Устройство для автоматического управления положением траверсы гидравлического пресса

 

Использование: управление рабочим процессом на тяжелых вертикальных гидропрессах. Сущность изобретения: устройство содержит датчик положения, ЦАП, задатчик конечной координаты, реверсивный счетчик, операционный усилитель, сумматор, логические схемы И - НЕ, ИЛИ - НЕ, RS-триггеры, схемы сравнения, транзисторные повторители и усилители, электронные ключи. Элементы соединены таким образом, чтобы нейтрализовать определенного вида помеху датчика положения. Устройство снабжено схемой самодиагностики. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкции систем управления кузнечно-прессовым оборудованием, в частности тяжелыми вертикальными гидравлическими прессами.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и диагностирование неисправностей.

На чертеже представлено устройство для автоматического управления положением траверсы гидравлического пресса. Оно содержит регулятор 1 сервопривода главного распределителя, гидропресс 2, траверсу 3, датчик 4 положения, задатчик 5 конечной координаты траверсы, реверсивный счетчик 6, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 7, операционный усилитель 8, сумматор 9, задатчик скорости 10, RS-триггеры 11-13, схемы 14-18 сравнения, логическую схему ИЛИ 19, логические схемы И-НЕ 20-23, логические схемы ИЛИ-НЕ 24 и 25, транзисторный усилитель 26, два эмиттерных повторителя 27 постоянного напряжения, электронные ключи 228 и 29, дифференцирующее звено 30, схему 31 первоначального сброса, индикатор 32 неисправности, задатчики 33 и 34 порога, датчик 35 давления, формирователь 36 импульса, конденсаторы 37-40.

Устройство работает следующим образом.

Часть предлагаемого устройства, образуемая RS-триггером 11, схемой 25 ИЛИ-НЕ, схемой И-НЕ 23 и повторителями 27 постоянного напряжения, предназначена для борьбы с помехой, поступающей с датчика положения и обусловленной вибрациями механооборудования пресса. В качестве датчика 4 положения в устройстве использован сельсин-датчик.

Датчик 4 положения выдает информацию только об одной границе края и положение этой границы не может изменяться со скоростями больше наперед заданной.

В процессе работы пресса с датчика 4 поступают колебания малой амплитуды (порядка + 0,11 мм), но большой частоты реверсивный счетчик накапливает эти помехи и ошибка в определении положения может достигать нескольких мм. Это происходит потому, что реверсивный счетчик содержит пересчетные схемы (делители на 2 и на 4), а изменять сигнал "Сложение - вычитание" произвольно не представляется возможным. Например, для счетчика микросхем серии 561 смена направления счета допускается только в паузе между счетными импульсами.

Задача состоит в том, чтобы не ухудшая разрешающей способности датчика, отфильтроваться от колебаний, амплитуда которых лежит в пределах дискреты датчика. Когда с датчика поступает информация о колебаниях амплитудой в одну дискрету (в этом случае поступает один импульс "Сложение", а затем - один импульс "Вычитание", затем процесс повторяется). В этой ситуации на каждый входной импульс триггер 11 будет изменять свое состояние, при этом отрицательный перепад потенциала (с любого из плеч) через конденсатор 37 или 38 подается на вход элемента И-НЕ 23, блокируя прохождение импульсов на счетный вход реверсивного счетчика 6.

Продолжительность блокировки выбирают исходя из величины длительности входного импульса (в рассматриваемом случае она равна 0,3 с, а пауза между импульсами равна также 0,3 с). Исходя из величины длительности указанного импульса выбирают величину емкости конденсаторов 37 и 38. Повторитель 27 постоянного напряжения при отсутствии колебаний задает разрешающий сигнал на вход схемы И-НЕ 23, ограничивая величину положительного потенциала, поступающего на вход схемы И-НЕ 23 через конденсатор 37 или 38 (когда на одном из входов RS-триггера 11 имеет место отрицательный перепад, то на другом - положительный), обеспечивает быстрый заряд того конденсатора, на обкладке которого имеется положительный перепад потенциала, что обеспечивает в последующем передачу отрицательного перепада потенциала на вход счетчика 6.

Если сигналы датчика 4 поступают только по одной шине ("Сложение" - если траверса поднимается вверх, "Вычитание" - если траверса опускается вниз), то состояние RS-триггера 11 не изменяется, на входах (нижних) схемы И-НЕ 23 разрешающие сигналы и входные сигналы датчика 4 беспрепятственно поступают на соответствующий счетный вход реверсивного счетчика 6. В данном устройстве возможно пропадание одного информационного импульса. Действительно, в момент перехода положения траверсы от движения вверх ("Сложение") к движению вниз ("Вычитание") RS-триггер 11 сменит состояние и один информационный импульс будет пропущен. Во-первых значение этого импульса 0,1 мм и при остановке траверсы с точностью порядка 1 мм пропуск одного импульса не снижает точность работы устройства.

