СЕЛЬСИНО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОЛОЖЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B21B37/16 

Изобретение относится к прокатному производству, точнее к контрольным и регулирующим устройствам прокатных станов, и может быть испльзовано в системах управления перемещением различных механизмов на прокатных станах, в частности -- на непрерывных широкополосных станах горячей прокатки. Изобретение может быть использовано также в деревообрабатывающих, текстильных, бумагоделательных и других производствах.

Известны преобразователи положения оси механизма в цифровой код, содержащие сельсин-датчик и вторичный преобразователь, включающий преобразователь 3-х фазной системы в 5-ти фазную, логическую схему формирования импульсов прямого и обратного счета и устройство индикации (1).

Из известных сельсино-цифровых преобразователей наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее бесконтактный сельсин-датчик и последовательно включенный с ним вторичный преобразователь, включающий преобразователь трехфазной системы напряжений статорных обмоток сельсина-датчика в пятифазную систему синусоидальных напряжений, пятиканальный преобразователь синусоидальных напряжений в инверсные прямоугольные импульсы, логическую схему формирования импульсов прямого и обратного счета, включающую, для каждого канала, триггерный элемент со схемами совпадений на инверсных входах, схему формирования импульса срабатывания триггерного элемента, вход которой соединен с прямым выходом триггерного элемента и, общие для всех каналов, схемы совпадений импульсов в выходных цепях прямого и обратного счета, выходы которых соединены с входами реверсивного счетчика, подключенного к устройствам вывода информации (2).

Недостатком известного преобразователя является сложность его схемы и конструкции, что приводит к удорожанию преобразователя и снижению надежности его работы. Это связано с тем, что в известном устройстве преобразование трехфазной системы синусоидальных напряжений в пятифазную осуществляется с помощью трех трансформаторов, каждый из которых имеет по три вторичных обмотки, а логическая схема формирования импульсов прямого и обратного счета управляется от опорного напряжения, получаемого от дополнительного трансформатора, подключаемого к цепи возбуждения сельсина-датчика. Наличие трансформаторов с большим числом вторичных обмоток и необходимость подвода напряжения возбуждения сельсина-датчика для формирования опорного сигнала увеличивает стоимость известного устройства и уменьшает надежность его работы.

Задачей настоящего изобретения является снижение стоимости, уменьшение веса, габаритов и повышение надежности преобразователя путем упрощения его схемы и конструкции.

Поставленная задача решается тем, что в сельсино-цифровом преобразователе положения, содержащем первичный преобразователь в виде бесконтактного сельсин-датчика и последовательно включенный с ним вторичный преобразователь, включающий преобразователь трехфазной системы напряжений статорных обмоток сельсин-датчика в пятифазную систему синусоидальных напряжений, пятиканальный преобразователь синусоидальных напряжений в инверсные прямоугольные импульсы, логическую схему формирования импульсов прямого и обратного счета, включающую для каждого канала триггерный элемент со схемами со впадений на инверсных входах, схему формирования импульса срабатывания триггерного элемента, вход которой соединен с прямым выходом триггерного элемента, и общие для всех каналов схемы совпадений импульсов в выходных цепях прямого и обратного счета, выходы которых соединены с выходами реверсивного счетчика, выход которого подключен к устройству вывода информации, преобразователь трехфазной системы напряжений статорных обмоток сельсина-датчика в пятифазную систему синусоидальных напряжений выполнен в виде пяти суммирующих усилителей, имеющих по два, кроме первого усилителя, входа каждый, и трехфазный емкостный делитель, соединенный звездой, причем вход первого усилителя и первые входы второго и пятого усилителей подключены к первому выходу трехфазного емкостного делителя, первый вход третьего усилителя и вторые входы второго и четвертого усилителей подключены к второму выходу, а первый вход четвертого усилителя и вторые входы третьего и пятого усилителей - к третьему выходу трехфазного емкостного делителя, вторые входы схем совпадений триггерного элемента каждого канала подключены к выходам смежного канала преобразователя синусоидальных напряжений, а выход каждой схемы формирования импульса срабатывания триггерного элемента подключен к первым входам одноименных схем совпадений выходных цепей прямого и обратного счета, а каждый второй вход этих схем совпадений подключен, в свою очередь, к выходу триггерного элемента другого канала.

