Счетно-импульсное устройство для программного управления объектом с к-ступенчатым остановом

СОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕ(НИХРЕСПУБЛИК 1007085 пиБ З(51 6 05 В 19/ ч ч ОПИ Е ИЗОБРЕТЕН АВТОР твенный про- ргавтоматикаф госуда "Металл(088.8) идетельство СССР19/18, 1978.тельство СССР19/18, 1973 СЛ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ 1 У СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ( 57 )1. СЧЕТНОМПУЛЬСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНЯ ОЭЬЕКТОМ С К-СТУПЕНЧАТЫМ ОСТАНОВОМ, содержацее последовательно соединенные генератор импульсов и счетчик импульсов., а также последовательно соединенные импульсный датчик перемецения, реверсивный счетчик, первый блок сравнения и логический блок, а также. блок ввода программы, выходом подключенный к второму входу первого блока сравнения, о т л и ч а ю.щ е е с я тем, что, с целью повьааения надежности, в него введены блок задания исходного состояния реверсивных счетчиков, (2 К) дополнительных реверсив- . ных счетчиков и (2 Кдополнительных блоков сравнения, соединенных выходаи с дополнительными по числу дополнительных блоков сравнения входами логического блока, первыми входами - с выходом блока ввода программы, вторыми - с выходами соответствующих дополнительных реверсивных счетчиков,первые входы которых соединены с выходом импульсного датчика перемещения, вторые входы - с выходами блока задания исходного состояния реверсивных счетчиков, а третьи вхо- ды - с первым выходом счетчика импульсов, вторым входом подключенного к входу блока задания исходного состояния реверсивных счетчиков, а вторьвк входом - к входу устройства и к входу генератора импульсов, второй Е вход логического блока соединен с вторым входом устройства.2Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что логический блок содержит 2 К элементов И и 2 К элементов ИЛИ, каждый из которых выходом соединен с первым входом соответствуюцего элемента И, вторые раем входы которых объединены и подключе-, ра ны к второму входу блокатретьи ,входы всех элементов И, кроме пер.,вого и последнего, а также первые и вторые входы каждого из элементов ИЛИ соединены с 2 К входами блока соответственно.ООИзобретение относится к области автоматизации производственных процессов и может найти применение в различных системах управления перемещением объекта, например в системах управления перемещением кислородной фурмы в конвертерах.Известно счетно-импульсное устройство для программного управления, содержащее последовательно соединенные блок считывания текущих координат, блок формирования импульсов, блок определения направления движения и реверсивный счетчик, выход которого через дешифратор соединен с блоком цифровой индикации и с входом логичес.15 кого блока, второй вход которого подключен к выходу блока задания программы, а первый выход логического блока соединен с первым входом блока управления приводом подач, блок ФормироваО ния упреждающих команд, первый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, второй вход - с вторым выходом логического блока, третий вход - с выходом блока зада ния программы, а выход блока формирования упреждающих команд подключен ко второму входу блока управления приводом подач..В известном Устройстве для выработки соответствующих команд на снижение скорости привода предполагается наличие триггеров в блоке формирования упреждающих команд, который реализует формулу35 где А; - код задания;В; - код реверсивного счетчика,К; - код величины интервала между заданной точкой останова и точкой перехода с одной скорости на другую 1) .Недостатком известного устройства является сложность реализации программного перемещения объекта с помощью блока формирования упреждаюцих команд, необходимость триггеров управления, представляющих собой последовательные автоматы, которые являют-. ся менее.помехоустойчивыми по сравнению с устройствами комбинационного типа, что снижает надежность устройства в целом.