Устройство для управления шаговым двигателем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании дискретного электропривода с быстродействующей системой защиты объекта с ограниченным диапазоном перемещения. Цель изобретения состоит в повышении скорости выдачи сигнала о неисправности. Лишь в двух из тринадцати возможных аварийных ситуациях, не отличающихся в начальный момент по своей сути от штатных ситуаций, выдача сигнала аварии с блокировкой движения выполняется с минимально необходимой задержкой. В остальных одиннадцати сбойных ситуациях устройство выдает сигнал аварии и блокирует движение объекта сразу же после возникновения сбоя. Для этого датчик 4 предельных положений подвижной части содержит контрольный выход, сигнал аварии на котором появляется благодаря новому исполнению датчика при любом отклонении сочетания сигналов на линиях связи концевых выключателей 19 и 20 от штатных сочетаний. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 P 8/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР с с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М у Ус ° :: с (21) 4736061/07 (22) 08.06.89 1 (46) 15.09.91. Бюл. N. 34 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством при Белорусском государственном университете им. В.И.Ленина (72) В.Д.Телегин, И.Н.Рудой, В.В.Нижников и В.И.Лакизо (53) 621,313.525 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1439731, кл. Н 02 P 8/00, опубл. 23.11.88.

Авторское свидетельство СССР

N 1527703, кл. Н 02 Р 8/00, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании дискретного электропривода с быстродействующей системой защиты объекта с ограИзобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано при создании дискретного элек-. топривода с быстродействующей системой защиты объекта с ограниченным диапазоном перемещения.

Цель изобретения состоит в повышении скорости выдачи сигнала о неисправности, На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг. 2 — эпюры напряжений в узловых точках схемы на выходах элементов, позиционное обозначение которых указано в скобах рядом с порядковым номером каждой эпюры напряжений.

Устройство для управления шаговым двигателем содержит тактовую шину 1, ши„., Я2„„1б77844А1 ниченным диапазоном перемещения. Цель изобретения состоит в повышении скорости выдачи сигнала о неисправности, Лишь в двух из тринадцати возможных аварийных ситуациях, не отличающихся в начальный момент по своей сути от штатных ситуаций, выдача сигнала аварии с блокировкой движения выполняется с минимально необходимой задержкой, В остальных одиннадцати сбойных ситуациях устройство выдает сигнал аварии и блокирует движение объекта .сразу же после возникновения сбоя. Для этого датчик 4 предельных положений подвижной части содержит контрольный выход, сигнал аварии на котором появляется благодаря новому исполнению датчика при любом отклонении сочетания сигналов на линиях связи концевых выключателей 19 и 20 от штатных сочетаний. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ну 2 разрешения движения, шину 3 реверса, датчик 4 предельных положений подвижной части, элемент И 5, счетчик 6, индикатор

7 аварийного состояния и блок 8 управления, вход направления которого подключен к шине 3 реверса, входы блокировки соединены с управляющими выходами датчика 4 предельных положений подвижной части, тактовый вход подключен к выходу элемента И 5, первый вход которого соединен с тактовой шиной 1 устройства, второй вход объединен с первым входом индикатора 7 аварийного состояния и связан с выходом счетчика 6, третий вход объединен с вторым входом индикатора 7 аварийного состояния и подключен к контрольному выходу датчика 4 предельных положений подвижной ча1677844 сти, четвертый вход связан с шиной 2 разрешения движения, а выход элемента И 5 подключен к счетному входу счетчика 6, вход установки в нулевое состояние которого соединен с информационным выходом датчика 4 предельных положений подвижной части, включающего в себе первый 9 и второй 10 инверторы, первый 11, второй 12, третий 13, четвертый 14 и пятый 15 элементы 3 И-НЕ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

16, первый 17 и второй 18 триггеры, установочные входы которых через концевые выключатели 19 и 20 подключены к шине нулевого потенциала и через резисторы 21, 22, 23, 24 связаны с шиной питания, выходы триггеров 17 и 18 являются управляющими выходами датчика 4 предельных положений подвижной части, первые входы первого 11 и второго 12 элементов 3 И-HE подключен к выходу первого инвертора 9, вход которого связан с первыми входами третьего элемента 3 И-НЕ 13, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 16 и подключен к входу установки в единичное состояние nepaoro триггера

17,вход установки в нулевое состояние которого объединен с вторыми входами первого 11 и второго 12 элементов 3 И-НЕ и связан с первым входом четвертого элемента 3 И-НЕ 14, выход которого является информационным выходом датчика 4 предельных положений подвижной части, второй вход подключен к входу элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, второй вход которого объединен с входом установки в единичное состояние второго триггера 18, третьим входом первого элемента 3 И-НЕ 11 и через второй инвертор 10 связан с вторым входом третьего элемента 3 И-HE 13, третий вход которого объединен с третьими входами второго 12 и четвертого 14 элементов 3

