КОНТРОЛЛЕР

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам управления машинами и может быть использована в качестве задатчика цикла «разгон - рабочий ход - торможение» релейных (ступенчатых) приводов в металлорежущих станках, подъемно-транспортных и других технических средствах механизации производства.
Контроллеры, аналогичные предлагаемому, известны. К ним относятся, в частности, магнитные контроллеры, описанные в книге «А.Г.Яуря, Е.М.Певзнер. Крановый электропривод: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1988» на стр.109-122. Указанные контроллеры представляют собой совокупности электрических цепей с постоянными соединениями, коммутирующих (включающих и выключающих) электромагнитные реле. Реле коммутируют, в свою очередь, цепи релейных исполнительных элементов контроллера (контакторов), которые вводят привод в требуемый режим работы: «разгон», «рабочий ход» или «торможение». Контроллеры-аналоги изготавливаются, как правило, применительно к конкретным приводам и не обладают (или почти не обладают) универсальностью. Это требует производства широкой гаммы таких контроллеров с разными электросхемами, что неэкономично. Кроме того, контроллеры-аналоги, выполняемые полностью на электроконтактных элементах, имеют значительные габаритные размеры и не всегда работают надежно. Все это, в конечном итоге приводит к их недостаточной эффективности и к постепенной их замене контроллерами с программируемыми логическими матрицами.
Схема контроллера с подобной матрицей, принятого нами за прототип предлагаемого, приведена в книге «В.М.Терехов, О.И.Осипов. Системы управления электроприводов. - М.: Издат.центр «Академия», 2005» на стр.62, рис.3.28. Контроллер-прототип содержит программируемую логическую матрицу, выходы которой соединены с релейными исполнительными элементами (это могут быть электронные устройства, контакторы и др.), а входы связаны с выходами дешифратора. Перед использованием контроллера программируемая логическая матрица программируется одним из способов, применяемых в настоящее время в электронной технике (например, фотоэлектрическим способом). Программирование обеспечивает установление требуемых электрических связей внутри матрицы, причем такое, при котором в случае подачи логической «единицы» на один из входов матрицы, на ее выходах появлялась совокупность «единиц», обеспечивающих включение нужной совокупности релейных исполнительных элементов. (По сути дела, программируемая логическая матрица - это программируемый шифратор: если на один из ее входов подать «единицу», то на ее выходах появится комбинация «единиц», зашифрованная при программировании). При работе контроллера на входы дешифратора подается код команды, которую должен выполнить контроллер. Эта команда дешифруется и подается на один из (соответствующий входному коду) входов матрицы. На выходе матрицы появляются требуемые сигналы, и нужные исполнительные элементы срабатывают. Последние же вводят управляемый контроллером привод в нужный режим работы.
Контроллер-прототип имеет малые габаритные размеры, достаточно надежен и может управлять различными релейными (ступенчатыми) приводами. Однако, он не способен управлять плавностью разгона и торможения привода. Он способен только включить комбинацию своих исполнительных элементов, обеспечивающих либо разгон, либо торможение, либо рабочий ход привода. Сами же плавный разгон либо плавное торможение должны осуществляться самим приводом. Закон разгона и торможения при этом раз и навсегда задан схемой привода, и контроллером изменен быть не может.
Задачей разработки предлагаемой полезной модели является создание контроллера, способного управлять плавностью разгона и торможения управляемого привода, т.е. управлять разгоном и торможением привода по различным законам. От привода требуется лишь, чтобы этим законам он мог «подчиняться».
Достигается решение задачи тем, что контроллер, содержащий программируемую логическую матрицу, выходы которой соединены с релейными исполнительным элементами, включает в себя реверсивный регистр сдвига, генератор импульсов, первый и второй логические элементы «И», первый и второй логические элементы «НЕТ» и RS-триггер. Выход генератора соединен с первым входом первого элемента «И» и с первым входом второго элемента «И», выход первого элемента «И» соединен с прямым входом первого элемента «НЕТ», выход второго элемента «И» соединен с прямым входом второго элемента «НЕТ», выход последней ячейки регистра соединен с инвертирующим входом первого элемента «НЕТ» выход которого связан с шиной прямого сдвига регистра, выход первой ячейки регистра соединен с инвертирующим входом второго элемента «НЕТ», выход которого связан с шиной обратного сдвига регистра, выходы регистра соединены со входами программируемой логической матрицы, прямой выход RS-триггера соединен со вторым входом первого элемента «И», инверсный выход RS-триггера соединен со вторым входом второго элемента «И», причем первый вход RS-триггера подключен к шине пуска контроллера, а второй вход RS-триггера подключен к шине его останова.
