Устройство для обнаружения отказов в шаговом электроприводе Советский патент 1989 года по МПК H02P8/34 

- А I- W |-

00

со

1511843

иия кодов, входы сравнения которого соединены с разрядными тахоцами записи и выходами кольцевого реверсивного сдвигового регистра 7, причем разряд- 5 иые входы записи подключены к фазам шагового двигателя 3, дополнительно введенные одновибратор 8, элемент И- , элемент. ИЛИ-НЕ 12, элемент 3 МЛИ-НЕ 10 со стробированием, триггер 610

и элемент ИЛИ 5. Расширение возможностей устройства обеспечивается благодаря обнаружению отказов в шаговом электроприводе в режиме движения непосредственно после отработки калсдо- го шага и вплоть до подачи следующего тактового импульса, в т.ч. и в режиме стоянки, а также при первоначальном включении электропривода. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к управлению электрическими машинами, и может быть использовано в системах управления шаговыми двигателями с любым числом фаз в дискретных системах автоматизированного электропривода. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обнаружения большего количества видов отказов. Устройство содержит блок 4 синхронизации, кольцевой реверсивный сдвиговый регистр 7 и элемент 9 сравнения кодов, входы сравнения которого соединены с разрядными входами записи и выходами кольцевого реверсивного сдвигового регистра 7, причем разрядные входы записи подключены к фазам шагового двигателя 3, дополнительно введенные одновибратор 8, элемент И 11, элемент ИЛИ-НЕ 12, элемент 3 ИЛИ-НЕ 10 со стробированием, триггер 6 и элемент ИЛИ 5. Расширение возможностей устройства обеспечивается благодаря обнаружению отказов в шаговом электроприводе в режиме движения непосредственно после отработки каждого шага и вплоть до подачи следующего тактового импульса, в т.ч. и в режиме стоянки, а также при первоначальном включении электропривода. 2 ил.

Изобрсте1;ие относится к электротехнике, в частности к технике управления электрическими машинами, и мо- 3 teT быть использовано в системах уп- равления шаговыми двигателями с числом фаз В дискретных системах автоматизированного элект1)ОГ1ривода.

Цель изобретения -- расширение экс- млуатационных возможностей путем ре- гистрации большего числа видов отказов.

На фиг о i приведена фуикциональ- ная схема устройства для обнаружения отказов в шаговом электроприводе применительно к четырехфазному двигателю с симметричной .парной коммутацией обмоток , на фиг. 2 - эпюры напряжений в узловых точках схемы устройства.

Устройство для обнарулсения отказов в шаговом электроприводе, снабл енном Ш1шами тактовых импульсов (), включения двигателя ( Вкл ШД) и реверса, подключенргыми к входам формирователя управля101Ц1..Х импульсов 5 выходы которого через коммутатор 2 связаны с соответствующими фазами шагового двигателя 3, содержит блок 4 синхронна ац.ии и элемен.т ИЛИ 5, входы которых объединены попарно и подключены соответственно к шине тактовых j-мпуль сов и шине включения .двигателя, выход элемента ИЛИ 5 и второй выход блока 4 синхронизации-соединены с установочными входами триггера 6, а первый выход блока 4 синхронизац.ии подключен к входу сдвига (с) кольцевого реверсивного сдвигового .регистра 7, вход разрешения записи которого (Ё) через однов.ибргАтор 8 соединен с шиной включения двит ателя, вход реверса (i 1 ) регистра 7 подключен к шине реверса, разрядные входы записи (D) соединены с фазами шагового двигателя 3 и входами сравнения А элемента 9 сравнени кодов, а вы.ходы регистра 7 подключены к входам сравнения В элемента 9 сравнения кодов, выход которого соединен с первым входом элемента ЗИЛИ-FIE 10, вход стробирования которого подключен к выходу триггера 6, выход элемента ЗИЛИ-НЕ 10 является выходом устройства, а его второй и третий входы соединены соответственно с выходами элемента И 11 и элемента linn-HE 12, входы которых подключены к фазам шагового двигателя 3,

