УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВКЛЮЧЕНИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
APPARATUS FOR SWITCHING ON ACTUATING DEVICES WITH ELECTRIC DRIVE

Изобретение относится к области автоматизации стендовых испытаний изделий ракетно-космической техники (РКТ) и предназначено для подачи команд на исполнительные органы, в которых в качестве приводов используется электромагниты, двигатели с муфтами, шаговые двигатели и другие подобные им элементы постоянного тока.
Особенностью стендовых испытаний изделий РКТ (ЖРД и их агрегатов) является их цикличность и одновременно кратковременность их проведения, причем их проведению предшествует более длительный период подготовки и проверки состояния и функционирования всех исполнительных органов изделия и систем стенда в соответствии с заданными алгоритмами. Подготовка и проверка может предусматривать перекоммутацию электрических цепей исполнительных органов, проверку этих цепей и циклограмм включения исполнительных органов при тестовых «прогонах» алгоритмов запуска изделия, реализуемых стендовой системой управления, в состав которой входят устройства для включения исполнительных органов с электроприводами. При этом проверки должны осуществляться без подачи рабочего напряжения на исполнительные органы, в том числе и на электроприводы, что связано со сложными алгоритмами управления стендом и изделием при огневых испытаниях последних, большим числом проверочных тестов, многократностью их повторения для устранения выявленных ошибок в алгоритмах и реализующем их программном обеспечении. При подключении при проверках электроприводов будет вырабатываться их ресурс работоспособности и возможны связанные с серьезным ущербом ошибочные включения исполнительных органов, в качестве которых выступают в большинстве случаев пневмоклапаны, при несогласованной подаче на них давления.
Известен электронный включатель, содержащий источник рабочего напряжения и транзисторный ключ, к выходу которого подключен электропривод исполнительного органа, а к входу - выход схемы управления, которая первым входом соединена с внешней системой управления, а вторым входом - с первым выходом схемы контроля, второй выход которой подключен к внешней системе управления (типа BTS723GW фирмы Infineon Technologies, Германия, 2006 г.).
Эта схема достаточно универсальна для включения на ее выходе нагрузок, в том числе индуктивных, с током до 4 А при напряжении в диапазоне 7÷58 B. Уровни входного сигнала унифицированы. Предусмотрены контроль и защита от короткого замыкания выхода, перенапряжения на нем, перегрева корпуса. Основное назначение этой схемы - управление автоматикой оборудования, работающего достаточно долго, непрерывно и в жестких условиях, например двигателя внутреннего сгорания автомобилей.
Недостатком этой схемы при использовании в стендовых системах управления является выполнение всех ее функций при рабочем напряжении питания и контроле состояния выходной цепи (короткого замыкания в ней) при подаче через схему управления сигнала включения транзисторного ключа. Для взрывоопасных, например водородных, технологических процессов на испытательном стенде РКТ задержка в реализации блокировки может привести к возникновению достаточной для воспламенения искры. Кроме этого, схемы такого типа вынуждают применять «эквиваленты» электроприводов исполнительных органов стенда и изделия РКТ для отработки и проверки правильности реализации заданных алгоритмов управления очередным испытанием изделий, что одновременно исключает выдачу команд на агрегаты стендовых пневмогидросистем, параллельно подготавливаемых к работе и находящихся часто под давлением. «Эквивалентом» электропневмоклапана (ЭПК), например, является обычное электромагнитное реле с обмоткой, близкой по характеристикам к электромагнитам ЭПК. Для подключения таких «эквивалентов» приходится отключать выходы системы управления и подключать их к «эквиваленту», что снижает надежность соединителей. Обязательной операцией после этих перекоммутаций является автономное включение исполнительных органов для проверки целостности цепей и их адресации. Это также связано с затратами времени и ресурса работы агрегатов стенда.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности устройства путем расширения функциональных возможностей.
Это достигается тем, что в известном устройстве для включения исполнительных органов с электроприводом, содержащим источник рабочего напряжения и транзисторный ключ, к выходу которого подключен электропривод исполнительного органа, а к входу - выход схемы управления, которая первым входом соединена с внешней системой управления, а вторым входом - с первым выходом схемы контроля, выход которой подключен к внешней системе управления, согласно изобретению в устройство введены источник питания пониженного напряжения, коммутатор, преобразователь напряжения, оптрон, первый и второй резистор и пороговая схема, выход которой соединен с первым входом схемы контроля, второй вход которой соединен с выходом оптрона, анод входного диода которого через первый резистор подключен к плюсовой шине питания транзисторного ключа, связанной с первым выходом коммутатора, а через второй резистор - к второму выходу коммутатора, первый вход которого соединен с выходом источника рабочего напряжения, а второй - с выходом источника пониженного напряжения, при этом катод входного диода оптрона и первый вход пороговой схемы подсоединены к выходу транзисторного ключа, а третий и четвертый выходы коммутатора соединены соответственно с минусовой шиной питания цепи транзисторный ключ-электропривод и входом преобразователя напряжения, выход которого соединен с третьим входом схемы управления, вторым входом пороговой схемы и третьим входом схемы контроля.
