нитного механизма не ухудшаются, так

:как при наличии резистора 7 время возврата якоря механизма 2 в исходное положение уменьшается.

Максимальная величина сопротивления резистора 7 ограничивается элек трической прочностью ключа 1 °

Сопротивление резистора 7 определяется по формуле 40

Upped П и ит å ц„„оим где К вЂ” коэффициент запаса (0 K<1) из условия надежного Йунк- 45 ционирования ключа 1 выбирается К=О,?-0,8;

U „ „- максимально допустимое напряжение на разомкнутом ключе 1;

Un„- напряжение источника питания.

Формула (1) отражает тот факт, что в течение переходного процесса возврата электромагнита в исходное состояние напряжение на разомкнутом ключе 1 практически равно сумме напряжения источника питания и напряжения на резисторе 7. В момент размыкания ключа 1 напряжение на резисторе 7

«Unbar равно -- — Р е, т.е. в начале пере«в„„.щ ходного процесса напряжение на разомкнутом ключе l должно быть

Ппит кл пит " ре1 ебМ

Обычно максимально допустимое напряжение на разомкнутом ключе 1, при котором не наступает электрический пробой ключа, имеет значение

Пкл д@и (2э5 5)Пиит (2)

Для обеспечения длительной надеж- ° ной работы ключа 1 должно выполняться условие, при котором

11кл 11кл оп

Стабилнтрон 12 узла 11 выбирается таким образом, чтобы его напряжение стабилизации П удовлетворяло соотношению

Ппит ре (Uz -@ил.лои Пиит) (3) обм

Устройство обеспечивает контроль самопроизвольного отключения электромагнитного исполнительного механизма.

Данный вид контррля необходим в тех случаях, когда самопроизвольное от" ключение может привести к аварийной ситуации. Он осуществляется следующим образом, При наличии сигнала на . любом из выходов 15 или l 6 на выходе элемента ИЛИ 20 формируется сигнал, который при наличии разрешения на входе 26 через открытый элемент И 23 поступает на узел сигнализации 24 °

При отсутствии сигналов на выходах

15 н 16 счетчика l4 с выхода элемента НЕ 21 поступает сигнал на вход блока 19, который индицируется как

"Неисправность электрической цепи".

При нормальном состоянии электрической цепи в процессе контроля данный сигнал отсутствует.

Контроль работоспособности двух или более исполнительных механизмов осуществляется путем последовательного во времени выключения тока в цепях питания электромагнитов, На фиг. 2 показано устройство, обеспечивающее проверку работоспособности группы электромагнитных исполнительных механизмов постоянного тока. В нем последовательно во времени включение и отключение исполнительных

1529270 механизмов обеспечивается коммутатором 27, который обеспечивает выпол" нение следующих функций. В исходном состоянии на вход первого из группы управляющих ключей подается сигнал включения, на остальные ключи 1 сигнал включения не поступает, сигналы на выходах 28 также отсутствуют. При поступлении импульса от элемента ИЛИ

30 коммутатор 27 сдвигает сигнал включения ключей 1 на mar, т.е. отключает первый из группы ключ 1 и включает второй, одновременно появляется сигнал на соответствующем выхо-!5 де 28, соответствующий первому ключу

1, следующая команда с элемента ИЛИ

30 вызывает сдвиг еще на один шаг и т.д. Период сдвига коммутатора 27 не может быть менее времени срабатывания электромагнитного исполнительного механизма, Нажатием кнопки 31 оператор форми- . рует импульсный сигнал, который через элемент ИЛИ 30 обеспечивает сброс 25 в исходное состояние счетчика 14, формирователя 17 ч сдвиг "единицы", занесенной в коммутатор 27 при его начальной установке. При этом происходит отключение первого из контро- 30 лируемых электромагнитов и включение следующего. Если первый исполнительный механизм исправлен, то на выходе 16 счетчика 14 формируется сигнал, который через элемент KIN 30 поступает на вход коммутатора 27, отключает предыдущий контролируемый электромагнит, включает следующий. С этого момента начинается процедура проверки очередного электромагнитного меха- 40 низма контролируемой группы. Она повторяется до обнаружения неисправности механизма, в котором при отключении электромагнита отсутствует сигнал 16, а следовательно, не происходит "сдвиг" коммутатора 27. Причина неисправности поступает с выходов

15 16, 18 и 22 на блок 19, а номер неисправного механизма передается сигналом на соответствующий выход 28 и индицируется на блоке 29. После нажатия оператором .кнопки 31 процесс контроля продолжается до обнаружения следующего неисправного механизма или до завершения проверки всей груп- 55 пы.

Формула изобретения

1. Устройство контроля работоспособности электромагнитного исполнительного механизма постоянного тока, содержащее источник постоянного тока, положительная клемма которого подключена к первому выводу ключа, отрицательная клемма объединена с первой информационной клеммой устройства, второй вывод ключа соединен с катодом выпрямительного диода, элемент И, управляющий вход ключа соединен с выходом элемента запуска, вход которого является первым управляющим входом устройства, блок индикаторов, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения путем контроля различных характеристик работоспособности и использования при этом различных видов сигнализации, в него введены элемент защиты от экстраЭДС, пороговый элемен", счетчик, элемент ИЛИ, элемент НЕ, узел сигнализации, датчик и формирователь сигнала обрыва, управляющий вход ключа объединен с установочными входами счетчика и формирователя сигнала обрыва, анод выпрямительного диода соединен с входом порогового элемента И, первым выводом датччка, выход которого соединен с вторым входом формирователя сигнала обрыва, выход порогового элемента подключен к счетному входу счетччка, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми и вторыми входами элемента ИЛИ и блока индикаторов, выход элемента ИЛИ подключен к первому входу элемента И и через элемент НŠ— к третьему входу блока индикаторов, второй вход элемента И является вторым управляюшим входом устройства„ выход элемента И соединен с входом узла сигнализации, выход формирователя сигнала обрыва подключен к четвертому входу блока индикаторов, второй вывод ключа соединен с первым выводом элемента защиты оТ экстраЭДС и второй информационной клеммой устройства, второй вывод элемента защиты от экстраЗДС и датчика объединены с первой информационной клеммой уст-ройства.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в него введены IIQ числу объектов контроля пары информационных клемм, элементы защиты от экстраЗДС, выпрямительные диоды н ключи, коммутатор, блок индикации адреса, и дополнительный элемент ИЛИ, калдый введенный элемент защиты от

1529270

° 12

Составитель 8.Низамутдинова

Редактор Y Циткина Техред А.Кравчук Корректор И.Шароши

Заказ 7645/47 Тираж 518 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

II иэводственно-иэдательскии комбинат Патент, . р д, у

1! г Ужго о л. Гагарина 101 роиэво с экстраЭДС подключен параллельно к информационным клеммам одноименной пары, первые выводы всех ключей объ"единены, вторые выводы через одноимен5 ный выпрямительный диод подключены к входу порогового элемента и первому выводу одноименного элемента защиты от экстраЭДС, вторые выводы которых объединены, между выходом элемента 10 запуска и установочными входами счетчика и формирователя сигнала обрыва подключен дополнительный элемент ИЛИ, соответственно своим первым входом и выходом, второй вход дополнительного элемента ИЛИ подключен к второму выходу счетчика, между выходом дополнительного элемента ИЛИ и управляющими входами всех ключей подключен коммутатор соответственно своим управляющим входом и одноименными информационными выводами первой группы, информационные выводы второй группы коммутатора подключены к входам блока индикации адреса.