Устройство для обнаружения отказов в дискретном электроприводе с четырехфазным шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля работы дискретного электропривода. Цель изобретения - повышение надежности путем ускорения фиксации отказов и сбоев. Устройство содержит шины 6, 7 задания тактности, триггер 9, элемент ИЛИ 10, элемент контроля четности 13, элемент ИЛИ - НЕ 14 со стробированием, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 - 18, подключенные к обмоткам двигателя 5, элементы 3 И - НЕ 19, 20 и 2 И - НЕ 21 и шину 22 управления. Несоответствие числа включенных обмоток режиму коммутации, обесточивание двигателя или закорачивание обмоток выявляются в том же такте при всех возможных режимах коммутации четырехфазного двигателя. 1 ил.

СОЮЗ С0ВЕТС КИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 02 Р 8/00

ГОСУДАРСТВЕН1ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1591179 (21) 4697404/07 (22) 29.05.89 (46) 15.08.91. Бюл. М 30 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством при Белорусском государственном университете им. В.И. Ленина (72) Й.Н.Рудой, В.В.Нижников, В.Д.Телегин и В,И.Лакизо (53) 621.313,525(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1591179, кл. Н 02 Р 8/00, 1990. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ

ОТКАЗОВ В ДИСКРЕТНОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ С ЧЕТЫРЕХФАЗНЫМ ШАГОВЫМ

Д В ИГАТЕЛ Е М

„„Я2„„1670767 А2 (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля работы дискретного электропривода. Цель изобретения — повышение надежности путем ускорения фиксации отказов и сбоев.

Устройство содержит шины 6, 7 задания тактности, триггер 9, элемент ИЛИ 10, элемент контроля четности 13, элемент ИЛ И вЂ” Н Е 14 со стробированием, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 — 18, подключенные к обмоткам двигателя 5, элементы ЗИ-НЕ 19, 20 и

2И-HE 21 и шину 22 управления. Несоответствие числа включенных обмоток режиму коммутации, обесточивание двигателя или закорачивание обмоток выявляются в том же такте при всех возможных режимах коммутации четырехфазного двигателя, 1 ил.

1670767

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано для контроля работы шагового двигателя, Цель изобретения — повышение надежности путем ускорения фиксации отказов и сбоев, На чертеже представлена функциональная схема устройства для обнаружения отказов в дискретном электроприводе с четырехфазным шаговым двигателем.

Устройство для обнаружения отказов в дискретном электроприводе, снабженном шинами 1, 2, 3 соответственно тактовых импульсов, включения двигателя и реверса, подключенными ко входам коммутатора 4 фаз, выходы которого связаны с соответствующими фазами шагового двигателя 5, содержит шины 6 и 7 задания тактности коммутации, одновибратор 8, триггер 9, элемент ИЛИ 10, элемент И 11, элемент ИЛИНЕ 12, элемент 13 контроля четности, элемент ИЛИ-НЕ 14 со стробированием, первый 15, второй 16, третий 17 и четвертый

18 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый 19 и второй 20 элементы ЗИ-НЕ, элемент 2И вЂ” HE 21 и шину 22 управления, подключенную к первым входам первого 15. второго 16, третьего 17 и четвертого 18 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами коммутатора 4 фаз, подключенными также к информационным входам элемента 13 контроля четности и входам элемента И 11 и элемента ИЛИ-HE 12, выходы которых связаны соответственно с первыми тремя входами элемента ИЛИ-НЕ

14 со стробированием, выход которого является выходом устройства, а вход стробирования подключен к выходу элемента ИЛИ

10, первый вход которого объединен с первым входом одновибратора 8 и связан с шиной 2 включения двигателя, второй вход соединен с выходом одновибратора 8, второй вход которого подключен к шине 1 тактовых импульсов и объединен со счетным входом триггера 9, устае еыные входы (S и

R) которого связаны с еан®ми 6 ы 7 задания тактности коммутации, прямой выход соединен с первым (P1) паритетным входом элемента 13 контроля четности, инверсный выход подключен ко второму паритетному входу (P2) элемента 13 контролю четности и первым входам первого 19 и вторао 20 элементов ЗИ-НЕ, вторые и третьи входы которых соединен каждый с выходом одного из элементов ИСКУНОЧМЗф ЕЕ ИЛИ 15, 16, 17, 18, а виходы связаны с входами элемента 2И-НЕ 21, выход которого подключен к четвертому входу элемента ИЛИ вЂ” НЕ 14 со стробированием.

