Устройство для управления скоростью двигателя с самоконтролем

: / ТО РОНОМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЙз 3 ТИЙ ОПИСАНИЕ ИЭОБР(71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт нм. В. И. Ленина(56) 1. Шестаков В.М. Автоматизиро-.: ванный электропривод бумаго- и картоноделательных машин. М., фЛес-ная промьыленность", 1978, с. 28.2. Авторское свидетельство СССР Р 768866, кл. 0 21 Г 7/06, 1978 (прототип).(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ДВИГАТЕЛЯ С САМОКОНТРОЛЕМ содеркашее последовательно соединен ные генератор опорной частоты, преобразователь код-частота, делнтель частоты,.подключенный выходом к первому входу блока сравнения, связанного выходом через последователь" но включенные преобразователь код,напряжение и усилитель напряжения с входом двигателя, вал которого механически связан с преобразова" телем скорость - частота, о т л ич а ю ш е е с я тем, что, с целью повыаения надежности устройства, в него введены два счетчика импульсов, четыре Р -триггера, Й 5 -триггер, два формирователяимпульсов,.восемь элементов И, первый элемент НЕ, элемент ИЛИ и второй элемент НЕ, подключенный выходом. к С-входу первого Э-триггера, а входом - к первому вюсоду преобразователя скорость- частота, к информационному входу первого формирователя импульсов, к .С-входу второго В-триггера и к установочному входу первого счетчика импульсов, соединенного первым выходом с первым входом первого элемента И, вторым выходом - с вторым . входом первого элемента И и с первьи входом второго элемента И, третьим выходом - с вторым входом второго элемента И, а счетным входом - с выходом преобразователя код - частота и со счетным входом второго счетчика импульсов, подключенного входом к входу второго элемента НЕ, к второму выходу преобразователя скорость - частота, к информационному входу второго формирователя импульсов и к С-входу третьего В-триггера, а первым, вторым и третьим выходами соответственно - к первому, второму входам третьего элемента И и к первому входу четвертого элемента И, связанного вто- Е рью входом с вторым входом третьегоэлемента И, подключенного выходом к 5 -входу четвертого 9-триггера, соединенного С-входом с выходом второго элемента НЕ, Д -входом - с шиной "Земляф, к -входом - с выходом Д четвертого элемента И, а инверсным выходом - с Р-входом третьего Р-триггера, подключенного 3-входом к выходу пятого элемента И, инверсным выходом - к первому входу шестого элемента И, а пряьим выходомк первому входу седьмого элемента И, связанного вторьзч входом с инверсным выходом первогоР -триггера, а выходом - с 5 -входом Р 5-триггера, подключенного Р -входом к выходу шестого элемента И, соединенного вторым входом с пряьым выходом пер-: вого 1 -триггера, подключенного 1)-входом к инверсному выходу второ" го Р -триггера, а 5 -входом - к выходу восьмого элемента И, связанного первым входом с управляншим входом второго Формирователя импульсов и с инверсным выходом Р 5-триггера, подключенного прпмьм выходом к первому входу пятого элемента И и к управляющему входу первого Формиро1061107 вателя импульсовГ соединенного выходом с первьм входом элемента ИЛИ,подключенного вторым входом к выходувторого формирователя импульсов,а выходом - к второму входу блокасравнения, причем вторые входы пятого и восьмого элементов И подключе 1Изобретение относится к технике управления приводами технологическо- го оборудования, в частности бумагоделательных машин.Известна система управления, соч держащая источник ведущего напряжения, схему сравнения, аналоговый регулирующий блок, двигатель, механизм секции бумагоделательной машины, дискретный преобразователь скорость - частота, преобразователь частота напряжение в;канале обратной связи 1.Недостатком системы управления является относительно невысокая надежность канала задания и схемы срав нения (наличие задающих потенцио метров и сравнение аналоговых сигналов, передающихся по протяженным ка бельным соединениям в цеховых условиях), а также отсутствие схемы контроля исправности преобразователя скорости, связанного с валом привод" ного двигателя.Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство управления скоростью привода секции бумагоделательной машины, содержащее генератор опорной частоты, задающий преобразователь код - частота, буферный делитель частоты, цифровой нуль-орган, преобразователь код-напряжение, аналоговый регулирующий. блок, двигатель, импульсный преобразователь скорости вращения 2.