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является счетно-импульсная система программного управления, содержащая генератор импульсов, счетчик импульсов, датчик перемещениЫ, подключенный к реверсивному счетчику, а через него к сравнивающему устройству, второй 6 О вход которого соединен с блоком вво" да программы, исполнительный орган и логический блок, подключенный к сравниваюцему устройству, датчику перемещения, генератору импульсов, 65 блоку ввода Программы, счетчику импульсов, а через него " к исполнительному органу, к которому подключено и сравнивающее устройство.В известной системе при каждом изменении задания производится подача импульсов упреждения, вырабатываемых генератором, в блок ввода и в счетчик импульсов. После этого включается исполнительный орган. В момент, когда сравняются коды реверсивного счетчика и блока ввода, подается первая команда упреждения (перевод с одной скорости перемещения на другую), при которой производится какперекоммутация входов счетчика импульсов (в результате которой к шиневычитания счетчика импульсов подключается выход датчика перемещения),так и перекоммутация входов блока вво. да (в реэультатй которой на шины вычитания или суммирования блока ввода подаются соответственно импульсы вычитания и суммирования с датчика перемещения). С этого момента меняющийся код блока ввода совпадает с меняющимся кодом реверсивного счетчика, анод счетчика импульсов уменьшается.На выходах счетчика импульсов поочередно появляются сигналы команд упреждения. Появление сигнала на выходе счетчика импульсов служит сигналом окончания отработки задания, при котором в блоке ввода содержится кодчисла задания и поступление в негоимпульсов перемецения прекращается.В виду тож, что исполнительныйорган в подавляющем большинстве слу-чаев на практике для повыаения надежности не содержит элементов памяти,а также, исходя иэ того, что длябольшинства случаев управления перемещением объекта с большой точностьютребуется выдача команд упрежденияс, большей дискретностью, чем дискретность импульсов перемецения (отрезокпути, на котором объект должен перемещаться с определенной скоростью,по своей величине превышает дискретность импульсов датчика перемецения),можно заключить, что для получениякоманд упреждения так называемый1 ф"счетчик импульсов" известной системы должен содержать не только реверсивный счетчик, но и несколькодешифраторов (число которых равнонеобходимому числу команд упреждения)а также несколько элементов памяти,с помощью которых импульсы с выходов соответствующих дешифраторов преобразуются в сигналы команд упреж дения (имеющих вид не импульсного, а позиционного сигнала.Если исполнительный орган не содержит элементы памяти, то принимая во внимание факт непрерывного совпадения меняющихся кодов блока ввода и реверсивного счетчика (отслеживающего .фактическое положение переме)щаемого объекта)после появленияйервой команды упреждения следуетсделать вывод о необходимости наличия в известной системе элементовпамяти, с помощью которых признак необходимого направленйя движенияобъекта, формируемый сравнивающимустройством до появления первой команды упреждения, запоминается до момента отключения исполнительного органа.Для реализации возможности перекоммутации входов блока ввода и счет-.чика фиксированного числа импульсовтакже необходимы элементы памяти, 15Известная система не предусматри- .вает реализации реверса перемещения (с последующей;отработкой точного останова) в случае возможного(из-за кратковременной помехи или подругим, технологическим причинам)выбега объекта управления за допустимую зону останова.Известная система не предусматривает воэможности реализации изменения 25во время перемещения объекта управления. На практике необходимость изменения задания во время его .отработки может быть вызвана изменениемкаких-либо технологических условий.При этом оперативная корректировказадания (вплоть до реверсированиядвижения)может оказаться обязатель.ной (2),Недостатками известной системы являются:35необходимость при каждом вводе но- .вого задания заноситьимпульсы от генератора в блок ввода и счетчик импульсов с последующей перекоммутацией входов этих устройств, что повышает напряженность работы блокаввода и счетчика импульсов, снижаянадежность системы)необходимость наличия помимо счетных схем также и многих триггеров уп равления, что снижает помехоустойчивость, снижая тем самым надежностьсистемы,невозможность возврата объектав зону допустимого останова в случаевыбега за эту зону.