Устройство для функционального контроля электропривода

ВИДЕТЕЛЬСТ КЦИОНАЛЬНО относится к использован тома с ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРВ 670925, кл. С 05 В 23/02, 1975.Авторское свидетельство СССРУ 739469, кл. С 05 В 23/02, 1977.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФУН КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА(57) Изобретение тике и может быт темах управления процессами. Цель чение полноты ко содержит электроп технологическими.изобретения - увелтроля. Устройстворивод 1, регистрывания, что позволяет вне зависимостиот перерегулирования получить высокую точность контроля, Устройствообеспечивает контроль скорости отработки большого рассогласования,и недает ложной информации о неисправности инерционного привода при скачкообразном изменении расчетного значения угла. Устройство также обеспечивает защиту привода от кратковременных сбоев и выход из состояния сбоя,при этом на выходе устройства в тече-,ние сбоя формируется неискаженная информация о текущем рассогласованиипо положению. 4 ил. 1481717 сдвига 2, 3, компараторы 4, 5, таймеры б, 7, вычитатели 8, 9, сумматорвычитатель 10, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, триггер 12, элементы И 13-17, элемент 2 ИИЛИ 18, элемент 4 ИЛИ-НЕ 19, Устройство предназначено для контроля правильности функционирования привода, управляемого по сигналам рассогласования по положению. Работа устройства основана на анализе величины рассогласования и скорости изменения этой величины. При этом обеспечено определение начала и конца перерегулирования и выключение контроля в течение времени перерегулиро Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах автоматического управления технологическими процессами, 5Цель изобретения - увеличение полноты контроля.На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - схема электропривода; на фиг.3 - схемы таймеров; на фиг.4 - диаграмма ра- боты привода,Устройство содержит электропривод 1, первый и второй регистры 2 и 3 сдвига, первый и второй компараторы 4 и 5, первый и второй таймеры 6 и 7, первый и второй вычитатели 8 и 9, сумматор-вычитатель 10, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, триггер 12, первый, третий, второй, четвертый и пятый элементы И 13-17, элемент 2 ИИЛИ 18, элемент 4 ИЛИ-НЕ 19. Входы 20-26 устройства, выходы 27 и 28 устройства, входы и выходы блоков устройст ва 29-72.На функциональной схеме линии передачи кода отмечены символом "/", Функциональная схема (фиг2) возможного варианта реализации электропри вода 1 содержит преобразователь коданалог 73, усилитель 74, двигатель 75, редуктор 76, преобразователь угол - код 77, На вход 39 поступает код управляющего воздействия, преобразуемый в аналоговый сигнал, который управляет двигателем5, вращающим через редуктор 76 преобразователь угол - код 77. По сигналу опроса навходе 40 на выходе преобразователя угол - код 77 формируется код, про". порциональный положению выходного вала привода, ФФункциональная схема (фиг.3) таймеров 6 исодержит элемент И 78, счетчик 79 и элемент ИЛИ 80. На вход 43 поступает код, записываемый в счет. чик 79, С выхода счетчика 79 этот код поступает на элемент ИЛИ 80, который анализирует равенство "0" содержимого счетчика 79, Если содержимое не равно О, то на выходе формируется сигнал "1", открывающий элемент И 78 для прохождения на счетный вход счетчика 79 импульсов на входе 44. Эти импульсы приводят к уменьшению содержимого счетчика 79, Когда содержимое счетчика 79 будет равно О, на выходе элемента ИЛИ 80 и выходе таймеров 6 и 7 формируется сигнал "0", закрывающий элемент И 78. В таком со" стоянии таймеры 6 и 7 будут находиться до поступления кода на вход 43.Регистры 2 и 3 представляют собой регистры сдвига. По переднему фронту импульсов на входе 42 код с входа 41 передается на выход регистров и запоминается в них.Триггер 12 по сигналу "1" на сии;1 хрониэирующем входе 47 устанавливается в "1" (на выходе триггера сигнал"1") при наличии в этот момент времени на входах 45 и 46 сигналов "1".Триггер 12 устанавливается в 0 посигналу "О" на входе 48 или сигналу"1" на входе 49.Устройство работает следующим образом.1, Работа устройства при правиль" 10ном функционировании привода.1,1, 1 осле включения устройстваначинают непрерывно поступать навход 21 тактовые импульсы с частотой,равной дискретности по времени привода, длительность импульсов значительно меньше периода их следования (далее значения, привязанные повремени к этим тактам, будем обозначать значком х, считая д от 1 до оо ); 20на вход 20 - расчетное значение углаповорота привода; на вход 25 - величина расчетного значения скоростипривода ;, представленная углом поворота привода за время, равное одному такту импульсов на входе 21.