Устройство для функционального контроля цифрового привода

 

! 3

О П И Е: — А- H-ЙИЗОБРЕТЕН И

С3исз Советских

Социалистических республик

" 676925

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ (61) Дополнительное к авт. свид-ву —. (22) Заявлено 28.06.75 (21) 2160041. 18-24 (51) Ч. Кл. -

6 05В 23/02 с присоединением заявки N0— гасударственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 30.06.79.

З,ата опуб! Iili(;!33!IIIII OIIIICakllikl 30.06.79 (72) Авторы изобретения В. Г. Андрюков, Н. В. Вощинина и Ю. Б. Шварцман (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО

КОНТРОЛЯ ЦИФРОВОГО ПРИВОДА

Изобретение относится к автоматике и мокнет быть использовано в системах автоматического управле11ия технологическими процессами.

Известно устройство управления приводом, содержащее задатчик программ, блок сравнения. блок усилителей-,преобразователей и датчик обратной связи, позволяющее уг:.ра=лять по заданной программе приводом

И

Недостаток такого устройства состоит в отсутствии функционального контроля привода.

Известно также устройство цифрового управления приводом, содержащее преобразователи код †напряжен, угол †к, привод, вычислительное устройство и блок контроля, обеспечивающее помимо цифрового управления приводом контроль отдельных его блоков (2).

Недостаток этого устройства заключается в низкой достоверности контроля.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее преобразователь угол — код, кинематически связанный с приводом, соединенные последовательно элемент И, преобразователь код — напря кение и суммирующий элемент, выход которого подключен к входу привода, цифровой вычислительный блок, Б1оллстснl, М 24 (53) уДК 621.396 (088.8) 2 первый выход которого соединен с первым входоз1 элемента И, второй вход которого нодкл1очен к первому входу цифрового вычнслптел1ного блока и одному выходу блока фиксации сбоя, другим выходом соединенного с вторым входом цифрового вычислительного блока, подключенного третьим входом к первому выходу блока формирования ошибкп, четвертым входом — к шине

1(тактовых импульсов, пятым входом — к выходу преобразователя угол — код, второй выход цифрового вычислительного блока подключен к первому входу блока фиксации сбоя (3). К его недостаткам относятся

15 невозможность выявления неисправностей привода в режиме обработки больших рассогласований и, следовательно, невозможность управления приводом в данном случае.

20, Цель изобретения — повышение достоверности контроля привода. Это достигается тем, что в устройство введены блок сравнения, блок контроля скорости, блок фиксации отказа, делитель частоты, выход

25 которого подключен к третьему входу элемента И, второму входу блока фиксации сбоя и первому в-.оду блока контроля скорости. Вход делителя частоты подсоединен к шине тактовых импульсов, первому входу

0 блока фиксации отказа и первому входу

670925

3 блока сравнения, второй вход которого подключен к третьему выходу цифрового вычислительного блока, третий — к второму выходу блока формирования ошибки.

Выходы блока сравнения соединены соответственно с вторым и третьим входами блока контроля скорости, третьим и четвертым входами блока фиксации сбоя, пятый и шестой входы которого подключены к соответствующим выходам блока контроля скорости. Второй вход блока фиксации отказа подключен к четвертому выходу цифрового вычислительного блока, третий вход — к второму выходу цифрового вычислительного блока, четвертый вход блока контроля скорости соединен с выходом элемента И, вход блока формирования ошибки подключен к второму входу элемента И.

Структурная схема устройства представлена на черте>ке.

