Устройство для управления шаговым двигателем Советский патент 1989 года по МПК H02P8/20 

г J

ел

ND

О СО

(Шгг/

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано при создании дискретного электропривода для объекта с ограниченным диапазоном перемещения.

Цель изобретения - повьппение надежности при работе с ограниченным диапазоном перемещения.

На фиг, 1 приведена функциональная схема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг, 2 - эпюры напряжений в узловых точках схемы.

Устройство для управления шаговым двигателем содержит тактовую шину 1, шину 2 направления, шину 3 разрешения концевые выключатели 4, резисторы 5-8 первый 9 и второй 10 триггеры, первый и и второй 2 элементы ИС1ШОЧА1ЭЩЕЕ ИЛИ, первый элемент 2ИЛН 13, одновиб- ратор 14, элемент 4ИЛИ 15, счетчик 16 элемент 2И 17, блок 18 управления, состоящий из элемента НЕ 19, первого

20и второго 21 элементов 4И-НЕ, второй элемент 2ИЛИ 22, распределитель 23 импульсов и многоканальный усилитель 24 мощности, причем входы многоканального усилителя 24 мощности соединены с соответствующими выходами распределителя 23 импульсов, входы которого подключены к выходам первого 20 и второго 21 элементов 4И-НЕ, первые входы последних соединены с шиной 3, вторые входы первого 20 н второго 21 элементов 4И-НЕ соединены

с выходом элемента 2И 17, первый вход которого подключен к шине 1, третий вход второго элемента 4И-НЕ ,

21посредством элемента НЕ 19 и тре тий вход первого элемента 4И-НЕ 20 подключены к шине 2 направления, четвертые входы первого 20 и второго 21 элементов 4И-НЕ соединены соответственно с первым и четвертым входами элемента 4ИЛИ 15 и выходами первого 9 и второго 10 триггеров, установочные входы которых через резисторы 5,

6 и 7, 8 подключены к шине питания и через концевые выключатели 4 к шин нулевого потенциала, и также связаны с входами соответственно первого 11 и второго 12 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы последних подключены к входам первого элемента 2ИЛИ 13, выход которого соединен с третьим входом элемента 4ИЛИ 15 и через одно вибратор 14 с вторым входом элемента 4ИЛИ 15, выход которого подключен к входу установки нуля счетчика 16,

0

5 Q

Q 5

-

5

5

выход последнего связан с вторым входом элемента 211 17, а счетный вход счетчика 16 подключен к выходу второго элемента 2ИЛИ 22, соединенного своими входами с выходами первого 20 и второго 21 элементов 4И-НЕ,

На фиг, 2 обозначены эпюра 25 (1)- тактовый вход I (тактовая частота); эпюра 26 (9-S) - S-вход первого триггера 9, размыкающий контакт соответствующего концевого выключателя и первый вход первого элемента ИГКЛЮ- ИЛИ 11; эпюра 27(9-R) - R-вход первого триггера 9, замыкающий контакт концевого выключателя и второй вход первого элемента ИСКГПЭЧАЮПЕЕ ИЛИ 11; эпюра 28(9) - выход первого триггера 9; эпюра 29(11) - выход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11; эпюра 30(14) - выход одновибратора 14; эпюра 31(15) - выход элемента 4ИЛИ 15; эпюра 32(2) - уровень сигнала на входе 2 направления; эпюра 33(20) - выход первого элемента 4И-НЕ 20; эпюра 34(21) - выход второго элемента 4И-НЕ 21; эпюра 35(22) - выход второго элемента 2ИЛИ 22; эпюра 36(16) - выход счетчика 16; эпюра 37(17) - выход элемента 2И 17 и тактовый вход блока 18 управления.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в исходном состоянии (момент времени Т1, фиг, 2) управляемый объект не находится в одном из предельных положений, т,е, ни один из концевых выключателей 4 не нажат. Первый 9 и второй 10 триггеры установлены при этом в единичное состояние благодаря прохождению логического нуля через размыкающие контакты концевых выключателей 4 на S-входы триггеров 9 и 10, На выходах первого 11 (эпюра 29) и второго 12 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ присутствуют потенциальные сигналы высокого уровня, поступающие на входы первого элемента 2ИЛИ 13, который обеспечивает сложение по ИЛИ сигналов низкого уровня , и тем caKfciM на выходе первого элемента 2ИЛИ 13 присутствует сигнал высокого уровня, С выхода одновибратора 14 При отсутствии перепадов сигнала на его входе снимается сигнал высокого уровня, так что все сигналы, поступающие в исходном состоянии на входы элемента 4ИЛИ 15, имеют высокий уровень и на выходе элемента

15, обеспечивающего сложение по ИЛИ

сигналов низкого уровня, присутству- ет сигнал высокого уровня, поступающий на вход установки нуля счетчика

16 и обеспечивающий его сброс, при котором на выходе счетчика 16 устанавливается сигнал высокого уровня

(в состав счетчика может входить дешифратор, дешифрирующий заданное сое тояние Счетчика, к примеру, после подсвета восьми импульсов).