С поступлением первого тактовогоимпульса однократно поступают представленные импульсным кодом (длительность импульсов менее длительности З 0тактовых на входе 21), на вход 23 -величина максимальной длительностипереходного процесса привода о , вызванная возмущающим воздействием Щпоступившим в те моменты времени 1, 35обозначенные через 1 Ц принимаетзначения от 1 до и), когда происходитскачкообразное изменение Ч; на входе 20; на вход 24 величина максимальной длительности перерегулирования 40привода 8, вызванная воздействием р.Тактовые импульсы поступают напривод 1,. опрашивая преобразеватель77, при этом на выход привода поступает код фактического положения выходного вала ( привода, этот кодср,поступает на вычитатель 8, на другой вход его поступает значение Ч;с входа 20 устройства, на выходе 29вычитателя 8 формируется текущее рас.согласование по положениюД;=ж -Ч; (1)На выходе 30 устанавливается сигнал "0", если Ь; отрицательное, Код 55ь с входа 23 устройства поступаетна таймер б, тем самым Формируя наего выходе сигнал "1". Этот сигналпоступает на вход 49 триггера 12, устанавливая его в состояние "0", поступает на вход 69 элемента 4 ЕЛИ-НЕ19, устанавливая на выходе этого элемента сигнал "0", по которому элемент2 ИИЛИ 8 открыт для прохождения навыход рассогласования Ь;, на входе65. С выхода элемента 2 ИИЛИ 18 рассогласования Д; поступает на выход28 устройства и на вход 39 привода 1,тем самым привод производит отработку этого рассогласования,На фиг.4 изображены изменения ф ,Щ Д; во времени й. Точка а - начало работы устройства, в этот моментрассогласование Д, велико и приводначинает отрабатывать это рассогласование, Рассогласование с выходаэлемента 2 ИИЛИ 8 поступает такжена вход 41 регистра 2, по переднемуфронту тактового импульса, поступающего на синхронизирующий вход 42, регистр 2 Формирует на своем выходе изапоминает это значение в такт 1+1,т.е. в течение 1.-такта на выходе регистра Формируется Ь;, . Это значениепоступает на вход 41 регистра 3, который аналогично регистру 2 сдвигаетрассогласование на один такт, формируя на своем выходе рассогласованиеД . Таймер 6 отсчитывает записан"ное в него время, по истечениил,которого (точка б йа Фиг.4) на выходе таймера устанавливается. сигналфф и0 . К этому моменту должен окончиться переходной процесс привода, вызванный скачкообразным возмущениемц), на входе,20, Далее рассмотримработу устройства при плавном изменении.как это изображено наФиг.4.1,2, Отработка большего рассогласования. Вычитатель 9 рассчитывает скорость изменения рассогласования, обеспечиваемую приводомДД; = Д, -Д;, -ф;, (2) где Д , Ь;, - рассогласования в текущий и предыдущий такт,поступающие соответственно на входы 33 и 31;1ф - расчетное значение скорости изменения (;, по, ступающее на вход 32.1На выход 34 вычитателя 9 поступает код ДД на выход 35 - знак величины ЬД;.5 14817Компаратор 5 формирует на выходе сигнал "1", если выполняется анализируемое им условие отработки приводом большого рассогласования с гарантированной скоростьюЬЬ:ЬЬЬ 1 мин(3) где Ь Ь; - величина, поступающая навход 50 с выхода вычитателя 9; 10ЬЬ - величина минимальной скорости отработки, поступающая с входа 26 устройства,Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 анализирует условие уменьшения рассогласо б вания, вытекающее из формулы (2)гЯхЯп Ь Ь, ф 81 Цп Ь у (4) где здп ЬЬ, - знак величины ЬЬ;, по"ступающий на элемент11 с выхода 35 вычитателя 9;в 1.дп а; - знак рассогласованияпоступающий навход элемента 11 с выхода 30 вычитателя 8,Так как Ь Ь; уменьшается, условие (4) выполняется, т.е. если на выходе 30 вычитателя 8- сигнал "1" (знак Ь, равен "+"), то на выходе 35 вычитателя 9 - сигнал ".1" (знак 30 Ь а; равен "-"), и наоборот. При этом на выходе элемента 11 формируется сигнал "0", открывающий элемент И 13 для прохождения сигнала на его входе 53 на вход 61 элемента И 16. На выходе элемента И 16 устанавливаф. ется сигнал "1", так как на входы 58 и 59 поступает сигнал "0", а на вход 60 также поступает сигнал "0", так как не выполняетсяэусловие анализируемое компаратором 4.