Система управления буровым станком

 

Изобретение относится к автоматизированным системам управления, используемым при ведении геолого-разведочных работ в буровой технике. Цель изобретения - повышение надежности работы бурового станка. Система управления содержит последовательно включенные регулятор, вентильный преобразователь, исполнительный электродвигатель, редуктор, лебедку, исполнительный механизм с тормозным устройством и датчики скорости электродвигателя и лебедки. Дополнительно устройство снабжено D-триггерами 19- 2. элементами 2И 14 и 15, 2И-НЕ 23 и 24, 2 ИЛИ 25, ключевым элементом 18 и задатчиком сигнала 1, с помощью которых контролируется исправное состояние редуктора.11 ил. у Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Е 21 С 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4744795/03 (22) 03.10.89 (46) 07.10.91, Бюл. М 37 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) В.Г. Маурер, Л.И. Цытович, В.А. Дегтярев и P.M, Рахматулин (53) 622.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1341710, кл. Е 21 С 1/00, 1987.

Станок буровой СКБ-7. Техническое описание и инструкция по эксплуатации

СКБ-70000 0 ТО ОКП 3662237701 ° (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БУРОВЫМ

СТАНКОМ (57) Изобретение относится к автоматизированным системам управления, используе„„ЯЦ„„1682546 А1 мым при ведении геолого-разведочных работ в буровой технике. Цель изобретения— повышение надежности работы бурового станка. Система управления содержит последовательно включенные регулятор, вентильный преобразователь, исполнительный электродвигатель, редуктор, лебедку, исполнительный механизм с тормозным устройством и датчики скорости электродвигателя и лебедки. Дополнительно устройство снабжено D-триггерами 1922, элементами 2И 14 и 15, 2И-НЕ 23 и 24, 2 ИЛИ 25, ключевым элементом 18 и задатчиком сигнала "1", с помощью которых контролируется исправное состояние редуктора; 11 ил.

1682546

15

Ъ

25

40

50

Изобретение относится к автоматизированным электроприводам и предназначено для использования в буровой технике.

Цель изобретения — повышение надежности работы бурового станка за счет прогнозирования.

На фиг,1 представлена структурная схема системы; на фи .2 — сгруктурная схема блока диагностики; на фиг.3 — выполнение датчиков; на фиг. 4-11 — эпюры, поясняющие работу системы.

В состав системы входят (фиг,1) регулятор 1, вентильный преобразователь 2. электродвигатель 3, редуктор 4, лебедка 5 с тормозным устройством 6, датчик 7 скорости электродвигателя 3 и датчик 8 скорости лебедки 5, блок 9 диагностирования с входными клеммами 10 и 1 1. Блок 9 содержит (фиг.2) одновибраторы 12 и 13, элементы 2И

14 и 15, резисторы 16 и 17, ключ 18, триггеры

19-22, элементы 2И-Н вЂ” 23 и 24 и элемент

2ИЛИ 25. Датчики 7 и 8 могут быть реализованы по любой известной конструкции, например, на основе диэлектрического диска

26 (фиг.З) с металлическими пластинками

27, расположенными по периметру диска, и индуктивного чувствительного элемента 28, Диск 26 сопряжен с валом электродвигателя 3 и лебедки 5. Блок 28 переходит в состояние "1" при прохождении металлической пластины 27.

Функциональные блоки устройства имеют следующие характеристики и принцип действия.

Регулятор 1 (фиг.1) осуществляют формирование управляющего сигнала электродвигателем 3 и может быть выполнен по любой известной структуре, например, по принципу подчиненного регулирования параметров (не показано). Вентильный преобразователь 2 является управляемым и предназначен для электропитания двигателя 3, Редуктор 4 осуществляет. механическую связь между валом электродвигателя 3 и лебедкой 5, Тормозной механизм 6 при. подаче на его командный вход сигнала "1" производит торможение лебедки 5. Блоки 7 и 8 преобразуют величину скорости вращения двигателя 3 и лебедки 5 в импульсный сигнал, период которого зависит от скорости вращения контролируемых механизмов.

С помощью блока 9 (фиг.2) производится диагностирование состояния редуктора

4. Одновибраторы 12 и 13 формируют импульсы малой длительности с уровнем логического "0" синхронно с передним фронтом входного си нала (фиг. 5, a). Длительность выходных импульсов блоков 12 и

13 является величиной постоянной, D-триггеры 19 — 22 переключаются в состояние Dвхода по переднему фронту импульса на

С-входе (фиг.5,б).