И-НЕ и связан с входом установки в нулевое состояние второго триггера 18, выходы первого 11, второго 12 и третьего 13 элементов

3 И-HE подключены к входам пятого элемента 3 И-НЕ 15, выход которого является контрольным выходом датчика 4 предельных положений подвижной части.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в исходный момент времени Tt при включении устройства подвижная часть управляемого объекта находится в промежуточном положении вне зон, контролируемых концевыми выключателями 19 и 20, Выключатели 19 и 20 при этом не нажаты и по включению устройства первый 17 (зпюра

25) и второй 18 (эпюра 26) триггеры устанавливаются в единичное состояние благодаря подаче сигнала низкого уровня через размыкающие контакты концевых выключате5

55 лей 19 и 20 на S-входы триггеров 17 и 1 8. При выходах первого 11 (эпюра 27) и третьего 13 (эпюра 28) элементов 3 И-НЕ в данном случае устанавливается логическая единица (нулевой уровень на третьем входе первого

11 и первом входе третьего 13 элементов 3

И-НЕ), в то время как на выходе второго элемента 3 И-НЕ 12 (эпюра 29) присутствует сигнал низкого уровня, так как на все входы этого элемента, с учетом инверсии сигнала на элементе 9, подаются сигналы высокого уровня (логические единицы). Тем самым с выхода пятого элемента 3 И-НЕ 15, т,е, с контрольного выхода датчика 4 предельных положений подвижной части, на вход индикатора 7 и третий вход элемента И 5 поступает сигнал высокого уровня (эпюра 30), подтверждающий отсутствие аварийного состояния датчика 4 и снимающий .блокировку с элемента И 5 по его третьему входу.

На выходах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 16 при включении устройства в названных условиях присутствуют сигналы одинакового (низкого) уровня, обуславливающие сигнал низкого уровня на втором входе четвертого элемента 3 И-НЕ 14. С выхода этого элемента. используемого в качестве информационного выхода датчика 4, на вход установки в нулевое состояние счетчика 6 поступает сигнал высокого уровня (эпюра

31), обеспечивая сброс счетчика 6. На выходе счетчика 6 (эп юра 32) и соответственно на втором входе элемента И 5 устанавливается сигнал высокого уровня.

Таким образом, при включении устройства в укаэанных условиях и при исправном состоянии концевых выключателей 19, 20 и их линий связи с устройством на управляющих, информационном и контрольном выходах датчика 4 предельных положений подвижной части устанавливаются разрешающие потенциальные сигналы высокого уровня. При подаче в момент времени Тр сигнала высокого уровня на шину 2 разрешения движения (эпюра 33) и соответственно на четвертый вход элемента И 5 тактовые импульсы с тактовой шины 1 (эпюра 34) проходят на выход элемента И 5 (эпюра 35) и поступают на тактовый вход блока 8 управления, на выходах которого при этом формируется заданная последовательность управляющих сигналов, обеспечивающая вращение шагового двигателя, причем направление вращения определяется уровнем потенциального сигнала на шине 3. Если при высоком уровне сигнал на шине 3 движение подвижной части происходит в сторону предельного положения, контролируемого концевым выключателем

19, то при достижении предельного положе1677844

10

20

40

55 ния в момент времени Тз переключающий контакт концевого выключателя 19 начинает отходить от размыкающего контакта с некоторым дребезгом, обуславливающим соответствующие перепады сигналов на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 и втором входе четвертого элемента 3 И-НЕ

14, на первом и третьем входах которого присутствуют сигналы высокого уровня.

Дребезг переключающего контакта повторяется таким образом на выходе четвертого элемента 3 И-НЕ 14 (эпюра 31), т.е. на информационном выходе датчика 4, обуславливая периодическое включение счетчика 6 с возможным просчетом тактового импульса и последующим сбросом счетчика в исходное нулевое состояние. Н контрольном выходе датчика 4 (эпюра 30) при этом продолжает сохраняться сигнал высокого уровня, обеспечиваемый во время дребезга поочередным поддержанием сигнала низкого уровня на выходе второго 12 (эпюра 29) или третьего 13 (эпюра 28) элементов 3 ИНЕ.

При поступлении следующих тактовых импульсов происходит дальнейшее смещение подвижной части объекта и толкателя концевого выключателя 19, обуславливающее прекращение дребезга и окончательный отрыв переключающего контакта к моменту времени Т4. На входах элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 вплоть до соприкосновения переключающего контакта с замыкающим присутствуют сигналы разных уровней, обуславливающие сигнал высокого уровня на выходе этого элемента и соответственно на втором входе четвертого элемента ЗИ-HE 14, на первом входе которого во время переброса переключащего контакта также поддерживается сигнал высокого уровня, равно как и на третьем входе этого элемента при штатном состоянии концевого выключателя 20, контролирующего противоположное предельное положение.

