Устройство для управления скоростью двигателя с самоконтролем Советский патент 1983 года по МПК G05B19/40 G05B23/02 

вателя HfoiynbcoB/соединенного выходом с первым входом элемента ИЛИ, п здключенного вторьш входом к выходу второго формирователя импульсов/ а выходом - к второму входу блока сравнения,, причем вторые входы пятого и восьмого элементов И подключены к шинб синхронизации, а D -вход первого D -триггера - к инверсному выходу второго D -триггера, соединенного 5 -входом и R -входом с выходами соответственно первого и второго элементов И, а1 -входом - с шиной Земля.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ДВИГАТЕЛЯ С САМОКОНТРОЛЮ, содержащее последовательно соединённые генератор опорной частоты, преобразователь код-частота, делитель частоты, подключенный выходом к первому входу блока сравнения, связанного выходом через последовательно включенные преобразователь код .напряжение и усилитель напряжения с входом двигателя, вал которого механически связан с преобразователем скорость - частота, от л и ч а ю щ е ее я тем, что, с целью повыиения надежностиг устройства, в него введены два счетчика импульсов, четыре D -триггера, ftS-триггер, два формирователя импульсов, восемь элементов И, первый элемент НЕ, элемент ИЛИ и второй элемент НЕ, подключенный выходом, к С-входу первого D-триггера, а входом - к первому выходу преобразователя скорость частота, к информационному входу первого формирователя импульсов, к .С-входу второго D-триггера и к установочному входу первого счетчика импульсов, соединенного первым выходом с первым входе первого элемента И, вторым выходом - с вторым входом первого элемента И и с первым входом второго элемента И, третьим выходом - с вто{Н:ам входе второго элемента И, а счетным входом с выходом преобразователя :код частота и со счетным входом второго счетчика импульсов, подключенного входом к входу второго элемента НЕ, к второму выходу преобразователя скорость - частота, к информационному входу второго формирователя юшульсов и к С-входу третьего D-триггера, а первым, вторым и треть им выходами соответственно - к первому, второму входам третьего элемента И и к первому входу четвертого элемента И, связанного вторым входом с BfojsJM входом третье(Л го элемента И, подключенного выходом к S-входу четвертого D-триггес ра, соединенного С-входом с выходом второго элемента НЕ,D -входс « - с § шиной Земля,R -входом - с выходом четвертого элемента И, а инверсным выходом - с D-входом третьего D-триггера, подключенного 3-входом к выходу пятого элемента И, инверсО) ным выходом - к первсму входу шестого элемента И, а прямым выходом к первому входу седьмого элемента И, связанного вторым входом с инверсным выходом первого) -триггера, а выходом - с S-входом RS-триггера, 4 подключенного К-входом к выходу шестого элемента И, соединенного вторым входом с прямым выходом первого D -триггера, подключенного ГЬвходом к инверсному выходу второго D -триггера, а S-входом - к выходу восьмого И, связанного первым входом с управляющим входом второго формирователя импульсов и с инверсным выходом Р5-триггера, подключенного прямым выходом к пераому входу пятого элемента Ник управлякнцему входу первого формиро

Изобретение относится к технике управления приводами технологического оборудования, в частности бумагоделательных машин.

Известна система управления,. со-« держащая источник ведущего напряжения, схему сравнения, аналоговый регулирующий блок, двигатель, механизм секции бумагоделательной машины, дискретный преобразователь скорость - частота, преобразователь частота - напряжение в, обратной связи tl 3«

Недостатком системы управления является относительно невысокая-надежность канала задания и схемы срав нения (наличие задающих потенцио--метров и сравнение аналоговых сигналов, передающихся по протяженным кабельным соединениям в цеховых условиях) , а также отсутствие схемы контроля исправности преобразователя скорости, связанного с валом приводного двигателя.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство управления скоростью привода секции бумагоделательной машины, содержащее генератор опорной частоты, задающий преобразователь код - частота, буферный делитель частоты, цифровой нуль-орган, преобразователь код-напряжение, аналоговый ре17улирующий блок, двигатель импульсный преобразователь скорости вращения 2.

В устройстве с цифровые нульорганом на основе реверсивного счет:чика устранены элементы ненадежности, связанные с недостатками аналоговой техники, однако даже при условии высококачественного исполнения цифровых электронных .блоков в структуре регулятора сохраняется элемент ненадежности в, связи с возможностью отказа первичного преобразователя, связанного с враь аищимся валом двигателя и работающего в условиях вибраций, запыпения повьшенных температур, агрессивных сред и т.п.

