Устройство для функционального контроля цифрового привода

3О П И Е: - А-Н:-Й ИЗОБРЕТЕН И Сака Советских Социалистических РеспубликГасударственный ломите елан изобретений н открытий О 11 С ГС НЬ 30.06.7) Заявител 1 СТРОЙСТВО ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГКОНТРОЛЯ ЦИФРОВОГО ПРИВОДА 2 досто- игаетблок , блок выход у элесации я скоединен входу входу ель изооретсння - повышениестп контроля привода. Это дастм, что в устройство введеныения, блок контроля скоростиции отказа, делитель частоты,ого подключен к третьему входИ, второму входу блока фии первому входу блока контрол. Вход делителя частоты подсо1 е тактовых импульсов, первомуфиксации отказа и первому верно ся те сравн фикса 25 кот ор мента сбоя рости К ШН 1 0 блокаИзобретение относится к автоматике и мохкет быть использовано в системах автоматического управления технологическими процессами.Известно устройство управления приводом, содержащее задатчик программ, блок сравнения, блок усилителей-,преобразователей и датчик обратной связи, позволяющее уг,ралять по заданной программе приводом ИНедостаток такого устройства состоит в отсутствии функционального контроляпривода.Известно также устройство цифрового управления приводом, содержащее преобразователи код в напряжен, угол в к, привод, вычислительное устройство и блок контроля, обеспечивающее помимо цифрового управления приводом контроль отдельных его блоков 2.Недостаток этого устройства заключается в низкой достоверности контроля.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее преобразователь угол - код, кинематически связанный с приводом, соединенные последовательно элемент И, преобразователь код - напряжение и суммирующий элемент, выход которого подключен к входу привода, цифровой вычислительный блок,первыи выход которого соединен с первым входоз 1 элемента И, второй вход которого подкгпочен к первому входу цифрового выцнсл 11 тельного блока и одному выходу блока фиксации сбоя, другим выходом соединенного с вторым входом цифрового вычислительного блока, подключенного третьим входом к первому выходу блока формирования ошибкп, четвертым входом - к шине тактовых импульсов, пятым входом - к выходу преобразователя угол - код, второй выход цифрового вычислительного блока подключен к первому входу блока фиксации сбоя (31. К его недостаткам относятся 15 невозможность выявления неисправностейпривода в режиме обработки больших рассогласований и, следовательно, невозможность управления приводом в данном случае.2 О Ц3блока сравнения, второй вход которогоподключен к третьему выходу цифровоговычислительного блока, третий - к второму выходу блока формирования ошибки,Выходы блока сравнения соединены соответственно с вторым и третьим входамиблока контроля скорости, третьим и четвертым входами блока фиксации сбоя, пятый ишестой входы которого подключены к соответствующим выходам блока контроляскорости. Второй вход блока фиксации отказа подключен к четвертому выходу цифрового вычислительного блока, третийвход - к второму выходу цифрового вычислительного блока, четвертый вход блокаконтроля скорости соединен с выходом элемента И, вход блока формирования ошибкиподключен к второму входу элемента И,Структурная схема устройства представлена на чертеке.Устройство содержит привод 1, кинема.тически связанный с преобразователсм 2угол - код, суммирующий элемент 3, преооразователь 4 код в напряжен, элемент И5, цифровой вычислительный блок 6, в состав которого входят первый блок 7 вычитания, сумматор 8, регистр 9, элемент31 Л в И 10 и второй 11 и третий 12 блокивычитания, блок 13 фиксации сбоя, содержащий триггер 14, элемент И 15, первый6 и второй 17 логические элементы, индикаторы 18 и 19 и элемент ИЛИ 20, блок 21формирования ошибки, блок 22 сравнения,делитель 23 частоты, блок 24 контроля скорости, в состав когорого входят счетчик 25,элемент 26 сравнения и цифровая модельпривода 27, блок 28 фиксации отказа, содержащий блок 29 вычитания, триггер 30и элемент И 31.Счетчик 25 производит изменение содержимого на 1 в зависимости от того, приходит сигнал 1 на счетный вход сложениянли вычитания, С одного выхода счетчикана элемент 26 сравнения поступает код,пропорциональный содержимому счетчика.с другого на вход блока 13 подается сигналлогической 1, если знак содержимогосчетчика +, а если- , то О. Обнуляется счетчик сигналами с выхода делителя 23 частоты.Устройство работает следующим образом.Привод 1 управляется по сигналам суммирующего элемента 3, на один вход которого поступает напрякение, пропорциональное Ч (скорости изменения заданного углаповорота), на другой - напряжение преобразователя 4 код - напряжение.