Целью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей системы.Поставленная цель достигается тем,что в счетно-импульсное устройстводля программного управления объектомс К-ступенчатым остановом, содержащеепоследовательно соединенные генератор импульсов и счетчик импульсов,а также последовательно соединенные 60импульсный датчик перемещения, реверсивный счетчик, . первый блОксравнения и логический блок, а также блокввода программы, выходом подключенный ко второму входу первого 65 блока сравнения введены блок задани исходного состояния реверсивных счетчиков, (2 К) дополнительных реверсивных счетчиков и (2 К) дополнительных блОков сравнения, соединенных выходами с дополнительными по числу дополнительных блоков сравне" ния входами логического блока, пер-выми входами - с выходом блока ввода программы, вторыми входами - с выходами соответствующих дополнительных реверсивных счетчиков, первые входы которых соединены с выходом импульсного датчика перемещения, вто/ рые входы - с выходами блока задания исходного состояния ревераивных счетчиков, а третьи входы - с первым выходом счетчика импульсов, вторым входом подключенного ко входу блока задания исходного состояния реверсивных счетчиков, а вторым входом - ко входу устройства и ко входу генератора импульсов, второй вход логического блока соединен со вторым входом устройства, а также тем, что логический блок содержит 2 К элементов И и 2 К элементов ИЛИ, каждый из которых выхбдом соединен с первым входом соответствующего элемента И, вторые входы которых ,объединены и подключены ко второму входу блока, третьи входы всех эле-. ментов И кроме первого и последнего а также й первые и вторые входы каждого из элементов ИЛИ соединены с 2 К входами блока соответственно.На фиг.1 приведена функциональная схема устройства К-ступенчатого остановаф .на фиг.2 - зоны действия команд управления системы 2-х ступен-. чатого останова 1 на фиг.З - схема логического блока системы 2-х ступеА- чатого останова, на фиг.4 - схема логического блока устройства К-ступенчатого останова.устройство К -ступенчатого ,оста- нова состоит (фиг.1) из генератора 1 импульсов, счетчика 2 импульсов, дат-. чика 3 перемещения, реверсивного счетчика 4, первого сравнивающего блока 5, блока б ввода программы, логического блока 7, исполнительного органа 8, блока 9 задания исходного состояния реверсивных счетчиков, дополнительныхреверсивных счетчиков 10 - 10., дополнительных блоков срав.нения 11 - 112 к-Логический блок (фиг.З) содержит, элементы И 12-15, элементы ИЛИ 16-19.Генератор 1 импульсов работает в жцущем режиме,и начинает формиРовать импульсы по приходу импульсного сигнала "Исходное состояние", поступающего от датчика исходного сос. тояния объекта управления (на фиг.1 не показан .Счетчик 2 импульсов представляет собой суммирующий счетчик из двухбО где триггерон и используется в данном Ъстройстве в качестве распределителя импульсов. Первым выходом счетчика янляется прямой выход 1-го триггера, вторым ныходом счетчика является пря мой выход 2-го триггера, 1-м импульсов счетчик переводится из состояния "0" в состояние "1", 2-м импульсом счетчик переводится из состояния "1" в состояние "2", третьим импульсом счетчик переводится опять н состояние "0". Входом счетчика импульсов 2 служит элемент И, на первый вход которого поступает импульс "Исходное состояние", а на второй вход поступают импульсы от генератора 1 15 импульсов. Длительность импульса "Исходное состояние" выбирается такой, чтобы счетчик 2 импульсов воспринимал не более трех импульсов. Такой занос импульсов в счетчик 2 сде лан для повышения помехоустойчивости устройства.