На вход установки нуля счетчика 6 во время переброса контакта с выхода элемента 14 (эпюра 21) подается сигнал низкого уровня, разрешающий счет, и счетчик 6 начинает отсчитыватьтактовые импульсы. После подачи определенного числа тактовых импульсов, требуемых для отработки зоны концевого выключателя 19, переключающий контакт в момент времени Т войдет в соприкосновение с замыкающим контактом и обусловит переброс первого. триггера 17 в нулевое состояние (эпюра 25).

Сигнал низкого уровня с выхода этого триггера, поступая на соответствующий вход блокировки элемента 8, заблокирует дальнейшее перемещение подвижной части объекта в данном направлении. Счетчик

6 при этом отсчитал число тактовых импульсов, необходимое для штатной отработки зоны концевого выключателя 19, т,е. для

"наезда" r oäBèæíoé части управляемого объекта на выключатель, причем это число на 2-3 импульса меньше числа, декодируемого на выходе счетчика, При первом же касании переключающего контакта с замыкающим в момент времени Тв на первом входе четвертого элемента 3 И-НЕ 14 появляется сигнал низкого уровня, обуславливающий сброс счетчика 6 и поддержание на его выходе сигнала высокого уровня (эпюра 32).

На контрольном выходе датчика 4 при исправном втором концевом выключателе

20 и штатной отработке эоны первого выключателя 19 также поддерживается сигнал высокого уровня (эпюра 30), так как на выходе третьего элемента ЗИ-НЕ 13 (эпюра 28) присутствует сигнал низкого уровня благодаря наличию сигналов высокого уровня на всех входах этого элемента, При последующем изменении направления движения (к примеру, в момент времени T6) путем подачи сигнала низкого уровня на шину 3 подвижная часть выезжает из зоны концевого выключателя 19 с пересчетом последней и дребезгом контактов аналогично вышеописанному, но с установкой первого триггера 17 в единичное состояние в момент времени Тт(эпюра 25). Если после выходе из зоны концевого выключателя 19 в момент времени Тв и далее направление движения не меняется, то подвижная часть при дальнейшем своем перемещении достигает, например, в момент времени Тд зоны, контролируемой концевым выключателем 20, с последующим пецебросом второго триггера 18 (эпюра 26, момент времени

Тю) в нулевое состояние, При штатной отработке зоны концевого выключателя 20 и исправном состоянии концевого выключателя

19 сигнал отсутствия аварии на контрольном выходе датчика 4, т.е. сигнал высокого уровня на выходе элемента 15 обеспечивается, в том числе поочередно сигналами, низкого уровня на выходах второго 12 (эпюра 29) и первого 11 (эпюра 27) элементов 3

И-НЕ, в то время как сама зона просчитывается счетчиком 6 раздельно в прямом и обратном направлениях также, как и в случае первого предельного положения.

В общем случае сигнал отсутствия аварии на контрольном выходе датчика 4 поддерживается только при штатных сочетаниях сигналов, снимаемых с контактов концевых выключателей 19, 20 и соответствующих следующим штатным рабочим ситуациям:

1677844 подвижная часть в промежуточном положении, оба концевых выключателя 19 и 20 не нажаты; подвижная часть в первом предельном положении, нажат концевой выключатель

19, выключатель 20 не нажат; отработка зоны концевого выключателя

19, на его размыкающем и замыкающем контактах сигналы высокого уровня, выключатель 20 не нажат; подвижная часть во втором предельном положении, нажат концевой включатель 20, выключатель 19 не нажат; отработка зоны концевого выключателя

20, на его размыкающем и замыкающем контактах сигналы высокого уровня, выключатель 19 не нажат.

Все остальные сочетания названных сигналов являются следствием неисправности одного или обоих концевых выключателей 19, 20 либо их линий связи с устройством и соответствуют следующим сбойным ситуациям в датчике 4 предельных положений подвижной части; закорачивание контактов или линий связи концевого выключателя 19 на общую шину при любом состоянии выключателя 20 — сигнал низкого уровня на втором входе первого 11, втором входе второго 12 и первом входе третьего 13 элементов 3 И-НЕ; закорачивание контактов или линий связи концевого выключателя 20 при любом состоянии выключателя 19 — сигнал низкого уровня на третьих входах первого 11, второго 12 и третьего 13 элементов 3 И-Н Е; одновременное нажатие обоих выключателей 19, 20 — сигнал низкого уровня на первом и втором входах элемента 11, всех входах элемента 12 и втором, третьем входах элемента 13; нажатие концевого выключателя 19 при отработке зоны выключателя 20- сигнал низкого уровня на первых и вторых входах элементов 11, 12 и втором входе элемента 13; нажатие концевого выключателя 20 при отработке зоны выключателя 19 — сигнал низкого уровня на первом входе элемента

11, первом и третьем входах элемента 12, втором и третьем входах элемента 13; поломка обоих концевых выключателей либо обрыв их линий связи(сигнал высокого уровня на всех линиях связи) — сигнал низкого уровня на первых входах элементов 11, 12 и втором входе элемента 13.