На входустройства поступает код,пропорциональный расчетному значениюугла поворота, кодируемого преобразователем 2 угол - код, который формирует кодрф, характеризующий фактическое положение кодируемого вала,Опрос преобразователя угол в к про. изводится по сигналам тактовых импульсов, поступа 1 ощих на вход Т устройства с частотой, соответствующей повороту кодируемого вала за время между опросами5 не более чем на единицу младшего разрядапреобразователя.На выходе блока 7 вычитания образуется код рассогласования по положению-Ч 9 расч ЧФ (1) 10Если блок 3 сигнализирует о правильной работе устройства, при этом на выходе триггера 14 и соответственно на выходе блока 20 устанавливается сигнал логиче.15 ской 1, то элемент И 5 по сигналу с вы.хода делителя 23 частоты, идущему с ча.7стотой - (и - коэффициент деления деилителя), открывается, пропуская код рас согласования по положению на преобразователь 4 код - напряжение. Напряжение с выхода его, складываясь на суммирующем элементе 3 с напряжением, пропорциональным ср, поступающим на вход устройства,юформирует напрякение, управляющее приводом2)зо Обозначим через 1 - 1, 1, 1+ 1 (и т, д.)моменты времени поступления тактовых импульсов и через, - моменты времени поступления тактовых импульсов, кратных и, совпадающие с поступлением сигналов с З 5 выхода делителя 23 частоты. Если рассматривается 1-й момент времени, то Лср рассогласование по положению в предыдущий момент времени, Оно хранится в регистре 9.40 Блок 12 вычитания формирует код, пропорциональный разности(3)45 Блок 22 по сигналу тактовых импульсовпроизводит сравнение этого кода с единицей младшего разряда (ср).Если б = - сг, то на первом выходеблока 22 устанавливается сигнал логиче ской 1, а на всех других выходах -сигналы логического О. Если б = +ср, то на втором выходе появляется сигнал логической 1, а на всех других - О. В том случае, когда б = О, на всех выходах блока 55 22 - сигнал логического О.При6( ), на третьем выходе блока22 устанавливается сигнал логической 1, при сигнале О на выходе блока 13 на выходах блока 21 формирования ошибки об разуются сигналы О, на четвертом выходеблока 22 также всегда сигнал логического О.Принятый алгоритм контроля справедлив для приводов, работающих без перере гулирования и после окончания переходного/Л 1 Р/) -ЛсР. 19) г сг- Л Г; - 1 МО. 60 б 5 5процесса от включения приводов в работу и до начала переходного процесса выключения их,Условие правильности выдерживания приводом скорости обработки рассогласования по положению имеет вид, б(0 где и - коэффициент деления делителя 23частоты;Ч" - масштабный коэффициент;К, - передаточная функция блока 27;1 в заданная постоянная величина; Л 1 р 1 - рассогласование по положению навыходе элемента И 5, сформированное по приходу тактового импульса 1,;) б - угол поворота кодируемого вала за промежуток времени от ли до 1 и +И.Знак этого выра 7 кения свидетельствует об увеличении или уменыпеции рассогласования по положению.Ллгоритм контроля правильности работы цифровых и аналого-цифровых элементов устройства, к которым относятся преобразователь 2 угол в к, блок 7 вычитания и другие цифровые элементы устройства, а также правильность поступающего кода 1 рр, , основан на том, что в подавляющем большинстве случаев при их неисправности выполняется неравенствокоторое всегда выполняется при неисправности аналоговых элементов привода или недопустимом росте возмущающих воздействий на привод, а также неисправности преобразователя 4 код в напряжен,Отработкой большого рассогласования будем называть далее режим работы привода, когда ГДЕ Л 1 Рил - ДОПУСТИМОЕ МаКСИМаЛЬНОЕ РаС- согласование по положению в установившемся режиме слежения.Этот режим обычно наступает после включения привода или 7 ке переведения по НОВЫМ ЗНаЧЕНИЯМ 1 Ррс; На ВХОД ОТР тРИГ- гера 30 подается сигнал, переводящий его в состояние 0, при котором на выходе устанавливается сигнал логического 0. Если в рассматриваемом случае происходит режим отработки большого рассогласования, то счетчик 25 формирует код, пропорцио 10 )5 70, 75 зо 05 40 45 6лнальцый ". 6 выражения 14), элемент 26 сравнивает по приходу импульса с выхода делителя 23 частоты этот код с кодом, поступающим с цифровой модели привода 27. Если неравенство (4) выполняется, то ца выходе элемента 26 сравнения устанавливается сигнал логического 0, счетчик 25 обнуляется, а элемент 26 остается в этом состоянии до момента следующего тактового импульса 1 + и.