ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО СТАНКА

Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к электрическим схемам, и может быть использовано в составе схемы включения и аварийной блокировки металлорежущих станков, в том числе зубообрабатывающих станков с числовым программным управлением.

Основными характеристиками защитного устройства являются: алгоритм подачи питания на систему управления, управление аварийными режимами (аварийный стоп, включатели аварийного конечного положения, подача запрещающего сигнала с ЧПУ).

Факторами, влияющими на работу схемы включения, помимо прочих, являются грубые ошибки системы ЧПУ (ошибка серво, обратной связи, датчика, короткое замыкание в системе ЧПУ).

Из уровня техники известно устройство защитного отключения, состоящее из блока контроля, подключенного к выходу вводно-распределительного устройства трехфазной электросети животноводческой фермы, и блока отключения, подключенного к автоматическому выключателю с дистанционным расцепителем трансформаторной подстанции, коммутирующему и защищающему трехфазную воздушную или кабельную линию для животноводческой фермы, отличающийся тем, что блок контроля содержит два диодных трехфазных моста с балластными конденсаторами на входе и с последовательно соединенными параметрическими стабилизаторами, подключенными на выходе, средние точки которых подключены к нейтрали трехфазной сети; два составных транзистора, первый германиевый подключен к отрицательному полюсу выхода первого трехфазного диодного моста, а второй кремниевый - к положительному полюсу этого моста; два диода развязки цепей; резистор смещения упомянутых составных транзисторов первым своим выводом соединен с эмиттерами выходных транзисторов составных транзисторов и подключен к нейтрали трехфазной сети, вторым выводом резистор смещения соединен с базами входных транзисторов составных транзисторов; конденсатор согласования, который первым своим выводом соединен со вторым выводом резистора смещения; два операционных усилителя, один из которых работает в режиме компаратора, а второй с резисторами и конденсатором - в автогенераторном режиме, второй вывод конденсатора согласования подключен к выходу второго операционного усилителя, а вход операционного усилителя подключен к катоду диода развязки, который анодом соединен с выходом первого операционного усилителя; два резисторных делителя напряжения, первый подключен к выходу второго трехфазного диодного моста, а второй делитель параллельно - к интегрирующему конденсатору; выходы резисторных делителей напряжения через входные резисторы подключены соответственно к первому и второму входам первого операционного усилителя; три резистора, подключенные к трем фазам электросети по схеме «звезда», средняя точка которой подсоединена к аноду второго диода развязки цепей, катод которого соединен с интегрирующим конденсатором; последовательно соединенные клемма, резистор ограничения тока и первый диод выпрямления, подключенный катодом к интегрирующему конденсатору, образуют цепь защиты металлопривязи, анод диода соединен через второй диод с нейтралью сети, которая соединена с его анодом, а блок отключения содержит трехфазный диодный мост с балластными конденсаторами на входе моста, подключенными к трехфазной электросети, и с последовательно соединенными параметрическими стабилизаторами, подключенными на выходе моста, средняя точка которых подключена к заземленной нейтрали трехфазной сети; два RC-фильтра высокой частоты и третий - активный полосовой заграждающий на операционном усилителе с включением двойного Т-образного моста в контур обратной связи усилителя; высокочастотный транзисторный усилитель; а также три конденсатора, четыре резистора, однопереходный транзистор, четыре диода, резисторный делитель напряжения, тиристор, две клеммы, и это все соединено между собой определенным образом, а именно: первый трехфазный RC-фильтр высокой частоты подсоединен первыми выводами конденсаторов к трехфазной сети, причем первые выводы резисторов соединены между собой и подключены к первому выводу конденсатора второго высокочастотного RC-фильтра, резисторы каждого из упомянутых фильтров своими вторыми выводами соединены со вторыми выводами соответствующих им конденсаторов, первый вывод резистора второго RC-фильтра подключен к нейтрали сети; транзисторный усилитель, содержащий резистор обратной связи и резистор нагрузки, своим входом подключен параллельно резистору второго фильтра высокой частоты, коллектор транзисторного усилителя подключен ко входу активного полосового заграждающего фильтра на операционном усилителе с включением двойного Т-образного моста в контур обратной связи усилителя, второй вход усилителя соединен с выходом резисторного делителя напряжения, подключенного к выходу операционного усилителя, который через первый конденсатор подключен к средней точке выпрямителя из двух соединенных последовательно диодов, при этом катод первого через первый резистор соединен с первым выводом второго конденсатора и эмиттером однопереходного транзистора, при этом анод второго диода соединен со вторым выводом второго конденсатора и подключен к нейтрали сети, вторая база транзистора подключена через второй резистор к положительному полюсу трехфазного диодного моста, а первая база соединена с первым выводом третьего резистора и с управляющим электродом тиристора, к аноду которого подключены первая клемма и анодом третий диод защиты, катод которого соединен с катодом четвертого выпрямительного диода, второй клеммой и первым выводом третьего конденсатора, у которого второй вывод подключен к нейтрали сети, а анод четвертого диода через токоограничивающий четвертый резистор соединен с одной из фаз трехфазной сети, катод тиристора соединен со вторым выводом третьего резистора и подключен к нейтрали сети; цепи питания операционных усилителей в блоках контроля и отключения подключены к параметрическим стабилизаторам соответствующих блоков комплекта (Патент РФ №117736, H02H 3/00, 2012 г.).

