Цифровое устройство для программного управления

(19) (и) А 2 151) 4 С 05 В 19/18 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Научно-исследовательский институт автоматизации управления и производства(56) Авторское свидетельство СССР У 1149220, кл. С 05 В 19/18, 1985, (54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к автоматическому управлению производственными процессами, может быть применено в цифровых программно-управляемых системах позиционирования различных перемещающихся объектов и является усовершенствованием известного устройства по авт. св. У 1149220. Цельизобретения - расширение области применения и повышение надежности, Визвестное устройство дополнительновведены блок управления торможением,блок определения зоны допуска перемещения, счетчик контроля, триггер отказа и элемент И, что позволит обеспечить автоматическое управление обрезанием заготовки после того, какпройденньй ею остаток пути становится меньше допустимой величины,осуществить механическое торможениезаготовки перед отрезанием в соответствии с заданной программой, чтоулучшает точность резки, организоватьконтроль работоспособности цепи обратной связи и снижение на этой основе вероятности возникновения аварийной ситуации. 2 з.п.ф-лы, 7 ил..Иве каэ 2359/49 ул, Проект У оизводственно-полиграфическое предприят Тираж 86 ВНИИПИ Госу по делам 3035, МосквПодп арственного комитет изобретений и открь Ж, Раушская наИзобретение относится к автоматическому управлению производственнымипроцессами, может быть применено вцифровых программно-управляемых системах позиционирования различных перемещающихся обьектов и является усовершенствованием известного устройства по авт. св. Р 1149220.Целью изобретения является расширение области применения и повышениянадежности.Сущность изобретения состоит врасширении области применения и повьппении надежности устройства путем:автоматического управления обрезанием заготовки после того, как пройденньй ею остаток пути становится меньшедопустимой величины; осуществлениямеханического торможения заготовкиперед обрезанием в соответствии с заданной программой, что улучшает точность резки; органиэации контроляработоспособности цепи обратной связи и снижения на этой основе уменьшения вероятности возникновения аварийной ситуации.Введение блока управления торможением и его связей позволяет осуществлять механическое торможение заготовки в соответствии с заданной программой,Введение блока определения зоныдопуска и связей, им обусловленных,обеспечивает программное управлениеприводом ножниц и таким образом возможность обрезания заготовки послетого, как пройденный ею путь отличается от заданного пути на допустимуювеличину,Введение счетчика контроля и егосвязей позволяет отсчитывать интервал времени, в течение которого отсутствуют импульсы от датчика перемещения, и формировать сигнал отказа при переполнении счетчика.Введение элемента И и его связейобеспечивает блокировку подачи импульсов от датчика перемещения после того, как остаток пути отработкистановится меньшим определенного значения.Введение триггера отказа и связей,им обусловленных, позволяет запоминать сигнал отказа и производитьотключение привода электродвигателя,На фиг,1 приведена функциональнаясхема цифрового устройства для программного управления; на фиг.2-5функциональные схемы формирователя 5 О 5 20 25 30 35 40 50 55 импульсов, блока управления торможением, блока определения зоны допуска и привода ножниц соответственно,на фиг,б - временная диаграмма работы устройства; на фиг,7 - график зависимости амплитуды аналогового сигнала А на выходе преобразователякод - аналог от рассогласования поперемещению Б, пропорциональномуразности числа задающих импульсов ичисла импульсов обратной связи.