Целью изобретения является покушение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления скоростью двигателяС самоконтролем; содержащее последовательно соединенные генератор опорной частоты, преобразователь код - частота, делитель частоты, подключенный выходом к первому входу блока сравнения, связанного выходом через последовательно включенные преобразователь

0 код - напряжение и усилитель напряжения с входом двигателя, вал которого механически связан с преобразователем скорость - частота, введены два счетчика импульсов, четыре

5 S-триггер, два формирователя импульсов, восемь элементов И, первый элемент НЕ, элемент ИЛИ и второй элемент НЕ, подключенный выходом к С-входу второго D-триггера, а входом к первому выходу пр«гобразо вателя скорость - частота, к информационному входу первого формирователя импульсов, к С-входУ второго D-триггера и к установочному входу первого счетчика импульсов, соединен5 ного первым выходом с первым входом первого элемента И, вторым выходом с вторым входом первого элемента И и с первым входом второго элемента и; третьим выходом - с вторым входе

0 второго элемента И а счетным входом с выходом преобразователя код - частота и со счетным входом второго счетчика импульсов, подключенного установочным входом к входу второго

5 элемента НЕ, к второму выходу преобразователя скорость - частота, к информационному входу второго формирователя импульсов и к С-входу третьего D-триггера, а первым, вторьи и третьим выходами соответственно - к первому, второму входам третьего элемента И и к первому входу четвертого элемента И, .связанного вторым входом с вторым входом третьего элемента И, подключенного выходом

к S-входу четвертого D--триггера, соеднненного С-входом с выходом второго элемента НЕ,)-входом - с

шиной земля,R -входом - с выходом четрветого элемента И, а инверсным

50 выходом - с D -входом третьего D-триггера, подключенного S-входом к выходу пятого элемента И/ инверсным выходом - к первому входу шестого элемента И, а прякалм всаходом к первому входу седьмого элемента И связанного вторым входом с инверсным выходом первого D-триггера, а выходом - с 5-входом Р5-триггера, подключенного R-входом к выходу шестого элемента И, соединенного вторьм входом с прямым выходс 4 первого D-триггера, подключенного D-входом к инверсному выходу второго В -триггера, а S -входсяи - к выходу восьмого элемента И, связанного первьол входом с управляющим входом второго Фо ж ирователя- импульсов и инверсным выходом Р5-триггера, подключенного прямым выходом к первому входу пятого элементна И и к управлягацему входу первого формирователя импульсов, соединенного выходом с первым входом элемента ИЛИ, подключеннс ро вторым входом к выходу второго формирователя импульсов, а выходом к второму входу блока сравнения, причем вторые входы пятого и восьмого элементов И подключены к шине синхронизации, а D-вход первого D-триггера - к инверсному выходу второго Ь-триггера, соединенного 5-входом и R-входом с выходами соот ветственно первого и второго -элементов И, аD-входом - с шиноп Земля.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства.

Устройство содержит генератор опорной частоты 1, преобразователь код - частота 2, делитель частоты 3, блок сравнения 4, преобразователь код - напряжение 5, усилитель напряжения 6, двигатель 7, преобразователь скорость - частота 8, второй формирователь импульсов 9, первый формирователь импульсов 10-, элемент ИЛИ 11, объект управления 12, блок 13 контроля исправности преобразователя скорость - частота, содер жащий второй 14 и первый 15 счетчики импульсов, третий 16 и четвертый 17 элементы И, первый 18 и второй 19 элементы И, четвертый 20 и второй 21 D-триггеры, второй 22 и первый 23 элементы НЕ, третий 24 и первый(25 D-триггеры, седьмой 26 и шестой 27 элементы И, (5-триггер 28, пятый 29 и восьмой 30 элементы И, шину синхронизации 31, шину Земля 32, прямые выходы 33 и 34 третьего и первого) -триггеров.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал задания по скорости вырабатывается в виде частоты задания

где - коэффициент преобразования преобразователя код - частота 2, определяющийся кодом уставки по скорости;

коэффициент деления дели«Б теля частоты 3; fo опорная частота генератора 1,

Сигнёш обратной связи скорости вырабатывается преобразователем 8

10 в виде последовательностей прямоугольных импульсов, следующих со скважностью равной двум, на каждом из двух его выходов (см. фиг. 2). С помощью формирователей 9 и 10 на входах

5 элемента ИЛИ 11 формируются однополярные импульсы, соответствующие прямоугольным импульсам вьшеупомянутых последовательностей с обоих выходов преобразователя 8.

