УСТРОЙСТВО ВСТРОЕННОГО КОНТРОЛЯ И АРХИВИРОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ КОНТРОЛЯ

Полезная модель относится к электромашиностроению, а именно к устройствам встроенного контроля и прогноза мертвых ходов механических передач электроприводов переменного тока в ходе их эксплуатации без демонтажа механических передач и электродвигателей.
Известен аналог - Патент на полезную модель RU 66869 U1, МПК Н02К 7/10, Н02Р 5/00. Электропривод постоянного тока с устройством встроенного контроля мертвого хода механической передачи /Агафонов Ю.М., Акиншин Р.Н., Анкудинов К.А. и др. // Бюл. №27 от 27.09.2007. Аналог содержит: электродвигатель постоянного тока, который через контролируемую
механическую передачу подсоединен к нагрузке; включенный последовательно в якорную обмотку электродвигателя постоянного тока датчик - активное сопротивление с величиной на два-три порядка меньше сопротивления обмотки якоря, что исключает влияние датчика на режим работы электродвигателя постоянного тока; датчик подключен к формирователю импульсов, состоящему из дифференцирующей цепи и усилителя-ограничителя; формирователь импульсов подключен к микроконтроллеру фирмы Atmel серии ATtiny28L, который производит расчет мертвого хода механической передачи электропривода постоянного тока α по заданному алгоритму и индицирует его значение на четырехразрядном знаковом индикаторе серии АЛС329Б с точностью до тысячной доли градуса:
н
где  Ω - номинальная скорость вращения электродвигателя постоянного тока [об/мин] (берется из технической документации и записывается в FLASH память программ микроконтроллера);
мх
Т - время выбора мертвого хода механической передачи [с] (подсчитывается микроконтроллером и заносится в его SRAM память данных);
дв
Т - электромеханическая постоянная времени электродвигателя постоянного тока [с] (берется из технической документации и записывается в FLASH память программ микроконтроллера).
Недостатки аналога:
1) нельзя использовать устройства встроенного контроля, примененное в аналоге, для измерения мертвых ходов механических передач электроприводов переменного тока α;
2) отсутствует возможность архивирования результатов контроля мертвого хода электропривода в процессе эксплуатации, которые необходимы при прогнозировании отказов механической передачи.
дв
Известен прототип - Решение о выдаче патента на полезную модель от 17 января 2008 года по заявке №2007146019/22(050435) от 13.12.2007. Электропривод переменного тока с устройством встроенного контроля / Акиншин Н.С., Анкудинов К.А., Анкудинов А.И. и др. //. Прототип содержит: электродвигатель переменного тока, который через контролируемую механическую передачу подсоединен к нагрузке; включенный последовательно в статорную обмотку электродвигателя переменного тока датчик - активное сопротивление с величиной на два-три порядка меньше сопротивления обмотки статора, что исключает влияние датчика на режим работы электродвигателя переменного тока; датчик подключен к пиковому амплитудному детектору, выход которого соединен со входом формирователя импульсов, состоящего из дифференцирующей цепи и усилителя-ограничителя; формирователь импульсов подключен к микроконтроллеру фирмы Atmel серии ATtiny28L, который производит расчет мертвого хода механической передачи электропривода переменного тока α по тому же, что и для электропривода постоянного тока, выражению (1) и индицирует его значение на четырехразрядном знаковом индикаторе серии АЛС329Б с точностью до тысячной доли градуса. В прототипе в выражение (1) подставляется Т - электромеханическая постоянная времени электродвигателя переменного тока [с] (берется из технической документации и записывается в FLASH память программ микроконтроллера).
Прототип лишен первого недостатка аналога, но его существенным недостатком остается - отсутствие возможности архивирования результатов контроля мертвого хода электропривода переменного тока в процессе эксплуатации, которые необходимы при прогнозирования отказов механической передачи.
Предлагаемой полезной моделью решается задача обеспечения возможности архивирования результатов контроля мертвых ходов механических передач электроприводов переменного тока в процессе их эксплуатации, которые используются при прогнозировании времени выхода величины
мертвого хода механической передачи за пределы допустимых значений. Для чего в устройстве встроенного контроля при каждом измерении мертвого хода механической передачи осуществляется архивирование:
- во-первых, величины измеренного мертвого хода механической передачи;
- во-вторых, времени наработки электропривода с начала эксплуатации до момента измерения мертвого хода механической передачи.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство встроенного контроля и архивирования результатов контроля мертвого мода механической передачи электропривода переменного тока, содержащее электродвигатель переменного тока, соединенный с нагрузкой через контролируемую механическую передачу, датчик контроля мертвого хода механической передачи, встроенный в статорную обмотку электродвигателя, пиковый амплитудный детектор, вход которого подключен к датчику контроля, формирователь импульсов, вход которого подключен к выходу пикового амплитудного детектора, а выход соединен с линией порта микроконтроллера, настроенной как вход, введены восьмибитный микроконтроллер PIC16F877 с EEPROM памятью данных, блок управления микроконтроллером и девятиразрядный семисегментный знаковый индикатор АЛС356А, пять линий порта микроконтроллера, настроенные как вход - выход, соединены с блоком управления, а семнадцать линий портов микроконтроллера, настроенные как выход, подключены к девятиразрядному знаковому индикатору.
