Устройство для обнаружения отказов в шаговом электроприводе

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в шаговом электроприводе с программным управлением и повышенными требованиями к надежности работы. Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей путем обеспечения контроля отказов при несимметричных режимах коммутации. Устройство содержит кольцевые реверсивные сдвиговые регистры 7, 8, элемент 9 сравнения кодов, мультиплексор 10, три элемента ИЛИ 11, 12, 13, три триггера 15, 20, 21, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, три элемента И 17, 18, 19 и блок 16 синхронизации. При несимметричных режимах коммутации синхроимпульс, формируемый блоком 16 синхронизации по каждому тактовому импульсу, поочередно проходит через второй 18 и третий 19 элементы И, сдвигая кодовую комбинацию в одном из регистров 7, 8 с последующей выдачей ее на сравнение через переключаемый третьим триггером 21 мультиплексор 10. По результатам сравнения, при котором после отработки каждого шага контролируется соответствие заданного состояния шаголвого электропривода его фактическому состоянию, устройство выдает сигнал отсутствия или наличия отказа. 1 ил.

СОКЭЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 Р 8/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4713497/07 (22) 03.07;89 (46) 15,07.91. Бюл. N 26 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством при Белорусском государственном университете им. В.И.Ленина (72) В.Д.Те. егин (53) 621.313.525 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 554477995555, кл. Н 02 Р 7/62,,1977, Авторское свидетельство СССР

¹ 1415401, кл. Н 02 P 7/62, !988, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ

ОТКАЗОВ B ШАГОВОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в шаговом электроприводе с программнь м управлением и повышенными требованиями к надежности работы, Цель изобретения расширение эксплуатационных воэможно, SU«, 1663738 А1 стей путем обеспечения контроля отказов при несимметричных режимах коммутации, Устройство содержит кольцевые реверсивные сдвиговые регистры 7, 8, элемент 9 сравнения кодов, мультиплексор 10, три элемента ИЛИ 11 — 13, три триггера 15, 20, 21, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, три элемента И 17 — 19 и блок 16 синхронизациИ.

При несимметричных режимах коммутации синхроимпульс, формируемый блоком 16 синхронизации по каждому тактовому импульсу, поочередно проходит через второй

18 v третий 19 элементы И, сдвигая кодовую, комбинацию в одном из регистров 7, 8 с последующей выдачей ее на сравнение через переключаемый третьим триггером 21 мультиплексор 10. Г!о результатам сравнения, при котором после отработки каждого шага контролируется соответствие заданного состояния шагового электропривода его фактическому состоянию, устройство выдает сигнал отсутствия или наличия отказа, 1 ил.

1663738

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано в шаговом электроприводе с программным управлением и повышенными требованиями к надежности рабаты.

Цель изобретения — расширение эксплуатационных возможностей путем контроля отказов в режимах несимметричной коммутации.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для обнаружения отказов в шаговом электроприводе.

Устройство для обнаружения отказов в шаговом электроприводе содержит шины

1 — 4 тактовых импульсов, начальной установки, реверса и задания режима коммутации соответственно, подключенные к входам коммутатора 5 фаз, выходы которого связаны с соответствующими фазами шагового двигателя 6, разрядными входами записи первого 7 и второго 8 кольцевых реверсивных сдвиговых регистров и первыми (А) входами элемента 9 сравнения кодов, вторые входы (В) сравнения которого подключены к выходам мультиплексора 10, первые и вторые информационные входы которого соединены с выходами соответственно первого 7 и второго 8 кольцевых реверсивных сдвиговых регистров, входы реверса которых объединены и подключены к шине 3 реверса, входы разрешения записи объединены с первым входом первого элемента ИЛИ 11, второй вход которого связан с первыми входами второго 12 и третьего 13 элементов ИЛИ и подключен к шине 4 задания режима коммутации, третий вход соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 14, один из входов которого объединен с информационным входом первого триггера 15 и подключен к шине 3 реверса, а второй вход соединен с прямым выходом первого триггера 15, тактовый вход которого подключен к первому выходу блока 16 синхронизации и объединен с первым входом первого элемента И 17, второй вход которого связан с выходом первого элемента ИЛИ 11, а выход соединен с первыми входами второго 18 и третьего 19 элементов

И, вторые входы которых подключены к выходам соответственно второго 12 и третьего

