Устройство для контроля частоты вращения вала двигателя Советский патент 1980 года по МПК G05B23/02 G01P3/46 

Изобретение относится к области авто матики и предназначено для использовани в системах автоматического контроля и управления пуском мощных дизель-генераторов. Известно устройство для контроля час тоты вращения с частотным датчиком на входе, содержащее частотно-измерительную схему, выполненную в виде последовательного LC-Koirrypa, вьшрямитеяь, делитель напряжения и пороговую схему в виде одновибратора. В этом устройстве используется зависимость коэффициеита передачи LC-контура от частоты р.. Недостатком устройства является высокая трудоемкость его отладки, так как требуется настройка контура и пороговьк напряжений. Кроме того, точность его низка, так как уровень сигнала, прошедшего через колебательный контур, зависит не только от частоты вращения, но и от колебаний амплитуды сигнала с датчика и температурных.изменений параметров индуктивности и емкости. Быстродействие устройства ограничено полосой пропусканияЬС-коктура. Известно также устройство для контроля частоты вращения, в котором уставки задаются в виде постоянных, эталонных напряжений на аходах операционных усилителей, с которыми сравнивается пилообразное напряжение, подаваемое на вторые в.ходы операционных усилителей, причем нарастание пилообразного напряжения продолжается в течение времени, равного периоду сигнала с частотного датчика. В конце периода происходит сброс пилообразного напряжения и через период снова повторяется нарастание напряжения, которое, как и в предыдущем периоде, сопровожд.ается последовательным переключением операционных усилителей после превышения уровня соответствующего эталонного напряжения С2. В этом устройстве также необ.ходима настройки пороговых, напряжений, крутизны пилы и т.д. Точность ограничена дрейфом параметров операционного усипителя генератора пилообразного напряжения Большей точностью и лучшей техно.логичностью обладает устройство контроля частоты вращения с цифровой обработ кой сигналов частотного датчика З, Устройство содержит генератор импульсов цикла, частота которых, пропордио- нальна частоте вращения, генератор счет ных импульсов, счетчик с дешифратором. Информация о значении частоты вращения содержится в числе импульсов от генератора счетных импульсов, прошедших на счетный вход счетчика за время между двумя импульсами от генератора импульсов цикла, которые сбрасывают показания счетчика. Достоинством такого устройства является также и то, что счетчик заполняется и анализируется одновременно. Анализ состояния счетчика осуществляется цифровыми схемами, которые не требуют настройки. К недостаткам устройства относятся невозможность регулировки уставок, поскольку она осуществляется путем перестройки частоты генератора счетных импульсов; и кроме того, сложность сочетания стабильности частоты генератора счетных импульсов, которой опре- деляется точность устройства, с требованием перестройки в широком диапазоне {лучшей стабильностью обладают ква цевые генераторы, имеющие небольшой диапазон перестройки). Наиболее близким техническим решением к предложенному является устройс во для контроля частоты вращения, например, вала двигателя, содержащее элемент задержки, триггер.л, диск с мет ками, установленный на валу двигателя, И последовательно соединенные датчик меток, формирователь импульсов, соединенный с обнуляющим входом счетчика, счетный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, и элемент И выход которого подсоединен к первому входу первого триггера. Выход счетчи ка соединен со входами дешифратора, выход которого соединен с первым входом второго элемента И и первым аходом второго триггера. Второй аход второго триггера подключен к выходу формирователя импульсов, а выходы соедикены через элементы задержки со вт рыми входами элементов И, причем выход второго элемеш-а И соединен со вт рым входом первого триггера 4. Возможность применения цифровых интегральных схем повышает надежность устройства и улучшает его технологичность за счет сокращения регулировочных, работ при изготовлении и эксплуатации устройства. Отладка устройства сводится лишь к установке необходимой частоты генератора импульсов и ее периодической проверке. Высокая стабильность генератора импулюов обеспечивает высокую точность устройства. Цифровая обработка в течение цикла, равного периоду контролируемой частоты, обеспечивает максимально возможное быстродействие устройства. Недостатком описанного устройства является непригодность его для одновременного контроля нескольких значений частоты вращения с независимой регулировкой гистерезиса (разности между значением частоты вращения, при котором происходит срабатывание устройства, и значением, при котором происходит возврат устройства), что сужает область его применения, в частности делает невозможным его использование в системах контроля и управления пуском мощных дизель-генераторов. Цель изобретения - расширение области применения и упрощение устройства. Эта цель достигается тем, что в устройство введен коммутатор, входы которого соединены с выходами дешифратора, а выходы - со вторым