Устройство контроля работоспособности электромагнитного исполнительного механизма постоянного тока Советский патент 1989 года по МПК G08C19/06 G08C21/00 

31

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может использоваться в машинах, оборудованных гидро-.и пневмоприводами.

Целью изобретения является расширение области применения путем контроля различных характеристик работоспособности и использования при этом различных видов сигнализации.

На фиг. 1 представлена схема устройства с одним электромагнитным исполнительным механизмом постоянного тока; на фиг. 2 - схема устройства с группой электромагнитных исполнитель ных механизмов; на.фиг. 3 - временна диаграмма сигналов.

- На фиг, 1 показаны ключ 1, объект Контроля -, обмотка 2 электромагнита, выводы которой являются информацион- ными клеммами 3, А устройства, элемент 5 защиты от экстраЭДС, выполненный на выпрямительном диоде 6 и ог

раничительном резисторе 7, выпрямительный .диод 8, включенньй в непроводящем направлении по отношению к источнику питания 9, пороговый эле- мент 10, датчик И (для контроля целостности цепи защиты 5), выполнен- ньй на стабилитроне 12 и диоде 13, счетчик 14 с выходом 15 разряда 1 и выходом 16 разряда 2, формирователь 17 сигнала обрыва (обрыва цепи защиты от экстраЗДС) с выходом 18, блок индикаторов 19, эле мент 1-ШИ 20 и элемент НЕ 21 с выходом :22„ При посууплении сигналов с выходов 15, 16, 18 и 22 блок 19 обеспечивает отоб- ражение соответственно следующих состояний контролируемого механизма:

Отсутствие перемещения, Механизм

исправен, Обрыв, цепи защиты от экс- траЭДС и Неисправность электрической цепи.

Кроме того на фиг. 1 показаны элемент И 23, узел сигнализации 24 (например, звонок) самопроизвольного отключения исполнительного механизма, а также элемент запуска 31 и управляющий вход 26 устройства..

На фиг. 2 представлены комм ута- тор 27.с входами 25, выходы 28 которого подключены к блоку 29 индикации адреса, элемент ИЛИ 30.

На ди:аграмме (фиг. 3) показаны управляющие сигналы 32, поступающие на вход ключа 1, сигналы 33-35, поступающие с обмотки 2 контролируемого электромагнитного исполнительного механизма через диод 8 на вход порогового элемента 10 и на датчик 11 после размыкания ключа (сигнал 33 при нормальной работе исполнительного механизма, сигнал 34 - при отсутствии перемещения подвижных частей механизма, но при исправном состоянии элементов электрической цепи его питания, сигнал 35 - при неисправном состоянии элементов этой цепи), напряжение 36 (и) и 37 (Иц) на обмотке 2 после размыкания ключа 1 (36 - в момент начала, 37 - в момент окончания движения якоря электромагнитного исполнительного механизма при его возвращении из рабочего в исходное положение) напряжение порога срабатывания и отпускания 38 (Uji) порогового элемента 10, сигналы 39-41 на выходе порогового элемента 10 (сигнал 39 при нормальной работе электромагнитного ис

J

по.лнительного механизма, сигнал 40 - при отсутствии перемещения подвижных частей механизма, но при исправном состоянии элементов электрической цепи его питания, сигнал 41 - при неисправном состоянии элементов этой цепи (обрыве цепи или пробое ключа).

Устройство работает следующим образом.

При контроле механизма с одним электромагнитом (фиг. 1) на вход ключа 1 и в цепь сброса в исходное состояние счетчика 14 формирователя 17 через элемент 25 запуска поступает управляющий сигнап вида 32. При этом счетчик 14 и формирователи 17 устанавлив.аются в исходное состояние и происходит замыкание ключа 1, благодаря к обмотке 2 электромагнита через клеммы 3 и 4 прикладывается напряжение источника питания ,,- и в ней устанавливается ток, равный

---- 5 где КОБМ активное сопротивле-

ПЪH

ние обмотки электромагнита. При этом на .входе порогового элемента 10 и на датчике 1 напряжение равно нулю, также как и равен нулю ток на элементе 5, так как диоды 6 и 8 включены по отношению к источнику питания электромагнита в непроводящем: направлении.