Во-вторых, при необходимости потерянный импульс может быть сформирован искусственно и дополнительно записан (вычтен) в счетчик 6. Сигналы, необходимые для формирования такого дополнительного импульса, в устройстве имеются.

Сигнал с выхода реверсивного счетчика 6 поступает на вход ЦАП 7 и на вход задатчика 10 скорости, на выходе которого формируется требуемая функция скорости. Сигнал с выхода ЦАП 7 поступает на вход дифференцирующего звена 30, на выходе которого будет сигнал, пропорциональный текущей скорости траверсы.

Сигнал с задатчика 10 скорости и дифференцирующего звена 30 поступают на соответствующие входы сумматора 9. Сумматор реализует следующую зависимость U_вых = K U_i , где U_вых - выходной сигнал сумматора; U_i - входные сигналы, взятые с соответствующими знаками (знаки на сумматоре показаны); K - переменный коэффициент. Величина K зависит от давления в гидросистеме рабочих цилиндров: чем выше давление, тем чувствительнее должен быть регулятор положения и тем больше должно быть значение K.

Если траверса остановилась (или почти остановилась), а до размера не дошла, то включится RS-триггер 13, разомкнется электронный ключ 29 и начнется заряд конденсатора 40 током, определяемым напряжением на выходе ЦАПа 7 и коэффициентом усиления усилителя 8. RS-триггер 13 включится, если сигнал на выходе дифференцирующего устройства (т. е. сигнал скорости) станет меньше величины порога, заданного задатчиком 34, при этом на выходе схемы 18 сравнения появится "Единица". Если при этом сигнал на выходе ЦАПа 7 больше заданного значения (соответствующего, например, 1 мм), то на выходе схемы 17 сравнения также появится "Единица". Совпадение этих сигналов (схема И-НЕ 22) включит RS-триггер 13.

Напряжение с конденсатора 40 поступает на вход сумматора 9, на выходе которого появится сигнал, который приведет траверсу 3 в движение. При этом напряжение на выходе ЦАПа 7 будет уменьшаться, а следовательно будет уменьшаться рост напряжения на конденсаторе. При достижении требуемого положения (когда код в счетчике 6 совпадет с кодом задатчика 5), появляется сигнал "Нуль", который сбросит RS-триггер 13, при этом замкнется электронный ключ 29, разряжая конденсатор 40, подготавливая его к новому циклу работы пресса.

При замкнутом электронном ключе 29 усилитель 8 работает как повторитель напряжения, повторяя нуль, который подается на его неинвертирующий вход. Конденсатор 40 при этом замкнут и не осуществляет накопления сигнала помех. При размыкании ключа 29 схема начинает работать как интегратор. Если бы интегратор подключался и отключался по входу, то возникли бы проблемы с компенсацией паразитного напряжения на конденсаторе, обусловленного токами смещения операционного усилителя.

Управление интегратором позволяет в устройстве довести положение траверсы до требуемого значения.

"Единичное" состояние RS-триггера 12, во первых сигнализирует о том, что в предлагаемом устройстве возникла неисправность, во-вторых отключает выход сумматора 9 от входа регулятора 1 сервопривода главного распределителя, в третьих, выдает сигнал оператору о неисправности (индикатор 32).

Установка триггера 12 осуществляется схемой ИЛИ-НЕ 24: на ее вход а сигнал поступит в случае, если на выходе ЦАПа 7 появится отрицательное напряжение. При нормальной работе отрицательного напряжения быть не должно (счетчик считает от нуля до какой-то положительной величины, а затем идет вычитание до нуля). Схема 16 сравнения постоянно контролирует отсутствие "Минуса" на выходе ЦАПа 7.

Формирователь 36 импульса разрешает прохождение сигналов от схем 14 и 15 сравнения на входы в и с схемы ИЛИ-НЕ 24. Формирователь 36 вырабатывает разрешающий сигнал по заднему фронту сигнала "Нуль" схемы ИЛИ 19, регулируемого по сигналу начального сброса схемы 31 или реверсивным счетчиком 6 при совпадении его кода с кодом задатчика 5 установки конечной координаты. Схема 11 сравнения контролирует наличие нулевого напряжения на выходе ЦАП 7. Схема 15 сравнения контролирует наличие нулевого напряжения на выходе сумматора 9. При исправном устройстве по окончании сигнала "Нуль" на выходе ЦАПа 7 и на выходе сумматора 9 также должен быть нуль. При невыполнении этого условия триггер 12 будет установлен в "Единицу".