Элементы 14 и 15 реализуют логическую функцию 2И, их выходной сигнал равен "1" при условии одновременной подачи на оба входа сигналов "1" (фиг,5, в). Блоки 23 и 24 типа 2И вЂ” НЕ переходят в состояние "0" при воздействии на их входы сигналов "1" (фиг. 5,г).

Логический элемент 2ИЛИ 25 формирует на выходе сигнал "1" в случае, когда хотя бы один из входных сигналов равен "1" (фиг. 5, д), Ключ 18 служит для перевода триггеров 19-22 в исходное нулевое состояние. При этом íà R-входы D-триггеров подаются сигналы "0". Для принудительного переключения блоков 19-22 в состояние "1" на S-входы должен быть подан уровень "0" при R--"1".

На диаграммах сигналов введены следующие обозначения: тимп = const — длительность выходного импульса одновибраторов

12 и 13; X> — выходной сигнал датчика 7;

Х2 — выходной сигнал датчика 8; Т вЂ” период сигнала X>, Т вЂ” период сигнала Х2: Уг1— выходной сигнал блока 12; У22 — выходной сигнал блока 13; О>, Ог, Оз, 04 — выходные сигналы триггеров 19, 20, 21, 22 соответственно; p — разность фаэ между сигналами

Х, Хг; ng — скорость электродвигателя 3;

n — скорость перемещения элеватора 6 (фиг.1) (лебедки 5, фиг.2); to — момент времени выхода из строя редуктора 4; to — момент времени нулевого значения скорости перемещения блока 5; Л t — интервал времени между передним фронтом сигнала Xz и задним фронтом импульса 02; цо2 — момент времени перехода триггера 21 в состояние !! 1 !!

Принцип работы устройства следующий, С помощью регулятора 1 формируется управляющий сигнал, определяющий режим работы исполнительного электродвигателя 3. Механизм 6 находится в нерабочем состоянии, так как на его вход подан сигнал

"0". На выходе блоков 7 и 8 формируются импульсные последовательности с равными частотами, что обеспечивается за счет соответствующего подбора параметров (числа пластин) диска 26 (фиг.3).

Рассмотрим работу блока 9 при условии р =0(фиг. 6).

На 0-входы триггеров 19 и 20 подан сигнал "1" от внешнего источника напряжения, При воздействии на С-входы импульсов с выходов датчиков 7 и 8 (фиг.6, а, б) триггеры 19 и 20 стремятся переключиться в "1I".

Однако синхронно с передним фронтом

1682546

12 и 13 формируют импульсы "0" (фиг. 6, в}, что обеспечивает нулевое состояние триггеров 19 и 20, а также триггеров 21 и 22 (фиг.

6, г). В результате выходной сигнал блока 9 5 равен "0", что свидетельствует о исправном состоянии редуктора 4.

10 действием выходного напряжения генератора 13 (фиг. 7, г) триггер 19 обнуляется (фиг.

7, д), а триггер 20 переходит в "1" (фиг. S, б, 30

35 отсутствует передний фронт сигнала с соот- 40

55 сигналов на входах 10 и 11 одновибраторы

Предположим, что p = 90 эл.град. (фиг,7). Под действием сигнала на входе 10 (фиг. 8, а) триггер 19 переключается в "1" (фиг. 7, д). Триггер 21 сохраняет нулевое состояние, так как передний фронт импульса на его С-входе возникает раньше, чем сигнал "1" на выходе триггера 19. Затем под е). 0-триггер 22 находится в "0" так же, как и триггер 21 (фиг. 7, ж). Перевод триггера 20 в

"0" производится под действием выходного напряжения "0" одновибратора 12 (фиг. 7, в). Таким образом в данной ситуации триггеры 19 и 20 периодически переключаются, а триггеры 21 и 22 находятся в статистическом нулевом состоянии.

Предположим, что p = -90 эл.град, (фиг.8). Данная ситуация аналогична предыдущей с той лиш ь разницей, что продолжител ьность единичного состояния 0-триггера

19 (фиг. 8, д) превышает время включенного состояния 0-триггера 20 (фиг. 8, е). . При р =180 эл.град(фиг, 9) интервалы включенных состояний триггеров 19 и 20 равны между собой (фиг. 9, д, e), Выходной сигнал. триггеров 21 и 22 и блока 25 равен

"0" (фиг. 9; ж), так как за время существования на выходе триггеров 19 и 20 сигнала "1" (фиг. 9, д, е) на С-входе триггеров 21 и 22 ветствующей из входных клемм 10 и 11.