0

.Формирователи 9 и 10.снабжены управляющими входами, позволяющими блокировать прохождение импульсов преобразователя скорость - частота 8 на соответствующий вход элемента

5 ИЛИ 11.

Дискретные сигналы с частотами {j и f интегрально Сравниваются в блоке сравнения {нуль-орган) 4, код ошибки преобразуется в напряжение

0 преобразователем 5 и поступает в усилитель напряжения 6, управляющий скоростью приводного двигателя 7, а следовательно, и объектом управления (механизм секции машины) 12,

5 который обеспечивает протяжку бумажной полосы со скоростью, равной окружной скорости рабочего газа или цилиндра данной секции бумагоделательной машины,

С валом двигателя 7 механически

0 .связан вращающийся элемент (модулятор) преобразователя 8. Точность регулирования скорости двигателя и механизма в установившемся режиме определяется только стабильностью

5 генератора опорной частоты 1.

С целью повышения надежности работы устройства управления в промьшленных условиях применено реьревирование наиболее ненадежного звена 0датчика импульсов обратной связи путем использования преобразователя 8 с двумя чувствительными элементами и двумя выходами и пpимeнeн я соответственно двух формирователей

5 импульсов 9 и 10, из которых один (резервный) нормально заблокирован управляющим сигналом, вырабатываемым в блоке 13.

При отклонении режима работы ос0новного канала за допустимые пределы схема автоматически переключает основной канал на резервный путем переключения блокировки формирователей 9 и 10 на обратную. Ука занное переключение каналов обратной связи происхвдит лишь в том случав, если контроль состояния резервного канала подтверждает его исправность.

Указанные функции регшизуются сладукхоим образом.

На ,R -входы установки .нуля счетчиков 14 и 15 подаются сигнгшы с выходов преобразователя 8. Счетчики блокируются в те полупериоды следования сигналов преобразователя в, когда на их установочные входы поступает уровень сигнала соответстйукадий логической 1, и находятся :в режиме счета импульсов в противоположные полупериоды. На счетнь1е входы обоих счетчиков подается выходная частота преобразователя 2 . Емкость каждого счетчика Ид равна емкое делителя частоты 3, т.е. N Kg.

В установившемся режиме частота задания f равна частоте обратной связи fgy В этом случае, как видно из диаграмки фиг. 2, при скважности следования прямоугольных импульсов, равной двум (коэффициент заполнения равен 0,5), в соответствующем из сч.етчиков за время счетного полупериода записывается число N N172 . При скважности, равной 4/3 (коэффициент заполнения 0,75), N«0,75No.

Отклонение скважного следования импульсов преооразователя 8 от номинального значения, равног.о двум, в ту или иную сторону является характерньн признаком нарушения режима р аботы чувствительного элемента преобразователя. Оно вызывается как изменением характерист.ик радиодеталей, так и конструкциониьвш нарушениями (например, изменением рабочего зазора для индуктивных или емкостных преобразователей) относительным смещением пары излучатель приемник в оптических преобразователях и др. нарушениякш, кювантлми ослаблением крепления конструкции вследствие вибраций и т.п.). В то же время, как правило, по изменению сквгикностй можно судить о . появинцейся тенденции к иарушению работы еще задолго до аварийного состояния (исчезновения модуляции сигнгша). Таким образом, от исправиости импульсного преобразователя скорости по каждому из его выходов можно судить по тому, находится ли число в зоне допустимых значений

(1)

N N

max

для каждого цикла контроля. В качестве предельно допустимых значений числа N, например , могут быть приняты значения 5 и 11, что соответстзуетЫ „ 4 н N,12, т.е. нормальнь л принимается изменение значения коэффициента заполнения в пределах 0,,75.

Работа блока 13 контроля исправности преобразователя скорость частота заключается в проверке выполнения неравенства (1) в каждом цикле контроля н, в случае его нарушения, в выработке команд на перекл1ачениа рабочего выхода преобразователя 8 на резервный. Достижение числом N значения 5 является признаком нормальной работы., а достижение N значения 12 - признаком неисправности. Элементы И 16 н 17 (и 18 и 19) подключ.ены к информационным выходам счетчика 14 (15) так, что вырабатывают выходной сигнал единишь при поступлении в соответст-. вуквдие счетчики импульсов с частотой CjKy .