Цифровое устройство для программного управления (Фиг.1) содержитблок 1 задания программы, формирователь 2 импульсов, сумматор 3, дешифратор 4, делители 5-10, первые 11-13и вторые 14-6 элементы И, элемент И 17, первый 18 и второй 19 элементы ИЛИ, реверсивный счетчик 20и счетчик 21 контроля, триггер 22отказа, блоки управления торможением 23 и определения зоны допуска 24перемещения, преобразователь код -аналог 25, усилитель 26, привод 27ножниц, электромагнит 28 тормозныхколодок, привод 29 валковой подачи,датчик 30 перемещения. Кроме того,символами 31.1 и 31.2 обозначеныверхний и нижний ролики валковой подачи, символами 32.1 и 32,2 - верхняя и нижняя ножевые балки ножниц,символом 33 - заготовка, а символами 34, 35,1 и 35.2 - первый - третийвыходы формирователя 2 импульсов.формироватсль 2 имульсов (фиг,2)содержит генератор 36 импульсов,счетчик 37, схему 38 сравнения, элемент И 39 и вход 40 включения генератора Зб.Блок 23 управления торможением(фиг.З содержит элемент ИЛИ-НЕ 41,транзистор 42, диод 43, реле 44,тумблерный регистр 45 и резистор 46.Блок 24 определения зоны допускаперемещения (Фиг,4) содержит комбинационный сумматор 47, элемент И 48,тумблерный регистр 49 и резистор 50.Привод ножниц 27 содержит маховик 51, постоянно вращающийся отэлектродвигателя 52, прижимнойдиск 53, шатун 54, ползун 55, с которым связана верхняя ножевая балка 32.1, одновибратор 56, реле 57,конечный выключатель 58 и электромаг-нитную муфту 59,На фиг.ба показана временная диаграмма работы формирователя импульсов,на фиг.бб - временная диаграмма работы средств контроля устройства при40 4где Т- допускаемое время отсутствия импульсов в цепи обратной связи от датчика 30 перемещения,Сумматор 3 предназначен для оперативного отслеживания кода величины Импульсы частотой Г, с выхода 36.2 0 генератора 36 поступают на второй выход 35.1 формирователя 2 и "питаиют счетчик 21 контроля. Частота импульсови емкость Сд счетчика 21 выбираются в соответствии со следующей формулой: Сю ос э АОп 3 13159отказе цепи обратной связи, пунктиром показаны отсутствующие импульсыс выхода датчика 30,Рассмотрим назначение и принципдействия отдельных элементов и бло 5ков устройства.Блок 1 задания программы предназначен для задания кода расчетногопути движения заготовки до ее обрезания расчетного размера обрезаемой 10заготовки) и может быть выполнен,например, в виде набора двоично-десятичных переключателей - тумблерныхрегистров, Один из тумблеров(кнопок)блока 1 управляет пуском формирователя 2 импульсов (вход 40 в блоке 2 -фиг,2),формирователь 2 импульсов (Лиг,2и 5) служит для преобразования кодарасчетного пути перемещения заготовки 33 в требуемое количество задающих импульсов для формирования частоты питания счетчика 21 и для определения момента окончания ввода задающей информации в сумматор 325Генератор 36 на выходах 36.1 и36.2 формирует две последовательности тактовых импульсов различной частоты. Частота импульсов Г, на выходе 36.1 должна быть не ниже частоты.импульсов на выходе датчика 30 перемещения при номинальной скорости заготовки 33. Импульсы частоты Г проходят через элемент И 39 на выход 34 форми рователя 2 импульсов и вход счетчика 37 до тех пор, пока код в счетчике не станет равным коду задания по пути, поступающему на второй вход схемы 38 сравнения. После этого на выходе схемы 38 появляется единичный сигнал, который закрывает элемент И 39 и поступает на третий выход 35.2 формирователя 2, разблокируя элемент И 48 блока 24 (когда эле мент И 48 заблокирован исключается команда на ложное срабатывание ножниц в момент пуска). дБ=Б - Б,Ггде Яр - задание по пути;"3Б - значение действительно пройденного пути,На суммирующий (второй) вход блока 3 импульсы поступают с выхода 34формирователя 2 и задают значение величины Я, а на вычитающий (первый)вход - от датчика 30 и задают значение Б. Конструкция блока 3 полностью аналогична конструкции сумматора известного устройства.Дешифратор 4 служит для формирования сигналов, соответствующих заданным значениям дБ которые определяют различные фазы работы устройства.В зависимости от величины кодадЯ , поступающего с выхода сумматора 3, формируются единичные сигналына выходах денифратора 4. Сигналы навыходах, подключенных к входам элементов И 11-16, появляются по мереотработки заданного пути (интервалы О-Б Я,-Б , Б -Б, фиг.7).