Недостатком этого устройства является отсутствие возможности подключения к системе ЧПУ станка, поскольку работает с силовыми цепями, а также не реализована защита оборудования оператором.

Наиболее близким к заявленному изобретению является известное из уровня техники устройство для защиты электроустановки от ненормированного режима работы, содержащее первый и второй преобразователи входных сигналов, входы которых предназначены для подключения к контактам пусковых блоков от реле защиты и автоматики, источник напряжения оперативного тока, блок-контакты, катушки отключения и включения выключателя, при этом в каждый из преобразователей введен транзистор типа р-n-р, второе плечо делителя напряжения в упомянутых преобразователях образовано третьим резистором, причем исполнительные блоки в преобразователях входных сигналов выполнены с использованием оптопары со светодиодом и фототранзистором и нагрузочного резистора в выходной цепи устройства, эммитер транзистора подключен к аноду светодиода оптопары, к катоду упомянутого диода и ко второму резистору, коллектор транзистора подключен к катоду светодиода оптопары и к другому контакту соответствующего пускового блока, база транзистора подключена к средней точке делителя напряжения и к аноду диода, свободный вывод второго резистора соединен с положительным полюсом источника напряжения оперативного тока, а выходы преобразователей входных сигналов предназначены для управления устройством релейной защиты и автоматики и подключены к входам логического элемента, выход логического элемента подключен к входу элемента выдержки времени, а выход элемента выдержки времени предназначен для сигнализации неисправности цепей управления выключателя через устройство релейной защиты и автоматики (Патент РФ №2246161, H02H 7/00, 2003 г.).

Признаки, являющиеся общими с прототипом для вышеописанного технического решения являются два защитных диода, три замыкающих контактных выключателя и один размыкающий контактный выключатель, две катушки отключения и включения выключателей, выходы преобразователей сигналов для управления релейной защитой.

Основными недостатками известного из уровня техники решения является: отсутствие обратной связи с системой ЧПУ, реагирующей на ошибки системы управления, которые могут привести к сбою и аварии; не реализован алгоритм работы для автоматической защиты при включении станка, не предусмотрена интеграция в систему блока аварийных конечных выключателей положения и аварийного стопа.

Техническим результатом, на решение которого направлено заявленное изобретение, является обеспечение обратной связи с системой ЧПУ станка посредством релейно-контактной архитектуры, что в итоге влияет на повышение надежности и безопасности системы, ее быстродействие и снижение себестоимости изделия, а также возможность гибкого интегрирования данного устройства в защитную цепь включения разнообразного станочного оборудования.

Данный технический результат достигается посредством того, что защитное устройство станка, содержащее цепь питания, два соединенных параллельно предохранительных реле, два защитных диода, три нормально разомкнутых контактных выключателя и один нормально замкнутый контактный выключатель, резистор, при этом одно из предохранительных реле последовательно соединено с двумя нормально разомкнутыми контактными выключателями, а второе - последовательно соединено с одним из нормально разомкнутых контактных выключателей, причем предохранительные реле выполнены с возможность коммутационного подключения к дополнительным цепям управления защитой, а указанные реле выполнены с возможностью последовательного включения, согласно изобретения, снабжено, по меньшей мере, двумя нормально замкнутыми грибовидными аварийными выключателями, реле обратной связи с параллельно подключенным защитным диодом и нормально разомкнутым контактом, выполненная с возможностью соединения с системы ЧПУ станка, при этом нормально разомкнутый контакт последовательно соединен с первым предохранительным реле, цепь питания к предохранительным реле проходит через блок нормально замкнутых аварийных конечных выключателей положения, каждый из которых, по меньшей мере, выполнен в виде одного выключателя, соединенных параллельно перемычкой, имеющей нормально разомкнутый не фиксируемый контакт с клавишей, последовательно соединенный, по меньшей мере, с двумя нормально замкнутыми грибовидными аварийными выключателями, которые соединены параллельно с выходом, предназначенным для подключения к системе ЧПУ «аварийный стоп» и нормально разомкнутым контактным выключателем второго предохранительного реле, который параллельно замкнут перемычкой с нормально разомкнутым контактным выключателем с не фиксируемой клавишей, выход упомянутого контактного выключателя второго предохранительного реле соединен параллельно с выходом на систему ЧПУ «станок включен» и со входом нормально разомкнутого контактного выключателя реле обратной связи, выход упомянутого контактного выключателя реле обратной связи соединен параллельно с катушкой первого предохранительного реле и входом нормально разомкнутого контактного выключателя первого предохранительного реле, выход упомянутого контактного выключателя первого предохранительного реле соединен параллельно с катушкой второго предохранительного реле и с резистором лампы включения устройства, при этом предохранительные реле оснащены параллельно подключенными защитными диодами, от входа цепи питания параллельно с блоком нормально замкнутых аварийных конечных выключателей, цепь питания соединена с выходом системы ЧПУ, параллельно с ним подключены последовательно нормально разомкнутые контакты первого и второго предохранительных реле, выход с которых подключен к выходу устройства для подключения к системе ЧПУ, а выходы предохранительных реле и реле обратной связи, предохранительных диодов и лампы включения соединены с шиной фазы «0».