Таким образом, одним из существенных отличительных признаков данного технического решения является отсутствие необходимости синхронизации работы датчиков 7 и 8, при которой между их выходными сигналами формируется строго определенный фазовый сдвиг. В результате упрощается схема контура диагностирования и повышается надежность системы в целом.

Рассмотрим случай предварительного режима работы редуктора 4, когда вследствие износа его элементов (рабочих зубцов шестерен) возникнет малая разность скоростей между валом электродвигателя 3 и лебедкой 5 (фиг. 10 а, б). Тогда с течением времени(порядка нескольких периодов сигнала на клемме 10} длительность сигнала

"1" на выходе триггера 19 уменьшается (фиг.

10, д), а время существования "1" на выходе триггера 20 увеличивается (фиг. 10, е). Наконец наступает такой момент времени, когда

0 = 1.(фиг. 10, е), а на С-вход триггера 22 подается передний фронт сигнала с клеммы

11 (фиг. 10, б). Триггер 22 переходит в состояние "1" (фиг. 10, 3), а на выходе блока 24 появляется "0". Это приводит к фиксации состояния триггера 22 в единичном состоянии, а на выходе элемента 25 также появляется "1". Под действием этого сигнала регулятор 1, преобразователь 2 отключаются от сети, а устройство 6 осуществляет торможение лебедки 5, Таким образом данное техническое решение обеспечивает раннее диагностирование состояния редуктора 4, препятствуя возникновению аварийной ситуации на объекте.

Рассмотрим диаграммы сигналов при обрыве связи между валом электродвигателя 3 и лебедкой 5, (фиг. 11), например, для случая, изображенного на фиг.5.

Здесь частота сигнала на входе 10 начинает возрастать (фиг. 11, а) а на входе 11 сначала уменьшаться, а затем вновь увеличиваться (фиг. 11, б), Длительность сигнала "1" на выходе триггера 19 возрастает (фиг. 11, д), так как уменьшается частота импульсов на клемме

11 и выходе одновибратора 13 (фиг. 11, б, г).

В то же время частота импульсов на входе

10 увеличивается (фиг. 11, а), что в итоге приводит к включению триггера 21 (фиг.

11,а,ж). Его состояние фиксируется с помощью блока 23, а появление "1" на выходе элемента 25 влечет за собой останов исполнительного механизма с лебедкой 5.

Формула изобретения

Система управления буровым станком, содержащая последовательно включенные регулятор, вентильный преобразователь, исполнительный электродвигатель, редуктор, лебедку, исполнительный механизм и тормозное устройство исполнительного механизма, а также датчики скорости электродвигателя и лебедки, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы бурового станка, в систему управления введены два одновибратора, четыре Dтриггера, два элемента 2И, два элемента

2И-НЕ, элемент 2ИЛИ, ключевой элемент и задатчик сигнала "1", причем выход датчика скорости электродвигателя соединен с Свходом первого и второго 0-триггеров и подключен к входу первого одновибратора, выход датчика скорости лебедки подключен к второму одновибратору и к С-входу третьего и четвертого О-триггеров, выход первого

1682546

D-триггера подключен к 0-входу второго 0триггера, выход третьего 0-триггера подключен к D— -входу четвертого 0-триггера,,0- и S-входы первого и третьего 0-триггеров соединены с источником сигнала "1". первые входы первого и второго элементов 2И подключены к источнику сигнала "1" и к выходу ключевого элемента, вход которого подключен к шине нулевого потенциала. выход первого одновибратсра соединен с вторым входом второго элемента 2И. выход которого соединен с R-входом третьего и четвертого Dтриггеров, выход второго одновибратора соединен с вторым входом первого элемента 2И, выход которого соединен с R-входом первого и второго О-триггеров, выход ключевого элемента соединен с первыми входами элементов 2И-НЕ, второй вход первого элемента 2И вЂ” Н Е подключен к выходу второго 0-триггера, выход первого элемента 2И—

5 НЕ соединен с S-входом второго

О-триггера, второй вход второго элемента

2И-НЕ подключен к выходу четвертого 0триггера, выход второго элемента

2И-НЕ соединен с S-входом четвер10 того О-триггера, выход второго и четвертого 0-триггеров соединен с входами элемента 2ИЛИ, выход которого подключен к командному входу регулятора, вентильного преобразователя и тормозного

15 устройства.

1682546 с Ьод2 йод

° I

1682546 Р-"0 ( (11 р Фg1/

%гб х, Х2

Е

+ Т2* +

1682546

Х

Уи

22

К/

1682546 г

Составитель И. Назаркина

Редактор О, Хрипта Техред M.Moðãåíòàë Корректор M. Максимишинец

Заказ 3390 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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