Устройство для обнаружения отказов в шаговом электроприводе

СОЮЗ СОВЕТСНИХ,СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 8/00 ГЕНИЯ 7.дй 1. е вод ном СССРпублик СССР опубл СФ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 4371751/24-0701.02.8830.09.89. Бюл. Бф 36Специальное конструкторскон ическое бюро с опытным прои ством при Белорусском государств университете им, В.И. Ленина (72) В.В. Нижников, В.Д. Телегин И.Н. Рудой и В.И. Лакизо(56) Авторское свидетельство 11 1029371, кл. Н 02 Р 8/00, о 15.07.83.Авторское .свидетельство Р 1319227, кл. Н 02 Р 8/00 23,06.87. 801511843 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ОТКАВ В ШАГОВОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к технике управления электрическими машинами, и может быть использовано в системах управления шаговыми двигателями с любым числом фаз в дискретных системахавтоматизированного 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 сравне 151843нця кододз, входы сравнепия которогосоединены с разрядными входами записии выходами кольцевого реверсивногосдвигового регистра 7, причем 1 дазрядные входы записи подключены к фазамшагового двигателя 3, дополнительновведенные одновибратор 8, элементИ 11 элемент ИЛИ-НЕ 12, элемецт 3ИЛИ-НЕ 1 О со стробированием, триггер 6 О и элемент ИЛИ 5. Расширение возможностей устройства обеспечивается благодаря обнаружению отказов в шагоВомэлектроприводе в режиме движения непосредственно после отработки каждого шага и вплоть до подачи следующеготактового импульса, в т.ч, и в режиместоянки, а также при первоначальномвключении электропривода. 2 ил.Изобретение относится к электротехнике, в частцости к технике уддравлед;ия электрическими маяпцдами и может быть использовано в системах уп равлеьддддд шаговыми двигателями с любым числом фаз ь дискретных системах автоматцзиродзанцого эздектротдрддвода.Цель изобретения - расширение эксддздуатацддоддддых ьозможностей гдутем ре гистрациц большего числа дзидов отказов.На фиг,приведена фуцкциоцальная схема устройства для обнаружения отказов в шад.овом электроприводе применительно к четырехфазцому двигателю с симметричной парной коммутацией обмоток; та фиг. 2 - эпюрь напряжении дз узловых точках схемд 1 устдэойствд,Устройство для обнаружения отказов 35 в шаговом э,гдектродддзддводе, снабженном шиддами тактовых ддиддулдсов ( Тьдкт )/,включения двигателя (Бкл . ШД" ) и р евер саподключенными к входам фо дзми" рователя 1 уддравздющддх импульсов выходы которого через коммутатор 2 связацы с соответствующими фазами шагового двигателя 3, содержит блок 4 синхронизации и элемент ИЛИ 5, входы которых объедиддедды попарно и ддодклдоченьд,5 соответственно к шцце тактовых дгдпульсов и шипе включения двигателя, выход элемента ИЛИ 5 и второй выход блока 4 синхронизации соединены с установочными входами триггера 6, а первьй выход блока А синхронизации подключен к входу сдвига (С) кольцевого реверсиьцого сдвигового регистра 7, вход разрешения записи которого (Е) через Одновибратор 8 соединец с шиной Белю-чения,цвцгателя, вход реверса (+1) регистра 7 подключен к шине реверса, разрядные входы записи (1 д) соединены с азами шагового дьигателя 3 и входами сравнения Л элемента 9 сравнения кодов, а выходы регистра 7 подключены к входам сравнения В элемента 9 сравнения кодов, выход которого соединен с первым входом элемента ЗИЛИ-НЕ 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 1 и элемента ИЛИ-НЕ 12, входы которых подключены к фазам шагового двигателя 3,Устройство работает следующим образом.Прдд включении устройства и шагового электропривода в момент време- пи Т (фиг. 2) на шине включения двигателя (диаграмма 13) устанавливается низкий потенциал, который блокирует формирователь 1 управляющих импульсов, 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 вьдддолнен, например, на микросхеме К 155 ЛИ 1, на вхоц Я-триггера 6 и устанавливает триггер в нулевое состояние (диаграмма 14), при этом сигнал низкого уровня с выхода триггера 6, поступающийна вход стробирования элемента ЗИЛИ-НЕ 1 О, который может быть выполнен, например, на одном элементе мик росхемы К 155 ЛЕЗ, блокирует этот эле" мент, обуславливая сигнал высокого уровня на его выходе (диаграмма 15) и препятствуя при этом прохождению через этот элемент сигнала высокого уровня с выхода элемента И 1 П 1-НЕ 12, обусловленного наличием сигналов низкого уровня на всех его входах благо 158431 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 даря обесточенному состоянию шагового двигателя 3.