В устройстве с цифровым нуйьорганом на основе реверсивного счетчика устранены элементы ненадежности, связанные с недостатками аналого. вой техники, однако даже при условии высококачественного исполнения цифровых электронных, блоков в структуре регулятора сохраняется элемент ненадежности в связи с возможностью отказа первичного преобразователя, связанного с вращающимся валом двигателя и работающего в условиях виб раций, запыления, повьыеиных температур, агрессивных сред и т.п.Целью изобретения является повышение надежности устройства. ны к шинЕ синхронизации, а Р -входпервого Р -триггера - к инверсномувыходу второго Э -триггера, соединенного 5 -входом и Рвходом с выходами соответственно первого и второгоэлементов И, аР-входом - с шиной"Земля". 2Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для управленияскоростью двигателяс самоконтролем,содержащее последовательно соединенные генератор опорной частоты, пре,образователь код - частота, делитель частоты, подключенный выходомк первому входу блока сравнения,связанного выходом через последовательно включенные преобразователь щ код - напряжение и усилитель напряжения с входом двигателя, вал которого механически связан с преобразователем скорость - частота введены два счетчика импульсов, четыре 15 9-триггера, Р-триггер, два формирователя импульсов, восемь элементов И,первый элемент НЕ, элемент ИЛИ ивторой элемент НБ, подключенный выходом к С-входу второго Э -триггера,а входом к первому выходу преобразо 0 фвателя скорость - частота, к информационному входу первого формирователя импульсов, к С-входу второгоЭ-триггера и к установочному входупервого счетчика импульсов., соединен ного первым выходом с первым входомпервого элемента И, вторым выходом "с вторым входом первого элемента Ии с первым входом второго элемента И",третьим выходом - с вторым входом 30 второго элемента И а счетным входом -с выходом преобразователя код - частота и со счетным входом второгосчетчика импульсов, подключенногоустановочным входом к входу второго 35 элемента НЕ, к второму выходу преобразователя скорость - частота,к информационному входу второго Формирователя импульсов и к С-входутретьего Р-триггера, а первым, вто рык и третьим выходами соответственно - к первому, второму входам третьего элемента И и к первому входучетвертого элемента И, .связанноговторым входом с вторым входом треть его элемента И, подключенного выходом 45 к-входу четвертого В- триггера,Р-триггера, подключенного 8 -входомк выходу пятого элемента И, инверсным выходом - к первому входу шестого элемента И, а пряным выходомк первому входу седьмого элемента И,.связанного вторьм входом с инверсным выходом первогоР -триггера,а выходом - с 5 -входом Р 9-триггера,подключенного Р -входом к выходу шестого элемента И,.соединенного вторым входом с прямым выходом первого 109-триггера, подключенного В-входомк инверсному выходу второго 9 -триггера, а 5 -входом - к выходу восьмого элемента И, связанного первымвходом с управляющим входом второго 15формирователя импульсов и инверснаявыходом Р 5-триггера, подключенногопрямым выходом к первому входу пятого элемента И и к управляющемувходу первого Формирователя импульсов, соединенного выходом с первым входом элемента ИЛИ, подключеннс. го вторым входом к выходу второгоФормирователя импульсов, а выходомк второму входу блока сравнения, 25причем вторые входы пятого и восьмого элементов И подключены к шинесинхронизации, а О-вход первого1)-триггера - к инверсному выходувторого Р"триггера, соединенного5-входом и Р-входом с выходами соответственно первого и второго .элементов И,.а Э -входом - с шиной "Земля".На Фиг. 1 приведена блок-схемаустройства; на Фиг, 2 - временнаядиаграмма работы устройства,Устройство содержит генераторопорной частоты 1, преобразователькод - частота 2, делитель частоты 3,блок сравнения 4, преобразователькод - напряжение 5, усилитель 40напряжения 6, двигатель 7, преобразователь скорость - частота 8, второй формирователь импульсов 9, первый Формирователь импульсов 10, элемент ИЛИ 11, объект управления 12, 45блок 13 контроля исправности преобразователя скорость - частота, содержащий второй 14 и первый 15 счетчики импульсов, третий 16 и четвертый, 17 элементы Й, первый 18 и второй 19 50элементы И, четвертый 20 и второй 21Р-триггеры, второй 22 и первый 23элементы НЕ, третий 24 и первый,25В-триггеры, седьмой 26 и шестой 27элементы И, Р 5 -триггер 28, пятый 5529 и восьмой 30 элементы И, шинусинхронизации 31, шину "Земля" 32,прямые выходы 33 и 34 третьего ипервого 9 -триггеров.Устройство работает следующим 60образом,Сигнал задания по скорости вырабатывается в виде частоты заданиякдЕ = - -"-ЕЪ К о где К1 - коэффициент преобразоЩ 3вания преобразователякод - частота 2, определякщийся кодом уставкипо скорости;К - коэффициент деления делиЬтеля частоты 3;- опорная частота генераотора 1.