В качестве импульсного датчика 3 йеремещения может быть использован любой известный импульсный датчик 25 со схемой формирования импульсов на шинах (+) и (-) н зависимости от направления перемещения объекта(например, (+) для подъема и (- для спуска).30В качестве реверсивных счетчиков 4, 10 и 1, могут быть использо- - ваны любые известные (одинаковые) ренерсивные счетчики с установочными входами, функционирующие в том же коде (например коде Айкена), чтои блок б ввода программы, с выхода . которого код задаваемой точки остановки объекта поступает на все сравнивающие устройства. На фиг.1 пока- заны для К- ступенчатого останова 40 не все счетчики, а только первый дополнительный ренерсинный счетчик 10, дополнительный счетчик 10 д.,и ренерсинный счетчик 4. Остальные счетчики не показаны, но следует помнитц 45 что всего имеем и=2 К реверсивных счетчиков. Аналогично (хотя и имеем п =2К сравнивающих устройств) на фиг.1 показаны только три сравнивающих устройства 11, 13 р 5 (остальные не показаны, чтобй не загромождать рисунка)Блок 9 предназначен для задания исходного состояния всех реверсивных счетчиков (когда управляемый объект находится в исходном состоя ниии реализует Формулу Ао - число, соответствующеекоординате исходного положения управляемогообъекта,К; - число, соответствующеерасстоянию от заданной координаты останова"до точки, в которой производится перевод со ско-рости 3, на скоростью,А - код исходного состояния1 -го ренерсивногосчетчика.При этом под "исходным" положением-го счетчика понимается положение, (код), в которое-й счетчик принудительно ориентируется во время нахождения объекта управления в своем исходном состоянии. Если соответстнующая точка перевола со скорости Ч; на скорость Ч имеет координату большую, чем координата заданной точки остановки объекта (точка Мо на Фиг.2), тоА = А -К,1 с Если точка перевода со скоростиЧ, на скорость Ч,А имеет координату меньшую, чем координата заданной точки остановки Мо, тоАо + КлТак задаются (заранее)исходныесостояния всех реверсивных счетчиков.Причина, по которой именно так определяются исходные .состояния ренерсивных счетчиков, будет понятнапри рассмотрении работы логическогоблока 7,Перед рассмотрением устройстваи работы логического блока 7 длямногоступенчатого (К-ступенчатого,где К ) 2) останова разберем случай более простой - 2-х ступенчатыйостанов. В случае 2-х ступенчатогоостанова счетно-импульсное устройство должно выдавать следующие командына перемещение управляемого объектапри заданной точке останова М(фиг.2):1. Если объект управления находится не Выше точки М 4(М 4 = МО .К 4)то логический блок 7 должен выдавать команду на исполнительный орган8 "Подъем на скорости Ч 4 11. В моментпрохождения объектом управленияточка М 4 логический блок 7 долженизменить команду "Подъем на скорости74 1" на команду "Подъем на скоростиЧ )". При нахождении объекта междуточками М 4 и М (МЭ = Мо - К) на выходе логического блока 7 команда"Подъем на скоростиЪ" должна присутствовать все время, пока объектне дойдет до точки М. В момент прохода мимо точки Млогический 67 ок 7должен снять команду "Подъем на скорости Ч Ф ". Имеем так называемое; "отключение двигателя с упреждением".Величина упреждения при подъемеК) выбирается заранее на основании.инерционности системы. Если интервал .упреждения при подъеме(К) выбран достаточно точно, то через некотороевремя после снятия команды "Подъем(2) т + Кйо т + К 4)м,50 Если объект расположен не ниже точки й(, то ТМ 4 или (что то же самое) Т ) й + К. Это эквивалентно неравенствуТ - К) йо (3) 55 Если объект расположен ниже точкиМ 4, но не ниже точки М 2, .тойгТМЭто означает, что Мо+ К 16 Тйс+ К 4 60Для этого случая должны выполнятьсяодновременно 2 неравенства Т - К й (ч) ( й 65 на скорости 7 " объект должен остановиться возле точки й,.2. Если объект находится не ниже точки М (М 4= Й 4 К 4 ), то логический блок 7 должен выдавать команду РСпуск на скорости У" . В момент прохождения .объектом точки М/ логический блок должен изменить команду "Спуск на скорости 74 " на команду "Спуск на скорости 14 ". В момент прохода объекта мимо точки й(М 1 йо К) логический блок 7 должен снять команду "Спуск на скорости М 1 4 ". Имеем отключение двигателя с упреждением при спуске. Объект должен остановиться возле точки й. 153. Из разбора вариантов 1 и 2 следует, что в случае, если объект управления находится возле точки Мо, но .не далее точки й или й команда на движение должна отсутствовать, 20 так как объект находится в зоне нечувствительности системы. ( Величина зоны нечувствительности системы определяется технологическими требованиями) . 25В случае, если объект при подъеме проскочит точку й(или при спуске проскочит точку 14), логический блок должен формировать команду для возврата объекта в зону остановки. 