13 элементов ИЛИ, выход второго элемента

И 18 связан с входом сдвига первого регистра 7, выход третьего элемента И 19 подключен к входу сдвига второго регистра 8 и тактовому входу второго триггера 20, информационный вход которого связан с общей шиной, инверсный выход подключен к первому входу первого элемента ИЛИ 11, а вход установки в состояние "1" обьединен с одноименным входом третьего триггера 21

10 выходом устройства

20

25 ные входы соединены с выходами элементов ИЛИ-НЕ, И и компаратора, первые

55 и подключен к шине 2 начальной установки, прямой выход соединен с адресным входом мультиплексора 10 и вторым входом третьего элемента ИЛИ 13, инверсный выход связан с вторым входом второго элемента ИЛИ

12, счетный вход подключен к первому выходу блока 16 синхронизации, первый вход которого соединен с шиной 1 тактовых импульсов, второй вход связан с шиной 2 начальной установки, а второй выход подключен к входу стробирования элемента

9 сравнения кодов, выход которого является

Элемент 9 сравнения кодов может быть выполнен на собственно элементе сравнения кодов (цифровом компараторе), элементе ИЛИ вЂ” НЕ и элементе И с числом входов у каждого из этих элементов, равным числу выходов коммутатора 5 фаз, т,е. числу фазных обмоток шагового двигателя 6, и элементе ЗИЛИ-НЕ со стробированием, выход которого является выходом устройства, вход стробирования подключен к второму выходу блока 16 синхронизации, а сигнальвходы которого являются первыми входами элемента сравнения кодов, вторые входы объединены с соответствующими входами элементов И, ИЛИ-НЕ и используются в качестве вторых входов элемента сравнения кодов, Блок 16 синхронизации может состоять из элемента 2ИЛИ, двух последовательно соединенных одновибраторов и RS-триггера, выход которого является вторым выходом блока 16, установочные входы подключены к выходу второго одновибратора и выходу элемента 2ИЛИ, связанному также с входом первого одновибратора, выход которого используется в качестве первого выхода блока 16, первым и вторым входами которого являются входы элемента

2И, работающего в инверсной логике.

Устройство работает следующим образом, При включении устройства и шагового электропривода на шину 2 начальной установки подается сигнал низкого уровня, обусловливающий блокировку коммутатора

5 фаз с обесточиванием обмоток шагового двигателя 6, Поступая далее на второй вход блока 16 синхронизации, сигнал низкого уровня с шины 2 обуславливает появление на втором выходе блока 16 синхронизации сигнала низкого уровня, который блокирует работу элемента 9 сравнения кодов с установлением на его выходе сигнала высокого уровня, являющегося сигналом отсутствия отказа.

1663738

Одновременно сигналом низкого уровня с шины 2 начальной установки второй 20 и третий 21 триггеры устанавливаются в единичное состояние. На входы разрешения параллельной записи (Е) первого 7 и второго 8 кольцевых реверсивных сдвиговых регистров с инверсного выхода второго триггера 20 подается разрешающий сигнал низкого уровня, который поступает также на первый вход первого элемента ИЛИ 11, работающего (равно как и все остальные элементы ИЛИ и И) в инверсной логике, С выхода первого элемента ИЛИ 11 сигнал низкого уровня проходит на второй вход первого элемента И 17, разрешая в дальнейшем прохождение отрицательных синхроимпульсов через этот элемент, Аналогичным образом по сигналу низкого уровня с шины 2 деблокируется и второй элемент И 18, на второй вход которого через второй элемент ИЛИ 12 поступает сигнал низкого уровня с инверсного выхода третьего триггера 21, После подготовки устройства к работе, задания режима коммутации путем подачи соответствующего потенциального сигнала на шину 4 (к примеру, высокого уровня при несимметричном режиме коммутации) и выбора направления движения уровнем потенциального сигнала на шине 3 реверса на шину 2 начальной установки подается сигнал высокого уровня, разрешающий работу коммутатора 5 фаз, который устанавливается в одно из возможных состояний, обеспечивая включение соответствующих обмоток шагового двигателя 6..

