Устройство для управления шаговым двигателем

(51) 5 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТЕЛЬСТВУ я ьазаговым У ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР(71) Специальное ко структорско-технологическое бюро с опытным производством прп Белорусском государственномуниверситете им. В,И,Ленина(56) Авторское свидетельство СССРВ 1439731, кл. Н 02 Р 8/00, опублик.1988.Авторское свидетельство СССРй 1527703, кл. Н 02 Р 8/00, 1988,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ У 11 РАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использованопри создании электропривода повышенной надежности для объекта с ограниченным диапазоном перемещения. Цельизобретения состоит в повышении наИзобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано при создании диск ретного электропривода повьппенной надежности для объекта с ограниченным диапазоном перемещения.Цель изобретения состоит в повышении надежности путем сокращени времени обнаружения отказа,На чертеже приведена функционал ная схема устройства для управления шаговым двигателем.Устройство для управления ш двигателем содержит тактовую шин 1 нЯО 1644353 дежности путем сокращения времениобнаружения отказов. Устройство обеспечивает оперативньп контроль ограничиваюпдх диапазон перемещения элементов не только в режиме движения,но и во время стоянки шагового двигателя,.причем время контроля в сравпении с известным решением сокращеновдвое. Устройство содержит первый 5ц второй б элементы равнозначности,элемент 7 неравнозначности, элементЗИЗД 1-НЕ со стробированием 8 и триг 1 ер 11. Изменение уровня сигнала наинформационном выходе датчика 4 предельных положений подвижной частипри входе ее в зону датчика либопри сбое датчика, в т.ч. в режиместоянки, анализируется устройствомс подтверждением штатного режимаработы либо с выдачей сигнала аварии и блокировкой привода в случаесбойной ситуации, 1 ил. шину 2 направления, ппну 3 разрешения, датчик 4 предельных положений подвижной части, первый 5 и второй 6 элементы равнозначности, элемент неравнозначности 7, элемент ЗИЛИ-. НЕ со.стробированием 8, счетчик 9, эле-. мент И 10, триггер 11, элемент ИЛИ 12 и блок 13 управления, состоящий из элемента НЕ 14, первого 15 и второго 16 элементов ЗИ-НЕ, распре делителя 17 импульсов, управляющий вход которого подключен к шине 3 р решения, входы направления связаны . с выходами первого 15 и второго 1610 элементов ЗИ-НЕ, первые входы которых являются входами блокировки и подключены к управляющим выходам датчика 4 предельных положений подвижной части, второй вход второго эле мента ЗИ-НЕ 16 посредством элемента НЕ 14 и второй вход первого элемента ЗИ-НЕ 15 соединены с шиной 2 направления, третьи входы первого 15 и второго 16 элементов ЗИ-НЕ объединены, являясь тактовым входом блока 13 управления, и подключены к выходу элемента И 10, первый вход которого соединен с тактовой шиной 1, второй вход подключен к выходу счетчика 9, третий вход связан с выходом элемента ИЛИ 1,2, первый вход которого объединен с тактовым входом триггера 11 и подключен к шине 3 разрешения, второй вход соединен с инверсным выходом триггера 11, информационный вход которого подключен к информационному выходу датчика 4 предельных положений подвижной части и объединен с входом стробировация элемента ЗИЛИ-НЕ 8, выход которого подключен к входу установки нуля счетчика 9, а входы соедицены с выходами первого 5, второго 6 элементов равнозначности и элемента церавнозцачцости 7 первый вход которого объединен с первым входом первого элемента равнозначности 5 и подключен к шине 2 направления, второй вход связан с первым входом второго элемента равнозначности 6 и соединен с первым управляющим выходом датчика 4 предельных положений подвижной части, второй управляющий выход которого подключен к вторым входам первого 5 и второго 6 элементов равнозначности.Устройство работает следующим образом.При включении устройства в случае, когда подвижная часть управляемого объекта не цаходится в одном из предельных положений, при отсутствии сбоя в датчике 4 предельных положений подвижной части на его управляющих выходах устанавливаются потенциальные сигналы высокого уровня, в то время как ца информационном выходе датчика 4 присутствует потенциальный сигнал низкого уровня, поступающий ца вход стробировация элемента ЗИЛИ-НЕ 8 и блокирующий этот элемент, обусловливая сигнал высокого уровня ца его выходе. 