30Рассмотрим, с математической точки зрения, при каких условиях должна формироваться та или иная команда в соответствующей зоне управления. Обозначим "текущую" (фактическую)З 5 абсолютную координату полокения объек та буквой Т.Если объект расположен не выше точки М 4, то ТМ 4 . Это означает, что Т с Яо- Кчто эквивалентно неравенству Т + К 4 с й (1) .Если объект расположен выше точки М 4 , но не выше точки М З , т.е. М 4 сТМили ( что то же самое) йо - К 4 Тй, - К т.е; в этом случае должнй выполняться одновременно 2 неравенства При выполнении неравенства (1) ло гический блок формирует команду "Подь" ем на скорости 744". При выполнении неравенства (2) логическим блоком должна формироваться команда "Подъем на скорости 71". Аналогично для неравенства (3) должны иметь команду "Спуск на скорости,4 ", а для неравенства (4 должны иметь команду "Спуск на скоростиЧ 1ф.Обычно блок сравнения имеет три выхода. На одном выходе сигнал ф 1" будет соответствовать случаю, когда а = Ь . На другом выходе Сигнал "1" будет соответствовать случаю, когда О ) Ъ . И; наконец, на третьем выходе блока сравнения сигнал "1" будет тогда , когда аЬДля 2-х ступеичатого останова необходимо иметь 4 блока сравнения. Первый блок сравнения определяет соотношение между Т + К 4 и Мо. Второй блок сравнения определяет соот.- ношение между Т + К 2 и йо, Третий блок сравнения определяет соотношение между Т - К и Мд. Четвертый блок сравнения определяет соотношение между Т - К 4 и Мо. Понятно, что если 1 - тый реверсивный счетчик в исходном состоянии имел код А = А+ + К , то по мере перемещения объекта этот реверсивный счетчик будет "Следить" за точкой с "текущей" координатой А; = Т 4. КНа фиг.З показана для 2-х ступенчатого останова связь между блоком сравнения и логическим блоком 7, причем последний раскрыт до функциональных логических элементов.Рассмотрим работу этой системы в автоматическим режиме (сигнал "Автоматический режим") .В случае, еслиобъект находится не выше точки М 4, то согласно (1) имеем на одном из входов элемента ИЛИ сигнал "1" ("1" при Т + К 4 = Йд или "1" при Т + 14 М 4). При этом на выходе элемента И 4 будем команду . "Подъем на скорости 74"Если объект пройдет при подъеме точку М 4 , т.е, он расположен выше точки М 4 и не ниже точки М 9, то согласно (2) на верхние два входа элемента И 14 поступают сигналы "1"; в результате имеем на выходе элемента И 14 команду "Подъем на скорости 1(". При этом на выходе элемента И команды "Подъем на ско- ростиЗТ" уже не будет, так как на выходе элемента ИЛИ 19 сигнал ."1" для данного положения объекта будет отсутствовать. Таким образом имеем переход с команды "Подъем на скорости 74) " на команду "Подъем на скоростиУ 1" .В случае, когда объект при подъе-, ме на скоростиМ пройдет точку й, то ни одно из .условий 1 , 2 3 и 4не будет выполняться, т.е. исчезнутусловия для формирования любой команды произошло отключение двигателяс упреждением при подъеме, объектначинает двигаться за счет инерциисистемы и останавливается возле заданной точки йо,Если объект находится не ниже точки й, то ввиду выполнения условия (3)на выходе элемента И 12 будет коман,ца "Спуск на скорости 71 ". 10Когда объект будет находиться ниже точки йно не ниже точки йу,то в соответствии с (4) на выходеэлемента И 13 имеем команду "Спускна скоростиЧ", а сигнал на выходе элемента И 12 исчезнет.В случае, если объект при спускена скорости 7 пройдет точку й,то на выходе логического блока не будет присутствовать команда на перемещение, т.е. имеем отключение двигателя с упреждением при спуске споследующей остановкой объекта возле заданной точки.На фиг.4 показана схема логического блока 7, аналогичная схеме нафиг.З, но уже не для 2-х ступенчато- го, а для К-ступенчатого останова.Как на фиг.З, так и на фиг.4 усилители, реле и сами реле, контактамикоторых соответствующие команды подаются в схему исполнительного органа 8, для упрощения не показаны.Устройство К-ступенчатого останова работает следующим образомфиг.4),По сигналу "Исходное состояние"поступающему от датчика исходногоположения объекта (на фиг.1 не пс -казан) включается генератор 1 импуль.сов, в результате чего счетчик 2 . 