Устройство содержит привод 1, кинематически связанный с преобразователсм 2 угол — код, суммирующий элемент 3, преооразователь 4 код — напряжение, элемент И

5, цифровой вычислительный блок 6, в состав которого входят первый блок 7 вычитания, сумматор 8, регистр 9, элемент

ЗИ вЂ” ИЛИ 10 и второй 11 и третий 12 блоки вычитания, блок 13 фиксации сбоя, содержащий триггер 14, элемент И 15, первый

16 и второй 17 логические элементы, индикаторы 18 и 19 и элемент ИЛИ 20, блок 21 формирования ошибки, блок 22 сравнения, Jl(JIHTCJIb 23 IBCTOTbl, 6JIOK 24 контроля Cl

Счетчик 25 производит изменение содер>кнмого на «1» в зависимости от того, приходит сигнал «1» на счетный вход сложения нли вычитания. С одного выхода счетчика на элемент 26 сравнения поступает код, пропорциональный содержимому счетчика. с другого на вход блока 13 подается сигнал логической «1», если знак содержимого счетчика «+», а если « — », то «О». Обнуляется счетчик сигналами с выхода делителя 23 частоты.

Устройство работает следующим образом.

Привод 1 управляется по сигналам суммирующего элемента 3, на один вход которого поступает напря>кение, пропорциональное qI (скорости изменения заданного угла поворота), на другой — напряжение преобразователя 4 код — напряжение.

На вход,, устройства поступает код, пропорциональный расчетному значению угла поворота, кодируемого преобразователем 2 угол — код, который формирует код арф, характеризующий фактическое положение кодируемого вала.

Опрос преобразователя угол †к произгодится по сигналам тактовых импульсоВ, поступающих На вход Т устройства с частотой, соответствующей повороту кодируемого вала за время между опросами не более чем на единицу младшего разряда преобразователя.

На выходе блока 7 вычитания образуется код рассогласования по положению

- аЯ = 9 расч Ч>ф (1)

Если блок 3 сигнализирует о правильной работе устройства, при этом на выходе триггера 14 и соответственно на выходе блока 20 устанавливается сигнал логической «1», то элемент И 5 по сигналу с выхода делителя 23 частоты, идущему с ча7 стотой — (n — коэффициент деления де11 лителя), открывается, пропуская код рас2о согласования по положению на преобразователь 4 код — напряжение. Напряжение с выхода его, складываясь на суммирующем элементе 3 с напряжением, пропорциональным с, поступающим на вход устройства, > формирует напря>кение, управляющее приводом (2) — фрасч+ Ч (3) о=1 Ч вЂ” 1 °

45 Блок 22 по сигналу тактовых импульсов производит сравнение этого кода с единицей младшего разряда (ср „) .

Если 6 = — сг., то на первом выходе блока 22 устанавливается сигнал логиче:-р ской «1», а на всех других выходах— сигналы логического «О». Если б = + р„, то на втором выходе появляется сигнал логической «1», а на всех других — «О». В том случае, когда 6 = О, на всех выходах блока

55 22 — сигнал логического «0».

При 6/ ) < „, на третьем выходе блока

22 устанавливается сигнал логической «1», при сигнале «О» на выходе блока 13 на выходах блока 21 формирования ошибки образуются сигналы «О», на четвертом выходе блока 22 также всегда сигнал логического «О».

Принятый алгоритм контроля справедлив для приводов, работающих без перерегулирования и после окончания переходного зо Обозначим через i — 1, i, (+ 1 (и т. д.) моменты времени поступления тактовых импульсов и через . — моменты времени поступления тактовых импульсов, кратных и, совпадающие с поступлением сигналов с

35 выхода делителя 23 частоты. Если рассматривается -й момент времени, то Лс рассогласование по положению в предыдущий момент времени, Оно хранится в регистре 9.

40 Блок 12 вычитания формирует код, пропорциональный разности

670925

5 процесса от включения приводов в работу и до начала переходного процесса выключения их.

Условие правильности выдерживания приводом скорости обработки рассогласования по положению имеет вид

Ln п (4)

1

, б(0

С

П где n — коэффициент деления делителя 23 частоты;

Ч" — масштабный коэффициент;

К, — передаточная функция блока 27;

Х вЂ” заданная постоянная величина;

Лр„— рассогласование по положению на выходе элемента И 5, сформированное по приходу тактового импульса i,;

--Л

Л б — угол поворота кодируемого вала за!