На задний фронт сигнала 32 (фиг.З) ключ 1 размыкается и разрывает цепь питания обмотки 2 электромагнита, в результате чего возникает экстраЭДС,

обеспечивающая в момент коммутации сохранение величины и направления тока в обмотке, который при этом замыкается через элемент 5, входную цепь порогового элемента 10 и.датчик 11, так как для экстраЭДС диод 6 и 8 включены в проводящем направлении. Поскольку сопротивление датчика I1 и входное сопротивление элемента 10, с целью исключения их влияния на длительность переходного процесса, вызванного раз1мьгканием ключа 1, выбираются значительно большими, чем сопротивление резистора 7, то можно считать, что практически весь ток обмотки 2 замыкается через элемент 5 Пренебрегая падениями напряжения на открытых диодах 6 и 8, можно также считать, что напряжение на обмотке 2 как и напряжение на входе элемента 10 и на датчике 11, равно напряжению на резисторе 7 и изменяется по тому же закону, по которому изменяется в течение переходного процесса ток через резистор 7, Ток через резистор 7 после размыкания ключа 1 падает

и ПЦГ

по экспоненте от значения до

,

значения, при котором силы-притяжени якоря электромагнита, удерживающие его в рабочем положении, сравниваютс с силами, возвращающими его в исходное положение. При этом если якорь из-за механической неисправности остается в неподвижном состоянии, то то через резистор 7 продолжает сцадать по экспоненте до нуля. Соответственно напряжение на обмотке 2, на входе элемента 10 и датчика 11 изменяется

по экспоненте от значения до нуля (R

и пиг р -Р

ре

- сопротивление резистора 7) . Этому соответствует сигнал 34 (фиг. 3) на входе элемента 10 и йиг- нал 40 на выходе.

Если же якорь перемещается в исходное положение, то в процессе его перемещения индуктируется np6THB.o3flC,v вызывающая возрастание тока через резистор 7, а следовательно, и напpJшeния на обмотке 2, датчике 11 и на входе элемента 10 до значения, соответствующего моменту- возвращения якоря в исходное положение, а затем ток через резистор 7, как и напряжение на упомянутых выше элементах, вновь

начинает уменьшаться по экспоне нте до нуля, что соответствует сигналу 33

706

(фиг. 3).уровень напряжения 36 (1-ц) соответствует моменту начала дв(.ения якоря, уровень напряжения 37 (11) соответствует моменту завершения движения якоря.

Напряжение порога срабатывания и отпускания 38 (U) порогового элемента 10 установлено таким образом, чтобы удовлетворять условию

и..,

При поступлении на входе элемента 10 сигнала вида 33 на его выходе появ- ляется два импульса вида 39. которые несут информацию о нормальной работе электромагнитного исполнительного механизма.

При поступлении на вход элемента 10 сигнала вида 34 на его выходе появится один импульс вида 40, который указывает на отсутствие перемещения якоря при размыкании ключа 1.

При .неисправном состоянии электрической цепи в момент снятия управляющего сигнала 32 не происходит изменение тока в цепи питания электромаг- нита 2. В частности, при оборванной цепи, питания электромагнита величина тока до и после снятия управляющего сигнала равна нулю, при пробитом ключе 1 ток питания электромагнита сохраняется .

Ввиду отсутствия изменения тока питания электромагнита через элемент 5 не будет, протекать ток экстраЭДС, а следовательно, на выходе элемента 10 будут отсутствовать импульсы (фиг. 3, сигналы 35 и 41). Импульсы, . поступающие с выхода порогового элемента 10, подсчитываются счетчиком 14. Информация с выходов счетчика 14 поступает на блок 19. При наличии сигнала на выходе 15 на блоке 19 отображается состояние Отсутствие перемещения, а при наличии сигнала на выходе 16 - Механизм исправен.

Функцию контроля работы элемента 5 и дополнительную защиту ключа 1 от пробоя в случае обрыва элемента 5 осуществляет датчик 11, которьй срабатывает при обрыве цепи элементов 6, 7, при этом не допускает повьшзе- ния напряжения на нем вьппе его по- рога срабатывания и вырабатывает, сигнал на вход формирователя 17.

Если цепь элементов 6, 7 оборвана, то в момент размыкания ключа 1 ток 2 начинает замыкаться

через выходную цепь элемента 1 О и датчик

11.Из-за больших входных сопротив- ПеНий этих блоков напряжение на обмотке 2 возрастает до напряжения стабилизации стабилитрона 12. При целой цепи зкстраЭДС не достигает уровня стабилизации стабилитрона 2 и узел 11 не срабатывает.