Поставленная задача решается также тем, что вторые входы первой, второй, третьей, четвертой и пятой схем совпадений в выходной цепи прямого счета подключены соответственно к инверсным выходам триггерных элементов третьего, четвертого, пятого, первого и второго каналов, а вторые входы одноименных схем совпадений в выходной цепи обратного счета подключены соответственно к инверсным выходам триггерных элементов четвертого, пятого, первого, второго и третьего каналов.

Отсутствие в предложенном устройстве в схеме преобразования трехфазной системы напряжений в пятифазную и в цепи опорного напряжения трансформаторов, а также отсутствие необходимости подвода напряжения питания сельсин-датчика в качестве опорного сигнала существенно упрощают схему и конструкцию преобразователя и тем самым приводят к снижению стоимости, уменьшению веса, габаритов преобразователя и повышению надежности его работы. Кроме того, использование в устройстве, в качестве опорного, сигналов с выходов смежных каналов преобразователя синусоидальных напряжений в прямоугольные импульсы приводит к удвоению числа срабатываний триггерных элементов.

Это, в свою очередь, приводит к уменьшению во столько же раз необходимого числа схем формирования импульсов срабатывания триггерного элемента и схем совпадений импульсов в выходных цепях прямого и обратного счета. Последнее обстоятельство также способствует решению поставленной задачи.

Подключение суммирующих усилителей к сельсин-датчику через трехфазный емкостный делитель напряжения позволяет, с одной стороны, упростить схему подключения усилителей за счет образования в делителе, включенном звездой, общей (нулевой) точки соединения; с другой стороны, такое подключение увеличивает за счет гальванической развязки входных цепей помехозащищенность преобразователя в условиях работы при больших токах в заземлителях.

В свою очередь, предложенная схема подключения вторых входов схем совпадения в выходных цепях прямого и обратного счета к инверсным выходам триггерных элементов повышает помехозащищенность преобразователя (и, следовательно, надежность его работы) за счет уменьшения границ угла поворота сельсин-датчика, в пределах которых имеет место совпадение сигналов на первых и вторых входах этих схем совпадений.

На фиг. 1 представлена функциональная схема сельсино-цифрового преобразователя положения; на фиг. 2 - график амплитуды напряжений, снимаемых со статорных обмоток сельсин-датчика, на фиг. 3- схема трехфазного емкостного делителя напряжений; на фиг. 4 - векторная диаграмма преобразования трехфазной системы напряжений в пятифазную.