Устройство работает следующим обра"зом.

5

При включении устройства и дискретного электропривода на шине 2 включения двигателя устанавливается низкий потенциал, обуславливающий отключение коммутатора 4 фаэ и обесточивание обмоток четырехфазного шагового двигателя 5. Сигнал низкого уровня проходит далее через элемент ИЛИ 10, работающий в инверсной логике, и блокирует элемент ИЛИ-НЕ 14 по входу стробирования, обуславливая сигнал высокого уровня на выходе элемента 14 и препятствуя прохождению через этот элемент сигнала высокого уровня с выхода элемента ИЛИ-НЕ 12, на всех входах которого при обесточенном состоянии шагового двигателя 5 присутствуют сигналы низкого уровня.

Для подготовки устройства к работе на шине 6 и 7 задания тактности коммутации и шину 22 управления подаются далее потенциальные сигналы, уровни которых определяются как выбранным режимом коммутации, так и количеством обмоток двигателя, включаемых по каждому такту либо через такт (в случае восьмитактных режимов коммутации). Сигналами на шинах 6 и 7 триггер 9 устанавливается в одно из фиксированных состояний (единичное или нулевое), либо разрешается его работа в счетном режиме, в то время как уровнем сигнала на шине 22 управления задается нечетное количество обмоток (1 или 3), включаемых по каждому такту в случае четырехтактных режимов коммутации, либо через такт при восьмитактных режимах.

Уровни сигналов на шинах 6 и 7, обуславливая то или иное состояние триггера 9, задают соответствующую комбинацию сигналов на паритетных входах Р1 и Р2 элемента 13 контроля четности, реализацию в зависимости от этой комбинации функции

"контроля четности", "контроля нечетности" или "контроля четности/нечетности" для сигналов, поступающих на информационные входы элемента 13. Комбинации потенциальных сигналов, задаваемых на входных шинах 6, 7, 22 в зависимости от выбранного режима коммутации и количества обмоток четырехфазного шагового двигателя, включаемых Ilo каждому такту либо через такт, а также соответствующие уровни сигналов на паритетных входах и выходе элемента 13 при соответствии сигналов на его информационных входах заданному критерию приведены в таблице.

1670767

30

40

55

В режиме "контроля четности" на первых входах первого 19 и второго 20 элементов ЗИ вЂ” НЕ постоянно присутствуют сигналы низкого уровня, обуславливающие сигнал низкого уровня и на выходе элемента 2И вЂ” НЕ 21, т.е, на четвертом входе элемента MRИ-HE 14 со стробированием. В режиме "контроля нечетности" или "контроля четности/нечетности" при задании режима коммутации с включением одной обмотки по каждому такту или через такт (сигнал низкого уровня на шине 22) на выходах всех элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

15, 16, 17, 18 в исходный момент времени при обесточенных обмотках шагового двигателя 5 будут присутствовать сигналы низкого уровня, обуславливающие сигнал низкого уровня на выходе элемента 2И вЂ” НЕ

21. При выборе режима коммутации с включением трех обмоток путем подачи сигнала высокого уровня на шину 22 с выходов элементов 15, 16, 17, 16 снимаются сигналы высокого уровня и на четвертый вход заблокированного элемента 14 поступает сигнал высокого уровня.