Л промежуток времени от лл до

in +и.

Знак этого выра>кения свидетельствует об увеличении или уменыпении рассогласования по положению.

Ллгоритм контроля правильности работы цифровых и аналого-цифровых элементов устройства, к которым относятся преобразователь 2 угол — код, блок 7 вычитания и другие цифровые элементы устройства, а также правильность поступающего кода

cpð, „, основан на том, что в подавляющем большинстве случаев при их неисправности выполняется неравенство

/6/) q„ (5) в отличие от неравенства (б> с(6) которое всегда выполняется при неисправности аналоговых элементов привода или недопустимом росте возмущающих воздействий на привод, а также неисправности преобразователя 4 код †напряжен.

Отработкой большого рассогласования будем называть далее режим работы привода, когда (7) / СР/) Р,„Л,, где Лср л„— допустимое максимальное рассогласование по положению в установившемся режиме слежения.

Этот режим обычно наступает после включения привода или >ке переведения по новым значениям у на вход OTP триггера 30 подается сигнал, переводящий его в состояние «О», при котором на выходе устанавливается сигнал логического «О». Если в рассматриваемом случае происходит режим отработки большого рассогласования, то счетчик 25 формирует код, пропорциоП (8) 50

5 (9) 60

,,„.— . Л,р; — 1/(0. б5

>0, 2 >

6

l — n

Л нальный ". б выражения (4), элемент 26 сравнивает по приходу импульса с выхода делителя 23 частоты этот код с кодом, поступающим с цифровой модели привода

27. Если неравенство (4) выполняется, то па выходе элемента 26 сравнения устанавливается сигнал логического «О», счетчик

25 обнуляется, а элемент 26 остается в этом состоянии до момента следующего тактового импульса i„ + n.

При правильной работе привода в этом

+n режиме выполняется условие 6 (О, так

П кa«рассогласование за этот промежуток времени должно уменьшаться, при этом на второй вход 2 блока 13 поступает сигнал логического «О». В результате этого элемент 16 по импульсу i „+ и не срабатывает, элемент 15 также не срабатывает. а срабатывает элемент 17. устанавливая триггер

14 в поло>кение, при котором на его третьем выходе появлястся сигнал логической «1», свидетельствующий о исправности устройства. Этот сигнал передается на элемент

ЗИ вЂ” ИЛИ 10, приводя к тому, что код текущего рассогласования по положению поступает в регистр 9. По приходу всех остальных та1 товых имп1 льсов. кроме крат" пых и. на третьем выходе блока 22 сравнения также формируется сигнал логического . О», поэтому элементы 15 — 17 выдают сигнал «0» н положение триггера 14 остается прежним, в то время как по сигналам тактовых импульсов через элемент ЗИ вЂ” ИЛИ

10 содержимое регистра 9 обновляется.

Когда привод отработает большое рассогласование до величины, меньшей Л р,.„(будем называть в дальнейшем это состояние режимом слежения), на выходе блока 11 вычитания формируется сигнал логической

«1», так как при этом срабатывает логический элемент

17, устанавливая триггер 14 в состояние, соответствующее фиксации правильной работы устройства вне зависимости от сигналов блока контроля 24 скорости.

Сигналом «1» с выхода блока 11 вычитания, триггер 30 переводится в состояние

«1», при котором на элемент И 31 поступает сигнал «1». Блок 29 вычитания определяет с частотой поступления тактовых импульсов прсвышение рассогласования по положению величины точки отказа Л<р„„„, на выходе его устапавлпвастся сигнал «1», если

Значение Л „„. больше Л<р,л„и равно максимальной величине рассогласования по положению, при котором дальнейшая работа устройства невозможна и следует пе670925

7 рсключаться на резервное оборудование или и<с предпринимать другие действия по перестройке технологического процесса.