Преобразователь содержит сельсин-датчик 1, механически связанный с контролируемым механизмом 2, например, нажимным механизмом прокатного стана, вторичный преобразователь, включающий трехфазный емкостный делитель напряжения 3, включенный звездой, входные цепи которого подключены к выводам трехфазной статорной обмотки сельсин-датчика, пять суммирующих усилителя У1-У5 преобразователя трехфазной системы напряжений статорных обмоток сельсин-датчика в пятифазную систему синусоидальных напряжений, причем вход первого усилителя и первые входы второго и пятого усилителей подключены к первому, первый вход третьего усилителя и вторые входы второго и четвертого усилителей - к второму, первый вход четвертого усилителя и вторые входы третьего и пятого усилителей - к третьему выходам трехфазного емкостного делителя напряжений 3, а общая точка делителя 3 (для упрощения на чертеже не указана) соединена с общей цепью суммирующих усилителей У1-У5, пятиканальный преобразователь синусоидальных напряжений 4 в инверсные прямоугольные импульсы, входы которого подключены к выходам одноименных суммирующих усилителей, логическую схему формирования импульсов прямого и обратного счета, содержащую для каждого канала, триггерный элемент 5 со схемами 6 совпадений (элементами 2И) на инверсных входах S и R, причем схема совпадений на входе S триггерного элемента первого канала подключена к прямым выходам первого и второго каналов преобразователя 4, схема совпадений на входе S триггерного элемента второго канала подключена к прямым выходам второго и третьего каналов преобразователя и т.д.; в свою очередь, схемы совпадений на входах R соответственно подключены: триггерного элемента первого канала - к прямому выходу первого и инверсному выходу второго каналов преобразователя 4, триггерный элемент второго канала - к прямому выходу второго канала и инверсному выходу третьего канала преобразователя и т.д. (на чертеже, для упрощения описания, схемы совпадений приведены только для одного полупериода работы логической схемы), схему 7 формирования импульсов срабатывания триггерного элемента, подключенную к его прямому статическому выходу и выдающую импульсный сигнал заданной длительности при переключении триггера из состояния логическая единица в состояние логический нуль, общие для всех каналов схемы совпадений импульсов 8 и 9 (две схемы 2-2-2-2-2И-5ИЛИ) в выходных цепях прямого и обратного счета, реверсивный десятичный счетчик 10, подключенный к устройствам вывода информации - индикатору 11, вход С1 счетчика 10 подключен к выходу схемы совпадения 8 в цепи прямого счета, а выход С2 - к выходу схемы 9 в цепи обратного счета, выход каждой схемы 7 подключен к первым входам одноименных схем И в элементах 8 и 9, вторые входы схем И в элементе 8 подключены к инверсным выходам триггерных элементов соответственно третьего, четвертого, пятого, первого и второго каналов, а вторые входы схем И в элементе 9 - к инверсным выходам триггерных элементов соответственно четвертого, пятого, первого, второго и третьего каналов.

Преобразователь работает следующим образом.

Перемещение нажимного механизма 2 приводит к изменению положения ротора сельсин-датчика 1 и к изменению его трех выходных напряжений, снимаемых со статорных обмоток. Амплитуды этих напряжений (см. фиг. 2) являются синусоидальной функцией положения оси ротора (вследствие соответствующего расположения обмоток) с максимумами, сдвинутыми на 60^одруг от друга, и находятся либо в фазе, либо в противофазе с напряжением питания обмотки возбуждения сельсин-датчика.

Эти напряжения записываются следующими функциями
U_a=Usin α ,
U_b=Usin ( α-2π/3 ). (1)
U_c=Usin ( α-4π/3 ), где U=Umsin 2π ft - напряжение питания обмотки возбуждения сельсин-датчика, f, U_m - соответственно частота и амплитуда напряжения питания; α - угловое положение оси ротора по отношению к положению, при котором U_a=0.

Переменные напряжения согласно функциям (1) не могут быть использованы в преобразователе положения непосредственно, т.к. при этом будут фиксироваться только шесть положений ротора сельсин-датчика за один его оборот, что не всегда приемлемо на практике. Для фиксации десяти положений ротора за один его оборот, трехфазная система напряжений 1 должна быть преобразована в пятифазную систему напряжений, описываемую уравнениями (2)
U₁=KUsin α
U₂=KUsin ( α -2 π /5);
U₃=KUsin ( α -4 π /5), (2)
U₄=KUsin ( α -6 π /5),
U₅=KUsin ( α -8 π /5), где К - масштабный коэффициент преобразования.

Получение каждого из напряжений (2), кроме U, пятифазной системы напряжений основано на принципе, согласно которому при сложении двух синусоидальных функций одной и той же частоты получается синусоидальная функция той же частоты фаза которой определяется амплитудой и фазой слагаемых сигналов.

Преобразование осуществляется с помощью операционных суммирующих усилителей У1-У5. Так для получения напряжения U₂ на входы усилителя У2 подаются напряжения U_a и U_b; для получения напряжения U₃ на входы усилителя У3 подаются напряжения U_b и U_c; для получения напряжения U₄ на входы усилителя У4 подаются напряжения U₅ и U_c; для получения напряжения U₅ на входы усилителя У5 подаются напряжения U_c и U_a.