После подготовки устройства к работе и выбора направления движения уровнем потенциального сигнала на шине 3 реверса на ширу 2 включения двигателя подается потенциальный сигнал высокого уровня, разрешающий работу коммутатора 4 фаз, обеспечивающего при этом включение обмоток шагового двигателя 5 в соответствии с выбранным режимом коммутации. При включении хотя бы одной из обмоток двигателя на выходе элемента ИЛИ-НЕ 12 появляется сигнал низкого уровня. В случае режима коммутации с включением трех обмоток при штатном включении обмоток двигателя невключенной останется лишь одна из его обмоток, что обусловит сигнал высокого уровня лишь на одном из вторых и третьих входов первого 19 и второго 20 элементов ЗИ вЂ” НЕ и приведет к появлению сигнала низкого уровня на четвертом входе элемента ИЛИ вЂ” НЕ 14 со стробированием, Одновременно по переходу сигнала на шине 2 (по переходу из 0 в 1) запускается одновибратор 8, вырабатывающий отрицательный импульс, длительность которого определяется временем, необходимым для завершения переходных процессов в коммутаторе 4 фаз и обмотках шагового двигателя 5. Поступая через элемент ИЛИ 10 на вход стробирования элемента 14, этот импульс продолжает удерживать элемент 14 в запертом состоянии (после снятия блокировки сигналом с шины 2) вплоть до окончания переходных процессов. После снятия строба, т.е. деблокирования элемента 14, и при штатном включении дискретного электропривода — при соответствии количества включенных обмоток шагового двигателя заданному режиму коммутации (критерию

"чет/нечет", в т.ч. их совпадению с числом 1 или 3 в случае режимов с включением одной либо трех обмоток) и наличии хотя бы одной включенной и одной обесточенной обмотки шагового двигателя — на всех четырех входах элемента 14 будут присутствовать сигналы низкого уровня, обуславливающие сигнал высокого уровня, т.е. сигнал отсутствия отказа, на выходе элемента 14 вплоть до поступления тактового импульса.

При подаче отрицательного тактового импульса комбинация сигналов на выходе коммутатора 4 фаз изменяется в соответствии с заданным режимом коммутации, обуславливая отработку шага двигателем. По началу тактового импульса по перепаду из 1 в О. поступающего на второй вход одновибратора 8, происходит запуск адновибратора и формирование отрицательного импульса, который запирает элемент 14 на время переходных процессов с поддержанием сигнала высокого уровня на его выходе, Тактовый импульс с шины 1 подается и на счетный вход триггера 9, но при четырехтактных режимах коммутации состояние триггера согласно вышеприведенной таблице постоянно определяется одним из установочных входов, обеспечивая функционирование элемента 13 в режиме контроля только четной или только нечетной комбинации сигналов на информационных входах, т.е. на выходах коммутатора 4 фаз. В последнем случае работа элемента 13 дополняется контролем нечетного количества включаемых обмоток шагового двигателя, обеспечиваемым элементами ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15, 16, 17, 18, первым 19 и втооым

20 элементами ЗИ вЂ” НЕ и элементом 2И-НЕ21.

При выборе, к примеру, четырехтактного режима коммутации с включением одной обмотки по каждому такту на трех из четырех вторых входов элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 15. 16, 17, 18 будут присутствовать во время движения, за исключением переходных процессов, сигналы низкого уровня, что, при наличии сигналов низкого уровня на всех первых входах этих элементов, обусловит сигнал высокого уоовня только на одном из DTopMx и третьих входеR первого 19 и второго 20 элементов ЗИ вЂ” HF. На выходах элементов 19 и 20 будут тем самым постоянно поддерживаться сигналы высокого уровня, обуславливающие сигнал низкого уровня на четвертом входе элемента 14. В случае четырехтактного режима коммутации с включением трех обмпто в каждом

1670767 такте произойдет инверсия входных сигналов элементов 15, 16, 17, 18 с сохранением сигнала низкого уровня на выходе элемента

2И вЂ” НЕ 21.