Заявленное изобретение поясняется графическими материалами, где на чертеже изображена структурная блок - схема защитного устройства.

Защитное устройство станка содержит цепь питания 1 (+24 B), соединенная напрямую с выходом 2 питания схемы ЧПУ станка; выход 3 аварийных выключателей, клавишу 4 включения станка, соединенную с выходом 5 включения станка.

Вход 6 включения устройства соединен с обмоткой реле 7, подключенной параллельно с защитным диодом 8. Данное реле имеет нормально разомкнутый контакт 9, замыкающий цепь на обмотку реле 10 с подключенным параллельно защитным диодом 11. Это реле имеет два нормально разомкнутых контакта 12 и 13, контакт 12 замыкает цепь на обмотку реле 14 с подключенным параллельно защитным диодом 15. Также этот контур содержит контрольную лампу включения 16 с резистором 17. Реле 14 имеет два нормально разомкнутых контакта: 18, подключенного параллельно клавише включения 4 и контакта 19, подключенного последовательно после контакта 13 на вывод 20 питания силовых цепей.

Защитное устройство станка содержит также блок 21 аварийных конечных выключателей положения, состоящий из, по меньшей мере, одного нормально замкнутого контакта, работающих от механического воздействия и последовательно подключенных с ними, по меньшей мере, двух грибовидных выключателей 22 и 23 с фиксацией. Блок 21 аварийных конечных выключателей положения имеет параллельно подключенную перемычку в виде нормально разомкнутой нефиксируемой клавиши 24.

Вторые контакты обмоток реле 10, 14, 7, защитных диодов 11, 15, 8, а также лампы 16 подключены к шине 25 фазы «0».

Защитное устройство станка работает следующим образом.

В защитном устройстве станка, после его подключения на ввод 1 необходимо подать напряжение в 24 В после чего на вывод 20 через контакты 13 и 19 реле 10 и 14 подается напряжение.

Для включения защитного устройства станка используется клавиша 4 включения станка. После ее нажатия подается напряжение на вывод включения станка 5. Далее, система ЧПУ станка должна подать сигнал на вход устройства 6 для включения силовых цепей, при обязательном наличии напряжения на выходе аварийных выключателей 3, что приводит к подаче питания на реле 7, которое замыкает контакты 9, далее срабатывает реле 10, замыкая контакты 12 и 13, при этом контакт 12 включает реле 14 и контрольную лампу 16. Затем реле 14 замыкает контакты 18 и 19, подавая напряжение на выводы 5 и 20 соответственно. При этом все контакты трех реле переходят в режим самоудержания.

При аварийных остановах с блока 21 конечных выключателей, выключателей 22 и 23, что влечет выключение вывода 3, или при аварийном стопе с системы ЧПУ, выключается ввод 6, при этом реле 7 отпускает контакты 9, что влечет через прерывание самоудержания реле 10, которое в свою очередь через контакты 13 и 12 прерывают питание вывода силовых цепей 20, выключение контрольной лампы 16, прерывание самоудержания реле 14. От чего, в свою очередь, размыкаются контакты 18 и 19, что влечет прерывание питания на вывод 5 и дополнительном контрольном отключении вывода 20.

При этом для обеспечения возможности включения устройства после прерывания любого конечного выключателя положения из блока 21 предусмотрена перемычка с клавишей 24 замыкания (без фиксации), что дает возможность удерживая клавишу 24 привести любой из конечных выключателей в нормально замкнутый режим, включив клавишей 4 напряжение на выход 20 и подав, таким образом, питание на силовые приводы станка.

Таким образом, заявленная совокупность признаков, изложенная в формуле изобретения позволяет посредством релейно-контактной архитектуры обеспечить обратную связь с системой ЧПУ станка, что в итоге позволяет повысить надежность и безопасности работы системы, а также ее быстродействие. Помимо этого, вследствие использования в архитектуре устройства не дорогостоящих стандартных комплектующих достигается снижение себестоимости защитного устройства, а также за счет четырех выходов на ЧПУ и встроенных блоков аварийных выключателей, возможность гибкого интегрирования данного устройства в защитную цепь включения разнообразного станочного оборудования.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном изобретении, соединены отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в электротехнической промышленности;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.