Устройство для управления шаговым двигателем

.Я 21 б 77844 А 1 02 Р 8/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ АВТ ниченным диапазоном перемещения. Цель изобретения состоит в повышении скорости выдачи сигнала о неисправности, Лишь в двух из тринадцати возможных аварийных ситуациях, не отличающихся в начальный момент по своей сути от штатных ситуаций, выдача сигнала аварии с блокировкой движения выполняется с минимально необходимой задержкой, В остальных одиннадцати сбойных ситуациях устройство выдает сигнал аварии и блокирует движение объекта сразу же после возникновения сбоя. Для этого датчик 4 предельных положений подвижной части содержит контрольный выход, сигнал аварии на котором появляется благодаря новому исполнению.Нижник датчика при любом отклонении сочетания сигналов на линиях связи концевых выключателей 19 и 20 от штатных сочетаний. 1 з,п. флы,2 ил. ну 2 разрешения движения, ши са, датчик 4 предельных положе ной части, элемент И 5, счетчик 7 аварийного состояния и бло ния, вход направления которог к шине 3 реверса, входы блоки нены с управляющими выходам предельных положений подви тактовый вход подключен к вых та И 5, первый вход которого тактовой шиной 1 устройства. объединен с первым входом и аварийного состояния и связа счетчика 6, третий вход объедин входом индикатора 7 аварийно и подключен к контрольному вь ка 4 предельных положений по ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством при Белорусском государственном университете им. В,И.Ленина(56) Авторское свидетельство СССР М 1439731, кл. Н 02 Р 8/00, опубл. 23.11.88.Авторское свидетельство СССР М 1527703, кл. Н 02 Р 8/00, 1988.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании дискретного электропривода с быстродействующей системой защиты объекта с ограИзобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано при создании дискретного элек-. топривода с быстродействующей системой защиты объекта с ограниченным диапазоном перемещения,Цель изобретения состоит в повышении скорости выдачи сигнала о неисправности,На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для управления шаговым двигателем; на фиг. 2 - эпюры напряжений в узловых точках схемы на выходах элементов, позиционное обозначение которых указано в скобах рядом с порядковым номером каждой эпюры напряжений,Устройство для управления шаговым двигателем содержит тактовую шину 1, шину 3 реверний подвиж, индикатор к 8 управлео подключен ровки соедии датчика 4 жной части, оду элеменсоединен с второй вход ндикатора 7 н с выходом ен с вторым го состояния ходу датчидвижной ча 16778445 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сти. четвертый вход связан с шиной 2 разрешения движения, а выход элемента И 5 подключен к счетному входу счетчика 6, вход установки в нулевое состояние которого соединен с информационным выходом датчика 4 предельных положений подвижной части, включающего в себе первый 9 и второй 10 инверторы, первый 11, второй 12, третий 13, четвертый 14 и пятый 15 элементы 3 И-НЕ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, первый 17 и второй 18 триггеры, установочные входы которых через концевые выключатели 19 и 20 подключены к шине нулевого потенциала и через резисторы 21, 22, 23, 24 связаны с шиной питания, выходы триггеров 17 и 18 являются управляющими выходами датчика 4 предельных положений подвижной части, первые входы первого 11 и второго 12 элементов 3 И-НЕ подключен к выходу первого инвертора 9, вход которого связан с первыми входами третьего элемента 3 И-НЕ 13, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 и подключен к входу установки в единичное состояние первого триггера 17,вход установки в нулевое состояние которого объединен с вторыми входами первого 11 и второго 12 элементов 3 И-НЕ и связан с первым входом четвертого элемента 3 И-НЕ 14, выход которого является информационным выходом датчика 4 предельных положений подвижной части, второй вход подключен к входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, второй вход которого объединен с входом установки в единичное состояние второго триггера 18, третьим входом первого элемента 3 И-НЕ 11 и через второй инвертор 10 связан с вторым входом третьего элемента 3 И-НЕ 13, третий вход которого объединен с третьими входами второго 12 и четвертого 14 элементов 3 И-НЕ и связан с входом установки в нулевое состояние второго триггера 18, выходы первого 11, второго 12 и третьего 13 элементов 3 И-НЕ подключены к входам пятого элемента 3 И-НЕ 15, выход которого является контрольным выходом датчика 4 предельных положений подвижной части,Устройство работает следующим образом.