После пробоя стабилитрона 12 до тех пор, пока запасенная в обмотке 2 энергия не будет полностью исрасходо- вана, напряжение на обмотке 2 будет удерживаться практически на уровне напряжения стабилизации стабилитрона

12,так как падение напряжения на нелинейном сопротивлении диода 13 мало. Сигнал с открытого диода 13 поступает на вход формирователя 17, состоящего, например, из усилителя-формирователя и элемента памяти, например триггера, и изменяет его состояние. Информация о состоянии формирователя 17 передаётся на выход 18.

Введение измерительного резистора 7 в цепь защиты экстраЭДС или использование в качестве измерительного уже имеющегося в цепи резистора обеспечивает высокий уровень полезного сигнала на входе порогового элемента 10 При этом условия работы зл€ ктромаг- нитного механизма не ухудшаются, так как при наличии резистора 7 время возврата якоря механизма 2 в исходное положение уменьшается.

Максимальная величина сопротивления резистора 7 ограничивается электрической прочностью ключа 1.

Сопротивление резистора 7 определяется по формуле

R V 2ji4:.4.0nlUnHT VVUp- ОБМ

(О

JnHT

и

КЛ.АОП

и

где К - коэффициент запаса (O -KXl), из условия надежного функционирования ключа 1 выбирается ,7-0,8; максимально допустимое напряжение на разомкнутом ключе 1 ;

напряжение источника питания .

Формула (1) отражает тот факт, что Б течение переходного процесса возврата электромагнита в исходное состояние напряжение на разомкнутом ключе 1 практически равно сумме напряжения источника питания и напряжения на резисторе 7. В момент размыкания

Пит

ключа 1 напряжение на резисторе 7

равно R , ЛОБМ t в

т.е. в начале переходного процесса напряжение на разомкнутом ключе 1 должно быть

UrlMT. р

Ro6. У

Обычно максимально допустимое напряжение на разомкнутом ключе 1, при котором не наступает электрический пробой ключа, имеет значение

и,,д,„(2,5-5)и,,,. (2)

Для обеспечения длительной надеж- ной работы ключа 1 должно выполняться условие, при котором

дал

Стабилитрон 12 узла 11 выбирается таким образом, чтобы его напряжение стабилизации U, удовлетворяло соотношению

S™-Vi - -A-- -). (3)

Устройство обеспечивает контроль самопроизвольного отключения электромагнитного исполнительного механизма. Данньй вид контррля необходим втех случаях, когда самопроизвольное от - ключение может привести к аварийной .ситуации. Он осуществляется следующим образом. При наличии сигнала на . любом из выходов 15 или 16 на выходе элемента ИЛИ 20 формируется сигнал, который при наличии разрешения на входе 26 через открытый элемент И 23 поступает на узел сигнализации 24. При отсутствии сигналов на выходах 15 и 16 счетчика 14 с выхода элемента НЕ 21 поступает сигнал на вход блока 19, который индицируется как Неисправность электрической цепи. При нормальном состоянии электрической цепи в процессе контроля данный сигнал отсутствует.

Контроль работоспособности двух или более исполнительных механизмов осуществляется путем последовательного во времени выключения тока в цепях питания электромагнитов.

На фиг. 2 показано устройство, обеспечивающее проверку работоспособности группы электромагнитных исполнительных механизмов постоянного тока. В нем последовательно во времени включение и отключение исполнительных

механизмов обеспечивается коммутатором 27, который обеспечи-вает выполнение следующих функций. В исходном состоянии на вход первого из группы управляющих ключей i подается сигнал включения, на остальные ключи 1 сигнал включения не поступает, сигналы на выходах 28 тажке отсутствуют. При поступлении импульса от элемента ИЛИ 30 коммутатор 27 сдвигает сигнал включения ключей 1 на шаг, т.е. отключает первьй из группы ключ 1 и включает второй, одновременно появляется сигнал на соответствующем Bbix де 28, соответствующий первому ключу 1, следующая команда с элемента ИЖ 30 вызывает сдвиг еще на один шаг и т.д. Период сдвига коммутатора 27 не может быть менее времени срабатывани электромагнитного исполнительного . механизма.