Усилитель 26 предназначен для контроля недопустимо большой скорости изменения выходного напряжения на выходе сумматора. При нормально работающем устройстве скорость изменения выходного напряжения сумматора не может превышать заранее рассчитанной величины (эта скорость связана с максимально возможной скоростью движения траверсы). При наличии резкого сигнала достаточно большой амплитуды (маленькие по амплитуде сигналы влияния не окажут, что позволяет отстроиться от помех по цепям питания и "ступенек" на выходе ЦАПа) на выходе усилителя 26 появится сигнал, достаточный для формирования логического уровня на входе d схемы ИЛИ-НЕ 24 и включения триггера 12.

Появление на входе усилителя 26 достаточного сигнала может быть обусловлено внезапным отказом отдельных элементов устройства (как цифровых, так и аналоговых), пропаданием контактов или появлением недопустимых помех. Следует отметить, что сигнал на вход усилителя 26 поступает непрерывно, т. е. независимо от внезапности отказ будет обнаружен и будет немедленно отключен вход сумматора 9 от входа регулятора 1 сервопривода. (56) Авторское свидетельство СССР N 1639975, кл. B 30 B 15/28, 1991.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ ТРАВЕРСЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЕССА, содержащее регулятор сервопривода главного распределителя, выход которого соединен с гидропрессом с подвижной траверсой, сочлененной с датчиком положения, задатчик координаты траверсы, соединенный со входом реверсивного счетчика, выход которого через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь /ЦАП/ и операционный усилитель /ОУ/ соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с задатчиком скорости, отличающееся тем, что снабжено тремя RS-триггерами, пятью схемами сравнения, логической схемой ИЛИ, четырьмя логическими схемами И - НЕ, двумя логическими схемами ИЛИ - НЕ, транзисторным усилителем, двумя эмиттерными повторителями постоянного напряжения, двумя электронными ключами, дифференцирующим звеном, схемой первоначального сброса, индикатором неисправности, двумя задатчиками порога, датчиком давления, формирователем импульса, четырьмя конденсаторами, причем первый выход датчика положения соединен с R-входом первого RS-триггера и с входом первой логической схемы ИЛИ - НЕ, второй вход которой соединен с вторым выходом датчика положения и S-входом первого RS-триггера, выходы которого соединены с управляющими входами реверсивного счетчика и через конденсаторы - с выходами (входами) повторителей постоянного напряжения и входами первой логической схемы И - НЕ, третий вход которой соединен с выходом первой логической схемы ИЛИ - НЕ, а выход - со счетным входом реверсивного счетчика, вход обнуления которого соединен с выходом схемы первоначального сброса и входом схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с вторым выходом реверсивного счетчика, а выход с R-входами второго и третьего RS-триггеров и входом формирователя импульса, выход которого соединен с первыми входами первой и второй логических схем И - НЕ, выходы которых соединены с входами второй логической схемы ИЛИ - НЕ, вторые входы первой и второй логических схем И - НЕ соединены с выходами первой и второй схем сравнения, входы которых соответственно соединены с выходом ЦАП, выходом сумматора, третьим конденсатором и входом первого электронного ключа, выход которого соединен с входом сервопривода главного распределителя, а управляющий вход - с входом индикатора и выходом второго RS-триггера, S-вход которого соединен с выходом третьей логической схемы ИЛИ - НЕ, третий вход которой соединен с выходом транзисторного усилителя, вход которого соединен с третьим конденсатором, четвертый вход третьей логической схемы ИЛИ - НЕ соединен с выходом третьей схемы сравнения, вход которой соединен с выходом ЦАП и входом четвертой схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом первого задатчика порога, а выход - с первым входом третьей логической схемы И - НЕ, второй вход которой соединен с выходом пятой схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом второго задатчика порога, а второй вход - с выходом дифференцирующего звена и третьим входом сумматора, четвертый вход которого соединен с датчиком давления и собственным управляющим входом, первый вход сумматора соединен с входом второго электронного ключа и четвертым конденсатором, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом ОУ и выходом второго электронного ключа, управляющий вход которого соединен с выходом третьего RS-триггера, S-вход которого соединен с выходом третьей логической схемы И - НЕ, выход ЦАП соединен с входами задатчика скорости и дифференцирующего звена.

РИСУНКИ

Рисунок 1