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства и шагового электропривода в момент време-т ни TI (фиг. 2) на шине включения двигателя (диаграмма 13) устанавливается ннзкш х потенциал, который блокирует формирователь 1 управляющих им- пульсов 5 обуславливая отключение коммутатора 2 и обесточивание обмоток шагового двигателя 3. Сигнал низкого уровня с.шины включения двигателя поступает далее через элемент ИЛИ 5, который может быть выполнен, например, на микросхеме К.155 ЛИ 1, на вход В--триггера 6 и устанавливает триггер, в нулевое состояние (диаграмма 14), при этом сигнал низкого уровня с выхода триггера 6, поступающий на вход стробирования элемента ЗИ.ПИ-ЫЕ 10, который может быть выполнен, например, на одном элементе микросхемы К155 ЛЕЗ, блокирует этот элемент, обуславливая сигнал высокого уровня на его выходе (диаграмма 15) и препятствуя при этом прохождению через этот элемент сигнала высокого уровня с выхода элемента 12, обусловленного наличием сигналов низкого уровня на всех его входах благо 1

даря обесточенному сосчч янню шагового двигателя 3.

В момент времени Т2 (фиг. 2) на шину включения двит-ателя подается потенциальный сигнал высокого уровня снимающий блокировку с формирователя I управляющих импульсов, который при этом устанавливается в исходное состояние, обеспечивая срабатывание коммутатора 2 и запитывание двух определенных фаз шагового двигателя, соответствующее, к примеру, кодовой комбинации 1100 (l - фаза шагового двигателя включена, О - обесточена). По перепаду сигнала на шине включени двигателя (переходу из О в 1) в момент времени Т2 запускаются однови ратор 8 и блок 4 синхронизации, который может быть выполнен, например, н двух последовательно соединенных од- новйбраторах и элементе задержки. Од новибратор 8 вырабатывает при этом (диаграмма 16) отрицательный импульс являющийся сигналом разрешения параллельной записи и поступающий на вход разрешения записи кольцевого реверсивного сдвигового регистра 7, Во время действия этого сигнала с первого выхода блока 4 синхронизации на вход сдвига регистра 7 поступает отрицательный импульс (диаграмма 17), длительность которого определяется временем, необходимым для завершения переходных процессов в формирователе 1, коммутаторе 2 и обмотках шагового двигателя. По окончании этого импульса, т.е. по переходу из О в в момент времени ТЗ информация, присутствующая на разрядных входах записи регистра 7, т.е. кодовая комбинация 1100, записывается в регистр 7 и поступает с его выходов на входы сравнения В элемента 9 сравнения кодов, на входах сравнения А которого присутствует та же кодовая комбинация. Таким образом, на выходе элемента 9 сравнения кодов появляется сигнал низкого уровня (диаграмма 18), подтверждающий равенство кодов и поступающий на первый вход элемента ЗИЛИ-НЕ 10 со стробированием. На втором и третьем входах этого элемента также присутствуют сигналы низкого уровня, подтверждающие штатный режим работы шагового электропривода но элемент ЗИЛИ-НЕ 10 при этом заблокирован сигналом низкого уровня, по- ступающим на его вход стробирования

18436

с выхода триггера 6. Снятие строба, . т.е. деблокирование элемента ЗИЛИ-НЕ 10 происходит в момент времени Т4 благо- даря установке триггера 6 в единичное состояние по отрицательному импульсу (диаграмма 19), гюступающему на G-вход триггера с второго выхода блока 4 синхронизации, которьгй формирует дан0 ный имггульс по перепаду сигнала (в момент времени ТЗ) на своем первом выходе с некоторой временной задержкой, необходимой для завершения переходных процессов в регистре 7 при

5 записи или сдвиге данных и в элементе 9 сравнения кодов.

