1.Способы управления удаленными объектами
В зависимости от степени удаления объектов от пункта управления применяются три способа управления: местный, дистанционный и телемеханический.
В структурной схеме местного способа управления (рис. 10.1, а)
 10.1.Схемы местного способа управления
приняты следующие сокращения: ПУ (пункт управления) – место, где расположены органы управления и находится человек – оператор; КП (контролируемый пункт) – место, где находятся управляемые объекты (УО), ЛС – линия связи, соединяющая ПУ и КП.
При местном способе на ПУ находятся органы управления и источник энергии для питания объектов. На рис. 10.1, б органами управления являются ключи S1-S3, которые включают и выключают электродвигатели Д1-Д3 (управляемые объекты). Линейная батарея ЛБ для питания электродвигателей расположена на ПУ. Достоинствами местного способа являются его простота, отсутствие какой-либо дополнительной аппаратуры. Этот способ называют еще прямопроводным управлением. Его отличает высокая надежность по передаче информации и высокая помехоустойчивость. Так, повреждение одного из каналов связи (провода) не нарушает управление другими объектами. Ложное воздействие на объект (двигатель) в результате возникновения электромагнитных помех и влияний в линии связи маловероятно, поскольку требует большой мощности этой помехи.
При местном способе осуществляется центральное питание объектов. Это означает, что вся энергия, необходимая для включения УО, передается по линии связи (провода) из центра управления. Поэтому местный способ имеет два существенных недостатка – невысокую дальность управления из-за потерь энергии в линии связи и многоканальность (многопроводность). Для того, чтобы включить N объектов, требуется N + 1 провод (один провод обратный). Поэтому местный способ применяют на небольших расстояниях (десятки, сотни метров) при небольшом числе объектов (десятки объектов).
В железнодорожной автоматике местный способ управления применяют в системах электрический централизации (ЭЦ) с центральным питанием. Органы управления (сигнальные кнопки, стрелочные рукоятки) расположены на специальном пульте-табло на посту ЭЦ. Управляемые объекты (стрелки и светофоры) находятся в горловине станции и связаны с постом ЭЦ кабелем.
Чтобы увеличить дальность управления, применяют дистанционный способ (рис. 10.2).
 10.2. Схемы дистанционного способа управления
В этом случае на КП в линию связи включаются промежуточные линейные реле Л1-Л3, через контакты которых осуществляется управление двигателями. Центральный источник энергии (ЛБ) используется для питания промежуточных реле, а управляемые объекты (двигатели) имеют местное питание от местного источника энергии (МБ). Такой способ позволяет увеличить дальность управления, поскольку по линейным проводам передается ток для включения реле (единицы миллиампер), который примерно в тысячу раз меньше тока, потребляемого двигателем (единицы ампер).
Дистанционный способ принципиально отличается от местного тем, что в нем по линии связи передается информация о том, какой объект надо включить, а не энергия включения этого объекта. Однако эта информация не является кодированной и поэтому многоканальность, как недостаток, сохраняется. Дистанционный способ применяют на средних расстояниях (сотни метров, километры) при небольшом числе объектов (десятки объектов).
Данный способ использован в системах электрической централизации с местным питанием (рис. 10.3).
 10.3. Структурная схема электрической централизации с местным питанием
В этом случае в горловине станции располагается релейный шкаф, в котором размещаются промежуточные реле и другая аппаратура.
Чтобы исключить многоканальность как недостаток системы управления необходимо закодировать передаваемую информацию (телемеханический способ управления) (рис. 10.4).
10.4. Структурная схема телемеханического способа управления
Он применяется при больших расстояниях и большом числе ОУ. Основная цель телемеханического способа – сделать число каналов связи существенно меньше числа ОУ. В большинстве случаев используется всего один канал связи. Дальность управления определяется только чувствительностью и мощностью приемно-передающих устройств и в принципе неограниченна. Например, с помощью этого способа осуществляется передача информации при космических полетах.
