Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,570

МИКРОКОНТРОЛЛЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ВСТРОЕННОГО КОНТРОЛЯ МЕРТВОГО ХОДА МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И АРХИВИРОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ КОНТРОЛЯ

Анкудинов К.А. 1
1 Финансовый университет при Правительстве РФ Тульский филиал
Микроконтроллерное устройство по патенту на полезную модель 76181 РФ относится к электромашиностроению, в частности к устройствам встроенного контроля, диагноза и прогноза мертвых ходов механических передач электроприводов переменного тока в ходе их эксплуатации без демонтажа механических передач и электродвигателей с изделий, где они выполняют свои рабочие функции.
микроконтроллер
электропривод переменного тока
механическая передача
мертвый ход
1. Агафонов Ю.М., Акиншин Р.Н., Анкудинов К.А., Акиншин Н.С., Анкудинов А.И. Электропривод постоянного тока с устройством встроенного контроля мертвого хода механической передачи // Патент на полезную модель RUS 66869. Заявка: 24.05.2007. Опубликовано: 27.09.2007. Бюл. № 27.
2. Агафонов Ю.М., Акиншин Н.С., Анкудинов К.А., Анкудинов А.И., Стец М.И. Двухзвенный электропривод постоянного тока с устройством встроенного контроля // Патент на полезную модель RUS 72586. Заявка: 13.12.2007. Опубликовано: 20.04.2008. Бюл. № 11.
3. Агафонов Ю.М. Методика построения микроконтроллерных устройств управления СКЗ МГ / Ю.М. Агафонов, А.И. Анкудинов, С.И. Петроченков, А.Б. Воскресенский, В.А. Михаленко, П.П. Какалин, Н.С. Акиншин, К.А. Анкудинов // Газовая промышленность. 2007. № 4. С. 48-51.
4. Агафонов Ю.М. Применение микроконтроллеров для синтеза цифровых конечных автоматов / Ю.М. Агафонов, Н.С. Акиншин, Р.Н. Акиншин, К.А. Анкудинов, А.И. Анкудинов, К.Ю. Казаков // Известия высших учебных заведений. Электроника. 2007. № 5. С. 40-44.
5. Агафонов Ю.М. Расчет преобразователя «напряжение-напряжение» на операционных усилителях в измерительных комплексах телемеханики / Ю.М. Агафонов, Н.С. Акиншин, Р.Н. Акиншин, К.А. Анкудинов, А.И. Анкудинов // Датчики и системы. 2007. № 9. С. 14-16.
6. Агафонов Ю.М. Система контроля управления и согласования СКЗ с комплексами телемеханики / Ю.М. Агафонов, Н.С. Акиншин, К.А. Анкудинов, А.И. Анкудинов, А.Б. Воскресенский, Р.Н. Акиншин // Газовая промышленность. 2007. № 7. С. 58-61.
7. Акиншин Н.С., Анкудинов К.А., Анкудинов А.И., Хомяков А.В., Ковалев Ю.М., Самылов М.А. Электропривод переменного тока с устройством встроенного контроля // Патент на полезную модель RUS 72588. Заявка: 13.12.2007. Опубликовано: 20.04.2008. Бюл. № 11.
8. Акиншин Н.С. Синтез микроконтроллерных систем для исследования зрительно-двигательных возможностей человека / Н.С. Акиншин, К.А. Анкудинов, А.И. Анкудинов, Е.Б. Карпов, И.Е. Карпов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. № 7-2. С. 78-87.
9. Акиншин Р.Н. Вероятностная оценка работоспособности EEPROM-памяти микроконтроллеров при синтезе цифровых конечных автоматов / Р.Н. Акиншин, Ю.М. Агафонов, К.А. Анкудинов, А.И. Анкудинов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2007. Т. 50, № 8. С. 23-27.
10. Анкудинов А.И., Кравец В.И., Семченко М.Я., Анкудинов К.А. Устройство для контроля мертвого хода механической передачи электропривода // Авторское свидетельство SU 1677792. Опубликовано: 15.09.1991. Бюл. № 34.
11. Анкудинов А.И., Кравец В.И., Анкудинов К.А. Измерение электромеханической постоянной времени электропривода постоянного тока // Измерительная техника. 1990. № 12. С. 31-32.
12. Анкудинов А.И., Кравец В.И., Анкудинов К.А. Искажения фронта и амплитуды экспоненциальных видеоимпульсов электронным усилителем // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 1990. Т. 33, № 9. С. 59-64.
13. Анкудинов А.И., Кравец В.И., Анкудинов К.А. Мощный компенсационный двусторонний амплитудный ограничитель // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 1991. Т. 34, № 7. С. 53-55.
14. Анкудинов К.А. Алгоритм расчета контроллеров согласования микроконтроллерных измерительно-управляющих систем с измерительными преобразователями и исполнительными устройствами / К.А. Анкудинов, А.И. Анкудинов, Е.Б. Карпов, И.Е. Карпов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 2-2. С. 17-21.
15. Анкудинов К.А. Измерение электромеханической постоянной времени электропривода постоянного тока по амплитуде реакции апериодического звена // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2008. № 6. С. 26-29.
16. Анкудинов К.А. Способ измерения постоянной времени электропривода / К.А. Анкудинов, А.И. Анкудинов, Н.С. Акиншин, О.А. Глаголев, А.В. Емельянов , В.В. Мануйлов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2009. Т. 52, № 12. С. 43-49.
17. Анкудинов К.А. Устройство встроенного контроля и архивирования результатов контроля // Патент на полезную модель RUS 76181. Заявка: 23.04.2008. Опубликовано: 10.09.2008. Бюл. № 25.
18. Ильин А.А., Ильин Р.А., Анкудинов К.А. Математическое обеспечение синтеза математических моделей сложных динамических процессов по выборке данных их предыстории // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. № 3. С. 305-311.
19. Ankudinov A.I., Kravets V.I., Ankudinov K.A. Measurement of the electromechanical time constant of DC electric drives // Measurement Techniques. 1990. Vol. 33, № 12. P. 1229-1231.