Ь, = Ьдоо, (5) где Ь- величина допустимого рассогласования Ь поступающая на вход 22 устройства,при котором обеспечивается качественное отслеживание приводом расчетныхзначений (;При сигнале на выходе элемен- б 0та И 16 привод 1, регистры 2 и 3 иэлемент 2 ИИЛИ работают аналогичноописанному в п. 1.2.:В этом состоянии устройство находится до тех пор, пока не выполнится условие (5) в момент времени,обозначенный на фиг.4 через в, с которого начинается состояние перерегулирования,17 б1 3 ПеререгулированиеСигнал ф 1" с выхода компаратора4 поступает на вход 45 триггера 12,на вход 46 поступает также сигнал"1" с выхода таймера 7, так как содержимое его равно величине перерегулирования 9 . При этом при поступленииочередного такта с входа 21 устройства на вход 47 триггер 12 устанавливается в "1", Этот сигнал поступает навход 53 элемента И 14 и на выходеэлемента И 14 формируется сигнал "1",при котором элементы 19 и 18, привод1 и регистры 2 и 3 работают аналогично описанному в и, 1.2. Сигнал "1" свыхода триггера 12 поступает на вход64 элемента И 17, на вход 62 его поступает сигнал "0", поэтому тактовыеимпульсы, поступающие на вход 63, проходят через элемент И 17 на счетныйвход 44 таймера 7. Таким образом таймер начинает отсчитывать время перерегулирования (на.фиг.4 Иравно отрезку времени вг). При этом контрольфункционирования привода не производится. После прохождения времени 0на выходе счетчика 7 устанавливаетсясигнал Он, который, поступая на вход48, переводит триггер в состояние"0 и. С этого момента устройство переходит в состояние слежекия.1,4, Слежение,1При слежении должно выполняться условие (5), Сигнал "О" с выхода триггера 12 поступает на вход 56 элемента И 15, который при наличии сигнала "1" на входе 57 формирует на своем выходе сигнал 1", Далее элементы 19 и 18,привод 1 и регистры 2 и 3 работают аналогично описанному в п, 1,2, Условие (5) выполняется до тех пор, пока не произойдет скач. кообразное изменение ( т.е. до очередного р , при этом одновременно на вход устройства поступают однократно величины с 8 и устройство работает аналогично описанному в п. 1. 2, Работа устройства при неправильном функционировании привода.2.1. Работа при сбое, приводящем к скачкообразному возрастанию рассогласования Ь. во время состояния слежения (может произойти при сбое преобразователя угол - код 77, несанкционированном изменении р; на(9) В соответствии с формулой (2)ЬЬ;=О. Если привод движется с меньшей чем допустимо скоростью, то рассчитанное по Формуле (2) ) Ь Ь;ЬЬ В этих случаях не выполняется условие(3), анализируемое компаратором 5,и на его выходе формируется сигнал 55 0который приводит к томучтона выходе элемента И 13 устанавливается также сигнал 0. Далее устройство работает аналогично случаю вп. 2.2,1. входе 20 и других случаях сбоев вцифровой части устройства),В этом случае в состоянии слежения, описанном в и. 1.4, не выполняется условие (5) при отсутствии ко.да на входах 23 и 24, На выходе компаратора 4 изменяется сигнал на "0",таким образом на всех входах элемента 4 ИЛИ-НЕ 19 сигнал "0", что приводитк оформлению на выходе элемента 4 ИЛИ-НЕ 19 сигнала "1", поступающего на вь 1 ход 27 устройства как сигнала "Неисправность привода". Сумматор-вычитатель 10 рассчитывает прогнозйруемую величину рассогласованияЬ, =Ь;, + (Ь;,-Ь; ), (6)где Ь - величина, поступающая насуммирующие входы 36 и 38сумматора-вычитателя 10 свыхода регистра 2;Ь; - величина, поступающая навход 37 вычитания с выходарегистра 3.С выхода сумматора-вычитателя 10Ь, поступает на вход 68 элемента2 ИИЛИ 18, который по сигналу "1"на входе 67 пропускает Ь; на выход28 устройства и на вход 41 регистра 2 и вход 39 привода 1. В течениевремени сбоя устройство рассчитываети хранит эти значения в регист 1рах 2 и 3.Таким образом, вместо ложного Ь;в этой ситуации Формируется рассогласование Ь; , которое при. условии,что Ц); незначительно изменяется втечение времени сбоя с высокой точностью, характеризует фактическоерассогласование. Следовательно, двиЪжение привода незначительно отклоняется от задаваемого.Если сбой кратковременный, топосле его прекращения Ь; не превышает Дд , выполняется условие (5) иустройство продолжает работать так,/как это описано в п, 1.4.Таким образом, в этом случае устройство обеспечивает управление приводом с высокой точностью, выдачу навыход 28 информации о фактическомрассогласовании и продолжение работы привода после прекращения сбоя.2,2. Работа при сбое во времяотработки большого рассогласования,2.2.1. Случай, когда при движущемся приводе рассогласование Ь; неуменьшается, а увеличивается. 10 15 20 25 30 35 ,40 45 Это может произойти при: неправильном направлении движения из-заотказа аналоговой части привода 1;при сбое преобразователя угол - код77 или несанкционированном изменениина входе 20, приводящих к скачкообразному увеличению Ь; .Устройство будет работать так,как описано в и, 1.2, за исключениемследующего.