Сигнал обратной связи скорости вырабатывается преобразователем 8 в виде последовательностей прямоуголь ных импульсов, следующих со скважностью равной двум, на каждом,из двух его выходов (см. Фиг. 2). С помощью формирователей 9 и 10 на входах элемента ИЛИ 11 Формируютсяоднополярные импульсы, соответствующие прямоугольным импульсам вышеупомянутыхпоследовательностей с обоих выходовпреобразователя 8,. Формирователи 9 и 10.снабженыуправляющими входами, позволяющимиблокировать прохождение импульсовпреобразователя скорость - частота 8на соответствующий вход элементаИЛИ 11.Дискретные сигналы с частотамиЕэ и Е интегрально сравниваются вблоке сравнения (нуль-орган) 4, кодошибки преобразуется в напряжениепреобразователем 5 и поступает в усилитель напряжения 6, управляющийскоростью приводного двигателя 7,а следовательно, и объектом управления (механизм секции машины) 12,который обеспечивает протяжку бумажной полосы со скоростью, равнойокружной скорости рабочего газа илицилиндра данной секции бумагоделательной машины,С валом двигателя 7 механическисвязан вращающийся элемент (модулятор) преобразователя 8. точность регулирования скорости двигателя и механизма в установившемся режиме определяется только стабильностью генератора опорной частоты 1,С целью повышения надежности работы устройства Управления в промьзаленных условиях применено реэревирование наиболее ненадежного звена - датчика импульсов обратной связи- путем использования преобразователя 8 с двумя чувствительными элементами и двумя выходами и применения соответственно двух Формирователей импульсов 9 и 10, из которых один (резервный) нормально заблокирован управляющим сигналом, вырабатываемым в блоке 13.При отклонении режима работы основного канала за допустимые пределы схема автоматически переключает основной канал на резервный путем переключения блокировки формирователей 9 и 10 на обратную. Указанное переключение каналов обратиой связи происж 3 дит льюь в томслучае, если контроль состояниярезервного канала подтверждает егоисправность.Указанные функции реализуютсяследующим образом.На й -входы установки, нуля счетчиков 14 и 15 подаются сигнали свыходов преобразователя 8, Счетчики блокируются в те полупериодыследования сигналов преобразователя 8, когда на их установочныевходы поступает уровень сигнала,соответствующий логической ".1 ф,и находятся в режиме счета импульсов в противоположные полупериоды.На счетнЫе входи обоих счетчиковподается выходная частота преобразователя 2 ЕЭК 6, Емкость каждогосчетчика И равна емкости делителячастоты 3, т.е, Ид =К 8,В установимаемся режиме частотазадания т равна частоте обратнойсвязи 1 В этом случае, как видно из диаграюи Фиг. 2, при скважности следования прямоугольныхимпульсов, равной двум (коэффициент заполнения равен 0,5), в соогветствукаем из счетчиков эа времясчетного полупериода записываетсячисло й И 72 . При скважности,равной 4/Х (коэффициент.заполнения0,75), М 0,75 МО.Отклонение скважного следованияимпульсов преооразователя 8 от номинального значения, равного двум,в ту или иную сторону является характерным признаком нарушения режима работы чувствительного элементапреобразователя. Оно вызывается какизменением характеристик радиодеталей, так и конструкционньали наруюеииями (например, измеиемием рабочего зазора для индуктивных или емкостных преобразователей) относительным смещением пары, излучательприемник в оптических преобразователях и др, нарушениями, ъизваназии ослаблением крепления конструкции вследствие вибраций и т,п.). Вто жв время, как правило, по измеиению скважности можно судить о,появившейся тенденции к нарушениюработы еще задолго до аварииногосостояния (исчезновения модуляциисигнала). Таким образом, от исправности импульсного преобразователяскорости по каждому иэ его выходовможно судить по тому, находится личисло в зоне допустимых значений. М,сйк йк3для каждого цикла контроля. В качестве предельно допустижх значений числа й., например 8=16,.