Система управления буровым станком

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК б 8254 б А 1 0 5)3 Е ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Челябинский политехнический институт им, Ленинского комсомола(56) Авторское свидетельство СССР М 1341710, кл. Е 21 С 1/00, 1987.Станок буровой СКБ. Техническое описание и инструкция по эксплуатации СКБ0 ТО ОКП 3662237701.(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БУРОВЫМ СТАНКОМ(57) Изобретение относится к автоматизированным системам управления, используемым при ведении геолого-разведочных работ в буровой технике. Цель изобретения - повышение надежности работы бурового станка. Система управления содержит последовательно включенные регулятор, вентильный преобразователь, исполнительный электродвигатель, редуктор, лебедку, ис. полнительный механизм с тормозным устройством и датчики скорости электродвигателя и лебедки. Дополнительно устройство снабжено О-триггерами 19- 22, элементами 2 И 14 и 15, 2 И-НЕ 23 и 24, 2 ИЛИ 25, ключевым элементом 18 и задатчиком сигнала "1", с помощью которых контролируется исправное состояние редуктора; 11 ил.10 15 20 25 30 40 45 50 Изобретение относится к автоматизированным электроприводам и предназначено для использования в буровой технике.Цель изобретения - повышение надежности работы бурового станка за счет прогнозирования.На фиг,1 представлена структурная схема системы; на фи.2 - сгруктурная схема блока диагностики; на фиг.З - выполнение датчиков; на фиг. 4-11 - эпюры, поясняющие работу системы.В состав системы входят (фиг,1) регулятор 1, вентильный преобразователь 2, электродвигатель 3, редуктор 4, лебедка 5 с тормозным устройством 6, датчик 7 скорости электродвигателя 3 и датчик 8 скорости лебедки 5, блок 9 диагностирования с входными клеммами 10 и 11. Блок 9 содержит (фиг,2) одновибраторы 12 и 13, элементы 2 И 14 и 15, резисторы 16 и 17, ключ 18, триггеры 19-22, элементы 2 И-НЕ 23 и 24 и элемент 2 ИЛИ 25, Датчики 7 и 8 могут быть реализованы по любой известной конструкции, например, на основе диэлектрического диска 26 (фиг.З) с металлическими пластинками 27, расположенными по периметру диска, и индуктивного чувствительного элемента 28, Диск 26 сопряжен с валом электродвигателя 3 и лебедки 5. Блок 28 переходит в состояние "1" при прохождении металлической пластины 27.Функциональные блоки устройстваимеют следующие характеристики и принцип действия.Регулятор 1 (фиг.1) осуществляют формирование управляющего сигнала электродвигателем 3 и может быть выполнен по любой известной структуре, например, по принципу подчиненного регулирования параметров (не показано). Вентильный преобразователь 2 является управляемым и предназначен для электропитания двигателя 3, Редуктор 4 осуществляет. механическую связь между валом электродвигателя 3 и лебедкой 5, Тормозной механизм 6 при.подаче на его командный вход сигнала "1" производит торможение лебедки 5. Блоки 7 и 8 преобразуют величину скорости вращения двигателя 3 и лебедки 5 в импульсный сигнал, период которого зависит от скорости вращения контролируемых механизмов.С помощью блока 9 (фиг.2) производится диагностирование состояния редуктора 4, Одновибраторы 12 и 13 формируют импульсы малой длительности с уровнем логического "0" синхронно с передним фронтом входного сигнала (фиг. 5, а). Длительность выходных импульсов блоков 12 и 13 является величиной постоянной, 0-триггеры 19 - 22 переключаются в состояние Овхода по переднему фронту импульса наС-входе (фиг,5,б).Элементы 14 и 15 реализуют логическуюфункцию 2 И, их выходной сигнал равен "1" при условии одновременной подачи на оба входа сигналов "1" (фиг,5, в). Блоки 23 и 24 типа 2 И - НЕ переходят в состояние "О" при воздействии на их входы сигналов "1" (фиг, 5,г).Логический элемент 2 ИЛИ 25 формирует на выходе сигнал "1" в случае, когда хотя бы один из входных сигналов равен "1" (фиг. 5, д), Ключ 18 служит для перевода триггеров 19-22 в исходное нулевое состояние. При этом на й-входы О-триггеров подаются сигналы "О", Для принудительного переключения блоков 19-22 в состояние "1" на Я-входы должен быть подан уровень "О" при В="1".На диаграммах сигналов введены следующие обозначения: тимп = сопз 1 - длительность выходного импульса одновибраторов 12 и 13; Х - выходной сигнал датчика 7; Х 2 - выходной сигнал датчика 8; Т 1 - период сигнала Х; Т 2 - период сигнала Х 2; У 21 - выходной сигнал блока 12; т 22 - выходной сигнал блока 13; 01, 02, Оз, 04 - выходные сигналы триггеров 19, 20, 21, 22 соответственно; р - разность фаэ между сигналами Х, Хг; пц - скорость электродвигателя 3; пэ - скорость перемещения элеватора 6 (фиг.1) (лебедки 5, фиг.2); т - момент времени выхода из строя редуктора 4; то - момент времени нулевого значения скорости перемещения блока 5; Л 1 - интервал времени между передним фронтом сигнала Х 2 и задним фронтом импульса 02; 102 - момент времени перехода триггера 21 в состояние1Принцип работы устройства следующий,С помощью регулятора 1 формируется управляющий сигнал, определяющий режим работы исполнительного электродвигателя 3. Механизм 6 находится в нерабочем состоянии, так как на его вход подан сигнал"О". На выходе блоков 7 и 8 формируются импульсные последовательности с равными частотами, что обеспечивается за счет соответствующего подбора параметров (числапластин) диска 26 (фиг,3).