Нажатием кнопки 31 оператор форми рует импульсный сигнал, который через элемент ИЛИ 30 обеспечивает сбро в исходное состояние счетчика 14, формирователя 17 и сдвиг единицы, занесенной в коммутатор 27 при его начальной установке. При этом происходит отключение первого из контро- лируемых электромагнитов и включение следующего. Если ;первьй исполнительнь механизм исправлен, то на выходе 16 счетчика 14 формируется сигнал, который через элемент ИЛИ 30 поступает на вход коммутатора 27, отключает предыдущий контролируемый электромагнит, включает следующий. С этого момента начинается процедура проверк очередного электромагнитного меха- низма контролируемой группы. Она повторяется до обнаружения неисправности механизма, в котором при отключении электромагнита отсутствует сиг- нал 16, а следовательно, не происхо- дит сдвиг комм-утатора 27. Причина неисправности поступает с выходов 15, 16, 18 и 22 на блок 19, а номер неисправного механизма передается сигналом на соответствующий выход 28 и индицируется на блоке 29. После нажатия оператором .кнопки 31 процесс контроля продолжается до обнаружения следующего неисправного механизма или до завершения проверки всей труп пы.

Формула изобретения

1. Устройство контроля работоспособности электромагнитного исполнительного механизма постоянного тока, содержащее источник постоянного тока, положительная клемма которого подключена к первому выводу ключа, отрицательная клемма объединена с первой информационной клеммой устройства, второй вывод ключа соединен с катодом вьшрямительногс диода, элемент И, управляющий вход ключа соединен с выходом элемента запуска, вход которого является первым управляющим входом устройства, блок индикаторов, отличающееся там, что, с целью расширения области применения путем контроля различных характеристик работоспособности и использования-при этом различных видов сигнализации, в него введены элемент защиты от экстраЭДС, пороговый элемент, счетчик, элемент ИЛИ, элемент НЕ, узел сигнализации, датчик и формирователь сигнала обрыва, управляющий вход ключа объединен с установочными входами счетчика- и фор мирователя сигнала обрыва, анод выпрямительного диода соединен с входом порогового элемента И, первым выводом датчика, выход которого соединен с вторым входом формирователя сигнала обрыва, выход порогового элемента подключен к счетному входу счетчика, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми и вторыми входами элемента ИЛИ и блока индикаторов, выход элемента ИЛИ подключен к первому входу элемента И и через элемент НЕ - к третье1-1у входу блока индикаторов, второй вход элемента И является вторым управляющим входом устройства, выход элемента И соединен с входом узла сигнализации, выход формирователя сигнала обрыва подключен к четвертому входу блока индикаторов, второй вывод ключа соединен с первым выводом элемента защиты от экстраЭДС и второй информационней клеммой уст- ройства5 второй вывод элемента защиты от экстраЗДС и датчика объединены с первой информационной клеммой уст- ройства.

2, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в него введены по числу объектов контроля пары информационных клемм, элементы защиты от экстраЭДС, вьшрямительные диоды и ключи, коммутатор, блок индикации адреса, и дополнительньй элемент ИЛИ, кадцый введенный элемент защиты от

экстраЭДС подключен параллельно к информационным клеммам одноименной пары, первые выводы всех ключей объединены, вторые выводы через одноимен яый вьшрямительный диод подключены к входу порогового элемента и первому выводу одноименного элемента защиты от экстраЭДС, вторые выводы которых объединены, между выходом элемента запуска и установочными входами счетчика и формирователя сигнала обрыва подключен дополнительный элемент ИЛИ,

соответственно своим первым входом и выходом,второй вход дополнительного элемента ИЛИ подключен к второму выходу счетчика, между выходом дополнительного элемента ИЛИ и управляющими входами всех ключей подключен коммутатор соответственно своим управляющим входом и одноименными информационными выводами первой группы, информационные выводы второй группы коммутатора подключены к входам блока индикации адреса.

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может использоваться в машинах, оборудованных гидропневмоприводами. Целью изобретения является расширение области применения путем контроля различных характеристик работоспособности и использования при этом различных видов сигнализации. Объектом контроля является обмотка электромагнита. Устройство содержит элемент 5 защиты от экстраЭДС, ключ 1, диод 8, источник питания 9, пороговый элемент 10, датчик 11, счетчик 14, формирователь 17 сигнала обрыва, блок 19 индикаторов, элемент ИЛИ 20, элемент НЕ 21. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.