ДАТЧИК УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

В настоящее время все большее применение находят цифровые системы управления различными механизмами, для кoтoрыx нужна информация о положении того или иного вала, представленная двоичным кодом или в аналоговом виде, а также дискретные сигналы при прохождении валом контрольных точек. В схемах управления механизмами, выполненных на электромагнитных реле, также нужна информация о прохождении валом контрольных точек. Для этой цели используются путевые выключатели, командоаппараты, копиравтоматы и т.д.(грузоподъемные краны, пассажирские и грузовые лифты, запорная аппаратура, металлообрабатывающие станки, направляющие аппараты турбин и т.д.). Основная часть рабочей зоны таких механизмов не контролируется этими приборами. Эти приборы не могут контролироваться: если концевой выключатель не сработал, то узнать его настройку невозможно. В настоящее время разработана специализированная БИС КМ1582ВЖ2 - 0227 реле частоты или фазы и может выпускаться серийно, но пока нет конкретных схем ее применения. Датчик угловых перемещений имеет четыре дискретных выхода, которые можно использовать в качестве путевых выключателей. Если есть необходимость в большем числе дискретных выходов, можно подключить несколько БИС на выходы усилителей-ограничителей, использовать один задающий генератор и одну микросхему внешнего ПЗУ, используя разные комплекты уставок для разных БИС реле частоты или фазы, т.е. для увеличения числа дискретных сигналов достаточно увеличить только число БИС реле частоты или фазы, что необходимо, например, в схеме лифтов многоэтажных зданий. Наличие последовательного кода измеренного значения фазы и состояния контрольных точек схемы БИС позволяет контролировать исправность датчика с помощью ЭВМ. Наличие кнопок имитации малой и большой фаз позволяет опробовать схему. Наличие последовательного шестнадцатиразрядного двоичного кода измеренного значения фазы позволяет использовать этот датчик в системах непрерывного регулирования угла поворота с помощью ЭВМ. Задание уставок с помощь ОЗУ и ЭВМ значительно упростит такие системы и сократит их программы.

Формула изобретения
Датчик игловых перемещений, содержащий задающий генераторб БИС реле частоты или фазы, внешнее ПЗУ уставок, переключатель выбора комплекта уставок, кнопку имитации малой фазы, кнопку имитации большой фазы, резистор, конденсатор, фильтр низкой частоты и усилительограничителъ первого сигнала, фильтр низкой частоты и усилительограничитель второго сигнала, причем выход задающего генератора подключен к входу БИС реле частоты или фазы, предназначенному для подключения выхода задающего генератора, выход фильтра низкой частоты первого сигнала подключен к входу усилителя-ограничителя первого сигнала, выход которого подключен к входу БИС, предназначенному для подключения первого сигнала, выход фильтра низкой частоты второго сигнала подключен к входу усилителя-ограничителя второго сигнала, выход которого подключен к входу БИС, предназначенному для подключения второго сигнала, вход последовательного кода уставок БИС соединен переключателем выбора комплекта уставок или с выходом последовательного кода уставок внутреннего ПЗУ БИС или с одним из выходов последовательного кода внешнего ПЗУ, адресные входы которого соединены с выходами счетчика адресов внутреннего ПЗУ БИС, вход разрешения считывания внешнего ПЗУ соединен с выходом БИС предназначенным для подключения входа разрешения считывания внешнего ПЗУ, выводы БИС, предназначенные для выдачи во внешние цепи сигналов: стробирования внешних регистров, последовательного кода измеренного значения фазы, последовательного кода регистра состояния триггеров уставки выходных триггеров ступеней БИС, контроля первого сигнала, контроля второго сигнала, аналогового значения фазы, и выходы всех четырех ступеней соединены с внешними выводами датчика угловых перемещений для передачи этих сигналов во внешние цепи, вход БИС, предназначенный для подключения сигнала имитации малой фазы, соединен с плюсом источника питания кнопкой имитации малой фазы с замыкающим контактом, вход БИС, предназначенный для подключения сигнала имитации большой фазы, соединен с плюсом источника питания кнопкой имитации большой фазы с замыкающим контактом, входы БИС, предназначенные для подключения сигналов управления коммутаторами выходных триггеров ступеней БИС, соединены перемычками или с плюсом источника питания ступени уменьшения фазы, или с общей шиной питания ступени увеличения фазы, вход БИС, предназначенный для подключения сигнала управления коммутатором АЦП, соединен с плюсом источника питания, вход БИС, предназначенный для подключения сигнала установки схемы БИС в исходное состояние при подаче питания, соединен резистором с общей шиной питания и конденсатором с плюсом источника питания, отличающийся тем, что с целью получения возможности измерения угла поворота вала с помощью специализированной БИС реле частоты или Фазы в схему дополнительно введен вращающийся тоансформатор первичная обмотка которого имеет три фазы, вторичнмя обмотка может иметь од- ну фaзу, гончем выход вторичной обмотки соединен с входом фильтра низкой частоты второго сигнала, а ротор вращающегося трансформатора соединен механически с контролируемым валом, в качестве вращающегося трансформатора может быть использован один сельсин.