Напряжения U_a, U_b и U_c подаются на суммирующие усилители через емкостный делитель 3 (см. фиг. 3), позволяющий обеспечить как гальваническую развязку входных цепей вторичного преобразователя от сельсин-датчика, так и упростить схему подключения усилителей к сельсин-датчику за счет образования общей точки при включении конденсаторов делителя звездой.

Так как напряжение U₁ по фазе совпадает с напряжением U_a, то для получения U₁ необходимо осуществить только масштабное преобразование сигнала U_a с помощью усилителя У1.

Преобразование трехфазной системы напряжений в пятифазную иллюстрируется векторной диаграммой на фиг. 4.

Из диаграммы видно, что вектор напряжения U₂ может быть получен при U₁= U_a, путем сложения векторов U_a^I и U_b^II вектор напряжения U₃ - путем сложения векторов U_b^III и U_c^I и т.д.:
U₂=U_a^I +U_b^II =K₂^I U_a+K₂²U_b,
U₃=U_b^III +U_c^I =K₃^I U_b+K₃²U_c
U₄=U_c^III +U_b^I =K₄^IU_c=K₄²U_b,
U₅=U_a^I +U_c^II =K₅^IU_a+K₅²U_c. где K₂¹, K₃¹, K₄¹ и K₅¹ - коэффициенты передачи усилителей У2-У5, по первым входам; К₂², К₃², К₄² и К₅² - то же, но по вторым входам.

При коэффициенте передачи усилителя У1 равном К=1, коэффициенты передачи усилителей У2-У5, по каждому входу можно определить из приведенной диаграммы по отношению векторов
К₂^I =U_a^I/U_a ; K₂²=U_b^II /U₃; K₃^I = U_b^III /U_b;
K₃²=U_c^I/U_c; K₄^I =U_c^III/U_c; K₄²=U_b^I /U_b;
K₅^l =U_a^l /U_a; K₅² =U_c^II /U_c
Полученные в результате преобразования сигналы поступают с усилителей У1-У5 на пятиканальный преобразователь 4, на выходе которого формируются сигналы уровня логическая единица или логический нуль логическая единица на прямом выходе и логический нуль на инверсном выходе при положительной полярности сигнала на входе канала; логический нуль на прямом выходе и логическая единица - на инверсном - при отрицательной полярности сигнала.

Работа логической схемы формирования импульсов прямого и обратного счета поясняется диаграммами, приведенными на фиг. 5.

На диаграммах приведены уровни сигналов на прямых выходах преобразователя синусоидальных напряжений 4 для моментов времени, когда напряжение U=U_msin2πft питания обмотки возбуждения сельсин-датчика имеет положительное значение, и состояния триггерных элементов 5 при различных положениях ротора сельсин-датчика в пределах 0-360 градусов. Состояние триггерного элемента каждого канала определяется уровнями сигналов в каждый момент времени на схемах совпадений 6, подключенных к входам S и R триггерного элемента: при совпадении уровней сигналов на схеме, подключенной к входу S, триггерный элемент находится в состоянии логическая единица на его прямом выходе, при совпадении сигналов на схеме, подключенной к входу R, на прямом выходе триггера будет сигнал логический нуль. Последнее имеет место тогда, когда уровни сигналов на прямых выходах преобразователя 4 данного и последующего каналов не совпадают.

На диаграмме приведены также выходные сигналы схемы формирования импульсов 7 при вращении ротора сельсин-датчика в прямом и обратном направлениях, которые через схемы совпадений прямого 8 и обратного 9 счета подаются на реверсивный счетчик 10. При этом за один оборот сельсин-датчика 1 в прямом направлении на счетчик 10 поступает 10 импульсов, увеличивая его содержание на 10 импульсов. При повороте ротора сельсин-датчика на один оборот в обратном направлении содержание счетчика 10 уменьшается на 10. Показания счетчика 10 выводятся на цифровое табло 11, отображая тем самым положение контролируемого механизма.