На пункте управления оператор или некоторая автоматическая система воздействует на органы управления ОУ телемеханической системы и формируется первичный сигнал ПС. Это может быть сигнал от кнопок, рукояток, датчиков и т.п. Первичный сигнал кодируется кодирующим устройством КУ. Закодировать сигнал это значит сделать его отличным от других. Передающее устройство ПерУ преобразует кодированный сигнал КС в линейный сигнал ЛС, удобный для передачи по линии связи. Передающее устройство также согласует кодирующую аппаратуру с линией связи и усиливает сигнал. На контролируемом пункте линейный сигнал воспринимается приемным устройством ПрУ, усиливается и преобразуется в сигнал управления СУ. Затем осуществляется его декодирование декодирующим устройством ДУ. Декодировать сигнал это значит определить, какое передается сообщение и какому объекту. Декодированный сигнал ДС поступает на выходные преобразователи ВП, которые воздействуют на управляемые объекты.
4. Показатели телемеханических систем.
Таблица 1
Вероятностная характеристика
|
Вероятность события, не более, для категорий комплексов
|
1
|
2
|
3
|
Вероятность потери команды
|
10-14
|
10-10
|
10-7
|
Вероятность потери контрольной информации
|
10-8
|
10-7
|
10-6
|
Вероятность трансформации команды
|
10-14
|
10-10
|
10-7
|
Вероятность трансформации контрольной информации
|
10-8
|
10-7
|
10-6
|
Для характеристики свойств телемеханических систем используется несколько показателей. Под информационной емкостью понимается число объектов измерения, сигнализации, управления и регулирования, от (для) которых может передавать информацию устройство телемеханики. Быстродействие системы оценивается как интервал времени с момента появления события на передающем пункте телемеханической системы до представления информации о нем на приемном пункте. Важнейшим показателем является достоверность передачи информации. С этой точки зрения телемеханические комплексы делятся на три категории (таблица).
|
2.Виды телемеханических систем
Телемеханические системы делятся на дискретные и непрерывные. дискретные системы применяют, если управляемые объекты являются дискретными, т.е. имеют конечное множество состояний. Наиболее распространены двухпозиционные объекты, имеющие два состояния: включено и выключено. К ним относится большинство объектов железнодорожной автоматики (стрелочные электроприводы, светофоры, рельсовые цепи и др.). Непрерывные объекты применяют, если состояние объектов управления изменяется непрерывно (напряжение генератора, температура в электропечи, уровень воды в шлюзе и др.).
Еще один вид классификации телемеханических систем связан с понятием телемеханической сети, как совокупности устройств телемеханики и объединяющих их каналов связи. Структура сети (см. рис. 10.4)
10.4. Структурная схема телемеханического способа управления
является простейшей. Такую систему называют «соединение пункт-пункт» (рис. 10.5, а).
 10.5. Структурные схемы телемеханических сетей
Более сложной является многоточечная структура телемеханической сети, которая имеет два или более контролируемых пункта. Наиболее распространенные структуры данного типа приведены на рис. 10.5, в, г, д. В радиальной структуре (рис. 10.5, б) ПУ соединяется с каждым КП отдельным каналом связи. Это обеспечивает независимость работы КП друг от друга при повреждениях каналов связи. Такая структура используется на крупных станциях для телемеханического управления объектами в удаленных горловинах с помощью специальной системы станционной кодовой централизации (рис. 10.6, РПУ – район прямого управления; РКУ – район кодового управления).
В цепочной структуре (рис. 10.5, в) все КП соединяются с ПУ общим каналом связи. Это обеспечивает наиболее эффективное использование канала связи, но возникают проблемы при его повреждениях и проблемы регламентации работы различных КП. Цепочечная структура применяется в диспетчерских централизациях (см. рис. 1.3). Комбинация из радиальной и цепочечной структур (рис. 10.5, г) применяется при организации крупных диспетчерских центров (например, в масштабах железной дороги). Повышение надежности соединений в телемеханической сети дает кольцевая структура (рис. 10.5, д), в которой канал связи образует кольцо, и ПУ может быть связан с каждым КП двумя различными способами.