могут быть приняты значения 5 и 11, что соответствует4 и Чнормальньм принимается изменениезначения коэффициента заполненияв пределах 0,25 Кс 0,75,Работа блока 13 контроля исправности преобразователя скоростьчастота заключается в проверке выполнения неравенства (1) в каждомцикле контроля н, в случае егонарушения, в выработке команд на1 О переключение рабочего выхода преобразователя 8 на резервный. Достижение числом М значения 5 являетсяпризнаком нормальной работц, а достижение М значения 12 - признаком15 неисправности. Элементы И 16 и 17,(И 18 и 19) подключены к информационным выходам счетчика 14 (15) так,что вырабатывают выходной сигналединицы при поступлении в соответст-.2 О вующие счетчики импульсов с частотой3 УРежим работы счетчика 14 (15)представляет собой чередование полупериода счета и полупериода обнуле 25 ния в течение каждого периода следования сигнала импульсного датчика;поступакщего на установочный входсчетчика, Если в течение полупериода счета на выходе элемента И 16ЗО (18) имеет место единичный сигнал(МЪ 5), то 0 -триггер 20 (21) устанав-.ливается в состояние единицы по установочному 5 -входу и, если при этомзначение й не достигает 12 (импульсЗ 5 на выходе элемента И 17 (19) отсутствует), то до конца укаэанногополупернода на инверсном выходе3)-триггера 20 (21) имеет место сигналлогического нуля, запрещающий по4 О Э.входу запись единицы в триггер 24(25) по счетному входу переднимФронтом сигнала датчика в началеполупериода обнуления счетчика 14(15), В случае же отсутствия сигнала единицы на выходе элемента И 16ф 5 (18), при йс 5,: либо при прохождении сигнала через элемент И 17 (19),при йЪ 12, 0-триггер 20 (21) к концуполупериода счета оказывается в, состоянии нуля, на его инверсном вы 5 О ходе - сигнал единицы разрешающийпо 9-входу установку в единичноесостояние О-триггера 24 (25) по счетному входу в начале полупериодаобнуления, что является свидетельст 55 вом неисправности датчика импульсоводного иэ двух каналов и через злемент И 26 (27) приводит к переключению триггера 28 в противоположноесостояние, Переключение к 5-тригге 6 О ра 28 производится переключениемблокировки управляемых формирователей9 и 10, так что рабочий ханал импульсов обратной связи сменяетсярезервным. Это переключение проискодит только в том случае, если9-триггер 25 (24) второго канала находится в состоянии нуля, т.е. вто рой канал исправен.В случае, если резервный канал неисправен, схема ограничивается выдачей команды упраЮления предупредительным световьвч сигналом с вы-, хода 33 (34). Однако работа преобразователя 8 с граничным значением скважности, достаточным для срабатывания описанной схемы контроля, еще не приводит к отказу в регуля" торе.Связь счетного вхсдаР -триггера 20(21) через элемент НЕ 22 (23) с выходом преобразователя 8 необходима для обнуления указанного триггера в начале каждого полупериодасчета передним фронтом инвертированного сигнала датчика, 9 -триггер 20 (21) йри этом всегда устанавливается в состояние нуля, так как на его управляющий Б-вход постоянно подается нулевой потенциал.Описанная.часть схемы реагирует только на сигнал, следующий с недопустимой скважностью. Если же сигнал на выходе неисправного преобразователя 8 вообще не изменяется (постоянный сигнал единицы или нуля), то описанная часть устройства ие обеспечивает выдачу сигнала неисправности (нет перекаочакщего сигнала на счетном входе 3 -триггера 24 (25).Этот недостаток устраняется наличием элемента И 29 (30), на один иэ входов которого подается тактирующий низкочастотный (10-20 Гц)сигнал с шины синхронизации 31,который периодически записывает состояние единицы в триггер 24 (25), 5 которое (при исправном датчике)изменяется н обратное упомянутымсигналом по его счетному входу.Дйафрагма работы схемы контролядля трех значений показана на О фиг. 2.Таким образом, предлагаемое устройство позволяет однозначно проконтролировать исправность преобра-.зователя скорость - частота датчика 15 иэеульсов обратной связи систеьи управления скоростью и обеспечить автоматическое резервирование приотказе датчика в рабочем канале Или,появлении состояния, близкого к не- зО исправнаму, т.е. повыаается надежностьДва независимых выхода преобразователя скоростьчастота в указанной системе реализуются путем уста новки в корпусе преобразователя двухотдельных автогенераторных датчиков,реагирующих на вращение стальногозубчатого колеса.Эконамический эффект от внедреЗ 0 ния предлагаемого изобретения определяется уменьшением числа отказовсистемы управления, связанных снарушениями работы импульсных преобразователей, и, следовательно,сокращением холостого хода оборудоЗ 5 вания.(Ф= РУМА Юых. 8- 1 дух АР, РР ЬиисъР ежа Ф.,дым, Юб ВИХ. юрие, ГО Зэк щриф 84 дых. рог г 8 аы,РОРО Ю ДьФ.рорм, Юдфа, Р Ювлк ими Т5 вчиеа 6 ест йдмхУЛРмх Ф 17йа,триа ГОдаю юриг ЖЬх. итриа 8Ью Фора УАю, фУЯфРФ. Ю орректор О. Тигор Редактор Л. Вес ееееЗаказ 10039/50ВНИ ета СССР критийнаб., д. 4/5 3035 Составитель Н, ГорбУнова.овскай Техред В.Далекорей КеееееюйееТираж 874 . ПодписноИ ГосУдарственного комито делам изобретений и отМосква, Ж, РаушскаяввП фПатентф, ю.: Ужгород, ул. Проектная, 4