Известны аналоги – устройства встроенного контроля мертвых ходов (МХ) механических передач (МП) электроприводов (ЭП) постоянного тока в ходе их эксплуатации без демонтажа МП и электродвигателей (ЭД) постоянного тока с изделий, где они выполняют свои рабочие функции. Такие устройства ранее строились на основе аналоговых и цифровых ИМС [10, 11, 19], а на современном этапе – на основе микроконтроллеров (МК) [1-5, 15, 16].

Недостатком перечисленных устройств-аналогов является их неработоспособность при измерениях МХ МП ЭП переменного тока.

Известен также прототип [7] – микроконтроллерное устройство, обеспечивающее встроенный контроль МХ МП ЭП переменного тока, содержащее: ЭД переменного тока, который через контролируемую МП подсоединен к нагрузке; датчик контроля (ДК), включенный последовательно в статорную обмотку ЭД переменного тока – стандартный токовый шунт на 75 мВ, который исключает влияние ДК на режим работы ЭД переменного тока; пиковый амплитудный детектор (ПАД) [12], вход которого подключен к ДК; формирователя импульсов (ФИ) [13], вход которого подключен к выходу ПАД; МК – ATtiny28L [6, 14], работой которого управляет ФИ; четырехразрядный семисегментный знаковый индикатор (СЗИ) – АЛС329Б, который подключен к МК [6, 8] и высвечивает численное значение МХ МП ЭП переменного тока.

Недостатком этого микроконтроллерного устройства [7] является тот факт, что наряду с обеспечением успешного измерения (диагностирования) величины МХ МП ЭП переменного тока, оно не позволяет прогнозировать величину МХ МП ЭП переменного тока в процессе эксплуатации.

Постановка задачи

Предлагаемое микроконтроллерное устройство [17] должно решать задачу обеспечения возможности архивирования результатов измерения МХ МП ЭП переменного тока в процессе эксплуатации, которые используются при прогнозировании времени выхода величины МХ МП за пределы допустимых значений. Для чего при синтезе микроконтроллерного устройства встроенного контроля [9, 18] при каждом измерении МХ МП необходимо осуществлять архивирование двух параметров:

  • величины измеренного МХ МП ЭП переменного тока;
  • времени наработки МП ЭП переменного тока с начала эксплуатации до момента последнего измерения МХ МП.