При исправности устройства на выходе блока 29 вычитания устанавливается сигпал «О» и на выходе элемента И 31 сигнал

«отказ» не формируется.

Рассмотрим работу устройства при различных возможных неисправностях.

Пусть в режиме слежения происходит кратковременный сбой в выработке значений ср„,, „, ср, или Лг. являющийся следствием сбоев преобразователя 2 «угол — код» или блока 7 вычитания, или других цифровых узлов, например регистра 9, блока 12 гычитания и т. п. При этом не выполняется условие (5). В этом случае на третьем выходе блока 22 сравнения появляется сигнал

«1», приводящий к срабатыванию логического элемента 15 и наложению запрета на срабатывание элементов 1б и 17. Триггер 14 переходит в состояние, фиксирующее сбой цифровой части устройства, о чем сигнализирует индикатор 18. На первом выходе триггера 14 устанавливается сигнал «1», на выходе элемента ИЛИ 20 — сигнал «О», закрывающий элемент И 5.

В соответствии с выражением (2) управление приводом при этом осуществляется лишь по скорости ср„„„. При этом из-за неидеального выдерживания приводом скорости (p „,, и наличия cp „„„,, происходит медленное нарастание фактической ошибки, поэтому, начиная с j-го тактового импульса — момента выявления сбоя, код рассогласования по положению определяется как

/г

Лср; t = /Лср;.

/ — 1 где К вЂ” момент прекращения сбоя, привязанный к тактовому импульсу;

Л,,„,,i — величина нарастания ошибки по положению за время, равное одному такту, при управлении приводом только по скорости.

Величина эта формируется на выходе блока 21, связанном с сумматором 8, Реализуется выра>кение (10) сумматором 8 и элементом ЗИ вЂ” ИЛИ 10, который пропускает код сумматора в регистр 9 каждый раз по приходу тактовых импульсов.

Блок 22 производит сравнение кода б с величиной q, поступающей с выхода блока 21, связанного с вторым входом блока

22.

Выражение (10) определяет максимальную величину рассогласования в течение времени сбоя.

Условие прекращения сбоя имеет вид

/г

Q > /Лср / /Лср/ — g/ / A,»х„од i /> 0 (11)

/ — I

При этом на четвертом выходе блока 22 сравнения формируется сигнал «1», приво10

8 дящий к срабатыванию элемента 17 и переводящий триггер 14 в состояние, характеризующее исправность устройства, значение

Лср„поступает в регистр 9 и далее привод отрабатывает накопившееся за время сбоя небольшое рассогласование. Если после прекращения сбоя рассогласование 0о положению не превыша T Лср, то IIo сигналу с блока 11 вычитания устройство аналогично описанному выходит из режима работы при сбое. Таким образом, в процессе сбоя код регистра 9 с достаточно высокой точностью отражает фактическое рассогласование по положению, имеющее место в течение сбоя.

Если это значение оказывается большим заданной величины Л „„„, при которой дальнейшая работа невозмо>кна (при длительном сбое или отказе элементов), то это выявляет блок 28 фиксации отказа, так как сигнал «1» с выхода блока 29 вычитания проходит на выход элемента И 31.

Пусть сбой аналогичен описанному в первом случае, но происходит он в режиме отработки большого рассогласования. Устройство работает аналогично описанному, за исключением того, что в этом режиме сигнал «Отказ» не выдается, так как триггер 30 не переводится в состояние «1». В этом режиме работы в соответствии с выражением (11) устройство выявляет и защищает привод от сбоя, характеризующегося формированием Лср, < Лср

В режиме отработки большого рассогласования происходит сбой аналоговой части устройства, например, из-за преобразователя 4 код †напряжен, элемента 3, привода

1 или превышения момента на валу двигателя, когда скорость отработки рассогласования недопустимо изменяется. В этом случае хотя бы на одном из выходов блока 24 формируется сигнал «1», в соответствии с неравенством (5) сбой цифровой части устройства пе фиксируется, элемент 1б выдает сигнал «1», по которому триггер 14 переходит в состояние, когда на его втором выходе формируется сигнал «1» и срабатывает индикатор 19, индицирующий сбой аналоговой части устройства. При этом гекущее рассогласование Лср / поступает через элемент ЗИ вЂ” ИЛИ 10 в регистр 9, код которого отражает фактическую величину рассогласования. Прекращение сбоя выявляется блоком 24, по сигналам которого триггер 14 переходит в соответствующее состояние.