В любом из перечисленных случаях, общее количество которых равно 11, на выходах первого 11, второго 12 и третьего 13 элементов 3 И-НЕ, например, в момент времени Т>1 при одновременном срабатывании выключателей 19 и 20 (либо закорачивании

25

30 Таким образом, устройство для управления шаговым двигателем обеспечивает

55 на общую шину), будут иметь место сигналы высокого уровня, обуславливающие сигнал низкого уровня на выходе пятого элемента

И-НЕ 15 (эпюра 30), т,е. на контрольном выходе датчика 4. Поступая на третий вход элемента И 5, этот сигнал блокирует прохождение тактовых импульсов (эпюра 35) и тем самым дальнейшее перемещение подвижной части, По этому же сигналу включается и индикатор 7 аварийного состояния.

При обрыве линий связи либо поломке одного из концевых выключателей, например выключателя 19 в момент времени Тд, но штатном состоянии выключателя 20, возникшая сбойная ситуация в начальный период не отличается по своей сути от штатной при отработке зоны соответствующего концевого выключателя и просчитывается счетчиком 6. При достижении числа, декодируемого на выходе счетчика б и соответствующего перемещению подвижной части, превышающему размеры зоны, на выходе счетчика 6 (эпюра 32) в момент времени Т1з появляется сигнал низкого уровня, который блокирует прохождение тактовых импульсов через элемент И 5 и обуславливает останов шагового двигателя. По сигналу низкого уровня с выхода счетчика б включается и индикатор 7 аварийного состояния. более высокое быстродействие при анализе сбойных ситуаций, блокируя перемещение подвижной части с минимально необходимой задержкой лишь в двух аварийных ситуациях, не отличающихся в момент возникновения по своей сути от штатных ситуаций, Во всех остальных возможных 11 сбойных ситуациях блокировка движения с выдачей сигнала аварии выполняется сразу же после возникновения неисправности в датчике предельных положений. При сбое во время стоянки устройство также выдает сигнал аварии и исключает воэможность дальнейшего перемещения в 11 из 13 сбойных ситуаций.

Формула изобретения

1. Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее шину разрешения движения, датчик предельных положений подвижной части, элемент И, счетчик и блок управления, входы блокировки которого подключены к управляющим выходам датчика предельных положений подвижной части, вход направления соединен с шиной реверса, тактовый вход подключен к выходу элемента И, первый вход которого связан с тактовой шиной устройства, второй вход соединен с выходом счетчика, вход установки в нулевое состояние которого подключен к

1677844

10 информационному выходу датчика предельных положений подвижной части, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения скорости выдачи сигнала о неисправности, датчик предельных положений подвижной части имеет контрольный выход, подключенный к третьему входу элементу И, четвертый вход которого соединен с шиной разрешения движения, а выход элемента И подключен к счетному входу счетчика.

2. Устройство по п.1. о т л и ч а ю щ е ес я тем, что датчик предельных положений подвижной части содержит два инвертора, первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы 3 И-НЕ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и два триггера, ус, зновочные входы каждого из которых соединены с одним из концевых выключателей, а выходы триггеров являются управляющими выходами датчика предельных положений подвижной части, первые входы первого и второго элементов 3 И-НЕ подключены к выходу первого инвертора, вход которого связан с первыми входами третьего элемента 3 ИНЕ,элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и подключен к установочному входу первого триггера, второй установочный вход которого объединен с вторыми входами первого и

5 второгоэлементовЗИ-НЕисвязан с первым входом четвертого элемента 3 И-НЯ, выход которого является информационным Bblxo дом датчика предельных положений подвижной части, второй вход подключен к

10 выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого объединен с одним из установочных входов второго триггера, третьим входом nepBoro элемента 3 И-НЕ и через второй инвертор связан с вторым вхо15 дом третьего элемента 3 И-НЕ, третий вход которого объединен с третьими входами второго и четвертого элементов 3 И-НЕ и связан с вторым установочным входом второго триггера, выходы первого, второго и

20 третьего элементов 3 И-HE подключены к входам пятого элемента 3 И-НЕ, выход которого является контрольным выходом датчика предельных положений подвижной части.

1677844

7и В

zs()

27(и) га(13)

30 ff5)

Составитель В,Алфимов

Редактор M.Âàcèëüåâà Техред М,Моргентал Корректор С.Шевчук

Заказ 3122 Тираж 333 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCP

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

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