В этом случаеЬ,Ь,- Ю, (7)как следует из (2), при этомз 18 пЬ, = а 18 п Ь; (8)и условие (4) не выполняется, приэтом на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ 1.1 формируется сигнал "1", вызывающий на выходе элемента И 13 сигнал "0", по которому не срабатываетэлемент И 16. В результате этого элемент 4 ИЛИ-НЕ 19, элемент 2 ИИЛИ 18,электропривод 1 и регистры 2 и 3 работают так, как и при сбое, описанномв п. 2,1,Управление приводом ведется такимобразом, чтобы он двигался в течениевремени сбоя с постоянной скоростью,равной скорости в промежутке временимежду (х)-ми и (1-1)-ми тактами до1-го такта сбоя.Если ю меняется незначительно, тоуправление приводом и формированиеЬ на выходе 28 производится с высокои точностью в случае кратковременного сбоя, После преккращения кратковременного сбоя и выполнения условий(2) - (4), в которых Ь значения ".равны текущему Ь; , устройство продолжает управление приводом так же,как если бы сбоя не было.2,2.2, Случай отсутствия движенияпривода или отработки со скоростьюменьше допустимой,Если привод стоит, тоЬ - Ь1 1-1Таким образом, выявляется неправильная отработка большого рассогласования, когда, в частности, рассогласование уменьшается за счет соответ 5 ствующего изменения расчетного значения угла,формула изобретенияУстройство для функционального контроля электропривода, содержащее первый компаратор, первый и второй регистры сдвига, первый и второй вычитатели, первый и второй элементы И, элемент 2 ИИЛИ, вход уменьшаемого первого вычитателя является первым установочным входом устройства, вход вычитаемого - информационным входом устройства, а первый выход подключен к первому входу первого компаратора, второй вход которого является вторым установочным входом устройства, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения полноты контроля, в устройство введены первый и второй 25 таймеры, сумматор-вычитатель, второй компаратор, с третьего по пятый элементы И, элемент 4 ИЛИ-НЕ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и триггер, синхровход которого, первый вход пятого элемента И, синхровходы первого таймера, первого и второго регистров сдвига являются синхровходом устройства и выходом устройства для подключения к синхровходу объекта контроля, выход триггера соединен с первымивходами элементов И с второго по четвертый и с вторым входом пятого элемента И, выходом подсоединенного к синхровходу второго таймера, устано- щ вочный вход которого. и установочный вход первого таймера являются третьим и четвертым установочными входами устройства соответственно, выход первого элемента задержки подключен к первому входу сброса триггера, к третьему входу пятого элемента И, к вторым входам элементов И с второго по четвертый и к первому входу элемента 4 ИЛИ-НЕ, выход второго элементазадержки соединен с вторым входомсброса триггера и с первым входом установки триггера, выход первого компаратора соединен с вторым установочным входом триггера и с третьими входами второго и четвертого элементовИ, вход одного вычитаемого второговычитателя и первый вход второго компаратора являются пятым и шестым установочными входами устройства соответственно, первый выход первого вычитателя соединен с входом уменьшаемого второго вычитателя и с первымвходом элемента 2 ИИЛИ, выход которого является выходом устройствадля подключения к входу данных объекта контроля, информационным выходомустройства и подключен к входу данных первого регистра сдвига, выходомсоединенного с входом данных второгорегистра сдвига, выход которого подключен к входу вычитаемого сумматоравычитателя, выход которого подключенк второму входу элемента 2 ИИЛИ, вы -хоцы элементов И с второго по четвертый подключены к входам соответственно с второго по четвертый элемента 4 ИЛИ-НЕ, выход которого являетсяуправляющим выходом устройства и подключен к третьему и четвертому входамэлемента 2 ИИЛИ, выход первогорегистра сдвига соединен с входом вычитаемого второго вычитателя и с входами первого и второго слагаемых сумматора-вычитателя, первый выход второго вычитателя подключен к второмувходу второго компаратора, вторыевыходы первого и второго вычитателейсоединены с соответствующими входамиэлемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого и выход второго компаратора подключены к соответствующим входам первого элемента И, выходом подсоединенного к четвертому входу четвертогоэлемента И,.Гратилло . Техред Л. Сердюкова КорректорС.Черни едакто Заказ 2687/47 Тираж 789 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж Раущская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101