В момент времени Т 2 (фиг. 2) на шину включения двигателя подается потенциальный сигнал высокого уровня, снимающий блокировку с формирователя 1 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 ( - фаза шагового двигателя включена, 0 - обесточена). По перепаду сигнала на шине включения двигателя (переходу из "Ов в ) в момент времени Т 2 запускаются одновибратор 8 и блок 4 синхронизации, который может быть выполнен, например, на двух последовательно соединенных одновибраторах и элементе задержки. Одновибратор 8 вырабатывает при этом (диаграмма 16) отрицательныи 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 нагового двигателя. По окончании этого импульса, т.е. по переходу из пОв в "1", 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 О при этом заблокирован сигналом низкого уровня, поступающим на его вход стробирования с выхода триггер 6, Снятие строба,т.е. деблокировапие элемента ЗИЛИ-НЕ 10происходит в момент времени Т 4 благо-даря установке триггера 6 в единичноесостояние по отрицательному импульсу (диаграмма 19), поступающему на П-вход триггера с второго выхода блока 4 синхронизации, который формирует данный импульс по перепаду сигнала (в момент времени ТЗ) на своем первом выходе с некоторой временной задержкой, необходимой для завершения переходных процессов в регистре 7 при записи или сдвиге данных и в элементе 9 сравнения кодов.Наличие сигналов низкого уровня на всех трех входах элемента ЗИЛИНЕ 1 О после снятия строба в момент времени Т 4 обуславливает сохранение сигнала высокого уровня на выходе эле. мента ЗИЛИ-НЕ 10, т,е, на выходе устройства, и подтверждает отсутствие отказа в работе шагового двигателя после его первоначальной установки вплоть до подачи тактового импульса в момент времени Т 5 (диаграмма 20).,Отрицательный тактовый импульс проходит при этом через элемент ИЛИ 5 и обуславливает установку в нулевое состояние триггера 6, сигнал с выхода которого блокирует элементЗИЛИ-НЕ 10. По окончании тактовогоимпульса, т.е. по его переходу из "0" в "1", на выходе формирователя появляется кодовая комбинация, сдвинутая на один шаг вправо или влево (в зависимости от уровня потенциального сигнала на шине реверса), Поступая на коммутатор 2, эта комбинация (0110 или 1001) обуславлйвает соответствующее изменение его состоянияи переключение обмоток шагового двигателя 3, отрабатывающего при этом шаг в туили 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 "0 в "1." в момент времени Т 6 запускается блок 4 синхронизации и отрицательный импульс, поступающий с его первого выхода на вход сдвига регистра 7, обуславливает в момент времени Т 7 (по переходу из "0" в "1") сдвиг записанной в регистре 7 кодовой комбинации в направлении, определяемом уровнем сигнала на шине реверса, Кодовые комбинации на входах сравнения А и Вэлемента 9 при этом стаовятся равными, и на выходе элемента 9 восстанавливается сигнал низкого уровня, подтверждающий отработку шага приводом.5И момент времени Т 8 блокировка элемента ЗИЛИ-НЕ 10 снимаетея отрицательным импульсом, поступающим с второговыхода блока 4 синхронизации на входустановки триггера 6 в единичное состояние, и при наличии сигналов низкого уровня на втором и третьем входах элемента ЗИЛИ-НЕ 10 на выходе его,сохраняется сигнал высокого уровня,т.е. сигнал отсутствия отказа в работе шагового двигателя после отработкишага. Прп поступлении нового тактового импульса в момент времени Т 9 описанный цикл повторяется.