На чертеже изображена схема устройства для включения исполнительных органов с электроприводом.
Устройство содержит транзисторный ключ 1, к выходу которого подключен электропривод 2 исполнительного органа, а также катод входного диода оптрона 7 и первый вход пороговой схемы 10. Анод входного диода оптрона 7 через первый резистор 8 подключен к плюсовой шине питания связанного с первым выходом коммутатора 6 транзисторного ключа 1, а через второй резистор 9 - к второму выходу коммутатора 6. Схема контроля 4 первым и вторым выходами соединена соответственно со вторым входом схемы управления 3 и внешней системой управления, а первым, вторым и третьим входами соединена соответственно с выходом пороговой схемы 10, выходом оптрона 7 и выходом преобразователя напряжения 11. К выходу преобразователя напряжения 11 подключены также третий вход схемы управления 3 и второй вход пороговой схемы 10. Первый и второй входы коммутатора 6 соединены соответственно с выходами источника рабочего напряжения 12 и источника пониженного напряжения 5. Третий и четвертый выходы коммутатора 6 подключены соответственно к минусовой шине питания цепи транзисторный ключ 1-электропривод 2 и к входу преобразователя напряжения 11.
В исходном состоянии устройства напряжения источника рабочего напряжения 12 и источника пониженного напряжения 5 не поданы на выходы коммутатора 6 и все схемы и элементы устройства обесточены.
Устройство работает следующим образом.
При отработке и проверках стендовых систем управления и алгоритмов их функционирования, связанных в том числе и с проверкой цепей электроприводов исполнительных органов, транзисторный ключ 1 и резисторы 8 и 9 запитываются только напряжением от источника пониженного напряжения 5 (для стендов РКТ это напряжение составляет 2.5-3 B) через коммутатор 6, с одного из выходов которого запитывается преобразователь напряжения 11, обеспечивающий питание схемы управления 3, схемы контроля 4 и пороговой схемы 10.
В процессе проведения проверок согласно программе этих проверок и алгоритмам функционирования внешней системы управления по ее командам происходит поочередное включение и выключение транзисторного ключа 1 через схему управления 3 и подача при этом в электропривод 2 безопасного тока, исключающие срабатывание исполнительного органа. При включенном состоянии транзисторного ключа 1 он шунтирует входную цепь оптрона 7 и его выходной транзистор закрыт, информация об этом передается через схему контроля 4 во внешнюю систему управления. При выключенном состоянии транзисторного ключа 1 через вход оптрона 7, соединенного резисторами 8 и 9 и электроприводом 2 через коммутатор 6 с источником пониженного напряжения 5, протекает достаточный для его срабатывания ток. Выходной транзистор оптрона 7 открывается и на вход схемы контроля 4 поступает инверсная к предыдущему значению информация для передачи во внешнюю систему управления. При включенном состоянии транзисторного ключа 1 пороговой схемой 10 выявляется короткое замыкание электропривода по падению напряжения на нем от прохождения тока через вход оптрона 7. Таким образом, оптрон 7 устройства контролирует наличие цепи электропривода 2 и факт его срабатывания при отсутствии в нем короткого замыкания, а пороговая схема 10 - факт наличия последнего.
При проведении огневых испытаний изделий работа устройства отличается тем, что на транзисторный ключ 1 и резистор 8 через коммутатор 6 подается напряжение только от источника рабочего напряжения 12. Токовый режим функционирования оптрона 7 сохраняется выбором номинала резистора 8.
Расширение функциональных возможностей устройства заключается во введении в него режима работы на безопасном для стендовой автоматики напряжении и контроле исправности цепи электроприводного элемента 2, не дожидаясь его использования непосредственно при проведении испытания или в процессе последнего, но до подачи команд включения исполнительного органа.
Повышение надежности работы устройства обеспечивается исключением многократных коммутаций соединителей в цепи электропривода и срабатываний при проверках системы управления исполнительного органа, сокращающего ресурс его работы, а также возможностью безаварийного останова испытания при упреждающем обнаружении короткого замыкания в цепи электропривода.
Дополнительными достоинствами предлагаемого решения являются экономия средств, связанная с отказом от применения электрического «эквивалента» объекта испытаний, и большая независимость от стенда при проведении проверок систем управления, что дает запас времени и возможность более подробного ее тестирования.