Пусть в исходный момент времени Т 1 при включении устройства подвижная часть управляемого объекта находится в промежуточном положении вне зон, контролируемых концевыми выключателями 19 и 20, Выключатели 19 и 20 при этом не нажаты и по включению устройства первый 17(зпюра 25) и второй 18 (зпюра 26) триггеры устанавливаются в единичное состояние благодаря подаче сигнала низкого уровня через размыкающие контакты концевых выключателей 19 и 20 на Я-входы триггеров 17 и 18. При выходах первого 11 (эпюра 27) и третьего 13 (эпюра 28) элементов 3 И-НЕ в данном случае устанавливается логическая единица (нулевой уровень на третьем входе первого 11 и первом входе третьего 13 элементов 3 И-НЕ), в то время как на выходе второго элемента 3 И-НЕ 12 (эпюра 29) присутствует сигнал низкого уровня, так как на все входы этого элемента, с учетом инверсии сигнала на элементе 9, подаются сигналы высокого уровня (логические единицы). Тем самым с выхода пятого элемента 3 И-НЕ 15, т,е, с контрольного выхода датчика 4 предельных положений подвижной части, на вход индикатора 7 и третий вход элемента И 5 поступает сигнал высокого уровня (зпюра 30), подтверждающий отсутствие аварийного состояния датчика 4 и снимающий .блокировку с элемента И 5 по его третьему входу.На выходах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 при включении устройства в названных условиях присутствуют сигналы одинакового (низкого) уровня, обуславливающие сигнал низкого уровня на втором входе четвертого элемента 3 И-НЕ 14. С выхода этого элемента. используемого в качестве информационного выхода датчика 4, на вход установки в нулевое состояние счетчика 6 поступает сигнал высокого уровня (эпюра 31), обеспечивая сброс счетчика б. На выходе счетчика б (эп юра 32) и соответственно на втором входе элемента И 5 устанавливается сигнал высокого уровня.Таким образом, при включении устройства в укаэанных условиях и при исправном состоянии концевых выключателей 19, 20 и их линий связи с устройством на управляющих, информационном и контрольном выходах датчика 4 предельных положений подвижной части устанавливаются разрешающие потенциальные сигналы высокого уровня, При подаче в момент времени Т 2 сигнала высокого уровня на шину 2 разрешения движения (эпюра 33) и соответственно на четвертый вход элемента И 5 тактовые импульсы с тактовой шины 1(эпюра 34) проходят на выход элемента И 5 (эпюра 35) и поступают на тактовый вход блока 8 управления, на выходах которого при этом формируется заданная последовательность управляющих сигналов, обеспечивающая вращение шагового двигателя, причем направление вращения определяется уровнем потенциального сигнала на шине 3. Если при высоком уровне сигнал на шине 3 движение подвижной части происходит в сторону предельного положения, контролируемого концевым выключателем 19, то при достижении предельного положе 16778445 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ния в момент времени Тз переключающий контакт концевого выключателя 19 начинает отходить от размыкающего контакта с некоторым дребезгом, обуславливающим соответствующие перепады сигналов на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 и втором входе четвертого элемента 3 И-НЕ 14, на первом и третьем входах которого присутствуют сигналы высокого уровня. Дребезг переключающего контакта повторяется таким образом на выходе четвертого элемента 3 И-НЕ 14 (эпюра 31), т.е, на информационном выходе датчика 4, обуславливая периодическое включение счетчика 6 с возможным просчетом тактового импульса и последующим сбросом счетчика в исходное нулевое состояние. Н контрольном выходе датчика 4 (эпюра 30) при этом продолжает сохраняться сигнал высокого уровня, обеспечиваемый во время дребезга поочередным поддержанием сигнала низкого уровня на выходе второго 12 (эпюра 29) или третьего 13 (эпюра 28) элементов 3 ИНЕ. При поступлении следующих тактовых импульсов происходит дальнейшее смещение подвижной части объекта и толкателя концевого выключателя 19, обуславливающее прекращение дребезга и окончательный отрыв переключающего контакта к моменту времени Т 4. На входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 вплоть до соприкосновения переключающего контакта с замыкающим присутствуют сигналы разных уровней, обуславливающие сигнал высокого уровня на выходе этого элемента и соответственно на втором входе четвертого элемента ЗИ-НЕ 14, на первом входе которого во время переброса переключащего контакта также поддерживается сигнал высокого уровня, равно как и на третьем входе этого элемента при штатном состоянии концевого выключателя 20, контролирующего противоположное предельное положение. На вход установки нуля счетчика 6 во время переброса контакта с выхода элемента 14 (эпюра 21) подается сигнал низкого уровня, разрешающий счет, и счетчик 6 начинает отсчитыватьтактовые импульсы. После подачи определенного числа тактовых импульсов, требуемых для отработки зоны концевого выключателя 19, переключающий контакт в момент времени Ть войдет в соприкосновение с замыкающим контактом и обусловит переброс первого. триггера 17 в нулевое состояние (эпюра 25).