При восьмитактных режимах коммутации блокировки триггера 9 по установочным входам снимается и триггер 9 работает в счетном режиме, переключаясь по каждому тактовому импульсу (переходу из 0 в 1) до снятия строба. При этом после подачи каждого тактового импульса и изменения количества включенных обмоток двигателя (уменьшения или увеличения на единицу) соответствующим образом изменяется и комбинация сигналов на паритетных входах элемента 13, обуславливая при штатном режиме работы дискретного злектропривода поддержание сигнала низкого уровня на выходе элемента 13, причем нечетное количество включаемых обмоток двигателя проверяется на соотватс«вие с числом 1 или

3 аналогично вышеописанному через каждый такт коммутации, когда с прямого выхода триггера 9 снимается сигнал низкого уровня, а с инверсного выхода на второй паритетный вход элемента 13 и первые входы первого 19 и второго 20 элементов ЗИНЕ поступает сигнал высокого уровня, деблокирующий«элементы 19 и 20.

При л.обом о;кло» е,-»ии от любого :з пяти возможных режимов коммутации че i ырехфазного шагового двигателя, к примеру, при закорачивании одной из невключенных обмоток двигателя на шину питания либо обрыве одной из включенных об» отак, а также при аналоги»ном сбое в коммутаторе

4 фаз происходит нарушение паритета. ведущее к появлению сигнала высокого уровня на выходе элемента «3 контроля четности и тем самым сигнала низкого уровня, т.е. сигнала отказа, на выходе элемента 14. Сигнал отказа одновременно может быть vcпользован для отключения электропривода, аварийнсй сигнализации и т.п.

При работе шагового двигателя в четырехтактном режиме коммутации с включением двух обмоток в каждом такте закорачивание на шину питания двух невключенных обмоток либо обрыв двух включенных обмоток также приводит к вь.даче сигнала отказа благодарл появлению сигна5

50 ла вь сокого уровня на выходе элемента И 11 либо ИЛИ-НЕ 12 соответственно, причем последний вид отказа идентичен нештатному обесточиванию обмоток двигателя, к примеру, вследствие исчезновения силового питания.

Обрыв либо нештатное включение двух обмоток при режимах коммутации с включением нечетного количества обмоток в каждом такте либо через такт также сопровождается немедленной выдачей сигнала отказа. На трех иэ четырех выходов элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15, 16, 17, 18 возникнут при этом сигналы высокого уровня, что при наличии сигнала высокого уровня на первых входах элементов 19 и 20 приведет к появлению сигнала низкого уровня на выходе одного из этих элементов и соответственно сигнала высокого уровня на во ходе элемента 2И вЂ” Ht= 21 сразу после возникновения сбойной ситуации, Таким образом, данное устройство обладает более высокой надежностью в сравнении с прототипом, обеспечивая выявление сбойных ситуаций и выдачу сигнала о«каза не в пределах полуцикла коммуации, как это имеет место в общем случае у прототипа, а сразу же после возникновения сбоя

Формула изобретения

%:тройство для о нвружения отказов в дискретном электроприводе с четырехфазным шаговым двигателем по авт. св. М

15911/9, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем ускорения фиксации отказов и сбоев, дополнительно введены шина управления, четыре элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый и второй элементы ЗИ вЂ” HE и элемент 2И вЂ” НЕ, выход которого подключен к четвертому входу элемента ИЛИ-НЕ со стробированием, входы соединены с выходами первого и второго элементов ЗИ вЂ” НЕ, первые входы которых объединены и подключены к инверсному выходу триггера, вторые и третьи входь соединены каждый с выходом одного из элементов ИСКЛЮЧАЮ!ЦЕЕ ИЛИ, первые входы которых объедин ны и подключены к шине управления, а вторые входы соединеHbl с соо ветствую>.,ими - ыходами коммутатора фаз.

1670767

Составитель 8. Алфимов

Редактор Н. Каменецкая Техред М.Моргентал Корректор М, Кучерявая

Заказ 2756 Тираж 337 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35,.Рвушская наб., 4I5

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