Блок-схема устройства

Блок-схема микроконтроллерного устройства встроенного контроля МХ МП ЭП переменного тока и архивирования результатов контроля [17] представлена на рис. 1.

ank1.wmf

Рис. 1. Блок-схема микроконтроллерного устройства встроенного контроля МХ МП ЭП переменного тока и архивирования результатов контроля: ДК – датчик контроля; ЭД – электродвигатель переменного тока; МП – механическая передача; Нагр. – нагрузка ЭП; ПАД – пиковый амплитудный детектор; ФИ – формирователь импульсов; МК – микроконтроллер PIC16F877; СЗИ – девятиразрядный семисегментный знаковый индикатор АЛС356А; БУ – блок управления МК

Поставленная задача достигается тем, что в микроконтроллерное устройство встроенного контроля МХ МП ЭП переменного тока и архивирования результатов контроля [17], содержащее: ЭД переменного тока, соединенный с нагрузкой через контролируемую МП; ДК – стандартный токовый шунт на 75 мВ, исключающий влияние ДК на режим работы ЭД, который встроен в статорную обмотку ЭД переменного тока; ПАД [12], вход которого подключен к ДК; ФИ [13], вход которого подключен к выходу ПАД, введены восьмибитный МК – PIC16F877 [4, 9, 17], который наряду с FLASH-памятью программ и SRAM-памятью данных имеет энергонезависимую EEPROM-память данных, БУ МК и девятиразрядный СЗИ – АЛС356А, причем одна линия порта МК, настроенная на вход соединена с выходом ФИ, семь линий порта МК, настроенные как вход-выход, соединены с БУ, а семнадцать линий портов МК, настроенные как выход, подключены к девятиразрядному СЗИ. Блок-схему алгоритма работы МК – PIC16F877, программу на Ассемблере и HEX-файл для программирования МК [17] можно получить по e-mail: aai_tula@mail.ru.

Режимы работы устройства

1. Ввод в эксплуатацию (см. рис. 1). При программировании МК – PIC16F877 в его FLASH-память программ записываются паспортные или полученные экспериментально данные ЭД переменного тока: номинальная скорость вращения ankud1.wmf [об/мин] и электромеханическая постоянная времени ankud2.wmf [с] ЭД переменного тока.

2. Рабочий режим (см. рис. 1). В большинстве случаев включение ЭП для выполнения рабочих функций не сопровождается измерением МХ МП, так как величина МХ меняется медленно по мере износа МП в процессе эксплуатации. В этом режиме БУ по умолчанию настраивает МК устройства только на подсчет времени работы ЭП в данном цикле, которое фиксируется в SRAM-памяти данных МК – PIC16F877. При отключении ЭП время его работы в данном цикле суммируется с предыдущим временем наработки ЭП с начала эксплуатации и архивируется в EEPROM-память данных МК.

3. Режим измерения (см. рис. 1). Временные диаграммы работы микроконтроллерного устройства встроенного контроля МХ МП ЭП переменного тока и архивирования результатов контроля [17] в режиме измерения представлены на рис. 2.

-ank2.wmf

Рис. 2. Временные диаграммы работы микроконтроллерного устройства встроенного контроля МХ МП ЭП переменного тока и архивирования результатов контроля: а – выходной сигнал ДК; б – выходной сигнал ПАД; в – выходной сигнал ФИ

В этом режиме перед включением устройства (см. рис. 1) МХ МП устанавливается в максимальное положение. Подается питание на ПАД, ФИ и МК, а девятиразрядный СЗИ и БУ питаются от МК. С БУ на МК подается комбинация управляющих сигналов, задающая режим измерения МХ МП ЭП переменного тока.

В момент времени t1 (рис. 2) происходят следующие процессы: запускается в работу ЭД переменного тока и в его обмотке статора возникает импульс переменного пускового тока, который создает импульс переменного напряжения на ДК с амплитудой ankud4.wmf (рис. 2,а); сигнал с ДК ankud5.wmf поступает на ПАД, который детектирует фронт сигнала с ДК ankud6.wmf (рис. 2,б); сигнал с ПАД ankud7.wmf подается на ФИ, который вырабатывает первый короткий импульс ankud8.wmf (рис. 2,в), поступающий на МК; МК начинает отсчет времени выбора МХ TMX (рис. 2,в) МП и записывает его текущего значения в SRAM-память данных.