Если сбой аналоговой части устройства происходит в режиме слежения, устройство работает аналогично третьему случаю, если величина ошибки в поддержании скорости велика и выявляется блоком 24.

Когда эта величина невелика, но достаточна для того, чтобы Лср, > Лср„„(например, уход параметров привода, незначительное превышение момента нагрузки), в этом

670925

9 случае по сигналу делителя 23 частоты срабатывает элемент 17, далее устройство работает аналогично третьему случаю.

В этом режиме блок 28 по величине кода регистра 9 может выявить отказ устройства.

Устройство эффективно защищает привод от сбоев, позволяет с высокой достоверностью выявлять неисправность устройства, .определяя отказавшую аппаратуру. Устройство определяет во время сбоя величину рассогласования по положению и выход этого параметра за точку отказа. Все это дает возможность значительно повысить эффективность использования аппаратуры, работающей в дуплексном режиме, а также отказаться в ряде случаев от применения дорогостоящей дублирующей аппаратуры для целей контроля исправности работы аппаратуры.

Формула изобретения

Устройство для функционального контроля цифрового привода, содержащее преобразователь угол — код, кинем атически связанный с приводом, последовательно соединенные элемент И, преобразователь код— напряжение и суммирующий элемент, выход которого подключен к входу привода, цифровой вычислительный блок, первый выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к первому входу цифрового вычислительного блока и одному выходу блока фиксации сбоя, другой выход которого соединен с вторым входом цифрового вычислительного блока, подключенного третьим входом к первому выходу блока формирования ошибки, четвертым входом — к шине тактовых импульсов, пятым входом — к выходу

10 преобразователя угол †к, второй выход цифрового вычислительного блока подключен и первому входу блока фиксации сбоя, от.гичагощееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, в устройство введены блок сравнения, блок контроля скорости, блок фиксации отказа, делитель часготы, выход которого подключен к третьему входу элемента И, второму входу блока фиксации сбоя и первому входу блока контроля скорости, вход делителя частоты подключен к шине тактовых импульсов. первому входу блока фиксации отказа и первому входу блока сравнения, второй вход которого подключен к третьему выходу цифрового вычислительного блока, третий — к второму выходу блока формирования ошибки, выходы блока сравнения соединены соответственно с вторым н третьим входами

2ь блока контроля скорости, третьим и четвертым входами блока фиксации сбоя, пятый и шестой входы которого подключены к соответствующим выходам блока контроля скорости, второй вход блока фиксации отка25 за подключен к четвертому выходу цифрового вычислительного блока, третий вход— к второму выходу цифрового вычислительного блока, четвертый вход блока контроля скорости соединен с выходом элемента И, ЗО вход блока формирования ошибки — с вторым входом элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе з5 1. Лвторское свидетельство СССР

Мю 315160, кл. G 05В 21/02, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

No 453672. кл. G 05B 23/02, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР

4о М 489074. кл. G 05В 23/02, 1974.

Редактор И. Грузова

Составитель В. Дианов

Тс. рсд А Камышникова

Корректор Л. Брахнина

Заказ 4168

Изд. ¹ 403 Тираж 1ОИ

11ПО «Поиск» Госслаост)кllllol комитета СССР по делам изобретений и открытий,113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/о

Подписное.

Загорская типография Упрполиграфиздата Мособлисполкома