По перепаду сигнала на шине 2 начальной установки (по переходу из "0" в "1") блок

16 синхронизации формирует на своем первом выходе отрицательный синхроимпульс с длительностью, требуемой для завершения переходных процессов в коммутаторе 5 фаз и обмотках шагового двигателя 6, в то время как на втором выходе блока 16 синхронизации продолжает поддерживаться запирающий сигнал низкого уровня (строб), Отрицательный синхроимпульс с первого выхода блока 16 синхронизации проходит через открытые первый 17 и второй 18 элементы И и поступает на вход сдвига первого кольцевого реверсивного сдвигового регистра 7. По окончании синхроимпульса, т.е. по переходу из "0" в "1", в первый регистр 7 при наличии сигнала низкого уровня на его входе разрешения записи записывается кодовая комбинация, установившаяся на выходах коммутатора 5 фаз, т.е. исходное состояние шагового электропривода, Тем же перепадом синхроимпульса уровень сигнала на шине 3 реверса

20 ствующая исходному состоянию шагового

40

55 записывается в первый триггер 15, а деблокированный к этому моменту третий триггер

21 переключается в нулевое состояние. На втором входе второго элемента ИЛИ 12 при этом устанавливается сигнал высокого уровня и (при несимметричном режиме коммутации) второй элемент И 18 блокируется сигналом высокого уровня с выхода элемента ИЛИ 12, в то время как на второй вход третьего элемента И 19 через третий элемент ИЛИ 13 с прямого выхода третьего триггера 21 поступает сигнал низкого уровня, Этот же сигнал подается и на адресный вход мультиплексора 10, обусловливая прохождение через мультиплексор 10 данных с выхода первого регистра на вторые входы сравнения (В) элемента 9 сравнения кодов, на первых входах сравнения которого уже присутствует кодовая комбинация, соответэлектропривода.

После завершения переходных процессов в первом 15 и третьем 21 триггерах, в первом кольцевом реверсивном сдвиговом регистре 7 и мультиплексоре 10, т.е. с необ" ходимой для этого временной задержкой, на втором выходе блока 16 синхронизации восстанавливается сигнал высокого уровня, разрешающий работу элемента 9 сравнения кодов. При включении шагового электропривода и наличии не менее одной обесточенной и не менее одной включенной обмотки шагового двигателя б на выходе элемента 9 сравнения кодов будет сохраняться сигнал высокого уровня, подтверждающий отсутствие сбойной ситуации в исходном состоянии.

При подаче на шину 1 отрицательного тактового импульса комбинации сигналов на выходах коммутатора 5 фаз изменяется соответственно заданному режиму коммутации с дополнительным включением либо обесточиванием одной обмотки при несимметричном режиме коммутации, обусловливая отработку шага двигателем б, Одновременно по началу тактового импульса (переходу из "1" в "0") на втором выходе блока 16 синхронизации выставляется строб, блокирующий работу элем нта 9 сравнения кодов, а по окончании так оного импульса на первом выходе блока 16 начинается формирование отрицательного синхроимпульса, который проходит через открытые первый 17 и третий 19 элементы И на вход сдвига второго кольцевого реверсивного сдвигового регистра 8. Тем сал1ым по окОнчании синхроимпульса, сформированного по первому тактовому ил пульсу, во второй регистр 8 записывается кодовая комбинация, соответствующая следующему со1663738 разрешая прохождение последующего синхроимпульса через второй элемент И 18, на 25

50 стоянию шагового электропривода и отличающаяся от уже записанной в первый регистр 7 кодовой комбинации на единицу меньшим (или большим) количеством логических нулей и, соответственно, на единицу большим (или меньшим) количеством логических единиц, С выхода третьего элемента И 19 отрицательный синхроимпульс поступает также на тактовый вход деблокированного второго триггера 20, и по окончании синхроимпульса во второй триггер 20 записывается низкий уровень сигнала с его информационного входа, Сигнал высокого уровня с инверсного входа этого триггера, поступая на входы разрешения записи первого 7 и второго 8 регистров, запрещает дальнейшую запись информации в регистры, работающие в последующем только в режиме сдвига данных.

Третий триггер 21 по окончании синхроимпульса переключается в единичное состояние, блокируя третий элемент И 19, но второй вход которого через второй элемент

ИЛИ 12 подается сигнал низкого уровня с инверсного выхода триггера 21. Одновременно сигнал высокого уровня с прямого выхода третьего триггера 21, поступая на адресный вход мультиплексора 10, обусловливает прохождение на вторые входы сравнения (В) элемента 9 данных с выхода второго регистра 8, уже присутствующих на первых входах сравнения (А) элемента 9, и тем самым на выходе элемента 9 после завершения переходных процессов и снятия строба продолжает поддерживаться сигнал высокого уровня.