40импульсов переводится из состояния"0" в состояние "1" и с первоговыхода счетчика 2 импульсов на устанавливающие в "0" входы всех реверсивных счетчиков поступает сигнал 45все реверсивные счетчики устанавливаются в положение "0") . После этого,за счет поступления в счетчик 2 импульсов 2-го импульса, этот счетчикпереводится в положение "2". В результате этого сигнал на первом выходе счетчика 2 импульсов исчезает,а на втором выходе счетчика 2 импульсов появляется сигнал "1", поступающий на вход блока 9. Вследствиеэтого с выходов блока 9 коды (А )исходных состояний реверсивных счетчиков 4,101- 10,поступают на входыэтих реверсивных счетчиков.Теперь, в зависимости от координаты задаваемой тчки останова численное значение которой в виде кодапоступает с выхода блока б ввода программы на вторые входы всех блоков5, 11 - 11,сравнения, 11, 11 ,кодов А йсходных состояний реверсив-,65 ных счетчикоВ, и при, условии подачи в логический блок 7 сигнала "Автоматический режим" на вход два, логический блок 7 выдает в схему исполнительного органа 8 команду. В результате прихода на исполнительный орган 8 команды, определяющей направление и номинал скорости, объект )управления двигается. С датчика 3 перемещения на входы реверсивных счетчиков 4, 10." 10,поступают импульсы на одноименные входы, т.е. либо по шине + , либо по шине - В результате, хотя соотношения между кодами самих реверсивных счетчиков 4,10 - 10 остаются неизменными определяются суммой или разницей между Ки К комбинация сигналов, поступающих с выходовблоков 5, 11 -11. сравнения на входы логического блока 7, меняется. Это приводит к формированию другой команды, определяющей иную скорость перемещения объекта.Для К-ступенчатого останова используются несколько реверсивных счетчиков (число которых и:2 К), каждый иэ которых, "отслеживает" абсолютную координату своей .точки, перемещающейся синхронно с объектом управления, но отстоящей от объекта управления всегда на определенном и постоянном расстоянии, задаваемом заранее. Другими словами, код-того счетчика отличен от кода координаты объекта управления на постоянное числок К; , численно равное интервалу между задаваемой точкой остановки объекта и соответствующей точкой изменения команды (перевод на другую скорость). В устройстве используется несколько блоков сравнения (число которых совпадает с числом реверсивных счетчиков). Каждый иэ блоков сравнения анализирует соотношение между кодом заданной точки остановки объек-, та и соответствующим 1 для данного блока сравнения) кодом реверсивного счетчика. Сигналы "Больше", "Меньшеф, или "Равно" .поступают с выходов данных блоков в логический блок. Логический блок представляет собой схему комбинационного типа (не содержит элементов памяти ) . В зависимости от того, какая комбинация сигналов поступает в данный момент на входы логического блока, в последнем формируется команда для движения объекта в ту или другую сторону с определенной (заранее выбранной) скоростью. Эта команда присутствует на выходе логического блока все время, пока соответствующая комбинация сигналов на входах логического блока не изменится, Изменение комбинации сигналов, поступающих в логический блок с выходов блоков сравнения, может происходить только при прохожденни объектом точки, координата которой отличается от координаты заданной .точки останова на величийу К;, Это происходит вследствие того, что блок, сравнивающий код заданного положения с кодом ( -того счетчика, сменит сигнал (например, произойдет смена сигнала "Большеф на сигнал фравноф, а потом происходит смена на сигнал фИеньше") .Предлагаемое убтройство имеет наиболее простой алгоритм работы по сравнению с известными устройствами подобного назначения. В случае, если управляемый объект вышел за допустимую зону останова, устройство производит реверс перемещения для ввода объекта в зону останова. Предлагаемое устройство позволяет вводить но" все задание в блок ввода и во время перемещения объекта. Ввиду того, что логический блок 7 представляет 5 собой устройство комбинационного типа н при вводе нового задания в блок б ввода сдвиг кодов реверсивных счетчиков не производится, предлагаемое устройство отличается высоким быстро действием и надежностью работы. В ус.ловиях кислородно-конвертерного цехазавода "Азовсталь" предполагаеюй годовой эффект при использовании предлагаемой систеьаю составит 15,6 тыС 15 руб при сроке окупаемости затрат1,1 года.