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Сигнал высокого уровня с выходаэлемента ЗИЛИ-НЕ поступает на входустановки нуля счетчика 9, обеспечивая его сброс, при котором на выходесчетчика 9 и тем самым на второмвходе элемента И 10 устанавливаетсяразрешающий сигнал высокого уровня.При подаче разрешающего потенциального сигнала высокого уровня на шину3 разрешения распределитель 13 импульсов устанавливается в исходноесостояние, обеспечивая начальноевключение обмоток шагового двигателя. Одновременно сигнал высокогоуровня с шины 3 через элемент ИЛИ.12подается на третий вход элементаИ 10.,На втором и третьем входах элемента И 10 присутствуют, таким образом, потенциальные сигналы высокого,уровня, не препятствующие прохождению положительных тактовых импульсов,поступающих на его первый вход с тактовой шины 1, в распределитель 13импульсов через один из .элементовЗИ-НЕ 15, 16, на первых входах которых присутствуют разрешающие сигналывысокого уровня, снимаемые с управляющих выходов датчика 4 предельныхположений подвижной части, По вторымвходам один из этих элементов блокируется сигналом с шины 2 направления,с помощью которого задается напраапение вращения шагового двигателя итем самым перемещение подвижной части управляемого объекта в ту илииную сторону, Пусть, к примеру, привысоком уровне сигнала на шине 2 направления и открытом первом элементеЗИ-НЕ 15 движение подвижной частипроисходит в сторону предельного положения, контролируемого по второмууправляющему выходу датчика 4,При входе в зону датчика 4 предельных положений на информационномвыходе датчика появляется сигнал высокого уровня, деблокирующий элементЗИЛИ-НЕ 8. На соответствующем выходедатчика 4 сигнал высокого уровняпри штатной работе будет поддерживаться вплоть до срабатывания чувствительного элемента датчика, отслеживающего заданное предельное положение (в качестве чувствительных элементов датчика могут, быть использованы, к примеру, концевые выключатели,при этом прн входе в зону датчикапереключающий контакт начинает отходить от размыкающего контакта и сме 1644353 610 15 При достижении предельного положения и изменении сигнала на втором управляющем выходе датчика 4 на первых и вторых входах первого 5 и второго б элементов равнозначности присутствуют сигналы разных уровней (при высоком уровне сигнала на шине 2 направления), а на входы элемента неравнозначности подаются сигналы высокого, т.е. одинакового уровня.С выходов элементов. 5, 6 и 7 тем самым снимаются сигналы низкого уровня,В что обусловливает подачу сигнала высокого уровня на вход установки нуля счетчика 9 и обнуление последнего,щается к замыкающему контакту, входя с последним в соприкосновение придостижении предельного положения,подтверждаемого изменением сигналана управляющем выходе датчика)При снятии строба, но поддерживании сигналов высокого уровня на управляющих выходах датчика 4, на входах второго элемента равнозначности6 (равно как и на входах первого элемента равнозначности 5 при высокомуровне сигнала на шине 2 направления)присутствуют сигналы высокого уровня.Тем самым с выходов этих элементовснимаются сигналы высокого уровняи на вход установки нуля счетчика 9поступает сигнал низкого уровня.Счетчик 9, начиная с момента вхожде ния подвижной части в зойу датчика 4,отсчитывает тактовые импульсы, подаваемые на его счетный вход с выхода. элемента И 10После поступления определенного числа тактовых импульСов,необходимых для "наезда" подвижнойчасти на чувствительный элемент датчика, произойдет срабатывание датчика и установление сигнала низкогоуровня на соответствующем (втором)управляющем выходе. Сигнал низкогоуровня с управляющего выхода датчиказаблокирует дальнейшее прохождениетактовых импульсов через первый элемент ЗИ-НЕ 15 на распределитель 17импульсов. Счетчик 9 при этом отсчитал число тактовых импульсов, необходимое для штатной отработки подвижной частью зоны датчика 4 предельных положений, т.е, для "наезда"подвижной части управляемого объектана чувствительный элемент датчика 4,причем это число на .2-3 импульсаменьше числа, декодируемого на выхо, де счетчика 9,20 25 30 35 40 45 50 55 Подвижная часть управляемого объекта заблокирована при этом в предельном положении вплоть до разрешения движения путем изменения уровня сигнала на шине 2 направлепя. Приподаче сигнала низкого уровня на нину 2 тактовые импульсы проходят на второй вход направления распределителя 17 импульсов через второй элемент ЗИ-НЕ 16, и подвижная часть начинает "выезжать" из зоны датчика 4 предельных положений. С изменением уровня сигнала на шине 2 изменяется и уровень выходного сигнала элемента неравнозначности 7 и равнозначности 5, что ведет к появлению сигнала низкого уровня на входе установки нуля счетчика 9 и разрешению счета. Счетчик 9 вновь начнетотсчитывать тактовые импульсы, ноуже необходимые для "выезда" подвижной части из зоны датчика 4 предельных положений, причем число этих импульсов, как правило, равно количеству импульсов, требуемых для "въезда"подвижной части в предельное положение. При штатной отработке зоны датчика 4 предельных положений и выходеподвижной .