Устройство для управления шаговым двигателем

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН. (51)5 Н! 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4687232/07 (22) 10.05.89 (46) 23.04.91. Бюл. 9 15 (71) Специальное ко структорско-технологическое бюро с опытным производством прп Белорусском государственном университете им. В.И.Ленина (72) В.В. Нижников, И. Н. Рудой, В.Д.Телегин и В.И.Лакизо

)(53) 621.313.525 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1439731, кл. Н 02 Р 8/00, опублик.

1988.

Авторское свидетельство СССР и 1527703, кл. Н 02 Р 8/00, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УНРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании электропривода повышенной надежности для объекта с ограниченным диапазоном перемещения. Цель изобретения состоит в повышении наИзобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано при создании дискретного электропривода повьппенной надежности для объекта с ограниченным диапазоном перемещения.

Цель изобретения состоит в повышении надежности путем сокращения времени обнаружения отказа.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для управления шаговым двигателем.

Устройство для управления шаговым двигателем содержит тактовую шину 1, „„BU„„i 644353 А 1 дежности путем сокращения времени обнаружения отказов. Устройство обеспечивает оперативньп контроль ограничиваюпдх диапазон перемещения элементов не только в режиме движения, но и во время стоянки шагового двигателя, . причем время контроля и 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 тригер l 1. Изменение уровня сигнала на информационном выходе датчика 4 предельных положений подвижной части при входе ее в зону датчика либо прц сбое датчика, в т.ч. в режиме стоянки, анализируется устройством с подтверждением штатного режима работы либо с выдачей сигнала аварии и блога ровкой привода в случае сбойной ситуации, 1 ил. шину 2 направления, шину 3 разрешения, датчик 4 предельных положений подвижной части, первый 5 и второй

6 элементы равнозначности, элемент неравнозначности 7, элемент ЗИЛИ-. НЕ со.стробированием 8, счетчик 9, эле-. мент И 10, триггер 11, элемент

ИЛИ 12 и блок 13 управления, состоящий из элемента HF. 14, первого 15 и второго 16 элементов ЗИ-НЕ, распределителя 17 импульсов, управляющий вход которого подключен к шине 3 разрешения, входы направления связаны . с выходами первого 15 и второго 16

1644353

10 элементов ЗИ-НЕ, первые входы которых являются входами блокировки и подключены к управляющим выходам датчика 4 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 шиной 2 направления, третьи входы первого 15 и второго 16 элементов ЗИ-НЕ объединены, являясь тактовым входом блока

13 управления, и подключены к выходу элемента И 10, первый вход которого соединен с тактовой шиной 1, второй вход подключен к выходу счетчика

9, третий вход связан с выходом элемента ИЛИ 12, первый вход которого объединен с тактовым входом триггера

11 и подключен к шине 3 разрешения, второй вход соединен с инверсным выходом триггера 11, информационный вход которого подключен к информационномуу выходу датчика 4 предельных положений подвижной части и объединен с входом стробирования элемента

ЗИЛИ-НЕ 8, выход которого подключен к входу установки нуля .счетчика 9, а входы соединены с выходами первого

5, второго 6 элементов равнозначности и элемента неравнозначности 7,, первый вход которого объединен с первым входом первого элемента равнозначности 5 и подключен к шине 2 направления, второй вход связан с первым входом второго элемента равнозначности 6 и соединен с первым управляющим выходом датчика 4 предельных положений подвижной части, второй управляющий выход которого подключен к вторыи входам первого

5 и второго 6 элементов равнозначности.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства в случае, когда подвижная часть управляемого объекта пе находится в одном из предельных положений, при отсутствии сбоя в датчике 4 предельных положений подвижной части на его управляющих выходах устанавливаются потенциальные сигналы высокого уровня, в то время как на информационном выходе датчика 4 присутствует потенциальный сигнал низкого уровня, поступающии на вход стробирования элемента ЗИЛИ-НЕ 8 и блокирующий этот элемент, обусловливая сигнал высокого уровня на его выходе.