5. Телемеханические сигналы.
В телемеханических системах на расстояние передается информация (команды ТУ и ТС). Материальными носителями информации являются некоторые физические процессы в канале связи – сигналы. В качестве сигналов выступают импульсы тока в линиях связи или радиосигналы. Импульсы тока несут информацию вследствие того, что обладают различными качествами.Наиболее широко используются амплитудные, временные, частотные, фазовые, полярные импульсные качества.
Импульсы постоянного (рис. 10.7, а)
10.7. Амплитудные качества импульсов и схема линейной цепи
линии связи
или переменного (рис. 10.7, б) тока различаются по амплитуде. На рис. 10.7, в приведен один из возможных вариантов построения линии связи (линейная цепь) для передачи импульсов с амплитудными качествами. Последние формируются на ПУ в результате измерения сопротивления R резистора, включенного в ЛС, или изменения напряжения источника питания GB. Прием импульсов на КП осуществляется амплитудными анализаторами – линейные реле Л1-Л3 с различной чувствительностью. В данной системе передаются импульсы с тремя качествами i1, i2, i3. Линейные реле выбирают так, что  ,  ,  . Тогда при передаче импульса качеством i1 на КП притягивает якорь только реле Л1, при передаче импульса с качеством i2 – реле Л1 и Л2, при передаче импульса с качеством i3 – реле Л1, Л2 и Л3.
Недостатком амплитудного качества является слабая помехозащищенность, поскольку одна амплитуда легко может трансформироваться в другую при изменении сопротивления линии связи (из-за погодных условий), при возникновении электромагнитных влияний или помех. В системах диспетчерской централизации амплитудное качество не использовалось.
Импульсы постоянного (рис. 10.8, а)
 10.8. Временные качества импульсов и схема линейной цепи линии связи
или переменного (рис. 10.8, б) тока различаются длительностью. Их формируют специальные времязадающие схемы (ВЗС), а принимают временные анализаторы. В схеме (рис. 10.8, в) ВЗС включает и выключает реле-передатчик П, фронтовой контакт которого замыкает и размыкает линейную цепь, передавая импульсы с двумя качествами t1 и t2 – длинные и короткие импульсы. Как временные анализаторы используются реле Л1 и Л2 с различным временем притяжения, причем  ,  . Тогда при передаче импульса с качеством t1 на КП притягивает якорь только реле Л1, а с качеством t2 – реле Л1 и Л2.
Недостатком временно́го качества также является слабая помехозащищенность. Длительность может исказиться из-за временных параметров аппаратуры и линии связи. Достоинство временно́го качества по сравнению с амплитудным состоит в том, что для передачи информации можно использовать и интервалы (длинные и короткие), что сокращает время передачи команд примерно в 2 раза. Временные качества использовались в первой отечественной системе диспетчерской централизации временно́го кода ДВК (рис. 10.8, г). Длительность длинных импульсов и интервалов в команде ТУ составляет 0,35 с, а длительность коротких – 0,1 с.
Импульсы переменного тока (рис. 10.9, а) различаются своей частотой, а импульсы постоянного тока (рис. 10.9, б) – частотой следования. Частотные качества формируют частотные генераторы. У генераторов переменного тока частота легко изменяется воздействием на параметры L и C колебательного контура (рис. 10.9, в). Частоты выделяются фильтрами (рис. 10.9, г).
Достоинствами частотных качеств являются хорошая помехозащищенность (трансформация одной частоты в другую маловероятна), простота аппаратуры (легко настроить генератор или фильтра на заданную частоту) и , поэтому возможность передачи импульсов с неограниченным количеством качеств, возможность передачи по линии связи импульсов с несколькими качествами одновременно (частотное уплотнение). Частотные качества применяют в системах диспетчерской централизации ПЧДЦ, ЧДЦ, Нева, Луч. На рис. 10.9, д показано построение команды ТУ в системе ЧДЦ. Команда содержит 18 импульсов. Они передаются частотами 500, 600, 700 и 800 Гц.