Литература
1. А.С. N 720456 Е.С.Вольшонок и М.М.Халип. Преобразователь угол код.

2. Э.И.Гитис, Е.А.Пискунов. Аналого-цифровые преобразователи. "Энергоиздат" М. 1981.

3. К.Бридли. Измерительные преобразователи "Энергоатомиздат" М. 1991.

4. И.Н.Южаков. Заявка на выдачу патента N 5039954/07/012534. Реле частоты или фазы.

5. И. Р.Южаков. Заявка на выдачу патента N 93028254/028178 Реле частоты или фазы.

Изобретение относится к области автоматики и предназначено для измерения и регулирования угловых перемещений.

Известны датчики угловых перемещений /1,2,3/ построенные по принципу: угол фаза временной интервал код, в которых в качестве фазовращателя используется вращающийся трансформатор. Их основной недостаток отсутствие однозначности в определению входного угла в пределах полного оборота ротора фазовращателя. Они позволяют получить только цифровой код угла поворота.

Наиболее близким по технической сущности является специализированная БИС реле частоты или фазы /4,5/, которая преобразует изменение фазы от О до 360^oв двоичный шестнадцатиразрядный код, в аналоговый сигнал от О до 5В, формирует четыре дискретных сигнала с гистерезисом, уставки которых задаются с помощью внутреннего или внешнего ПЗУ, контролирует оба входных сигнала и выдает сигнал во внешние цепи о их состоянии, выдает последовательным кодом сигнал состояния восьми триггеров уставок, четырех выходных триггеров ступеней и контроль входных сигналов.С целью получения возможности измерения угла поворота вала с помощью специализированной БИС реле частоты или фазы необходимо преобразовать изменение угла поворота вала в изменение фазы.

Поставленная цель достигается тем, что в схему реле частоты или фазы, содержащую задающий генератор, БИС реле частоты или фазы, внешнее ПЗУ уставок, переключатель выбора комплекта уставок, кнопку имитации малой фазы, кнопку имитации большой фазы, резистор, конденсатор, фильтр низкой частоты и усилитель-ограничитель первого сигнала, фильтр низкой частоты и усилитель-ограничитель второго сигнала, причем выход задающего генератора подключен к входу БИС реле частоты или фазы, предназначенному для подключения выхода задающего генератора, выход фильтра низкой частоты первого сигнала подключен к входу усилителя-ограничителя первого сигналам, выход которого подключен к входу БИС, предназначенному для подключения первого сигнала, выход фильтра низкой частоты второго сигнала подключен к входу усилителя-ограничителя второго сигнала, выход которого подключен к входу БИС, предназначенному для подключения второго сигнала. Вход последовательного кода уставок БИС соединен переключаталем выбора комплекта уставок или с выходом последовательного кода уставок внутреннего ПЗУ БИС или с одним из выходов последовательного кода внешнего ПЗУ, адресные входы которого соединены с выходами счетчика адресов ПЗУ БИС, вход разрешения считывания внешнего ПЗУ соединен с выходом БИС, предназначенным для подключения входа разрешения считывания внешнего ПЗУ. Выводы БИС, предназначенные для выдачи во внешние цепи сигналов: стробирования внешних регистров, последовательного кола измеренного значения фазы, последовательного кода регистра состояния триггеров уставок и выходных триггеров ступеней БИС, контроля первого сигнала, контроля второго сигнала, аналогового значения фазы и выходы всех четырех ступеней соединены с внешними выводами датчика угловых перемещений для передачи этих сигналов во внешние цепи. Вход БИС, предназначенный для подключения сигнала имитации малой фазы, соединен с плюсом источника питания кнопкой имитации малой фазы с замыкающим контактом. Вход БИС, предназначенный для подключения сигнала имитации большой фазы, соединен с плюсом источника питания кнопкой имитации большой фазы с замыкающим контактом. Входы БИС, предназначенные для подключения сигналов управления коммутаторами выходных триггеров степеней БИС, соединены перемычками или с плюсом источника питания ступени уменьшения фазы или с общей шиной питания ступени увеличения фазы. Вход БИС, предназначенный для подключения сигнала управления коммутатором АЦП, соединен перемычкой с плюсом источника питания. Вход БИС, предназначенный для подключения сигнала установки схемы БИС в исходное состояние при подаче питания соединен резистором с обшей шиной питания и конденсатором с плюсом источника питания, отличающийся тем, что с целью получения возможности измерения угла поворота вала с помощью специализированной БИС реле частоты или фазы в схему дополнительно введен вращающийся трансформатор, первичная обмотка которого имеет три фазы, вторичная обмотка может иметь одну фазу. Причем выход вторичной обмотки соединен с входом фильтра низкой частоты второго сигнала, а ротор вращающегося трансформатора соединен механически с контролируемым валом. В качестве вращающегося трансформатора может быть использован сельсин.