Единичный сигнал на выходе торможения появляется тогда, когдадБ дБ, , т.е. когда остаток путистановится равным (или меньшим) значению пути, при котором необходимоначать механическое торможение.Единичный сигнал на выходе допус,ка формируется при условии дБ 6 д ЯАОВЭгде д Б д- допустимая погрешностьпри резке заготовки, причем д Я Б, .Нулевой сигнал на выходе контроляпоявляется после того, как станетравным (или меньшим) д Б 0 т - остаткупути, при котором необходймо отключить контроль цепи обратной связи(во избежание ложного срабатываниятриггера 22 отказа).Выбор величин дБдЯ иторм ф Додд Б, осуществляется, исходя изконкретных характеристик объекта управл ения .Делители 5-7 и 8-10 производятделение частоты импульсных последовательностей, поступающих с выходовдатчика 30 и формирователя 2 (выход 34) соответственно. Выбор их коэффициентов деления осуществляется всоответствии с требуемым изменениемкрутизны характеристики Л(Б) (фиг.6).Элементы И 11 - 13 14-16) и,элемент ИЛИ 18 (19) предназначены для коммутации импульсных последовательностей с выходов делителей 5-7 (8-10) частоты на вычитающий 1 суммирующий ) вход реверсивного счетчика 20, который формирует код, пропорциональный рассогласованию по путя и подаваемый на преобразователь код - аналог 25Счетчик 21 контроля совместно с элементом И 17 служат для осуществления контроля наличия импульсов В це пи обратной связи. При ЬБ6 Б,открывается элемент Я 17 и разрешает поступление импульсов с выхода 35,1 формирователя 2 на счетный вход счет" чика 21, На выход обнуления счетчика 21 поступают импульсы с выхода датчика 20. Счетчик 21 имеет приоритет срабатывания по входу Б.Сигнал переполнения на выходе счетчика 21 появляется, если за заданный интервал времени на вход В не поступило ни одного импульса с выхода датчика 30, что свидетельст. вует об отказе цепи обратной связи.Триггер 22 фиксирует факт отказе и производит отключение питания усилителя 26 и включение блока 23 управления торможением и таким образом отключает приводы электродвигателя 29 и электромагнита 28.Блок 23 управления торможениемфиг.В) осуществляет отключение питания электромагнита 28 после того, как ЬБ Й Ь Бт,м .Величина ЕБтдрм может варьироваться с помощью тумблерного регистра 45. В этом случае выход торможения является многоразрядным в со-. ответствии с возможными значениями 11 БтОрмтерм.тс 1 м ;Если необходимо выбрать ь Б .= .=15 Бто замыкается 1-й тумблер реторм 1гистра 45.В исходном состоянии на вхо - Дах элемента ИЛИ-НЕ 41 таким образомприСутствуют нулевые сигналыа на вьходе единичный, который открывает транзистор 42 и включает реле 44 Через замыкающие к:онтакты реле 44 напряжение питания поцается на привод электромагнита 28, который уцерживает тормозную колодку после того,как ЬБ становится равным ЬБ и на 1-й вход элемента ИЧИЕ 41 поступает единичньй сигнал, который инвертируется элементом ИЛИ-НЕ 41 и закрывает транзистор 42, В результа 5 10 15 20 25 Вп 35 40 45 те этого обесточивается реле 44, чтоприводит к отключению электромагнита 28 н наложению тормозной колодкина ролик валковой подачи. Торможениезаготовки осуществляется также присрабатывании триггера 22, В этом случае единичный сигнал поступает навторой вход блока 23.Блок 24 определения зоны допускаперемещения (фиг.4) предназначен дляформирования сигнала управления резкой заготовки после того, как выпсдняется условие; ЪБ 6 6 БЗадание величины 6 Б ц производится с помощью тумблерного регистра 49.Код, подаваемый с выхода регистра 49,суммируется с помощью сумматора 47,с кодом поступающим на второй входблока 24, Чем больше код, задаваемыйна регистре 49, тем меньше величина6 Б , Сигнал переполнения на выходеАорсумматора 47 свидетельствует о том,что Б БДопЕсли при появлении сигнала переполнения на выходе сумматора 47ыполняется условиеприсутствует единичный сигнал на выходе контроля дгшифратора 4 и присутствует сигнал на выходе 35.2 формирователя 2 импульсов, то элемент И 48открывается и разрешает срабатываниепривода ножниц 27,Преобразователь код - аналог 25служит цля формирования аналоговогосигчала, ,пропорционального коду счетчика 20 и поступающего далее для усиления на вход усилителя 26.