Наличие сигналов низкого уровня на всех трех входах элемента ЗИЛИ- НЕ 10 после снятия строба в момент

0 времени Т4 обуславливает сохранение сигнала высокого уровня на выходе элемента ЗИЛИ-НЕ 10, т.е. на выходе устройства, и подтверждает отсутствие отказа в работе шагового двигателя

5 после его первоначальной установки вплоть до подачи тактового импульса в момент времени Т5 (диаграмма 20).,

Отрицательный тактовый импульс проходит при этом через элемент ИЛИ 5

0 и обуславливает установку в нулевое состояние триггера 6, сигнал с выхода которого блокирует элемент ЗИЛИ-НЕ 10. По окончании тактового импульса, т.е. по его переходу из

5

о в 1, на выходе формирователя 1 появляется кодовая комбинация, сдвинутая на один шаг вправо или влево (в зависимости от уровня потенциального сигнала на шине реверса). По0 ступая на коммутатор 2, эта комбинация (0110 или 1001) обуславливает соответствующее изменение его состояния и переключение обмоток шагового двигателя 3, отрабатывающего при этом

с шаг в ту или иную сторону, в то время как на выходе элемента 9 сравнения кодов появляется сигнал высокого уровня, т.е. сигнал неравенства. По переходу тактового импульса из О

0 в I. в момент времени Т6 запускается блок 4 синхронизации и отрицательный импульс, поступающий с его первого выхода на вход сдвига регистра 7, обуславливает в момент времени Т7 (по

., переходу из О в 1) сдвиг записанной в регистре 7 кодовой комбинации в направлении, определяемом уровнем сигнала на шине реверса. Кодовые комбинации на входах сравнения А и В

.15

элемента 9 при этом становятся равными, и на выходе элемента 9 восстанавливается сигнал низкого уровня, подтверждающий отработку шага приводом. В момент времени Т8 блокировка элемента ЗИЛИ-НЕ 10 снимается отрицательным импульсом, поступающим с второго выхода блока 4 синхронизапии на вход установки триггера 6 в единичное состояние, и при наличии сигналов низкого уровня на втором и третьем входах элемента 31-ШИ-НЕ 10 на выходе его , сохраняется сигнал высокого уровня.

т.е.. сигнал отсутствия отказа в рабо- татора 2, т.е. всех обмоток шагового те шагового двигателя после отработки шага. При поступлении нового тактового импульса в момент времени Т9 описанный, цикл повторяется.

При отсутствии тактовых импульсов, |Т.е. работе шагового двигателя в режиме стоянки с включенными обмотками, возникновение неисправности в любом из элеь ентов шагового электропривода.

20

двигателя 3 на шину питания, происходит при включении электропривода, то на выходе элемента 9 сравнения кодов постоянно поддерхсивается сигнал низкого уровня, но аварийное состояние электропривода фиксируется благодаря появлению сигнала высокого уровня на выходе элемента И 1I, обуславливающего после снятия строба появ

гапример обрыв или короткое замыкание 25 .ление сигнала отказа на выходе устройодной КЗ включенных обмоток двигателя 3 HjHi замыкание невключенной обмотки на шину питания, а любое изменение кодовой комбинации на выходе ф.ормирователя управляющих им- ,Q пульсов либо на выходе коммутатора 2, обуславливающее изменение кодовой комбинации на 1зходе А элемента 9 сравнения кодов, приводит к появлению сигнала высокого уровня на первом входе

ства..

Аналогичным образом устройство фиксирует отказ электропривода вследствие обрыва шины питания шагового двигателя, обрыва или .закорачивания всех обмоток шагового двигателя либо такой сбойной ситуации в формирователе I, когда при сигнале высокого уров ня на шине включения двигателя на выходах формирователя появляется кодоэлемента ЗШШ-НЕ 10 и, следовательно, вая комбинация 0000. Пусть, например,

сигнала низкого уровня,, т.е. сигнала отказа, на выходе устройства, который может быть использован для аварийной сигнализации, отключения электропривода, снятия тактовой частоты и т.п.

При возникновении любой из. указан- .ных неисправностей в процессе отработки шага, обуславливающей неравенство кодовых комбинаций на входах сравнения А и В элемента 9 сравнения кодов (в том Числе из-за пропуска шагов), на выходе элемента-ЗИЛИ-ПЕ 10 после снятия строба, т.е. установки триггера 6 в единичное состояние, также появляется сигнал отказа.