Если после установки шагового электропривода в исходное состояние (после первоначального включения обмоток шагового двигателя 6) и до поступления первого тактового импульса уровень сигнала на шине 3 реверса не менялся, то по окончании синхроимпульса, сформированного по первому тактовому импульсу, состояние первоro триггера 15 подтверждается перепадом синхроимпульса из "0" в "1", На обоих входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 присутствуют при этом сигналы одинакового уровня и с выхода этого элемента снимается сигнал низкого уровня, поступающий через первый элемент ИЛИ 11 на второй вход первого элемента И 17 и обеспечивающий прохождение через этот элемент синхроимпульсов, формируемых блоком 16 по второму и последующим тактовым импульсам, вплоть до изменения направления дви,жения, При этом после подачи второго

20 тактового импульса и отработки электроприводом шага синхроимпульс с первого выхода блока 16 поступает через открытые первый 17 и второй 18 элементы И на вход сдвига первого регистра 7, обусловив своим переходом из "0" в "1" сдвиг записанной в этом регистре кодовой комбинации и выдачу ее на сравнение после переключения третьего триггера 21 в нулевое состояние.

Тем самым после отработки шага на сравнение выдается также сдвинутая на один шаг кодовая комбинация, соответствующая при штатной работе электропривода комбинации сигналов на фазных обмотках шагового двигателя 6, и на выходе устройства после снятия строба будет поддерживаться сигнал отсутствия отказа.

Синхроимпульс, формируемый по третьему тактовому импульсу, поступает через открытые первый 17 и третий 19 элементы И на вход сдвига второго регистра 8, обусловливая сдвиг записанной в этом регистре кодовой комбинации, которая йосле переключения третьего триггера 21 в единичное состояние пропускается мультиплексором 10 на вторые входы сравнения элемента 9 сравнения кодов. В дальнейшем— до подачи сигнала реверса — устройство работает аналогичным образом, обеспечивая поочередное прохождение синхроимпульса через второй 18 и третий 19 элементы И с выдачей на сравнение кодовой комбинации, соответствующей состоянию шагового электропривода при штатной его работе, т.е, при переключении обмоток шагового двигателя согласно заданному (несимметричному) режиму коммутации, отсутствии отрывов фазных обмоток либо их закорачивания, а также при отсутствии сбойных состояний в коммутаторе 5 фаз. При любом отклонении от заданного состояния, к примеру, наличии невключенной обмотки, которая должна быть включена, нештатном обесточивании либо закорачивании на шину питания нескольких или всех обмоток как при движении, так и в режиме стоянки, комбинации сигналов на первых и вторых входах элемента 9 сравнения кодов будут отличаться одна от другой после снятия строба, что приведет к появлению сигнала низкого уровня на выходе устройства, т.е. к выдаче сигнала отка- за, используемого, к примеру, для блокировки шагового электропривода и аварийной сигнализации.

При подаче сигнала реверса, т,е. изменении уровня потенциального сигнала на шине 3, шаговый электропривод после поступления очередного тактового импульса отрабатывает шаг в обратном направлении, возвращаясь в предшествующее состояние, 1663738

5

30

40

55 которому соответствует кодовая комбинация, уже присутствующая на выходах того из регистров, сдвиг данных в котором должен был произойти после формирования и прохождения синхроимпульса в отсутствие сигнала реверса. При реверсе, однако, сдвиг данных по первому синхроимпульсу после изменения направления движейия не происходит, так как вплоть до окончания этого синхроимпульса и записи нового состояния в первый триггер 15 на входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 будут присутствовать сигналы разных уровней, обеспечивая сигнал высокого уровня на выходе элемента 14 и, тем самым, на третьем входе первого элемента ИЛИ 11. На первый и второй входы первого элемента ИЛИ 11 с инверсного выхода второго триггера 20, нулевое состояние которого подтверждается каждым нечетным синхроимпульсом, и с шины 4 при задании несимметричного режима коммутации также поступают сигналы высокого уровня. Снимаемый с выхода элемента

11 сигнал высокого уровня блокирует прохождение первого (после изменения направления движения) синхроимпульса через первый элемент И 17, разрешающий сигнал низкого уровня на втором входе которого восстанавливается по окончании синхроимпульса с некоторой временной задержкой; обусловленной записью уровня сигнала реверса в первый триггер 15 и прохождением сигнала через элементы 14 и 11.

По окончании этого же синхроимпульса третий триггер 21 переключается и на вторые входы сравнения элемента 9 с выходов соответствующего регистра выдается кодовая комбинация, совпадающая с кодовой комбинацией на первых входах сравнения элемента 8 при штатной работе шагового электропривода, в т.ч. в режиме отработки реверса, по окончании которого устройство вновь обеспечивает поочередное прохождение синхроимпульса через второй 18 и третий 19 элементы И с выдачей на сравнение кодовой комбинации. которой должно соответствовать фактическое состояние шагового электропривода при штатной его работе.