Г 1 ри правильной работе привода в этом+ирежиме выполняется условие6 (О, такггкак рассогласование за этот промежуток времени должно уменьшаться, при этом на второй вход 2 блока 13 поступает сигнал логического 0. В результате этого элемент 16 по импульсу 1+ и не срабатывает, элемент 15 также це срабатывает, а срабатывает элемент 17, устанавливая триггер 14 в положение, при котором на его третьем выходе появлястся сигнал логической 1, свидетельствующий о исправности устройства. Этот сигнал передается на элемент ЗИ - ИЛИ 10, приводя к тому, что код текущего рассогласования по положению поступает в регистр 9. По приходу всех осТадг 1 г)Х ТаКТОВЫХ ЦМПгЛЬСОВ, КРОМЕ КРат" иых и. ца третьем выходе блока 22 сравнения также формируется сигнал логического О, поэтому элементы 15 - 17 выдают сигнал 0 ц положение триггера 14 остается прежним, в то время как по сигналам такт)вых импульсов через элемент ЗИ - ИЛИ 10 содержимое регистра 9 обновляется.1 л,огда привод отработает большое рассогласование до величины, меньшей с 11 р,.1 будем называть в дальнейшем это состояние режимом слежения), на выходе блока 11 вычитания формируется сигнал логической 1, так как прц этом срабатывает логический элемент 17, устанавливая триггер 14 в состояние, соответствующее фиксации правильной работы устройства вне зависимости от сигналов блока контроля 24 скорости.Сигналом 1 с выхода блока 11 вычитания, триггер 30 переводится в состояние 1, прц котором на элемент И 31 поступает сигнал 1. Блок 29 вычитания определяет с частотой поступления тактовых импульсов црсвышецце рассогласования по положению ВЕЛИЧИНЫ ТОЧКИ ОТКаэа ЛСР,г, г Ца ВЫХодЕ его устацавлцвастся сигнал 1, если Значение Л. больше Л 1 рии равно максимальной величине рассогласования по положению, при котором дальнейшая работа устройства невозможна и следует пе7рсключаться на резервное оборудование или исс предпринимать другие действия по перестройке технологического процесса.При исправности устройства на выходе блока 29 вычитания устанавливается сигнал О и на выходе элемента И 31 сигнал отказ не формируется,Рассмотрим работу устройства при различных возможных неисправностях.Пусть в режиме слежения происходит кратковременный сбой в выработке значений сра , ср. или Лсг, являющийся следствием сбоев преобразователя 2 угол - код или блока 7 вычитания, или других цифровых узлов, например регистра 9, блока 12 гычитания и т. п, При этом не выполняется условие (5). В этом случае на третьем выходе блока 22 сравнения появляется сигнал 1, приводящий к срабатыванию логического элемента 15 и наложению запрета на срабатывание элементов 1 б и 17. Триггер 14 переходит в состояние, фиксирующее сбой цифровой части устройства, о чем сигнализирует индикатор 18. На первом выходе триггера 14 устанавливается сигнал 1, на выходе элемента ИЛИ 20 - сигнал О, закрывающий элемент И 5.В соответствии с выр ажением (2) упр авление приводом при этом осуществляется лишь по скорости ср. При этом из-за неидеального выдерживания приводом скорости сри наличия српроисходитмедленное нарастание фактической ошибки,поэтому, начиная с /-го тактового импульса - момента выявления сбоя, код рассогласования по положению определяется какйЛср; 1= /Лср;. /+ / Л 1) (10)/ -где К - момент прекращения сбоя, привязанный к тактовому импульсу;Лс - величина нарастания ошибки поположению за время, равное одному такту, при управлении приводом только по скорости.Величина эта формируется на выходеблока 21, связанном с сумматором 8, Реализуется выражение (10) сумматором 8 и элементом ЗИ - ИЛИ 10, который пропускаеткод сумматора в регистр 9 каждый раз поприходу тактовых импульсов,Блок 22 производит сравнение кода б свеличиной Я, поступающей с выхода блока 21, связанного с вторым входом блока22.Выражение (10) определяет максимальную величину рассогласования в течениевремени сбоя,Условие прекращения сбоя имеет вид1 гЯ ) /Лсрк/ /Лср - 1/ /Лхода 1/) 0 (11)/ -При этом на четвертом выходе блока 22сравнения формируется сигнал 1, привоьз 1520 25 30 35 40 45 50 55 60 65 8дящий к срабатыванию элемента 17 и переводящий триггер 14 в состояние, характеризующее исправность устройства, значение Лсрпоступает в регистр 9 и далее привод отрабатывает накопившееся за время сбоя небольшое рассогласование. Если после прекращения сбоя рассогласование но положению не превышает Лср, то по сигналу с блока 11 вычитания устройство аналогично описанному выходит из режима работы при сбое. Таким образом, в процессе сбоя код регистра 9 с достаточно высокой точностью отражает фактическое рассогласование по положению, имеющее место в течение сбоя,Если это значение оказывается большим заданной величины Л , при которой дальнейшая работа невозмокна (при длительном сбое или отказе элементов), то это выявляет блок 28 фиксации отказа, так как сигнал 1 с выхода блока 29 вычитания проходит на выход элемента И 31.