Усилитель 26 имеет, кроме того,вход выключения питания, при подаченакоторый единичного сигнала происходит разрыв цепи питания например,путем использованя реле, размыкающие контакты которого подают питание) что приводит к выключению привода электродвигателя. Привод ножниц 27 служит для перемещения ножевойбалки ножниц вниз- вверх в момснт резки заготовки,После Появления сигнала на выходеблока 24 определения зоны допуска одновибратор 56 формирует сигнал на1 включение катушки 57,1 реле. Замыкающим контактом 57,2 этого релевключается электромагнитная муфта 59,прижимающая диск 53 к маховику 31,постоянно вращающемуся от электродвигателя 52 Верхняя ножевая балка 32.1 начинает опускаться вниз.При этом включается конечный выклю 7 131 чатель 58.1, который своим замыкающим контактом 58.2 удерживает электромагнитную муфту 59 на самоблокировке.После возвращения ножевой балки 32.1 в исходное верхнее) положение (ножевая балка 32.1 возвращается в исходное положение после того, как маховик 51 сделает один оборот) отключаются конечный выключатель 58,1 и электромагнитная муфта 59.Электромагнит 28 предназначен для выполнения операции механического торможения путем наложения тормозной колодки на ролик валковой подачи Конструкция и назначение блоков 29 и 30 аналогичны их использованию в известном устройстве.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии все элементы памяти обнулены (цепи установки в исходное состояние условно не показаны). На тумблерных регистрах 45 и 49 переключатели установлены в положение, соответствующее заданнымторц ,АоКод величины Я подан с выхода блока 1 задания программы на вход схемы 38 сравнения формирователя 2После появления единичного сигнала на шине 40 начинает работать генератор 36. С выхода 36.1 этого генератора импульсы проходят на выход 34 формирователя 2 в количестве, пропорциональном величине Яр.Эти импульсы поступают затем в сумматор 3, который формирует код рассогласования по перемещению, пропорциональный разности числа задающих импульсов и числа импульсов, поступающих с датчика 30 перемещения.Дешифратор 4 определяет участки рассогласования по перемещению, которые должны быть отработаны при различных коэффициентах усиления регулятора, В зависимости от выявленного участка в реверсивный счетчик 20 по каналам сложения и вычитания поступают задающие импульсы и импульсы с датчика 30 с частотой, определенной делителями 5 и 8 (участок О-Я,Фиг,7), 6 и 9 (участок Я-Я ) или 7 и 10 (участок Я -Я ). Эти импульсы поступают далее через элементы И 11, 14, 12 и 15 или И 13, 16 и элементы ИЛИ 18 и 19 соответственно,В результате цифровая информация на выходе реверсивного счетчика 205940 8 отказ, то в счетчик 21 проходит число импульсов, которое превышает его 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 будет кусочно-линейно зависима отцифровой информации на выходЕ сумматора 3; Эта информация подается напреобразователь код - аналог 25 ичерез усилитель 26 поступает наэлектропривод.29,Привод 29 представляет собой последовательно соединенные усилительно-преобразовательный каскад (например, тиристорный преобразователь,электромашинный усилитель, магнитныйусилитель и т.д.) и двигатель постоянного тока, вал которого механически связаны с датчиком 30 и роликом 31.1 валковой машины.Информация с датчика 30 перемещения в виде последовательности импульсов поступает на вычитающий входсумматора 3, который Формирует новыйкод рассогласования по перемещению.После того, как рассогласование.