Использование: контрольные и регулирующие устройства прокатных станов может быть использовано в системах управления перемещением механизмов прокатных станов, а также в деревообрабатывающих, текстильных, бумагоделательных и других производствах. Сущность изобретения: сельсино-цифровой преобразователь положения включает бесконтактный сельсин-датчик и последовательно включенный с ним преобразователь трехфазной системы напряжений статорных обмоток сельсин-датчика в пятифазную систему синусоидальных напряжений, выполненный в виде пяти суммирующих усилителей и трехфазного емкостного делителя, соединенного звездой, пятиканальный преобразователь синусоидальных напряжений в инверсные прямоугольные импульсы, логическую схему формирования импульсов прямого и обратного счета. Последняя для каждого канала включает триггерный элемент со схемами совпадений на инверсных входах, схему формирования импульса срабатывания триггерного элемента и общие для всех каналов схемы совпадений импульсов в выходных цепях прямого и обратного счета. Выходы последних соединены с входами реверсивного счетчика, выход которого подключен к устройству вывода информации. В качестве опорного напряжения преобразователя трехфазной системы напряжений статорных обмоток сельсин-датчика в пятифазную используются сигналы с выходов смежного канала преобразователя синусоидильных напряжений. Схема формирования импульса срабатывания триггерного элемента содержится только на прямом его выходе. Выход каждой схемы формирования импульса срабатывания триггерного элемента подключен к первым выходам одноименных схем совпадений выходных цепей прямого и обратного счета. Каждый второй вход этих схем совпадений подключен к выходу триггерного элемента другого канала. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. СЕЛЬСИНО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОЛОЖЕНИЯ, содержащий первичный преобразователь в виде бесконтактного сельсина-датчика и последовательно включенный с ним вторичный преобразователь, включающий в себя преобразователь трехфазной системы напряжений статорных обмоток сельсина-датчика в пятифазную систему синусоидальных напряжений, пятиканальный преобразователь синусоидальных напряжений в инверсные прямоугольные импульсы, логическую схему формирования импульсов прямого и обратного счета, включающую для каждого канала триггерный элемент со схемами совпадений на инверсных входах, схему формирования импульса срабатывания триггерного элемента, вход которой соединен с прямым выходом триггерного элемента, и общие для всех каналов схемы совпадений импульсов в выходных цепях прямого и обратного счета, выходы которых соединены с входами реверсивного счетчика, выход которого подключен к устройству вывода информации, отличающийся тем, что преобразователь трехфазной системы напряжений статорных обмоток сельсина-датчика в пятифазную систему синусоидальных напряжений выполнен в виде пяти суммирующих усилителей, имеющих по два, кроме первого усилителя, входа каждый, и трехфазного емкостного делителя, соединенного звездой, входы которого соединены с выводами сельсина-датчика, причем вход первого и первые входы второго и пятого усилителей подключены к первому выходу трехфазного емкостного делителя, первый вход третьего и вторые входы второго и четвертого усилителей подключены к второму выходу, а первый вход четвертого и вторые входы третьего и пятого усилителей - к третьему выходу трехфазного емкостного делителя, вторые входы схем совпадений триггерного элемента каждого канала подключены к выходам смежного канала преобразователя синусоидальных напряжений, выход каждой схемы формирования импульса срабатывания триггерного элемента подключен к первым входам одноименных схем совпадений выходных цепей прямого и обратного счета, а каждый второй вход этих схем совпадений подключен к выходу триггерного элемента другого канала. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что вторые входы первой - пятой схем совпадений в выходной цепи прямого счета подключены соответственно к инверсным выходам триггерных элементов третьего, четвертого, пятого, первого и второго каналов, а вторые входы одноименных схем совпадений в выходной цепи обратного счета подключены соответственно в инверсным выходам триггерных элементов четвертого, пятого, первого, второго и третьего каналов.