 10.9. Частотные качества импульсов и схемы генератора переменного тока и включения фильтров
Импульсы переменного тока различаются по фазе. На рис. 10.10, а и б
10.10. Фазовые качества импульсов
показаны соответственно два случая, когда импульсы тока передаются со сдвигом по фазе на 180º и на 120º. Последний случай использован в системе диспетчерской централизации «Луч». Фазовые качества формируются с помощью фазосдвигающих схем, а принимаются – фазочувствительными схемами. Достоинством фазовых качеств является хорошая помехозащищенность. На рис. 10.10, в показана команда ТУ в системе «Луч».
|
3. Организация обмена информацией между ПУ и КП (протокол обмена)
В телемеханической системе есть один ПУ и множество КП. По этой причине возникает проблема организации обмена информацией между ними (протокол обмена). В системах железнодорожной телемеханики используют, в основном, четыре принципа обмена информацией и их сочетания. Спорадический принцип предполагает передачу только новой информации в момент ее возникновения (нажатие кнопки оператором, изменение состояния контролируемого объекта и т.п.). При циклическом принципе осуществляется последовательное поочередное подключение к каналу связи всех КП и выделение временно́го интервала для обмена информацией. При использовании принципа «по запросу» вся текущая информация накапливается на КП и передается только тогда, когда на данный КП поступает команда запроса из ПУ. Принцип приоритета устанавливает неравноправие между различными командами ТУ и ТС, а также между различными КП.
6. Виды селекции объектов.
При телемеханическом управлении и контроле основной является задача выбора объекта управления. Селекция – это метод выбора объекта из множества объектов, подлежащих управлению. Виды селекции различаются видом сигнала и видом разделения сигналов.
Сигналы подразделяют на одноэлементные и многоэлементные. В одноэлементном сигнале сообщение несет один импульс тока, в многоэлементном сигнале – все импульсы тока. Для того, чтобы определить сообщение, которое несет, например трехэлементный сигнал (осуществить декодирование), необходимо знать качество каждого из трех импульсов. Выделяют также линейное и временно́е разделение сигналов. При линейном разделении (рис. 10.12, а)
 10.12. Виды разделения сигналов
импульсы тока передаются одновременно каждый по своему каналу (физический провод, частотный канал и др.). При временно́м разделении (рис. 10.12, б) импульсы тока передаются последовательно во времени каждый по своему временно́му каналу. Сочетания указанных двух признаков дают четыре вида селекции.
Разделительная селекция – линейное разделение одноэлементных сигналов. В схеме (рис. 10.13, а)
10.13. Схемы разделительной селекции
для передачи сообщений используются полярные качества импульсов постоянного тока, которые формируются ключами S1-S3 и воспринимаются комбинированными реле Л1-Л2. при приеме импульса положительной полярности контакт реле Л занимает левое положение (рис. 10.13, б).
Рассмотрим работу схемы при положении ключей, показанном на рис. 10.13 штриховой линией. При этом по первому и третьему проводам передается импульс отрицательной полярности, а по второму проводу – положительной полярности (рис. 10.13, в). Включаются объекты 1, 4 и 5. Таким образом, командное значение имеет каждый импульс тока, который передается по отдельному проводу.
Виды селекции характеризуются информационной емкостью N и времем передачи сообщения (быстродействием) T. Свойства селекции тем лучше, чем больше N и меньше T. Для разделительной селекции  ,  , где k – число качеств импульсов тока, n – число прямых проводов, tпр – время притяжения линейного реле Л
Достоинствами разделительной селекции являются минимальное время передачи сообщения и возможность независимой и одновременной передачи приказов различным объектам, а недостатками – небольшая емкость и многопроводность (многоканальность). Чтобы увеличить емкость системы применяется многоэлементный сигнал.
|
Скачать 0.93 Mb.