Сигнал высокого уровня с выхода счетчика 16 (эпюра 36, момент времени Т1) поступает на второй вход элемента 2И 17 и не препятствует прохождению тактовых импульсов через элемент 17. При подаче на шину 3 сигнала высокого уровня на первых входах первого 20 и второго 21 элементов 4И-НЕ присутствуют потенциальные сигналы высокого уровня, снимающие запрет на прохождение тактовых импульсов через первый 20 и второй 21 элементы 4И-НЕ, Однако в распределитель 23 импульсов, многоканальный усилитель 24 мощности и на шаговый двигатель тактовый импульс, поступивший в момент времени Т2, проходит только через первый элемент 4Н-НЕ 20, выбор которого и тем самым вращение двигателя в заданном направлении определяется уровнем потенциального сигнала на входе 2, С выхода первого элемента 4И-ИЕ 20 отрицательные тактовые импульсы через второй элемент 21ШИ 22 поступают а счетный вход счетчика 16, который заблокирован сигналом высокого уровня, поданным на вход установки нуля счетчика.

В момент времени ТЗ управляемый объект достигает одного из своих предельных положений. При этом переключающий контакт соответствующего концевого выключателя начинает отхо- дить от размыкающего контакта (эпюра 26) с некоторым дребезгом, заканчивающимся к моменту времени Т4, при этом после отрыва переключающего контакта от размыкающего на послед- нем (благодаря резистору R 6) появляется сигнал высокого уровня, который не изменяет состояние триггера 9, но обуславливает появление сигнала низкого уровня на выходе первого эле- мента ИСЮиО ЭЩЕЕ ИЛИ 1 1 , поступающего далее через первый элемент 2ИЛИ 13 на третий вход элемента 4ШШ и вход одновибратора 14. По перепаду

5

0

Q

5 О

б 0

5

0

сигнала одновибратор 14 формирует отрицательный импульс, длительность которого выбрана такой, что одновибратор 14 перезапускается каждым последующим перепадом сигнала дребезга, формируя тем самым на своем выходе отрицательный импульс вплоть до момента времени Т5 (эпюра 30).

После поступления следующего тактового импульса в момент времени Т6 переключающий контакт концевого выключателя благодаря дальнейшему смещению управляемого объекта и толкателя концевого выключателя входит в соприкосновение в момент времени Т7 с замыкающим контактом, обуславливая при этом некоторый дребезг, длящийся до момента времени ТЗ. По перепадам сигнала при дребезге одновибратор 14 вплоть до момента времени Т9 продолжает формировать отрицательный импульс аналогично описанному. При первом же соприкосновении переключающего контакта с замыкающим первый триггера 9 перебрасывается в нулевое состояние, блокируя при этом прохождение тактовых импульсов через первый элемент 4И-НЕ 20 и обеспечивая дальнейшее поддержание сигнала низкого уровня на выходе элемента 4IinH 15. Начиная с момента времени ТЗ и до момента времени Т7 сигнал низкого уровня на выходе элемента 15 поддерживается благодаря поступлению на его входы сигналов низкого уровня с выхода Одновибратора 14 и первого элемента ИС1СШОЧЛ(ЛЦЕЕ ИЛИ J 1 соответственно. Этот сигнал низкого уровня, поступая на вход установки нуля счетчика 16, разрешает счет и счетчик начинает отсчитывать тактовые импульсы, начиная с момента времени ТЗ. После момента времени Т7 поступление тактовых импульсов на распределитель 23 импульсов и тем самым на счетный вход счетчика 16 прекращается из-за блокировки движения в данном направлении и возобновляется лишь после момента времени Т10, когда путем изменения уровня сигнала на входе 2 разрешается прохождение тактовых импульсов через второй элемент 4И-НЕ 21. При этом после поступления тактового импульса в момент времени Т11 объект начинает съезжать с концевого выключателя и его переключающий контакт начинает отходить в момент времени Т 12 от замыкающего контакта, также

обуславливая при этом описанный процесс дребезга и формирование отрицательных сигналов на выходах первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛ1 11 и одно- вибратора 14. После подачи определенного числа тактовых импульсов, необходимых для съезда объекта с концевого выключателя, переключающий контакт в момент времени Т13 соприкасается с размыкающим контактом, обусловив возврат первого триггера 9 в единичное состояние. При этом сигнал низкого уровня на выходе элемента АИЛИ 15 поддерживается благодаря перезапуску одновибратора 14 п момент времени Т 14 и формированию отрицательного импульса на его выходе вплоть до момента времени Т15. По завершению этого импульса в момент времени Т15 на всех входах элемента 4ИЛИ 15 присутствуют сигналы только высокого уровня и на выходе элемента 15 появляется сигнал высокого уровня сбрасывающий счетчик 16 в исходное состояние и не изменяющий сигнала на его выходе, Счетчик 16 при этом отсчитывает число тактовых импульсов, необходимое для штатного срабатывани концевого выключателя, т.е. для нас:да управляемого объекччт на концевой выключатель и съезда с него, причем это число меньше (на 1-2 импульса) числа, декодируемого на выходе счетчика.