части управляемого объектаиз зоны на соответствующем управляющем выходе датчика восстакавливаетсяесигнал высокого уровня, после чегос некоторой задержкой на информационном выходе датчика 4 появляетсясигнал низкого уровня, блокирующийэлемент ЗИЛИ-НЕ 8 и обеспечивающийсброс счетчика 9 в исходное (нулевое) состояние. При достижении второго из предельных положений подвижнойчасти отработка эоны датчика 4 выполняется аналогично, т.е. начинаетсясо снятия строба по сигналу с информационного выхода датчика .4 с последующим пересчетом перемещения в зоне,вплоть до достижения предельногоположения с обнулением счетчрка вэтом положении, и остановом подвижнойчасти в предельном положении до разрушения движения в обратном направлении. После подачи сигнала реверсапроисходит выезд подвижной части иззоны датчика с повторным пересчетомсоответствующего перемещения, заканчивающийся восстановлением сигналавысокого уровня на управляющем выходе датчика и последующем выставлениемстроба по сигналу с информационноговыхода датчика,При любом отклонении от штатногорежима работы в датчике 4 предельныхположений, которое может быт вызвано поломкой датчика, замыканием либо обрывом лддций связи чувствительных элементов датчика, срабатыванием одного из чувствтельпд элементов лрц перемещении подвижной части в противоположном напрядзлении, одновременным срабатыванием ободх чувствительных элементов с появлением сигцаздов низкого уродзця на обоих управляюэдддх выходах датчика 4 и которое в любом случае сопровождается снятием строба ло сигналу с информационного выхода датчика 4 и выдачей сигнала15 рязрепдеция счета ца счетчик 9, последний начиняет отсчитывать тактовые импульсы, поступающие на счетный вход счетчика 9 с вьдхода элемента И 10, По достижении числа, декодируемого ца выходе счетчика и ддз.2-э им 20 пульса превьппающего число необходимых для отработки зоны ддпульсов, уродзень выходного сигцяля счетчика 9 становтся низким и блокирует про хождение тактовых импульсов через элемент И 10 кяк на тактовый вход блока 13 управления, тяк и на счетный вход счетчика 9, обусловливая . тем сядддп останов шагового двигате 30 ляпричем блокировка движения может быть снята только после устранения цеиспрявности. Сигнал низкого уровя, возникающий прц сбое датчика 4 на выходе счетчика 9, дополнительно может быть ислользодзац для дддддддкацдддд 35 аварийной ситуации. В случае сбоя датчика 4 с появлением сигналов низкого уровня ля его обоих управляющих вЫходах движение подвижной части блокируется сразу элементами ЗИЕ 15, 40 и 1 б, я подтверждающий аварийную ситуацию сигнал выдается устройством после пересчета минимально необходимого количества тактовых импульсов, ця 2-3 импульса превышающего число 45 импульсов, требуемых для штатной отработки зоны датчика 4, При сбое датчика 4, приведшем к появлению сигналя низкого уровня ця,одном управляющем выходе, блокирующем, к при в 50 меру, выполняемое в дадом цапрявлеции перемещение поцдзижной части, сигнал аварии также будет ьыдан после пересчета минцмальцо необходимого количества тактоьых импульсов. При изменении направления движения в момент описанного сбоя датчика 4, равно как и при появлении сигнала низкого уровня ца управляющем выходе датчика 4, блокирующем противоположное направление. по отношению к о рабатывяемому, аварийная блокировка произойдет после перемещения подвижной части ца величину, несколько превышающую размер зоны датчика 4 предельных положений (к примеру, при подаче сигнала низкого уровня на шину 2 направления и перемещедддддд подвижной части в направлении, отслеживаемом по первому управляющему выходу датчика 4 сбой датчика 4 по второму его управляющему выходу приведет к снятию строба и разрешению счета, так кяк на входах первого элемента равнозначности 5 будут присутствовать сигналы одинакового низкого уровня).При останове подвижной части управляемого объекта вце зоны датчика 4 предельных положений путем подачи сигнала низкого уровня на шидду.