За счет включения в устройство восьмибитного микроконтроллера фирмы Microchip серии PIC16F877, имеющего в своей структуре FLASH память программ, SRAM память данных и EEPROM память данных (эта память обеспечивает запись-перезапись и хранение информации во включенном состоянии и хранение информации в обесточенном состоянии микроконтроллера), девятиразрядного семисегментного знакового индикатора АЛС356А и блока управления микроконтроллером обеспечена возможность
архивирования результатов контроля мертвых ходов механических передач электроприводов переменного тока, что позволило:
- во-первых, архивировать (сохранять) в EEPROM памяти данных микроконтроллера каждое численные значения измеренных величин мертвых ходов механической передачи в процессе всего цикла эксплуатации электропривода переменного тока;
- во-вторых, архивировать (сохранять) в EEPROM памяти данных микроконтроллера время наработки электропривода переменного тока с начала эксплуатации до момента каждого измерения мертвого хода механической передачи;
- в-третьих, осуществлять вывод информации о величине и времени измерения мертвых ходов механической передачи, архивированных в EEPROM памяти данных микроконтроллера, на девятиразрядный семисегментный знаковый индикатор.
Кроме того, из устройства исключены микроконтроллер фирмы Atmel серии ATtiny28L и четырехразрядный знаковый индикатор АЛС329Б (они не способны выполнять поставленные перед полезной моделью задачи).
На фиг.1 изображена блок - схема устройство встроенного контроля и архивирования результатов контроля; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства.
Устройство встроенного контроля и архивирования результатов контроля мертвого хода механической передачи электропривода переменного тока содержит (фиг.1): электродвигатель переменного тока 1, который через контролируемую механическую передачу 2 подсоединен к нагрузке 3; в статорную обмотку электродвигателя 1 последовательно включен датчик 4 - активное сопротивление с величиной на два-три порядка меньше сопротивления статорной обмотки электродвигателя, что исключает влияние датчика 4 на режим работы электродвигателя 1; датчик 4 подключен ко входу пикового амплитудного детектора 5, собранному по типовой схеме; выход пикового амплитудного детектора 5 подключен ко входу формирователя импульсов
6, состоящего из дифференцирующей цепи и усилителя - ограничителя; выход формирователя импульсов 6 подключен к микроконтроллеру 7 фирмы Microchip серии PIC16F877 с EEPROM памятью данных; микроконтроллер 7 производит расчет мертвого хода по заданному алгоритму (1), индицирует его значение в четырех младших разрядах девятиразрядного семисегментного знакового индикатора 8 серии АЛС356А с точностью до тысячной доли градуса и запоминает в EEPROM памяти данных измеренное численное значение мертвого хода и времени его измерения, отсчитываемое от начала эксплуатации электропривода переменного тока, которое высвечивается в пяти старших разрядах индикатора 8; блок управления 9 микроконтроллером 7, обеспечивает вывод информации о величине и времени измерения мертвых ходов механической передачи из EEPROM памяти данных микроконтроллера 7 на девятиразрядный семисегментный знаковый индикатор 8 в различных режимах работы устройства.
Устройство встроенного контроля и архивирования результатов контроля (фиг.1) работает в различных режимах и следующим образом:
н
дв
1. В период ввода в эксплуатацию электропривода (фиг.1) в FLASH память программ микроконтроллера 7 с блока управления 9 записываются паспортные данные: номинальная скорость вращения  Ω [об/мин] и электромеханическая постоянная времени электродвигателя переменного тока Т [С].
2. В рабочем режиме в большинстве случаев включение электропривода для выполнения рабочих функций не сопровождается измерением мертвого хода механической передачи 2, так как величина мертвого хода меняется медленно по мере износа механической передачи в процессе эксплуатации. Блок управления 9 в этом режиме по умолчанию настраивает устройство контроля (фиг.1) только на подсчет времени работы электропривода в данном цикле, которое фиксируется в SRAM памяти данных микроконтроллера 7, а при отключении из работы электропривода суммируется
с предыдущим временем наработки электропривода с начала эксплуатации и архивируется (перезаписывается) в EEPROM память данных микроконтроллера 7 для хранения.