по перемещению ЬЯ становится меньшеЬЯсрабатывает блок 23 механического торможения, который отключаетэлектромагнит 28, в результате чеготормозная колодка прижимается к ролику 31.1 при этом момент сопротив"ления, приведенньп к валу электродвигателя, увеличивается, что приводитк увеличении точности отработки заготовки 33),Затем рассогласование по перемещению продолжает уменьшаться до величины ЬЯ ,после чего срабатывает блок 24 определения зоны допуска,который воздействует на привод 27ножевой балки 32.1, производящийобрезание заготовки.Одновременно с рассмотреннымипроцессами осуществляется контрольисправности цепи обратной связи(Фиг.бб).После того, как устройство войдетв зону контроля, появляется единичный сигнал нз выходе контроля дешифратора 4 и открьвается элемент И 17.Импульсы с выхода 35.1 формирователя 2 поступают на счетный вход счетчика "1,Если датчик работает исправно, тоимпульсы с его выхода периодическиобнуляют счетчик 21 контроля и сиг.нал переполнения не возникает. Если в цепи обратной связи происходит емкость. В результате на выходе счетчика 21 появляется сигнал переполнения, которым устанавливается в еди 9 13159ничноесостояние триггер 22 отказа.Сигнал с выхода триггера 22 приводитк отключению усилителя 2 б и включению блока 23 механического торможения, что приводит к останову электродвигателя, срабатыванию механического тормоза и исключает возможность возникновения аварийной ситуации, которая может привести к порчезаготовки и травматизму обслуживающего персонала в связи с большей скоростью перемещения заготовки,Если средства контроля не срабатывают, топосле обрезания заготовки иустановки схемы в исходное состояние 15блок 1 задания программы инициируеточередной пуск устройства, котороеработает по описанному выше алгоритму,20Формула изобретения1, Цифровое устройство для программного управления по авт, св.Р 1149220, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения и повышения надежности, в него введены блок управления торможением, блок определения зоны допуска перемещения, счетчик контроля, триггер отказа и элемент И, выход "Торможение" дешифратора соединен с первым входом блока управления торможением, выход которого соединен с приводом электромагнита тормозных колодок, выход "Допуск" дешифратора, выход сумматора и третий выход формирователя импульсов соединены соответственно с первым, вторым и с третьим входами блока определения зоны допуска перемещения, выход которого соединен с приводом ножниц, выход "1(онтроль" дешифратора и второй выход формирователя соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика. контроля, выход датчика перемещения подключен к установочному входу счетчика контроля, выход которого соединен с единичнымвходом триггера отказа, выход которого соединен с входом выключения усилителя и с вторым входом блока управления торможением,2. Устройство по п,1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что блок управления торможением содержит элемент ИЛИ-НЕ, транзистор, диод, реле,тумблерный регистр и резистор, причем первый вход блока управления тор.можением через тумблерный регистр ивторой вход этого блока соединены ссоответствующими входами элемента ИЛИ-НЕ, выход которого через резистор соединен с базой транзистора,положительный полюс источника питания транзистора соединен через парал. лельно включенные обмотку, реле и диод, коллектор и эмиттер транзистора с нулевым полюсом источника питания транзистора, положительный полюс источника питания электромагнита через замыкающий контакт реле соединен с выходом блока управления торможением.3, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок определения зоны допуска содержит комбинационный сумматор, элемент И, регистр, причем первый и третий входы блока определения зоны допуска перемещения и выход переполнения комбинационного сумматора соедине-ны соответственно с первым, вторым и третьим входами элемента И, выход которого являетея выходом блока определения зоны зопуска перемещения, второй вход которого и выход тумблер- ного регистра соединены соответственно с первым и с вторым входами комбинационного сумматора.1