При задании симметричного режима коммутации на шину 4 подается сигнал низкого уровня, открывающий второй 18 и третий 19 элементы И независимо от состояния третьего триггера 21. При установке шагового электропривода в исходное состояние в оба регистра при этом записываются одинаковые кодовые комбинации, синхронно сдвигаемые в процессе дальнейшей работы одним и тем же синхроимпульсом, однако на сравнение после отработки каждого шага выдается содержимое одного из регистров, выбираемого уровнем сигнала на прямом выходе третьего триггера 21, работающего в счетном режиме. Тем самым регистрами дублируется информация, которой должно соответствовать фактическое состояние шагового электропривода, что ведет к дополнительному повышению надежности контроля отказов в случае симметричных режимов коммутации. Блокировка первого после изменения направления движения синхроимпульса в этих режимах не требуется и первый элемент И 17 постоянно открыт сигналом низкого уровня с выхода первого элемента ИЛИ 11, на второй вход которого подается сигнал низкого уровня с шины 4 задания режима коммутации.

Таким образом. данное устройство для обнаружения отказов в шаговом электроприводе обладает более широкими эксплуатационными возможностями, обеспечивая контроль отказов в шаговом электроприво де не только при любых симметричных режимах коммутации фазных обмоток двигателя. но и при широко используемых несимметричных режимах, когда наряду с необходимостью отслеживания сдвига включаемых по каждому такту обмоток требуется контролировать и изменение количе ства включаемых и обесточиваемых обмоток шагового двигателя. При симметричных режимах коммутации контроль параметров шагового электропривода выполняется с дублированием, благодаря чему обеспечивается дополнительное повышение надежности и достоверности контроля.

Формула изобретения

Устройство для обнаружения отказов в шаговом электроприводе. содержащее шины тактовых импульсов, начальной установки и. реверса, и ер в ы й, второй и третий элементы И, первый кольцевой реверсивный сдвиговый регистр, элемент сравнения кодов и блок синхронизации, первый вход которого подключен к шине тактовых импульсов, второй выход соединен с входом стробирования элемента сравнения кодов, первые входы сравнения связаны с разрядными входами записи первого кольцевого реверсивного сдвигового регистра, вход ре верса которого соединен с шиной реверса, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельо расширения эксплуатационных возможностей путем обеспечения контроля отказов при несимметричных режимах коммутации, введены шина задания режима коммутации, первый, второй и третий триггеры, элемент

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый, второй и третий элементы ИЛИ. второй кольцевой ре1663738

Составитель В.Алфимов

Редактор А.Маковская Техред М,Моргентал Корректор Т.Палий

Заказ 2273 Тираж 349 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 версивный сдвиговый регистр и мультиплексор, выходы которого подключены к вторым входам сравнения элемента сравнения кодов, адресный вход связан с прямым выходом третьего триггера, первые и вторые информационные входы соединены с выходами соответственно первого и второго кольцевых реверсивных сдвиговых регистров, входы разрешения записи которых подключены к выходу второго триггера и объединены с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого объединен с первыми входами второго и третьего элементов ИЛИ и связан с шиной задания режима коммутации, третий вход подключен к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого соединены с шиной реверса и выходом первого триггера, информационный вход которого подключен к шине реверса и объединен с входом реверса второго кольцевого реверсивного сдвигового регистра, разрядные входы записи которого объединены с первыми входами сравнения элемента сравнения кодов и подключены к выходам коммутатора фаз, а вход сдвига объединен с тактовым входом второго триггера, информационный вход которого сое5 динен с общей шиной, вход установки в единичное состояние подключен к шине начальной установки, связанной с вторым входом блока синхронизации и входом установки в единичное состояние третьего

10 триггера, счетный вход которого подключен к первому выходу блока синхронизации и объединен с тактовым входом первого триггера и первым входом первого элемента И. второй вход которого связан с выходом пер15 вого элемента ИЛИ. а выход подключен к первым входам второго и третьего элементов И, выходы которых соединены с входами сдвига соответственно первого и второго кольцевых реверсивных сдвиговых регист20 ров, вторые входы подключены к выходам второго и третьего элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены-соответственно к инверснОму и прямому выходам третьего триггера.