четырех-восьмитактное устройство для управления четырехфазным шаговым двигателем

Формула изобретения

Четырех-восьмитактное устройство для управления четырехфазным шаговым двигателем, содержащее реверсивный двоичный счетчик, тактовый вход которого соединен с шиной тактовых импульсов, вход разрешения счета - с шиной управления, а вход задания направления счета - с шиной реверса, первый, второй, третий мультиплексоры, стробирующие входы которых объединены и подключены к шине стробирования, разрядные выходы счетчика a, b, c соединены с одноименными адресными входами мультиплексоров, адресные входы d которых объединены и подключены к шине «режим коммутации», элемент 2И входы которого соединены с младшим разрядом a реверсивного счетчика и шиной «режим коммутации», а выход элемента соединен с четвертым входом четырехвходовой схемы свертки по модулю 2, первый-третий входы которой соединены с выходами первого-третьего мультиплексоров, отличающееся тем, что в него дополнительно введены четвертый мультиплексор, стробирующий вход которого подключен к шине стробирования, а его адресные входы a, b, c, d - к объединению одноименных адресных входов первого-третьего мультиплексоров, первый-четвертый усилители с пороговыми датчиками мощности, пятивходовая схема свертки по модулю два, первый-четвертый входы которой А, В, С, Д соединены с одноименными информационными выходами усилителей мощности, силовые выходы которых соединены с I-IV обмотками шагового двигателя, пятый вход схемы свертки соединен с выходом элемента 2И, выход F схемы свертки соединен с шиной «штатная работа устройства», входы первого-четвертого усилителя (e, f, g, h) соединены с одноименными выходами первого-четвертого мультиплексоров, при этом нулевой, четвертый, восьмой, девятый, пятнадцатый информационные входы первого мультиплексора, первый, пятый, девятый-одиннадцатый информационные входы второго мультиплексора, второй, шестой, одиннадцатый-тринадцатый информационные входы третьего мультиплексора, третий, седьмой, тринадцатый-пятнадцатый информационные входы четвертого мультиплексора объединены и подключены к шине (+E ₁) питания логической части устройства, а информационные входы первый-третий, пятый-седьмой, десятый-четырнадцатый первого мультиплексора, информационные входы нулевой, второй-четвертый, шестой-восьмой, двенадцатый-пятнадцатый второго мультиплексора, информационные входы нулевой, первый, третий-пятый, седьмой-десятый, четырнадцатый, пятнадцатый третьего мультиплексора, информационные входы нулевой-второй, четвертый-шестой, восьмой-двенадцатый четвертого мультиплексора объединены и подключены к общей шине.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в дискретном электроприводе систем автоматизации технологических процессов.

Известен распределитель импульсов для управления четырехфазным шаговым двигателем [1], обеспечивающий типовые режимы четырехтактной поочередной и парной коммутации, корректный реверс, а также режимы стоянки с обесточенными или включенными обмотками двигателя. Указанные функциональные возможности достигнуты введением четырех мультиплексоров, реверсивного двоичного счетчика, шин управления, тактовых импульсов, реверса, стробирования, выбора режима коммутации.

Однако в устройстве отсутствует автоматическая диагностика отказов.

Известно устройство [2] для обнаружения отказов в шаговом электроприводе, содержащее четырехфазный шаговый двигатель, в цепь каждой фазы которого включены пороговые датчики тока и напряжения, выходы которых подключены ко входам элементов 2И, выходы элементов 2И подключены к разрядным входам кольцевого реверсивного сдвигового регистра и входам A₁ элемента сравнения кодов, входы B ₁ которого подключены к выходным разрядам регистра, результат сравнения кодов на входах A₁ и B₁ компаратора выводится на выходную шину устройства.

Однако устройство для обнаружения отказов в шаговом электроприводе может сформировать ложный сигнал «отказ» для исправно работающего привода. Пусть, например, четырехфазный шаговый двигатель запитан по восьмитактной схеме А, АВ, В, ВС, С, СД, Д, АД, тогда на первом такте A ₁(1000)=B₁(1000), что справедливо указывает на штатное функционирование устройства, но на втором такте A ₁(1100) B₁(0100), что вызовет формирование ложного сигнала «отказ».

Наиболее близким по техническому решению к заявляемому устройству является трех-шеститактный распределитель импульсов [3], содержащий шины выбора режима коммутации, стробирования, управления, реверса, тактовую шину, реверсивный двоичный счетчик, первый - третий мультиплексоры, адресные входы которых (abc) соединены с одноименными разрядными выходами счетчика, а вход d - с шиной «режим коммутации», стробирующие входы W мультиплексоров соединены с шиной «строб», четырехвходовую схему свертки по модулю 2, первый - третий входы которой соединены с выходами мультиплексоров, которые используются в качестве выходов распределителя, элемент 2И, выход которого соединен с четвертым входом схемы свертки, выход которой соединен с шиной «штатная работа», а входы элемента 2И соединены с шиной «режим коммутации» (d) и младшим (a) выходным разрядом счетчика. Распределитель обеспечивает режимы трехтактной и шеститактной реверсивной коммутации, режим стоянки как с включенными, так и с обесточенными обмотками двигателя, а также режим автоматической диагностики одиночных отказов логической части устройства управления шаговым двигателем.

К недостаткам устройства следует отнести отсутствие автоматической диагностики одиночных отказов в силовой части устройства.

Заявляемое изобретение направлено на расширение функциональных возможностей устройства введением режима автоматической диагностики одиночных отказов как логической, так и силовой части устройства.