нходом первого триггера и с первым нходом второго триггера. Второй аход второго триггера через элемент задержки подключен к выходу формирователя импульсов, а второй аход элемента И соединен с вькодом второго триггера. На фиг. 1 показана функциональная схема предложенного устройства пля ковггроля частоты вращения: на фиг. 2 - временные диaгpaIvIмы работы устройства. Устройство для контроля частоты враще1шя состоит из диска 1 со 18О метками в виде зубцов 2, жестко связанного с контролируемым валом индукционного датчика меток 3, формирователя 4 импульсов, генератора 5 импульсов со стабильной частотой 10О мГд, счетчика 6, дешифратора 7, первого и второго триггеров 8,9, элеме 1та И 1О, элемента задержки 11, коммутатора 12. Дешифратор 7 имеет выходные шкны 13, соответствующие частотам вращения с шагом 50 об/мин. На фиг. 2 обозначены: О)- частота вращения: Ш a(j - заданная частота вращения (уставка): uy - гистерезис (разность между уставкой и частотой вращения, при которой происходит возврат устройства: Ъ - моменты времени, соот ветствующие прохождению меток мимо датчика, где i 1,2,3, ... - номер цикла: N - число импульсов (сумма импуль сов): N зсиЭ число импульсов, соответствующее уставкеJ N - разность между числом импульсов, соответствующих , уставке, и числом импульсов, соответствующих частоте враш.ения, при которой происходит возврат устройства; - моменты времени, соответствующие достижению суммы импульсов , Ti - моменты времени, соответствующие : достижению суммы импульсов ITj - моменты времени, соответствующие появлению задержанных импульсов формирователя импульсов, где i 1,2, 3,., номер цикла. Устройство для контроля частоты врвгщания вала двигателя работает следующим образом. С выхода индукционного датчика меток 3 сигнал, блвдки по форме к синусоидальному (фиг, 2,6), jjacioxa которого пропорциональна частоте вращеПяия, поступает на вход формирователя Тшпульсов 4, который из синусоидального сигнала формирует импульсный сигнал той же частоты или кратной ей (фиг. 2,8 Рассмотрим работу устройства, когда вал начинает iвращаться OTI неподвижного состояния, затем достигает максимальной частоты вращения и останавливается (фиг. 2,а). Вначале, когда частота вращения мала, счетчик 6 заполняется импульсами с генератора 5 (фиг 2, г) до такой суммы N (фиг. 2,д, промежуток до t ), что до прихода следующего импульса с формирователя 4 появляются перепады напряжения на шине 13 дещифратора 7, соединенной со входом второго триггера 9 (фиг. 2,е, момент ), и на шине 13 дешифратора 7, соединенной со входом первого триггера 8 (фиг. 2,ж, момент х ) Перепад напряжения с шины 13 возвращает второй триггер 9 в исходное состояние (фиг. 2, и, моментTlj), B:, . котором он находился до прихода задержа ного импульса с формирователя 4 (фиг. 2, 3, момент tlj ) Импульс с формирователя 4 не возбуждает элемент совпадения И 1О (фиг. 2, к). Период напряжения с шииы 13 не изменяет состояния перво- ГО триггера 8, который индицирует на выходе низкую чартоту вращения (фиг.2,л). С приходом очередного импульса с формирователя 4 (фиг. 2, в, момент Ь ), счетчик сбрасывается в нуль (фиг. 2,д, момент -fc ) и цикл анализа повторяется. Как только частота вращения превысит заданное значение (уставку), то счетчик 6 не заполняется до заданной суммы N о-.л соответствующей уставке (фиг. 2,д, про межуток -tj т 5 ), и перепад напряжения не возникает ни на одной из шик. 12, подключенных через коммутатор 12 к входам триггеров 8,9 (фиг. 2,9,ж, промежуток -bg -г -Ьз ), в результате чего второй триггер 9 остается в состоянии (фиг. 2,и, промежуток t, 2 tj), в которое его установил задержанный импульс формирователя 4 (фиг. 2,з, момент Та ) а импульс формирователя 4 проходит через элемент И-10 (фиг. 2,в,и,к, моментЪ и изменяет состояние первого триггера 8 (фиг. 2,л, момент tj), который индицирует, что частота вращения превысила заданную. Если частота вращения затем снизится настолько, что будет меньше уставки на величину, меньшую гистерезиса, то перепад напряжения на шине 13 (фиг. 2,8, момент tg ) изменит состояние второго триггера 9 (фиг. 2,и, момент tTn ) и импуЛьс формирователя 4 не пройдет через элемент И 10 (фиг. 2,к, момент Ьр ), но первый триггер 8 ос1-анется в том же состоянии (фиг. 2,л, момент tij ). Если же частота вращения уменьшится настолько, что будет меньше уставки на величину, равную или большую гистерезиса, то счетчик 6 заполнится до такой суммы, что перепады напряжения возникнут на обеих шинах 13, соединенных со входами триггеров 8 и 9 (фиг. 2 д,е,ж, промежуток i 9 ю ) Перепад напряжения на шине 13 выключит первый триггер 8 (фиг. 2л, момент ), который индицирует, что частота вращения меньше уставки на величину, равную или большую гистерезиса. Таким образом, устройство срабатывает при значении частсугы вращения, большем уставки, и возвращается в исходное состояние при значении частоты вращения, меньшем уставки, на величину, равную или большую гистерезиса. , Уставкл и гистерезис могут регулироваться независимо друг от друга и в широком диапазоне путам подключения входов триггеров 8 и 9 к соответствующим шинам посредстом KONiMyTaTopa Д2. В частности, если