При отсутствии тактовых импульсов, 20,т,е. работе шагового двигателя в режиме стоянки с включенными обмотками,возникновение неисправности в любомиз элементов шагового электропривода,например оорыв или короткое замыкание 25одной из включешых обмоток двигателя 3 или замыкание невключенной обмотки а шину питания, а также любоеизменение кодовой комбинации на выходе формирователяуправляющих импульсов либо на выходе коммутатора 2,обуславливающее изменение кодовой комбинации на входе А элемента 9 сравнения кодов, приводит к появлению сигнала высокого уровня на первом входеэлемента ЗИЛИ-НЕ 10 и, следовательно,35сигнала низкого уровня, т.е. сигналаотказа, на выходе устройства, которыйможет быть использован для аварийнойс;гнализации, отключения электропривода, снятия тактовой частоты и т,п.При возникновении любой из указанных неисправностей в процессе отработки шага, обуславливающей неравенство кодовых комбинаций на входахсравнения А и В элемента 9 сравнениякодов (в том числе из-за пропуска шагов), на выходе элемента ЗИЛИ-НЕ 1 Опосле снятия строба, т,е, установкитриггера 6 в единичное состояние,также появляется сигнал отказа.Если после поступления тактовогоимпульса в момент времени Т 11, отработки шага в момент времени Т 12,сдвига информации в регистре в моментвремени Т 13 и снятия строба в моментвремени Т 14 спустя некоторый промежуток в момент времени Т 15 происходитзамылание всех выходов коммутатора 2,т,е. всех сбмоток шагового двигателя 3 на шину питания, либо сбой в формирователе 1, также обуславливающий кодовую комбинацию 1111 на фазах шагового двигателя 3, то на выходе элемента И 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 коммутатора 2, т,е. всех обмоток шагового двигателя 3 на шину питания, происходит при включении электропривода, то на выходе элемента 9 сравнения кодов постоянно поддерживается сигнал низкого уровня, но аварийное состояние электропривода фиксируется благодаря появлению сигнала высокого уровня на выходе элемента И 11, обуславливающего после снятия строба появление сигнала отказа на выходе устройства.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 1, когда при сигнале высокого уровня на шине включения двигателя на выходах формирователя появляется кодовая комбинация 0000. Пусть, например, после включения устройства и шагового электропривода в момент времени Т 16 и последующей подачи в момент времени Т 17 сигнала включения двигателя в исходное состояние все фазы двигателя остались обесточенными, что подтверждается сохранением сигнала высокого уровня на выходе элемента ИЛИ-НЕ 12. После снятия строба в момент времени Т 18 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 еди. ничных шагов, в режиме стоянки шаго2 ТФ тб тв Фиг Составитель В. Алфимов едактор А, Огар Техред М.Дкдык Корректор О. Кравцова10/56 Тираж 551 Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб., д. 4/5 акаэНИИПИ роизводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,9 151184 вого двигателя с включенными обмотками, а также фиксируя нештатное обесточивание обмоток шагового двигателя вследствие их обрыва, закорачивания, исчезновения силового питания двигателя либо сбоя в формирователе управляющих импульсов. формула изобретения Устройство для обнаружения отказов в шаговом электроприводе, снабженном 1шинами 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 20 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,входы которого подключены к шинамтактовых импульсов и включения двигателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью расширения эксплуатационных возможностей путем регистрациибольшего числа видов отказов, в неговведены 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 одновибраторь, выход которого подключен квходу разрешения записи кольцевогореверсивного сдвигового регистра, выход элемента ИЛИ соединен с одним иэустановочных входов триггера, другойустановочный вход которого связан свторым выходом блока синхронизации,выход триггера соединен с входом стробирования элемента ЗИЛИ-НЕ, входы ко-.торого связаны с выходом элементасравнения кодов и выходами элементаИ и элемента ИЛИ-НЕ, входы которыхсоединены с выходами коммутатора фаз.