Режим работы счетчика 14 (15) представляет собой чередование полупериода счета и полупериода обнуления в течение каждого периода следования сигнала импульсного датчикаj поступакяцего на установочныР вход счетчика. Если в течение полупериода счета На выходе элемента И 16 (18) имеет место единичный снгнгш (), то D-триггер 20 (21) устанав-. ливается в состояние единицы по установочному S-входу и, если при этом значение N не достигает 12 (импульс на выходе элемента И 17 (19) отсутствует), то до конца указанного полупернода на инверсном выходе D-триггера 20 (21) имеет место сигнгш логического нуля, запрещающий по )«входу запись единицы в триггер 24 (25) по счетному входу передним фронтом сигнала датчика в начале полупериода обнуления счетчика 14 (15). В случае же отсутствия сигнала единицы на выходе элемента И 16 (18), при либо при прохожде.нии сигнала через элемент И 17 (19), при , D-триггер 20 (21) к концу полупериода счета оказывается В; состоянии нуля, на его инверсном выходе - сигнал единицы., разрешающий по D-входу установку в единичное состояние D-триггера 24 (25) по счет«OMV входу в начале полупериода обнуления, что является свидетельством неисправности датчика импульсов одного из доух кангшов и через эле мент И 26 (27) приводит к переключению триггера 28 в противоположное состояние. Переключение (5-триггера 28 производится переключением блокировки управляемых формирователей 9 и 10, так что рабочий .кангш импульсов обратной связи сменяется резервным. Это переключение происходит только в том случае, если

р-триггер 25 (24) второго кангша находится в состоянии нуля, т.е. втрой канал исправен.

В случае, если резервный Канал неисправен, схема ограничивается выдачей команды управления предупредительным световым сигналом с выт ххода 33 (34). Однако работа преобразователя 8 с граничныг4 зкаченига4 скважности, достаточньм для срабатывания описанной схегш контроля, &це не приводит к отказу в регуля торе..

Связь счетного входа Г -триггера 20(21) через элемент НЕ 22 (23) с выходом преобразователя 8 необходима для обнуления указанного триг гера в начале каждого полупериода счета передним фронтом инвертированного сигнала датчика, 6 -триггер 20 (21) при этом всегда устанавливается в состояние нуля, так как иа его управляпций Б-вход постоянно подается нулевой потенциал.

Описаннаячасть схекш реагирует только на сигнал, следующий с недопустимой скважнбстью. Если же на выходе неисправного преобразователя 8 вообще не изменяется (постоянный сигнал единицы или нуля), то сптисаниая часть устройства не обеспечивает выдачу сигнала неисправности (нет переклочакздего сигнала на счетном входе О-триггера 24 (25).

Этот недостаток устраняется наяячн&л элемента И 29 (30), на один

из входов которого подается тактирукнций низкочастотный (10-20 Гц) сигнал с шины синофонизации 31, которьШ периодически записывает состояние единицы в триггер 24 (25),

которое (при исправном датчике) изменяется на обратное yпo 4янyтым сигналом по его счетному входу.

работы схемы контроля для трех значений показана на

фиг. 2.

Таким образом, предпагаемое устройство позволяет однозначно проконтролщ сшать исправность преобразователя скорость - частота датчика

импульсов обратной связи систекы управления скоростью и обеспечить автоматическое резервирование при отказе датчика в рабочем канале или , появлении состояния, близкого к ненсправному, т.е. повьшается кгщежность.,

Два независимых выхода преобразователя СКОРОСТЬ - частота в указанной системе реализуются путем установки в Koimyce преобразователя двух отделыояс автогенераторных датчиков, реагирующих на вращение стального зубчатого колеса.

онсмичёский эффект от внедрения предлаг 1Ш4Ого изобретения определяется уменьшением числа отказов системы управления, связанных с нарушениями работы импульсных преобразователей, и, следовательно, сокршцением холостого хода оборудования.

(риёТ

бб/х.8-1

вых.инВ.2г

ffffvett в /

Вых. /7

вмж.три. 20

Вь/х. трие. fij

/дг. mpuf.S, Вых. форм.З ebfx.0op/.f0