1
4
1
4max
5
1
5max
6
1
6max
мх
1
2
4
5
6
3. Режим измерения. Перед включением устройства (фиг.1) в этот режим мертвый ход механической передачи 2 устанавливается в максимальное положение (как в аналоге и прототипе) и подается питание на пиковый амплитудный детектор 5, формирователь импульсов 6 и микроконтроллер 7 (девятиразрядный знаковый индикатор 8 питается от микроконтроллера 7). С блока управления 9 на микроконтроллер 7 подаются управляющие сигналы, задающие режим измерения мертвого хода. В момент времени t (Фиг.2) происходят следующие процессы: запускается в работу электродвигатель переменного тока 1 и в его обмотке статора возникает импульс переменного пускового тока, который создает импульс переменного напряжения на датчике 4 с амплитудой u(t)=U, поступающий на пиковый амплитудный детектор 5, который детектирует фронт сигнала с датчика 4 и подает выходной сигнал пикового амплитудного детектора u(t)=U нa формирователь импульсов 6, который, в свою очередь, вырабатывает короткий импульс u(t)=U, поступающий на микроконтроллер 7; микроконтроллер 7 включается в работу и начинает отсчет времени выбора мертвого хода механической передачи Т и запись его текущего значения в память данных SRAM. В интервале времени от t до t(Фиг.2) протекают следующие физические процессы: электродвигатель переменного тока 1 приходит во вращение, переменный пусковой ток обмотки статора и переменное напряжение на датчике 4 u(t) уменьшаются по экспоненте; тихоходный вал механической передачи 2 остается неподвижным, так как происходит выбор мертвого хода, но он еще не выбран; напряжение на выходе пикового амплитудного детектора 5 u(t) уменьшается по экспоненте, а напряжение на выходе формирователя 6 равно нулю u(t)=0; микроконтроллер 7 продолжает
MX
2
4
2
4max
5
2
5max
6
2
6mах
мх
отсчет времени выбора мертвого хода Т и запоминает его текущее значение в своей оперативной памяти данных SRAM. В момент времени t (фиг.2) происходят следующие процессы: закончен выбор мертвого хода механической передачи 2 и приходит во вращение тихоходный вал механической передачи 2 и нагрузка 3; нагрузка на электродвигатель переменного тока 1 скачкообразно возрастает и в его обмотке статора вновь возникает импульс переменного пускового тока, который создает импульс переменного напряжения на датчике 4 u(t)=U, поступающий на пиковый амплитудный детектор 5, который детектирует фронт сигнала с датчика 4 и подает сигнал u(t)=U на формирователь импульсов 6, который, в свою очередь, вырабатывает короткий импульс u(t)=U, поступающий на микроконтроллер 7; микроконтроллер 7 заканчивает отсчет времени выбора мертвого хода механической передачи Т и запоминает его значение в памяти данных SRAM в размерности [с]; далее по алгоритму, реализующему выражение (1), микроконтроллер 7 за время не превышающее десяти миллисекунд производит расчет мертвого хода механической передачи электропривода α и архивирует (записывает) его значение в свою EEPROM память данных. Режим измерения скоротечен (составляет доли - единицы секунды) и поэтому не учитывается в общем времени работы электропривода с начала его эксплуатации. На этом режим измерения заканчивается, но он, как правило, сопровождается уже описанным рабочим режимом, где продолжается подсчет и архивирование времени работы электропривода.
4. Режим вывода информации (фиг.1) обеспечивается подачей управляющих сигналов: с блока управления 9 на микроконтроллер 7 по пяти линиям порта, настроенным как вход - выход; с микроконтроллера 7 на знаковый индикатор 8 по семнадцати линиям портов, настроенным как выход. Этот режим обеспечивает последовательное высвечивание на знаковом индикаторе 8 всех измеренных в процессе эксплуатации величин мертвых ходов а и соответствующего им времени наработки электропривода с начала
эксплуатации до момента рассматриваемого измерения, которые архивированы в EEPROM памяти данных микроконтроллер 7. Причем четыре младших разряда знакового индикатора 8 высвечивают мертвый ход а с точностью до тысячной доли градуса, а пять старших разрядов - соответствующее ему время наработки электропривода переменного тока с начала эксплуатации с точностью до десятых долей часа.
Введение в устройство встроенного контроля и архивирования результатов контроля мертвого хода механической передачи электропривода переменного тока: восьмибитного микроконтроллера 7 фирмы Microchip серии PIC16F877, имеющего в своей структуре FLASH память программ - 8 Кбайт, SRAM память данных - 368 байт и EEPROM память данных - 256 байт, блока управления 9 микроконтроллером 7 и девятиразрядного семисегментного знакового индикатора 8 серии АЛС356А обеспечило:
1) архивирование (сохранение) в EEPROM памяти микроконтроллера численных значений измеренных величин мертвых ходов механической передачи в процессе всего цикла эксплуатации электропривода переменного тока;
2) архивирование (сохранение) в EEPROM памяти микроконтроллера времи наработки электропривода переменного тока с начала эксплуатации до каждого момента измерения мертвого хода механической передачи;
3) вывод информации о величине и времени измерения мертвых ходов механической передачи электропривода переменного тока, архивированных в EEPROM памяти данных микроконтроллера, на девятиразрядный семисегментный знаковый индикатор, где четыре младших разряда высвечивают мертвый ход α, а пять старших разрядов - соответствующее ему время наработки электропривода с начала эксплуатации и до момента измерения α, что, как известно, используется при прогнозировании отказов механических передач.