На чертеже показана функциональная схема датчика угловых перемещений, который содержит задающий генератор 1, БИС 2 реле частоты или фазы, микросхему 3 внешнего ПЗУ уставок, переключатель 4 выбора комплекта уставок, разделительный трансформатор 5 первого сигнала, фильтр 6 низкой частоты первого сигнала, усилитель-ограничитель 7 первого сигнала, фильтр 8 низкой частоты второго сигнала, усилитель- ограничитель 9 второго сигнала, кнопку 10 имитации малой фазы, кнопку 11 имитации большой фазы, конденсатор 12, резистор 13, вращающийся трансформатор 14.

Датчик угловых перемещений имеет внешние выводы: 1 вход первого сигнала, 2 вход второго сигнала /выход вращающегося трансформатора, на первичную обмотку которого подаются три фазы А,В,C/, 3 выдачи сигнала стробирования внешних регистров, 4 выдачи последовательного кода измеренного значения фазы, 5 выдачи последовательного кода регистра состояния триггеров, 6 выдачи сигнала контроля первого сигнала, 7 выдачи сигнала контроля второго сигнала, 8 выход аналогового значения фазы, 9 12- дискретные выходы ступеней, предназначенные для подключения исполнительных органов.

На чертеже показана функциональная схема датчика угла поворота вала с путевыми выключателями. Первый и второй путевой выключатели /ступень/ срабатывают при увеличении фазы, выводы БИС, предназначенные для подключения сигналов управления коммутаторами выходных триггеров первой ступени JNS1 и второй ступени JNS2 соединены с общей шиной питания. Третья и четвертая ступени срабатывают при уменьшении фазы, выводы БИС, предназначенные для подключения сигналов управления коммутаторами выходных триггеров третьей ступени JNS3 и четвертой ступени JNS4, соединены с плюсом источника питания /логическая единица/. Используется комплект уставок /восемь уставок по 16 бит/ внутреннего ПЗУ БИС переключатель 4 выбора комплекта уставок соединяет вход БИС последовательного кода уставок с выходом последовательного кода уставок внутреннего ПЗУ.

При подаче постоянного напряжения, при отсутствии напряжения переменного тока на внешних выводах датчика угловых перемещений 3-12 сохраняется сигнал логического нуля. При подаче няпряжения переменного тока на выводах 6,7, предназначенных для выдачи сигналов контроля входных сигналов, появляется логическая единица. На выводе 3, предназначенном для выдачи сигнала стробирования висячих регистров, каждый период первого сигнала будет проходить в 16 импульсов, частота которых в 10 раз меньше частоты задающего генератора, одновременно на выводе 4, предназначенном для выдачи последовательного кода измеренного значения фазы, будет выдаваться последовательный код измененного значения фазы, а на выводе 5 последовательный код регистра состояния триггеров.

На выводе 8, предназначенном для выдачи аналогового сигнала фазы, будут импульсы амплитудой, равной напряжению логической единицы, длительностью, равной времени отставания второго сигнала от первого /зависимость от угла поворота вала линейная/, частота импульсов равна частоте питающего напряжения да выводе 1. На выводах 9-12, предназначенных для подключения исполнительных органов, будет или логический нуль или логическая единица в зависимости от положения вала и кода уставок.