Движение объекта в противоположном направлении Б штатном режиме продолжается, к примеру, вплоть до момента времени Т16, когда происходит обрыв линии связи концево1 о выключателя. На входах первого элемента ИКСЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 (эпюоы 26 и 27) появляются сигналы одинакового высокого, уровня, обуславливающие сигнал низкого уровня на выходе элемента 11 (эпюра 29) и тем самььм на выходе элемента 4ИЛ1 15 (эпюра 31). Для счетчика 6 данный сигнал является сигнало разрешения счета и счетчик начинает отсчитывать тактовые импульсы, поступающие на его счетный вход с выхода второго элемента 211ПИ 22 (эпюра 35). По достижений числа, декодируемого на выходе счетчика, низкий уровень выходного сигнала счетчика 16 блокирует в момент времени Т17 прохождени тактовых импульсов через элемент 2И 17 и обуславливает тем самым останов шагового двигателя, причем блокиров

0

5

0

5

0

5

0

5

ка движения, может быть снята только после устранения неисправности. Сиг- нал низкого уровня, возникающий при неисправности концевых выключателей или их лини11 связи на выходе счетчика, может быть использован для индикации аварийной ситуации,

Замыкание линий связи концевого выключателя на корпус или между собой, а таюке поломка концевых выключателей приводят к анапотчному результату, т.е. к блокировке движения.

Второй триггер 10 и второй элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ 1ШИ 12 функционируют аналогично, обеспечивая совместно с остальньп-м элементаг-м устройства штатную отработку второго из предельных положений управляемого объекта в режиме 1-1икроперемещени 1.

Распределитель 23 импульсов формирует при работе устройства последовательно с ть импульсных С1 гиш1ов, требуемую для переключения обмоток выбранного шагового двигателя и усилива- ег-гую многоканальным усилителем 24 мощности.

Таким образом, предлагаемое устрой с тио обеспечивает более высоиг чо в сравнении с известным достоверность контроля аварийной ситуации при управлении объектом с ог ра1шченным д; апазоном перемещения, исключая ложные блокировки движения при отраОот- ке предельных положегтий в режиме 1-1икро 1еремеще:ний, когда рабочий ход толкателя концевого выключателя отрабатывается путем подач11 нескольких тактовых импульсов.

Формула изобретения

У с-г роист в о для упраатения шаговым двигателем, содержащее последовательно соединенные многоканальный уснли- тель мощности, распреда гитель им- 1туяьсов ч блок управления с разрешающим входом и входом направления, сое- динен ты1-1и с соответствующими шинями, и тактовым входом, подключенным к иходу элемента 2И, первый вход которого соединен с тактовой шиной, а также два элемента ИС1СШОЧА10ЩЕЕ ИЛИ и два триггера, соединеншле устано- вочнь1ми входами каждый с одним из конце вых выключателей н с входами одного из элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ 1|ДИ, а ьыходами - с входами блока управления, отличающееся тем, что, с целью повьппения надежности при работе с ограниченным диапазоном перемещения, введены первый и второй элементы 21ШИ, элемент 41ШН, одновиб- ратор и счетчик, выход которого соединен с вторым входом элемента 2И, счетный вход подключен к выходу второго элемента 21ШИ, соединенного вхо-

дами с выходами блока управления, а вход установки нуля счетчика подключен к выходу элемента 4НЛ11, входы которого связаны с выходами триггеров, выходом первого элемента 2ИЛИ и выходом одновибратора, подключенного входом к выходу первого элемента 2ИЛИ, входы которого соединены с выходами элементов ИС1ШЮЧА1ЭПЩЕ ИЛИ.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании дискретного электропривода для объекта с ограниченным диапазоном перемещения. Цель изобретения состоит в повышении надежности. Устройство обеспечивает постоянный контроль состояния элементов, ограничивающих диапазон перемещения, исключая при этом ложные блокировки движения при отработке предельных положений в режиме микроперемещений, когда рабочий ход толкателя концевого выключателя 4 отрабатывается несколькими перемещениями управляемого объекта и тем самым повышает достоверность контроля аварийной ситуации при работе с ограниченным диапазоном перемещения. Для этого устройство содержит первый 13 и второй 22 элементы 2 ИЛИ, элемент 4 ИЛИ 15, одновибратор 14 и счетчик 16, блокирующий сигнал на выходе которого появляется лишь в том случае, когда перемещение управляемого объекта превышает рабочий ход толкателя концевого выключателя. 2 ил.