ьходы триггеров будут подключены к одной и той же шине, то гистерезис бу дет равен нулю, т.е. устройство будетсрабатывать и возвращаться при одном и том же значении частоты вращения. Количество одновременно контролируемых точек можно увеличить до любого значения путем увеличения количества тригге ров, элементов И и выходов коммутатора.

При использовании устройства для контроля частоты вращения вала в системе автоматического управления пуском мощного дизель-генератора при аварийном выходе из строя промышленной электрической сети две уставки используются для изменения форсажа путем уменьшения подачи топлива. Кроме того, одна из них используется для включения тока ротора, подготовки автомата включения сети и частоты вращения. Третья уставка служит для зашиты дизель-генератора от разноса. Величина гистерезиса для каждой уставки подбирается в процессе эксплуатации дизель-генератора.

Формула изобретения

Устройство для контроля частоты вра- 30 щения вала двигателя, содержащее элемент задержки, триггеры, диск с метками установленный на валу двигателя, и последовательно соединенные датчик меток, формирователь, импульсов, соединенный с входом c6poq счетчика, счетный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, и элемент И, выход которого подсоединен к первому аходу первого триггера, а выход счетчика соединен со входами дешифратора, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения и упрощения устройства в него введен коммутатор, входы которого соединены с выходами дешифратора, а выходы - со вторым входом первого триггера и с первым входом второго триггера, второй вход которого через элемент задержки подютючен к выходу формирователя импульсов, а второй вход элемента И соединен с выходом второго триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР ,№339862, м.Кл. Q 01 Р 3/46, 1972

2.S mo41in S.V. D gitaeer DrehzQhmesserfur Kraftfabrzeug-e. RadieFernsehen-EEeKlronik , 1974, 23, № 76, p. 534-536.

3.Патент Великобритании

NO 1309711, КЛ. q 3 R, 1971.

4.Патент Великобритании

№ 1362740, КЛ. G 1 К, 1974, (прототип).

J

CSpoc

о ix Мб

i2

3wjr4. 6