При снятии питания переменным током состояние дискретных выходов 9-12 не изменится. На выводах 6, 7, предназначенных для выдачи сигнала контроля входных сигналов, будет логический нуль. На выводе 8, выход аналогового значения фазы будет сохраняться постоянный сигнал или логического нуля или логической единицы. На выводе 3, предназначенном для выдачи сигнала стробирования внешних регистров, на выводе 4, предназначенном для выдачи последовательного кода измеренного значения фазы, и на выводе 5, предназначенном для выдачи последовательного кода регистра состояния триггеров, будет логический нуль. При подаче переменного напряжения все выходы придут в состояние, соответствующее измеренному значению фазы.

При снятии питания постоянным током, независимо от наличия переменного напряжения, сигналы на выводах 3-12 /на всех выходах/ равны нулю. При подаче питания постоянным током сигналы на выводах 9-12, предназначенных для выдачи дискретных сигналов ступеней, появятся с выдержкой времени, которая зависит от величины конденсатора 12 и резистора 13. Состояние всех выходов будет соостветствовать величине измеряемой фазы и коду уставок.

При наличии постоянного и переменного напряжений нажатием кнопки 10 можно имитировать малое значение фазы, на выводах 8,9 будет логический нуль, на выводах 11,12 будет логическая единица. Нажатием кнопки 11 можно имитировать большое значение фазы, на выводах 9,10 будет логическая единица, на выводах 11,12 будет логический нуль.

Наличие трех фаз на первичной обмотки фазовращающего трансформатора создает вращающееся магнитное поле, которое наводит во вторичной обмотке напряжение, фаза которого зависит от положения ротора относительно статора. Зависимость фазы от угла линейная контролируется в пределах от 0 до 360^o. При частоте 50 Гц максимальное значение фазы равно 20000 мкс и точность измерений составляет О,005% или 1,08 эл.минуты.

Точность измерений зависит от точности частоты задающего генератора и напряжения переменного тока.

Датчик угловых перемещений работает следующим образом. На вывод 1 подается переменный ток низкой частоты, например 50Гц. Вначале положительного полупериода на выходе усилителя-ограничителя 7 первого сигнала появится сигнал логической единицы. Через 1мкс единица появится на выводе БИС 8, предназначенном для выдачи аналогового значения фазы. Эта единица исчезнет в начале положительного полупериода второго сигнала, когда появится единица на выходе усилителя-ограничителя 9 второго сигнала.

Предположим, что уставки заданы в порядке уменьшении кода. Уставка срабатывания первой ступени равна 95% полного поворота вала, время отставания второго сигнала от первого составит 18000 мкс. Уставка возврата 89% полного оборота вала, или 17800 мкc. Уставка возврата четвертой ступени равна 11% или 2200 мкc, уставка срабатывания четвертой ступени равна 10% или 2000 мкс.

В исходном состоянии вал находится в нулевом положении. На выходе диалогового значения фазы /вывод 8/ напряжение равно нулю. На дискретных выходах первой ступени /вывод 9/ и второй ступени /вывод 10/ логический нуль. На дискретных выходах третьей ступени /вывод 11/ и четвертой ступени /вывод 12/ логическая единица. При повороте вала на 11% на дискретном выходе четвертой ступени /вывод 12/ установится сигнал логического нудя. Единица на этом выводе появится при уменьшении угла поворота вала до 10% При дальнейшем увеличении нуль на выходе третьей ступени /вывод 11/, затем появится единица на выходе второй ступени/вывод 10/ и при угле поворота вала, равном 90% появится единица на выходе первой ступени /вывод 8/. При дальнейшем увеличении угла поворота вала до 100% состояние дискретных выходов меняться не будет. При уменьшении угла поворота вала до 89% на выходе первой ступени /вывод 9/ установится нуль, При дальнейшем уменьшении этого угла исчезнет единица на выходе третьей ступени, затем она появится на выходе второй ступени /вывод 10) и при уменьшении этого угла до 10% появится единица на выходе четвертой ступени /вывод 9/.

На выходе аналогового значения фазы /вывод 8/ будут наблюдаться прямоугольные импульсы, длительность которых и действующее значение напряжения которых прямо пропорциональны углу поворота вала.

Использование внутреннего ПЗУ БИС реле частоты или фазы возможно при условии, что уставки известны в момент разработки и изготовления этой БИС. В состав гибридной БИС может быть включено перепрограммируемое ПЗУ. Однако с целью изменения уставок в процессе эксплуатации лучше использовать внешнее ПЗУ, программируемое пользователем ими перепрограммируемое ПЗУ, комплект уставок которого выбирается переключателем 4.

При использовании для управления объектом ЭВМ можно использовать 03У, вставки в котором может менять ЭВМ.