Рассмотрим работу блока 9 при условии(Р = 0(фиг. 6).На О-входы триггеров 19 и 20 подансигнал "1" от внешнего источника напряжения, При воздействии на С-входы импульсов с выходов датчиков 7 и 8 (фиг.6, а, б) триггеры 19 и 20 стремятся переключиться в "1".Однако синхронно с передним фронтом12 и 13 формируют импульсы "0" (фиг. 6, в), что обеспечивает нулевое состояние триггеров 19 и 20, а также триггеров 21 и 22 (фиг.6, г), В результате выходной сигнал блока 9 5 равен "0", что свидетельствует о исправном состоянии редуктора 4. 10 30 35 отсутствует передний фронт сигнала с соот сигналов на входах 10 и 11 одновибраторы Предположим, что р = 90 эл.град. (фиг,7). Под действием сигнала на входе 10 (фиг. 8, а) триггер 19 переключается в "1" (фиг. 7, д). Триггер 21 сохраняет нулевое состояние, так как передний фронт импульса на его С-входе возникает раньше, чем сигнал "1" на выходе триггера 19. Затем под действием выходного напряжения генератора 13(фиг, 7, г) триггер 19 обнуляется(фиг.7, д), а триггер 20 переходит в "1" (фиг. 8, б,е). О-триггер 22 находится в "О" так же, как и триггер 21 (фиг. 7, ж). Перевод триггера 20 в "0" производится под действием выходного напряжения "0" одновибратора 12 (фиг. 7, в). Таким образом в данной ситуации триггеры 19 и 20 периодически переключаются, а триггеры 21 и 22 находятся в статистическом нулевом состоянии.Предположим, что р = -90 эл.град, (фиг,8). Данная ситуация аналогична предыдущей с той лиш ь разницей, что продолжител ьность единичного состояния О-триггера 19 (фиг. 8, д) превышает время включенного состояния О-триггера 20 (фиг. 8, е).. При р =180 эл.град(фиг, 9) интервалы включенных состояний триггеров 19 и 20 равны между собой (фиг. 9, д, е), Выходной сигнал. триггеров 21 и 22 и блока 25 равен "0" (фиг. 9, ж), так как зэ время существования на выходе триггеров 19 и 20 сигнала "1" (фиг, 9, д, е) на С-входе триггеров 21 и 22 ветствующей из входных клемм 10 и 11.Таким образом, одним из существенных отличительных признаков данного технического решения является отсутствие необходимости синхронизации работы датчиков 7 и 8, при которой между их выходными сигналами формируется строго определенный фазовый сдвиг. В результате упрощается схема контура диагностирования и повышается надежность системы в целом.Рассмотрим случай предварительного режима работы редуктора 4, когда вследствие износа его элементов (рабочих зубцов шестерен) возникнет малая разность скоростей между валом электродвигателя 3 и лебедкой 5 (фиг. 10 а, б). Тогда с течением времени(порядка нескольких периодов сигнала на клемме 10) длительность сигнала "1" на выходе триггера 19 умен ьшается (фиг. 50 55 20 25 1 О, д), а время существования "1" на выходе триггера 20 увеличивается (фиг. 10, е), Наконец наступает такой момент времени, когда 0 = 1.(фиг. 10, е), а на С-вход триггера 22 подается передний фронт сигнала с клеммы 11 (фиг, 10, б). Триггер 22 переходит в состояние "1" (фиг. 10, 3), а на выходе блока 24 появляется "0", Это приводит к фиксации состояния триггера 22 в единичном состоянии, а на выходе элемента 25 также появляется "1". Под действием этого сигнала регулятор 1, преобразователь 2 отключаются от сети, а устройство 6 осуществляет торможение лебедки 5,Таким образом данное техническое решение обеспечивает раннее диагностирование состояния редуктора 4, препятствуя возникновению аварийной ситуации на обьекте.Рассмотрим диаграммы сигналов при обрыве связи между валом электродвигателя 3 и лебедкой 5, (фиг. 11), например, для случая, изображенного на фиг.5.Здесь частота сигнала на входе 10 начинает возрастать (фиг. 11, а) а на входе 11 сначала уменьшаться, а затем вновь увеличиваться (фиг. 11, б),Длительность сигнала "1" на выходе триггера 19 возрастает (фиг. 11, д), так как уменьшается частота импульсов на клемме 11 и выходе одновибратора 13 (фиг. 11, б, г). В то же время частота импульсов на входе 10 увеличивается (фиг. 11, а), что в итоге приводит к включению триггера 21 (фиг.11,а,ж), Его состояние фиксируется с помощью блока 23, а появление "1" на выходе элемента 25 влечет за собой останов исполнительного механизма с лебедкой 5. Формула изобретения Система управления буровым станком, содержащая последовательно включенные регулятор, вентильный преобразователь, исполнительный электродвигатель, редуктор, лебедку, исполнительный механизм и тормозное устройство исполнительного механизма, а также датчики скорости электродвигателя и лебедки, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности работы бурового станка, в систему управления введены два одновибратора, четыре О- триггера, два элемента 2 И, два элемента 2 И-НЕ, элемент 2 ИЛИ, ключевой элемент и задатчик сигнала "1", причем выход датчика скорости электродвигателя соединен с С- входом первого и второго О-триггеров и подключен к входу первого одновибратора, выход датчика скорости лебедки подключен к второму одновибратору и к С-входу третьего и четвертого О-триггеров, выход первого1682546 оставитель И. Назаркинаехред М. Моргентал Корректор М. Максимишинец ипта едактор зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 3 3390 ТиражВНИИПИ Государственного комитета по113035, Москва, ЖобретеРаушска Подписное ям и открытиям при ГКНТ СССР наб., 4/5