З разрешения перепадом этого сигнала из "1" в "0" в триггер 11 перепишется (в штатном режиме работы датчика 4) сигнал низкого уровя с идддормационного выхода датчика. Сигнал высокого уровня, снимаемый при э гом с инверсного выхода триггера 11, ддоступает через элемент ИЛИ 12 ня третий вход элемецта И 10 и оазрешает дальнейшее прохождение тактовых импульсов через этот элемент на счетньй вход счетчика 9, Любая из описанных сбойных ситуаций в датчике 4 предельных положений также приводит к снятию строба и фиксируется в режиме стоянки через промежуток временинесколько превышающий (приодной и той же частоте следованиятактовых импульсов) интервал времедддд, в течение которого происходитотработка зоны датчддкя 4 в одномнапрядзледддддд. 7 ем самьпд возможный припоследующем разрешении движения.аварийный режим работы предотвращается непоср едственцо в р ежиме стоянки.При останове подвижной части в зоне датчика 4, к примеру, до достижеция предельного положения происходит бддокировкя элемента И 10 на все время останова. После подачи сигнала вьдсокого уровня дда шину 3 разрешения запрет на прохождение тактовых импульсов через элемент И 10 снимается и движение подвижной части возобновляется в прежнем направле" нии с последующим осталовом в предельном положении прц штатной работедатчика 4 либо - цри сбое датчика4 - с поддержанием режима счета вплоть до декодирования на выходе счетчика 9 заданного числа и выдачи сигнала аварии с блокировкой движения. нВыбег" подвижной части управляемого объекта за предельное положение не превышает в данном случае перемещения, отрабатываемого подвижной частью при подаче 2-.3 тактовых импульсов, и значительно уступает размерам самой зоны датчика 4 предельных положений,Таким. образом, устройство обеспечивает более высокую эксплуатационную надежность благодаря сокращению времени обнаружения отказа датчика предельных положений объекта пример-. но вдвое по сравнению с прототипом (при одной и той же частоте тактовых импульсов 1, что позволило не только повысить оперативность диагностики шагового электропривода в целом, но и примерно вдвое уменьшить емкость счетчика, с помощью которого просчитывается перемещение подвижной части в зоне датчика предельных положений и обнаруживается сбойная ситуация. Благодаря раздельному пересчету перемещений подвижной части при входе в зону датчика предельных положений и выходе из нее существенно снижены вероятность и размер "выбега" подвижной части за предельное положение в случае сбоя датчика. При,отказе датчика предельных положений в режиме стоянки двигатепя устройство фиксирует сбойную ситуацию в минимально необходимый промежуток времени и блокирует шаговый злектропривод, предотвращая тем самым аварийный режим работы при разрешении движения. 30 Формула изобретенияУстройство для управления шаговым 45 ДВигателем, содержащее датчик предельных положений подвижной части,элемент И, счетчйк, элемент ИЛИ и блок управления, входы блокирс вки которого подключены к управляющим выходам датчика предельных положений подвижной части, разрешающий вход и вход направления соединены с соответствующими шинами, тактовый вход подключен к выходу элемента И, первый вход которого соединен с тактовой шиной устройства, второй вход подключен к выходу счетчика, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем более раннего обнаружения отказов, в него введены первый и второй элементы равнозначности, элемент неравнозначности, элемент ЗИЛИ-НЕ со стробированием и триггер, тактовый вход которого объединен с первым входом элемента ИЛИ и подключен к шинеразрешения, выход триггера связан с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему входу элемента И, связанного своим выходом со счетным входом счетчика, вход установки нуля которого подключен к выходу элемента ЗИЛИ-НЕ со стробированием, вход стробирования которого объединен с информационным входом триггера и подключен к информационному выходу датчика предельных положений подвижной части, входы элемента ЗИЛИ-НЕ со стробированием соединены с выходами первого и второго элементов равнозначности и элемента неравнозначности, первый вход которого объединен с первым входом первого элемента равнозначности и подключен к шине направления, второй вход связан с первым входом второго элемента равнозначности и соединен с одним из управляющих выходов датчика предельных положений подвижной части, второй управляющий выход которого подключен к вторым входам первого и второго элементов равнозначности.,Стенина Техред И,Дидык Корректор 11 алец акто В гарина, 10 н ИПроизводственно-издательский комбинат Патент , г. Ужгород,каз 1467 Тираж. 356 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5