В интервале времени ankud9.wmf(рис. 2) протекают следующие физические процессы: ЭД переменного тока приходит во вращение; переменный пусковой ток обмотки статора ЭД и переменное напряжение на ДК uДК(t) (рис. 2,а) уменьшаются по экспоненте; тихоходный вал МП остается неподвижным, так как происходит выбор МХ МП, но он еще не выбран; напряжение на выходе ПАД uПАД(t) (рис. 2,б) уменьшается по экспоненте; напряжение на выходе ФИ равно нулю ankud10.wmf (рис. 2,в); МК продолжает отсчет времени выбора МХ TMX (рис. 2,в) МП ЭП и записывает его текущего значения в SRAM-память данных.

В момент времени t2 (рис. 2) происходят следующие процессы: закончен выбор МХ МП и приходит во вращение тихоходный вал МП и нагрузка; величина нагрузки на ЭД переменного тока скачкообразно возрастает и в его обмотке статора вновь возникает импульс переменного пускового тока, который создает импульс переменного напряжения на ДК ankud11.wmf (рис. 2,а); сигнал с ДК ankud12.wmf поступает на ПАД, который детектирует фронт сигнала с ДК ankud13.wmf (рис. 2,б); сигнал с ПАД ankud14.wmf подается на ФИ, который вырабатывает второй короткий импульс ankud15.wmf (рис. 2,в), поступающий на МК; МК заканчивает отсчет времени выбора МХ TMX (рис. 2,в) МП и запоминает его значение в SRAM-памяти данных в размерности [c]; МК производит расчет МХ ankud16.wmf МП ЭП переменного тока [17]

ankud17.wmf [градус]

по заданному алгоритму и архивирует (записывает) его значение в EEPROM-память данных (физический смысл и размерности величин WН и ankud18.wmf указаны в первом режиме – ввод в эксплуатацию).

Рассмотренный режим измерения скоротечен и не влияет на общее времени работы ЭП переменного тока с начала его эксплуатации. Далее продолжается подсчет и архивирование в энергонезависимой EEPROM-память данных МК общего времени работы ЭП с начала его эксплуатации.

4. Режим вывода информации (см. рис 1) обеспечивается подачей управляющих сигналов: с БУ на МК по семи линиям порта, настроенным как вход-выход; с МК на девятиразрядный СЗИ по семнадцати линиям портов, настроенным как выход. Этот режим обеспечивает последовательное высвечивание на СЗИ всех измеренных в процессе эксплуатации величин МХ ankud19.wmf МП ЭП переменного тока и соответствующего им времени наработки электропривода с начала эксплуатации до момента рассматриваемого измерения, которые архивированы в EEPROM-памяти данных МК. Причем четыре младших разряда девятиразрядного СЗИ высвечивают МХ ankud20.wmf МП ЭП с точностью до тысячной доли градуса, а пять старших разрядов – соответствующее ему время наработки ЭП переменного тока с начала эксплуатации с точностью до десятых долей часа.

Выводы

Введение в микроконтроллерное устройство встроенного контроля МХ МП ЭП переменного тока и архивирования результатов контроля восьмибитного МК фирмы Microchip PIC16F877, имеющего в своей структуре FLASH-память программ – 8 Кбайт, SRAM память данных – 368 байт и энергонезависимую EEPROM память данных – 256 байт, БУ МК и девятиразрядного СЗИ АЛС356А обеспечивает:

1. Архивирование в EEPROM-памяти МК численных значений измеренных величин МХ МП в процессе всего цикла эксплуатации ЭП переменного тока.

2. Архивирование в EEPROM-памяти МК времени наработки ЭП переменного тока с начала эксплуатации до каждого момента измерения МХ МП.

3. Вывод информации о величине и времени измерения МХ МП ЭП переменного тока, архивированных в EEPROM памяти данных МК, на девятиразрядный СЗИ, где четыре младших разряда высвечивают величины МХ МП, а пять старших разрядов – соответствующее им время наработки ЭП с начала эксплуатации и до момента измерения МХ МП. Это позволяет прогнозировать отказы МП ЭП переменного тока математическими методами [18].


Библиографическая ссылка

Анкудинов К.А. МИКРОКОНТРОЛЛЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ВСТРОЕННОГО КОНТРОЛЯ МЕРТВОГО ХОДА МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И АРХИВИРОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ КОНТРОЛЯ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 4. – С. 11-14;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=5059 (дата обращения: 16.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074