Пусть сбой аналогичен описанному в первом случае, но происходит он в режиме отработки большого рассогласования. Устройство работает аналогично описанному, за исключением того, что в этом режиме сигнал Отказ не выдается, так как триггер 30 не переводится в состояние 1. В этом режиме работы в соответствии с выражением (11) устройство выявляет и защищает привод от сбоя, характеризующегося формированием Лср, (ЛсрВ режиме отработки большого рассогласования происходит сбой аналоговой части устройства, например, из-за преобразователя 4 код в напряжен, элемента 3, привода 1 или превышения момента на валу двигателя, когда скорость отработки рассогласования недопустимо изменяется. В этом случае хотя бы на одном из выходов блока 24 формируется сигнал 1, в соответствии с неравенством (5) сбой цифровой части устройства не фиксируется, элемент 16 выдает сигнал 1, по которому триггер 14 переходит в состояние, когда на его втором выходе формируется сигнал 1 и срабатывает индикатор 19, индицирующий сбой аналоговой части устройства. При этом гекущее рассогласование Лср, поступает через элемент ЗИ - ИЛИ 10 в регистр 9, код которого отражает фактическую величину рассогласования. Прекращение сбоя выявляется блоком 24, по сигналам которого триггер 14 переходит в соответствующее состояние.Если сбой аналоговой части устройства происходит в режиме слежения, устройство работает аналогично третьему случаю, если величина ошибки в поддержании скорости велика и выявляется блоком 24.Когда эта величина невелика, но достаточна для того, чтобы Лср, ) Лср(например, уход параметров привода, незначительное превышение момента нагрузки), в этом9случас по сигналу делителя 23 частоты сра. батываст элемент 17, далее устройство работает аналогично третьему случаю. В этом режиме блок 28 по величине кода регистра 9 может выявить отказ устройства.Устройство эффективно защищает привод от сбоев, позволяет с высокой достоверностью выявлять неисправность устройства, ,определяя отказавшую аппаратуру. Устройство определяет во время сбоя величину рассогласования по положению и выход этого параметра за точку отказа. Все это дает возможность значительно повысить эффективность использования аппаратуры, работающей в дуплексном режиме, а также отказаться в ряде случаев от применения дорогостоящей дублирующей аппаратуры для целей контроля исправности работы аппаратуры.Формула изобретенияУстройство для функционального контроля цифрового привода, содержащее преобразователь угол - код, кинем атически связанный с приводом, последовательно соединенные элемент И, преобразователь код - напряжение и суммирующий элемент, выход которого подключен к входу привода, цифровой вычислительный блок, первый выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к первому входу цифрового вычислительного блока и одному выходу блока фиксации сбоя, другой выход которого соединен с вторым входом цифрового вычислительного блока, подключенного третьим входом к первому выходу блока формирования ошибки, четвертым входом - к шине тактовых импульсов, пятым входом - к выходу 10преобразователя угол - код, второй выход цифрового вычислительного блока подключен и первомъ входу олока фпксации сбоя, отличающееся тем, что, с целью повышения З достоверности контроля, в устройство введены блок сравнения, блок контроля скорости, блок фиксации отказа, делитель часготы, выход которого подключен к третьему входу элемента И, второму входу блока фиксации сбоя и первому входу блока контроля скорости, вход делителя частоты подключен к шине тактовых импульсов, первому входу блока фиксации отказа и первому входу блока сравнения, второй вход которого подключен к третьему выходу цифрового вычислительного блока, третий - к второму выходу блока формирования ошибки, выходы блока сравнения соединены соответственно с вторым н третьим входами 2 ь блока контроля скорости, третьим и четвертым входами блока фиксации сбоя, пятый и шестой входы которого подключены к соответствующим выходам блока контроля скорости, второй вход блока фиксации отка за подключен к четвертому выходу цифрового вычислительного блока, третий вход - к второму выходу цифрового вычислительного блока, четвертый вход блока контроля скорости соединен с выходом элемента И, ЗО вход блока формирования ошибки - с вторым входом элемента И,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе ЗБ 1. Лвторское свидетельство СССР Мю 315160, кл. й 05 В 21/02, 1972,2. Авторское свидетельство СССР М 453672, кл. 6 05 В 23/02, 1972. 3. Лвторское свидетельство СССР 4 О,4 489074. кл. 6 05 В 23(02, 194.рузо акто СоставитеТс.,рсд А. К В. Дианов ышникова рректор Л. Брахнинписиое Заказ 416 особлисполкома Изд, М 403 Т 11 ПО Поиск Госсларсти нного по делам изобретений и,113035, Москва, Ж, Раушск Загорская типография Упрполиграфизираж 1 ОИон итста СГГткрытийя наб., д, 4/Б