Сигнал высокого уровня с выхода элемента ЗИЛИ-HF поступает на вход установки нуля счетчика 9, обеспечи вая его сброс, при котором на выходе счетчика 9 и тем самым на втором входе элемента И 10 устанавливается разрешающий сигнал Высокого уровня.

При подаче разрешающего потенциального сигнала высокого уровня на шину

3 разрешения распределитель 13 импульсов устанавливается в исходное состояние, обеспечивая начальное включение обмоток шагового двигателя. Одновременно сигнал высокого уровня с шины 3 через элемент ИЛИ.12 подается на третий вход элемента

И 10..На втором и третьем входах элемента И 10 присутствуют, таким образом, потенциальные сигналы высокого. уровня, не препятствующие 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 уровня, снимаемые с управляющих выходов датчика 4 предельных положений подвижной части. По вторым входам один из этих элементов блокируется сигналом с шины 2 направления, с помощью которого задается напраапение вращения шагового двигателя и тем самым перемещение подвижной части управляемого объекта в ту или иную сторону. Пусть, к примеру, при высоком уровне сигнала на шине 2 направления и открытом первом элементе

ЗИ-НЕ 15 движение подвижной части происходит в сторону предельного положения, контролируемого по второму управляющему выходу датчика 4.

При входе в зону датчика 4 предельных положений на информационном выходе датчика появляется сигнал высокого уровня, деблокирующий элемент

ЗИЛИ-НЕ 8. На соответствующем выходе датчика 4 сигнал высокого уровня при штатной работе будет поддерживаться вплоть до срабатывания 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 сме1644353 6

15 щается к замыкающему контакту, входя с последним в соприкосновение при достижении предельного положения, подтверждаемого изменением сигнала на управляющем выходе датчика) °

При снятии строба, но поддерживании сигналов высокого уровня на .управляющих 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 направления) присутствуют сигналы высокого уровня.

Тем самым с выходов этих элементов снимаются сигналы высокого уровня и на вход установки нуля счетчика 9 поступает сигнал низкого уровня.

Счетчик 9, начиная с момента вхожде-ния подвижной части в зойу датчика 4, отсчитывает тактовые импульсы, подаваемые на его счетный вход с выхода . элемента И 10 ° После поступления определенного числа тактовых импульсов, необходимых для "наезда" подвижной части на чувствительный элемент датчика, произойдет срабатывание датчика и установление сигнала низкого уровня на соответствующем (втором) управляющем выходе. Сигнал низкого уровня с управляющего выхода датчика заблокирует дальнейшее прохождение тактовых импульсов через первый элемент ЗИ-HF, 15 на распределитель 17 импульсов. Счетчик 9 при этом отсчитал число тактовых импульсов, необходимое для штатной отработки подвижной частью зоны датчика 4 предельных положений, т.е. для "наезда" подвижной части управляемого объекта на чувствительный элемент датчика 4, причем это число на .2-3 импульса меньше числа, декодируемого на выхо, де счетчика 9.

При достижении предельного положения и изменении сигнала на втором управляющем выходе датчика 4 на первых и вторых входах первого 5 и второго б элементов равнозначности присутствуют сигналы разных уровней (при высоком уровне сигнала на шине

2 направления), а на входы элемента неравнозначности подаются сигналы высокого, т.е. одинакового уровня.

С выходов элементов. 5, 6 и 7 тем самым снимаются сигналы низкого уровня, что обусловливает подачу сигнала высокого уровня на вход установки нуля счетчика 9 и обнуление последнего.