Это достигается тем, что в заявляемое устройство дополнительно введены четвертый мультиплексор, пятивходовая схема свертки по модулю два, четыре усилителя с пороговыми датчиками мощности, информационные выходы которых (А, В, С, Д) соединены с одноименными входами схемы свертки, пятый вход которой соединен с выходом элемента 2И, первый, второй входы которого соединены с младшим разрядом (a) реверсивного счетчика и шиной «режим коммутации», а сама шина соединена с адресными входами (d) мультиплексоров, выходы которых (e, f, g, h) соединены с одноименными входами усилителей мощности, силовые выходы которых соединены с первой - четвертой фазовыми (I - IV) обмотками шагового двигателя, при этом нулевой, четвертый, восьмой, девятый, пятнадцатый информационные входы первого мультиплексора, первый, пятый, девятый - одиннадцатый информационные входы второго мультиплексора, второй, шестой, одиннадцатый - тринадцатый информационные входы третьего мультиплексора, третий, седьмой, тринадцатый - пятнадцатый информационные входы четвертого мультиплексора объединены и подключены к шине (+E ₁) питания логической части устройства, а первый - третий, пятый - седьмой, десятый - четырнадцатый информационные входы первого мультиплексора, нулевой, второй - четвертый, шестой - восьмой, двенадцатый - пятнадцатый информационные входы второго мультиплексора, нулевой, первый, третий - пятый, седьмой - десятый, четырнадцатый, пятнадцатый входы третьего мультиплексора, нулевой - второй, четвертый - шестой, восьмой - двенадцатый четвертого мультиплексора объединены и подключены к общей шине.

На чертеже представлена блок-схема четырех-восьмитактового устройства для управления четырехфазным шаговым двигателем.

Устройство содержит реверсивный двоичный счетчик 1, тактовый вход (C) которого соединен с шиной тактовых импульсов, вход (V) разрешения счета - с шиной управления, а вход (±1) задания направления счета - с шиной реверса. Разрядные выходы счетчика a, b, c соединены с одноименными адресными входами мультиплексоров 2-5, адресные входы которых (d) объединены и подключены к шине «режим коммутации», а стробирующие W входы мультиплексоров 2-5 объединены и подключены к шине (S) «строб», нулевой, четвертый, восьмой, девятый, пятнадцатый информационные входы первого мультиплексора (2), первый, пятый, девятый - одиннадцатый информационные входы второго мультиплексора (3), второй, шестой, одиннадцатый - тринадцатый информационные входы третьего мультиплексора (4), третий, седьмой, тринадцатый - пятнадцатый информационные входы четвертого мультиплексора (5) объединены и подключены к шине (+E₁) питания логической части устройства, а информационные входы первый - третий, пятый - седьмой, десятый -четырнадцатый первого мультиплексора (2), информационные входы нулевой, второй - четвертый, шестой - восьмой, двенадцатый - пятнадцатый второго мультиплексора (3), информационные входы нулевой, первый, третий - пятый, седьмой - десятый, четырнадцатый, пятнадцатый третьего мультиплексора (4), информационные входы нулевой - второй, четвертый - шестой, восьмой - двенадцатый четвертого мультиплексора объединены и подключены к общей шине, выходы (e, f, g, h) мультиплексоров (2-5) соединены с одноименными входами усилителей с пороговыми датчиками мощности, информационные выходы которых (АВСД) соединены с одноименными входами схемы свертки (7), пятый вход которой соединен с выходом элемента 2И (6), первый, второй, входы которого подключены к выходу младшего разряда (a) счетчика (1) и к шине «режим коммутации» (d), вторые (силовые) выходы усилителей мощности (8-11) подключены к фазовым обмоткам (I-IV) двигателя.

Устройство работает следующим образом. Если на шину «строб» (S) подан запрещающий уровень, к примеру S=1, то на I-IV фазовых обмотках двигателя устанавливается нулевая комбинация (0000) при любых наборах остальных входных переменных, то есть реализуется режим обесточенной стоянки. Если при S=0 на шину управления подается разрешающая счет логическая переменная V=1, то на каждый тактовый импульс (C) счетчик 1 увеличивает (при R=0) или уменьшает (при R=1) код своего внутреннего (abc) состояния. При комбинации V=0, S=0 устанавливается режим стоянки под током, а при комбинации V=1, S=0, d=0 устройство функционирует в режимах реверсивной четырехтактной коммутации (режимы 1, 3 таблицы 1), при V=1, S=0, d=1 устройство функционирует в режимах восьмитактной реверсивной коммутации (режимы 2, 4 таблицы 1).

Поскольку таблица 1 составлена для устройства, функционирующего в штатном режиме (отказов нет), то на выходе F индикатора 7 штатной работы устройства (схема свертки по модулю 2) формируется логическая единица на наборах АВСДаd (10000, 01000, 00100, 00010) при четырехтактной коммутации и (10000, 11001, 01000, 01101, 00100, 00111, 00010, 10011) при восьмитактной коммутации.

В таблице 2 приведены значения F индикатора отказов при одиночных отказах типа А 1, А 0, В 0 в режимах 5, 6, 7 восьмитактной коммутации. При этом в пятом режиме искажению подверглись комбинации АВСД (0100, 0110, 0010, 0011, 0001), для которых устройство автоматически выработало F=0, указывающее на нештатную работу устройства на этих наборах.

Режим 6 соответствует значению А=0. В этом случае искажены комбинации АВСД (1000, 1100, 1001), на которых F=0. Следовательно, устройство информирует обслуживающий персонал о нештатных ситуациях, что повышает эффективность эксплуатации.

Источники информации

1. SU 1474822, Н02Р 8/00, Распределитель импульсов для управления четырехфазным шаговым двигателем.

2. SU 1415401, Н02Р 7/62, Устройство для обнаружения отказов в шаговом электроприводе.

3. RU 2440664, Н02Р 8/00 Н02Р 8/34, Трех-шеститактный распределитель импульсов.