Схема предлагаемого контроллера приведена на рисунке. Главной частью контроллера является программируемая логическая матрица 1. Она состоит из входных 2 и выходных 3 шин, соединяемых диодами. Соединения шин через диоды производятся при программировании матрицы (точки соединений при программировании на рисунке обозначены значками *). К выходным шинам матрицы подключены релейные исполнительные элементы 4 (электронные или электромагнитные реле, обозначенные на рисунке, например а, b, с, d). К выходным шинам матрицы подключен своими выходами реверсивный регистр сдвига 5.
Важным блоком контроллера является генератор импульсов 6, выход которого соединен с первыми входами первого 7 и второго 8 логических элементов «И» (ключей). Выход логического элемента «И» 7 связан с прямым входом первого логического элемента «НЕТ» 9 (элемента запрета), а выход логического элемента «И» 8 - с прямым входом второго логического элемента «НЕТ» 10. Выходы элементов «НЕТ» подключены к шинам сдвига регистра 5 (выход элемента 9 - к шине 11 прямого сдвига, выход элемента 10 - к шине 12 обратного сдвига). Кроме того, контроллер включает в себя RS-триггер 13, прямой выход которого соединен со вторым входом ключа 7, а инверсный выход - со вторым входом ключа 8. Первый вход триггера 13 подключен к шине пуска контроллера А (для надежности подключение может быть выполнено через формирователь импульса 14), а второй вход триггера - к шине останова В (подключение также может быть выполнено через аналогичный формирователь 15). В дополнение к этому выход последней ячейки регистра 5 соединен с инвертирующим входом логического элемента 9, а выход первой ячейки регистра - с инвертирующим входом логического элемента 10.
Перед использованием контроллера в первую ячейку регистра сдвига 5 записывают логическую «единицу». В зависимости от конструкции релейного привода, для управления которым должен быть применен контроллер, определяют, каков должен быть закон разгона и торможения привода и каковы должны быть для его реализации последовательности комбинаций включаемых исполнительных элементов 4 контроллера во времени. (Например, для разгона привода исполнительные элементы а, b, с, d должны последовательно включаться в порядке: а, b, затем а, с, затем а, b, с, затем b, с, d и т.д.. Для торможения же привода эта последовательность должна быть обратной). В соответствии с требуемой последовательностью комбинаций включаемых исполнительных элементов 4 матрица 1 контроллера программируется.
При использовании контроллера включают генератор импульсов 6. (Частота выдаваемых им импульсов соответствует нужному темпу разгона или торможения управляемого привода). Одновременно с этим (или чуть раньше) подают сигнал «пуск» на шину А. На прямом выходе триггера 13 оказывается «единица», а на инверсном - «ноль». Логический элемент «И» 7 оказывается включенным, а элемент «И» 8 - выключенным. Импульсы от генератора проходят через элемент 7, затем через элемент 9 на шину сдвига 11 регистра и «единица» в регистре начинает в нем последовательно сдвигаться, подавая напряжение на первую, вторую, третью и т.д. входные шины 2 матрицы 1. В соответствии с заданной программой будет появляться напряжение на выходных шинах 3 матрицы и будут последовательно в запрограммированных комбинациях включаться исполнительные элементы 4 контроллера, подавая на управляемый привод соответствующие сигналы и разгоняя его по заданному закону. Когда «единица» в регистре 5 дойдет до последней ячейки, на инвертирующий вход логического элемента «НЕТ» 9 также поступит «единица», и этот элемент перестанет пропускать импульсы от генератора 6 на шину 11. Сдвиг в регистре прекратиться и исполнительные элементы 4 контроллера окажутся в состояниях, соответствующих окончанию разгона управляемого привода т.е. его рабочему ходу. Когда потребуется привод остановить, предварительно выполнив его торможение, на шину В контроллера должен быть подан сигнал «стоп». Триггер 13 переключается, на его прямом выходе появляется сигнал «ноль», а на инверсном - «единица». Импульсы от генератора 6 начнут проходить через логический элемент «И» 8, элемент «НЕТ» 10 на шину обратного сдвига 12 регистра 5. Комбинации включенных исполнительных элементов 4 последуют во времени в обратном порядке, а сигналы от них, поступая на управляемый контроллером привод, начнут его скорость снижать. Так будет продолжаться до тех пор, пока логическая «единица» в регистре не окажется в первой ячейке. Это приведет к подаче сигнала запрета на инвертирующий вход логического элемента 10 и прекращению поступления импульсов на шину 12. Если в первой строке матрицы запрограммирована комбинация включения исполнительных элементов 4, соответствующая останову привода, то он и остановится. После требуемого выстоя привод может быть снова введен в режим разгона сигналом «пуск» на шину А и все повторится аналогично.
Таким образом, предлагаемый контроллер оказывается способен не только включать и выключать управляемый им релейный привод, но и осуществлять его разгон и торможение по требуемому закону. Закон разгона - торможения при этом может быть выбран различным, в частности, обеспечивающим нужную плавность управления приводам (разумеется, ограниченную собственной «релейностью» привода). Это, в свою очередь, создает полезный эффект предложения.