Подвижная часть управляемого объекта заблокирована при этом в предельном положении вплоть до разрешения движения путем изменения уровня сигнала на шине 2 направле п я. При подаче сигнала низкого уровня на нину 2 тактовые импульсы проходят на второй вход направления распределителя 17 импульсов через второй элемент ЗИ-НЕ 16, и подвижная часть начинает "выезжать" из зоны датчика 4 предельных положений. С изменением уровня сигнала на шине 2 изменяется и уровень выходного сигнала элемента неравнозначности 7 и равнозначности S что ведет к появлению сигнала низкого уровня на входе установки нуля счетчика 9 и разрешению счета. Счетчик 9 вновь начнет отсчитывать тактовые импульсы, но уже необходимые для "выезда" подвижной части из зоны датчика 4 предельных положений, причем число этих импульсов, как правило, равно количеству импульсов, требуемых для "въезда" подвижной части в предельное положение. При штатной отработке зоны датчика 4 предельных положений и выходе подвижной .части управляемого объекта из зоны на соответствующем управляющем выходе датчика восстакавливается сигнал высокого уровня, после чего с некоторой задержкой на информационном выходе датчика 4 появляется сигнал низкого уровня, блокирующий элемент ЗИЛИ-Е!Е 8 и обеспечивающий сброс счетчика 9 в исходное (нулевое) состояние. При достижении второго из предельных положений подвижной части отработка эоны датчика 4 выполняется аналогично, т.е. начинается со снятия строба по сигналу с информационного выхода датчика .4 с последующим пересчетом перемещения в зоне, вплоть до достижения предельного положения с обнулением счетчика в этом положении, и остановом подвижной части в предельном положении до разрушения движения в обратном направле нии. После подачи сигнала реверса происходит выезд подвижной части из зоны датчика с повторным пересчетом соответствующего перемещения, заканчивающийся восстановлением сигнала высокого уровня на управляющем выходе датчика и последующем выставлением строба по сигналу с информационного выхода датчика.

При любом отклонении от штатного режима работы в датчике 4 предельных

16443 3 положений, которое может быть вызвано поломкой датчика, замыканием либо обрывом л««ий связи чувствительных элементов датчика, срабатыва«ием одного из чувствительттт т элементов при перемещении подвижной части в противоположном направлении, одновреме««ым срабатыва«ием обоих чувствительных элементов с появлением сигналов низкого уровття на обоих управляю.! ттттх выходах датчика 4 и которое в любом случае сопровождается с«ятием строба по сигналу с информационного выхода датчика 4 и выдачей сигнала

15 разреше«ия счета на счетчик 9, послед«ий начиняет отсчитывать тактовые импульсы, поступающие «а счетный вход счетчика 9 с выхода элеметт т а

И 10. По достижении числа, декодируемого «а выходе счетчика и нз 2-э им20 пульса превышающего число необходимых для отработки зоны тт-тпульссв, уровень выходл о сиг «ала счетчика

9 становтттся «изким и блок !pg eT «po хождение тактовых импульсов через элемент И 10 как на тактовый вход блока 13 управления, так и на счет«ый вход счетчика 9, обусловливая тем сам. и останов шагового двигате30 ля„ттричем блокировка движеттия может быть снята только после устранения

«еисправности. Сигнал «из кого уров—

«я, возникающий прп сбое датчика 4 на выходе счетчика 9, дополнительно может быть ислользова« для штдтткации 35 аварийной ситуации. В случае сбоя датчика 4 с появлением сигналов «изкого уровня ла его обоих управляющих выходах движение подвижной части блокируется сразу элементами ЗИ-НЕ 15, 40 и 16> а подтверждающий аварийную ситуацию сигнал выдается устройством после пересчета ми«имально «еобходимого количества тактовых импульсов, на 2-3 импульса «ревышающегo число 45 импульсов, требуемых для штатной отработки зоны датчика 4, При сбое датчика 4, приведшем к появлению сигнала низкого уров«я «а,одном управляющем выходе, блокирующем, к при- 50 меру, выполняемое в даттттоьт направле«ии перемещение поцвижной части, сигнал аварии также будет ьь.цан после пересчета минттмалыто «еобхадимогo количества тактоьых импульсов. При изменении направления движения в момент описанного сбоя датчика 4, равно как и при появлении сигнала низкого уровня на управляющем выходе датчика 4, блокирующем противополож«ое «апранле«ие. по отпоше«ию к о" рабатываемому, аварийная блокировка произойдет после перемещения подвиж«ой части на величину, несколько превышающую размер зоны датчика 4 предельных положений (к примеру, при подаче сигнала низкого уровня на шину

2 «аправления и перемещении подвиж«ой части в «аправлении, отслеживаемом по первому управляющему выходу датчика 4,; сбой датчика 4 по второму его управляющему выходу приведет к снятию строба и разрешению счета, так как на входах первого элемента равнозначности 5 будут присутствовать сигналы одинакового низкого уровня).