Если после поступления тактового импульса в момент времени Т11, отработки шага в момент времени Т12, сдвига информации в регистре в момент времени Т13 и снятия строба в момент времени Т14 спустя некоторый промежуток в момент времени Т15 происходит замьжание всех выходов коммутатора 2,

8

5

0

т.е. всех обмоток шагового двигателя 3 на шину питания, либо сбой в формирователе I, также обуславливающий кодовуЕО комбинацию 1111 на фазах ша- ГОВО1-О двигателя 3, то на выходе элемента Н 11 появляется сигнал высокого уровня (диаграмма 21), подтверждаемый сигналом высокого уровня на выходе элемента 9 сравнения кодов. Элемент ЗИЛИ-НЕ 10 при этом деблокирован, и на его выходе появляется сигнал отказа шагового привода.

Если замыкание всех выходов комму-

татора 2, т.е. всех обмоток шагового

двигателя 3 на шину питания, происходит при включении электропривода, то на выходе элемента 9 сравнения кодов постоянно поддерхсивается сигнал низкого уровня, но аварийное состояние электропривода фиксируется благодаря появлению сигнала высокого уровня на выходе элемента И 1I, обуславливающего после снятия строба появства..

Аналогичным образом устройство фиксирует отказ электропривода вследствие обрыва шины питания шагового двигателя, обрыва или .закорачивания всех обмоток шагового двигателя либо такой сбойной ситуации в формирователе I, когда при сигнале высокого уровня на шине включения двигателя на выходах формирователя появляется кодовая комбинация 0000. Пусть, например,

0

5

0

5

после включения устройства и шагового электропривода в момент времени Т16 и последующей подачи в момент времени Т17 сигнала включения двигателя в исходное состояние все фазы двигателя остались обесточенными, что подтверждается сохранением сигнала высокого уровня на выходе элемента ИЛИ-ПЕ 12. После снятия строба в момент времени Т18 на выходе устройства появляется сигнал отказа.

Таким образом, предлагаемое устройство для обнаружения отказов в шаговом электроприводе обладает более широкими по сравнению с прототипом эксплуатационными возможностями, обеспечивая обнаружение неисправностей в электроприводе в режиме движения непосредственно после отработки каждого шага и вплоть до поступления следующего тактового импульса, что особенно важно в режиме отработки единичных шагов, в режиме стоянки luaro91511843

вого двигателя с включенными обмотками, а также фиксируя нештатное обес- точивание обмоток шагового двигателя вследствие их обрыва, закорачивания, исчезновения силового питания двигателя либо сбоя в формирователе управляющих импульсов.

Формула изобретения jg

Устройство для обнаружения отказов в шаговом электроприводе, снабженном

шинами тактовых импульсов, реверса, включения двигателя и коммутатором 15 фаз, содержащее блок синхронизации, кольцевой реверсивный сдвиговый регистр и элемент сравнения кодов, входы сравнения которого соединены с разрядными входами записи и выходами кольцевого реверсивного сдвигового регистра, вход реверса, разрядные входы записи и вход сдвига которого соединены соответственно с шиной реверса, выходами коммутатора фаз и первым выходом блока синхронизации.

g

5

0

5

10

входы которого подключены к шинам тактовых импульсов и включения двигателя, отличающееся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей путем регистрации большего числа видов отказов, в него введены одновибратор, элемент И, элемент ИЛИ-НЕ, элемент ЗИЛИ-НЕ со стро- бированием, триггер и элемент ИЛИ, входы которого подключены к шине тактовых импульсов и шине включения двигателя, соединенной с входом одновиб- ратора, выход которого подключён к входу разрешения записи кольцевого реверсивного сдвигового регистра, выход элемента ИЛИ соединен с одним из установочных входов триггера, другой установочный вход которого связан с вторым выходом блока синхронизации, выход триггера соединен с входом стро- бирования элемента ЗИЛИ-НЕ, входы кот торого связаны с выходом элемента сравнения кодов и выходами элемента И и элемента ИЛИ-НЕ, входы которых соединены с выходами крммутатора фаз.