Сигнал низкого уровня с выхода этого триггера, поступая на соответствующий вход блокировки элемента 8, заблокирует дальнейшее перемещение подвижной части объекта в данном направлении, Счетчик 6 при этом отсчитал число тактовых импульсов, необходимое для штатной отработки зоны концевого выключателя 19, т,е, для "наезда" подвижной части управляемого объекта на выключатель, причем это число на 2-3 импульса меньше числа, декодируемого на выходе счетчика, При первом же касании переключающего контакта с замыкающим в момент времени Тб на первом входе четвертого элемента 3 И-НЕ 14 появляется сигнал низкого уровня, обуславливающий сброс счетчика 6 и поддержание на его выходе сигнала высокого уровня (эпюра 32).На контрольном выходе датчика 4 при исправном втором концевом выключателе 20 и штатной отработке эоны первого выключателя 19 также поддерживается сигнал высокого уровня (эпюра 30), так как на выходе третьего элемента ЗИ-НЕ 13 (эпюра 28) присутствует сигнал низкого уровня благодаря наличию сигналов высокого уровня на всех входах этого элемента,При последующем изменении направления движения (к примеру, в момент времени Тб) путем подачи сигнала низкого уровня на шину 3 подвижная часть выезжает из зоны концевого выключателя 19 с пересчетом последней и дребезгом контактов аналогично вышеописанному, но с установкой первого триггера 17 в единичное состояние в момент времени Тт(эпюра 25), Если после выходе из зоны концевого выключателя 19 в момент времени Тв и далее направление движения не меняется, то подвижная часть при дальнейшем своем перемещении достигает, например, в момент времени Тд зоны, контролируемой концевым выключателем 20, с последующим пецебросом второго триггера 18 (эпюра 26, момент времени То) в нулевое состояние, При штатной отработке зоны концевого выключателя 20 и исправном состоянии концевого выключателя 19 сигнал отсутствия аварии на контрольном выходе датчика 4, т.е, сигнал высокого уровня на выходе элемента 15 обеспечивается, в том числе поочередно сигналами, низкого уровня на выходах второго 12 (эпюра 29) и первого 11 (эпюра 27) элементов 3 И-НЕ, в то время как сама зона просчитывается счетчиком 6 раздельно в прямом и обратном направлениях также, как и в случае первого предельного положения.В общем случае сигнал отсутствия аварии на контрольном выходе датчика 4 поддерживается только при штатных сочетаниях сигналов, снимаемых с контактов концевых выключателей 19, 20 и соответствующих следующим штатным рабочим ситуациям:подвижная часть в промежуточном положении, оба концевых выключателя 19 и 20 не нажаты;подвижная часть в первом предельном положении, нажат концевой выключатель 19, выключатель 20 не нажат;отработка зоны концевого выключателя 19, на его размыкающем и замыкающем контактах сигналы высокого уровня, выключатель 20 не нажат;подвижная часть во втором предельном положении, нажат концевой включатель 20, выключатель 19 не нажат;отработка зоны концевого выключателя 20, на его размыкающем и замыкающем контактах сигналы высокого уровня, выключатель 19 не нажат.Все остальные сочетания названных сигналов являются следствием неисправности одного или обоих концевых выключателей 19, 20 либо их линий связи с устройством и соответствуют следующим сбойным ситуациям в датчике 4 предельных положений подвижной части;закорачивание контактов или линий связи концевого выключателя 19 на общую шину при любом состоянии выключателя 20 - сигнал низкого уровня на втором входе первого 11, втором входе второго 12 и первом входе третьего 13 элементов 3 И-НЕ;закорачивание контактов или линий связи концевого выключателя 20 при любом состоянии выключателя 19 - сигнал низкого уровня на третьих входах первого 11, второго 12 и третьего 13 элементов 3 И-НЕ;одновременное нажатие обоих выключателей 19, 20 - сигнал низкого уровня на первом и втором входах элемента 11, всех входах элемента 12 и втором, третьем входах элемента 13;нажатие концевого выключателя 19 при отработке зоны выключателя 20 - сигнал низкого уровня на первых и вторых входах элементов 11, 12 и втором входе элемента 13;нажатие концевого выключателя 20 при отработке зоны выключателя 19 - сигнал низкого уровня на первом входе элемента 11, первом и третьем входах элемента 12, втором и третьем входах элемента 13;поломка обоих концевых выключателей либо обрыв их линий связи(сигнал высокого уровня на всех линиях связи) - сигнал низкого уровня на первых входах элементов 11, 12 и втором входе элемента 13.