При останове подвижной части управляемого объекта в«е зоны датчика

4 предельных положений путем подачи сигнала низкого уровня на шину.З разрешения перепадом этого сигнала из "1" в "0" в триггер 11 перепишется (в штатном режиме работы датчика 4) сигнал низкого уровня с и«д ормационного выхода датчика. Сигттазт высокого уровня, с«имаемый при э гом с «нверсного выхода триггера 11, т1оступает через элемент ИЛИ 12 на третий вход элеме«та И 10 и разрешает дальнейшее прохождение тактовых импульсов через этот элемент на счетный вход счетчика 9. Любая из описанных сбойных ситуаций в датчике

4 предельных положений также приводит к снятию строба и фиксируется в режиме стоянки через промежуток времени, несколько превышающий (при одной и той же частоте следования тактовых импульсов) п«тервал времетти, в тече«ие которого происходит отработка зоны датчика 4 в одн напранртеттитт, 7ем самьттт возможный при последующем разрешении движения. аварийный режим работы предотвращается непоср едственно в р ежиме стоянки.

При останове подвижной части в зоне датчика 4, к примеру, до достижения предельного положения происходит блокировка элемента И 10 на все время осталова. После подачи сигнала высокого уровня тта шину 3 разрешения запрет на прохождение тактовых импульсов через элеме«т И 10 снимается и движение подвижной части возобновляется в прежнем направле" нии с последующим осталовом в предельном положении прп штатной работе датчика 4 либо — при сбое датчика

1644353

4 — с поддержанием режима счета вплоть до декодирования на выходе счетчика 9 заданного числа и выдачи сигнала аварии с блокировкой движения. "Выбег" подвижной части управляемого объекта за предельное положение не превышает в данном случае перемещения, 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 благодаря сокращению времени обнаружения отказа датчика предельных положений объекта пример-. но вдвое по сравнению с прототипом (при одной и той же частоте тактовых импульсов, что позволило не только повысить оперативность диагностики шагового электропривода в целом, но и примерно вдвое уменьшить емкость счетчика, с помощью которого просчитывается перемещение подвижной части в зоне датчика предельных положений и обнаруживается сбойная ситуация. Благодаря раздельному пересчету перемещений подвижной части при входе в зону датчика предельных положений и выходе из нее существенно снижены вероятность и размер

"выбега" подвижной части за предельное положение в случае сбоя датчика.

При,отказе датчика предельных положений в режиме стоянки двигатепя устройство фиксирует сбойную ситуацию в минимально необходимый промежуток времени и блокирует шаговый злектропривод, предотвращая тем самым аварийный режим работы при разрешении движения.

Формула изобретения

Устройство для управления шаговым 4>

ДВигателем, содержащее датчик предельных положений подвижной части, элемент И, счетчйк, элемент ИЛИ и блок управления, входы блокирс вки которого подключены к управляющим выходам датчика предельных положений подвижной части, разрешающий вход и вход направления 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, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем более раннего обнаружения отказов, в него введены первый и второй элементы равнозначности, элемент неравнозначности, элемент ЗИЛИ-НЕ со стробированием и триггер, тактовый вход которого объединен с первым входом элемента ИЛИ и подключен к шине разрешения, выход триггера связан с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему входу элемента И, связанного своим выходом со счетным входом счетчика, вход установки нуля которого подключен к выходу элемента ЗИЛИ-НЕ со стробированием, вход стробирования 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 направления, второй вход связан с первым входом второго элемента равнозначности и соединен с одним из управляющих выходов датчика предельных положений подвижной части, второй управляющий выход которого подключен к вторым входам первого и второго элементов равнозначности.

1644353

Составитель В.Алфимов

Техред И.Дидык Корректор Т. Малец

Редактор О.Стенина

Заказ 1467 Тираж. 356 Подписное

ВНКИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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