В любом из перечисленных случаях, общее количество которых равно 11, на выходах первого 11, второго 12 и третьего 13 элементов 3 И-НЕ, например, в момент времени Т 1при одновременном срабатывании выключателей 19 и 20 (либо закорачивании10 15 20 25 30 Таким образом, устройство для управления шаговым двигателем обеспечивает 35 40 45 50 55 на общую шину), будут иметь место сигналы высокого уровня, обуславливающие сигнал низкого уровня на выходе пятого элемента И-НЕ 15 (эпюра 30), т,е. на контрольном выходе датчика 4, Поступая на третий вход элемента И 5, этот сигнал блокирует прохождение тактовых импульсов (эпюра 35) и тем самым дальнейшее перемещение подвижной части, По этому же сигналу включается и индикатор 7 аварийного состояния.При обрыве линий связи либо поломке одного из концевых выключателей, например выключателя 19 в момент времени Тг, но штатном состоянии выключателя 20, возникшая сбойная ситуация в начальный период не отличается по своей сути от штатной при отработке зоны соответствующего концевого выключателя и просчитывается счетчиком 6. При достижении числа, декодируемого на выходе счетчика б и соответствующего перемещению подвижной части, превышающему размеры зоны, на выходе счетчика 6 (эпюра 32) в момент времени Т 1 з появляется сигнал низкого уровня,который блокирует прохождение тактовых импульсов через элемент И 5 и обуславливает останов шагового двигателя. По сигналу низкого уровня с выхода счетчика 6 включается и индикатор 7 аварийного состояния. более высокое быстродействие при анализе сбойных ситуаций, блокируя перемещение подвижной части с минимально необходимой задержкой лишь в двух аварийных ситуациях, не отличающихся в момент возникновения по своей сути от штатных ситуаций, Во всех остальных возможных 11 сбойных ситуациях блокировка движения с выдачей сигнала аварии выполняется сразу же после возникновения неисправности в датчике предельных положений. При сбое во время стоянки устройство также выдает сигнал аварии и исключает воэможность дальнейшего перемещения в 11 из 13 сбойных ситуаций.Формула изобретения 1. Устройство для управления шаговым двигателем, содержащее шину разрешения движения, датчик предельных положений подвижной части, элемент И, счетчик и блок управления, входы блокировки которого подключены к управляющим выходам датчика предельных положений подвижной части, вход направления соединен с шиной реверса, тактовый вход подключен к выходу элемента И, первый вход которого связан с тактовой шиной устройства, второй вход соединен с выходом счетчика, вход установки в нулевое состояние которого подключен кинформационному выходу датчика предельных положений подвижной части, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения скорости выдачи сигнала о неисправности, датчик предельных положений подвижной части имеет контрольный выход, подключенный к третьему входу элементу И, четвертый вход которого соединен с шиной разрешения движения, а выход элемента И подключен к счетному входу счетчика,2. Устройство по п.1, о тл и ч а ю щеес я тем, что датчик и редел ьн ых положений подвижной части содержит два инвертора, первый, втооой, третий. четвертый и пятый элементы 3 И-НЕ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и два триггера, ус, зновоцные входы каждого из которых соединены с одним из концевых выключателей, а выходы триггеров являются управляющими выходами датчика предельных положений подвижной части, первые входы первого и второго элементов 3 И-НЕ подключены к выходу первого инвертора, вход которого связан с первыми входами третьего элемента 3 ИНЕ,элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и подключен к установочному входу первого триггера, второй установочный вход которого обьединен с вторыми входами первого и5 второгоэлементовЗ И-НЕ исвязан с первым входом четвертого элемента 3 И-НЯ, выход которого является информационным выходом датчика предельных положений подвижной части, второй вход подключен к10 выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого объединен с одним из установочных входов второго триггера, третьим входом первого элемента Э И-НЕ и через второй инвертор связан с вторым вхо 15 дом третьего элемента 3 И-НЕ, третий вход которого объединен с третьими входами второго и четвертого элементов 3 И-НЕ и связан с вторым установочным входом второго триггера, выходы первого, второго и20 третьего элементов 3 И-НЕ подключены к входам пятого элемента 3 И-НЕ, выход которого является контрольным выходом датчика предельных положений подвижной части,251677844 7 и Тц Я 7) 27 и) г 3(з) Составитель В,АлфимТехред М,Моргентал Редактор М,Васильева Корректор С.Шевчук роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 аказ 3122 Тираж 333 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 45