Телемеханика. Телемеханика_4. Конспект лекций для студентов специальности 153 01 07 Информационные технологии и управление в технических системах
 Скачать 1.58 Mb.
|
|
2.4. Классификация объектов управления и устройств ТУ-ТС Объекты управления делятся на сосредоточенные и рассредоточенные, двухпозиционные и многопозиционные. Кроме того, имеются объекты управ- ления, требующие непрерывного ТУ. Стационарные объекты телемеханического управления и контроля могут быть либо расположены в одном пункте (производственном сооружении), либо разбросаны поодиночке или небольшими группами по площади или вдоль об- щей линии связи. Телемеханическую систему, обслуживающую объекты пер- вого типа, называют системой с сосредоточенными объектами; система второ- го типа называется системой с рассредоточенными объектами. Сосредоточен- ные объекты типичны, например, для электростанций и подстанций. 86 Примером системы с рассредоточенными объектами может служить теле- управление насосными установками на нефтепромыслах. Двухпозиционные объекты могут находиться в одном из двух состояний: включенном или отключенном. Многопозиционные объекты могут иметь большое количество фиксированных положений. К таким объектам относятся различные задвижки, а также щиты в водовыпусках ирригационных систем. ТУ этими объектами осуществляется путем передачи соответствующего количе- ства команд на установку в заданную позицию. Ряд объектов управления, например, узлы настройки различных автомати- ческих регуляторов и рули управления подвижными системами требуют уста- новки их в любое положение из заданного диапазона. Управление настройкой автоматических регуляторов производится организацией непрерывного канала ТУ с передачей команд «больше» или «меньше» и с контролем при помощи систем телеизмерений. В силу того, что методы построения систем телеуправления и телесигна- лизации аналогичны и функции ТУ и ТС выполняются, как правило, общими установками, то в дальнейшем системы ТУ и ТС будем рассматривать обоб- щенно с выделением лишь элементов, специфичных для ТУ и ТС. Классификация устройств ТУ-ТС по методам передачи, режимам переда- чи, кодам и методам защиты приведена на рис. 2.1. Рис. 2.1. Классификация устройств ТУ-ТС 87 2.5. Методы разделения и избирания сигналов Разделение сигналов – это обеспечение независимой передачи и приема многих сигналов по одной линии связи или в одной полосе частот, при котором сигналы сохраняют свои индивидуальные свойства и не искажают друг друга. В массовых системах ТУ-ТС в подавляющем большинстве случаев использу- ются только три основных метода разделения сигналов: частотный, временной циклический и временной кодовый (цифровой). Избирание сигналов (селекция) – выбор данного сигнала из многих других для обеспечения адресной передачи. Разделение и избирание – понятия, близ- кие друг другу. Они характеризуют две стороны вопроса передачи сигналов и предназначаются для придания сигналу таких отличительных свойств, с помо- щью которых можно обеспечить, во-первых, передачу многих сигналов по од- ной линии связи и, во-вторых, адресную передачу сигналов объектам. Таким образом, условно можно считать, что разделение сигналов больше относится к линии связи, тогда как избирание – к объекту. Выбор метода разделения сигналов в устройствах ТУ-ТС необходимо про- изводить в соответствии с теорией кодирования, помехоустойчивости и эффек- тивности передачи. Выбор должен подтверждаться расчетами. С учетом изложенного выше ограничимся рассмотрением только особен- ностей разделения сигналов ТУ-ТС при частотном, временном и кодовом (цифровом) разделении сигналов, тем более что в связи с развитием микропро- цессорной техники существует тенденция перехода к передаче команд теле- управления кодовыми (цифровыми) комбинациями с адресом и текстом коман- ды. Передача команды во многих случаях осуществляется в несколько этапов, а телесигнализация передается за время передачи команды от многих объектов ТС, например многоканальным методом с временным разделением сигналов. В общем случае многоканальной называется передача, в которой каждому объ- екту (источнику) выделен индивидуальный канал с временным или частотным разделением. 2.6. Частотное разделение сигналов Частотное разделение сигналов характеризуется тем, что передача команд по одной линии связи осуществляется за счет частотного уплотнения, при ко- тором образуются параллельные каналы. Функциональная схема устройства ТУ-ТС с частотным методом избирания приведена на рис. 2.2. Принцип работы рассмотрим на конкретном примере. Пусть необходимо включить объект 1. Диспетчер замыкает ключи SB3 и SB1. При этом в линию связи поступают два сигнала с частотой f 1 и f 3. Первый несет на себе испол- нительную, а второй адресную команды. Принятый из линии связи сигнал, усиленный групповым усилителем, разделяется полосовыми фильтрами ПФ1 и. Рис. 2.2. Функциональная схема устройства ТУ-ТС с частотным методом избирания и сигнализацией по методу «светлого» щита 88 G1 G2 G3 G4 F1 F2 F3 F4 &1 &2 &3 &4 S R S R 01 ДС 1 02 ДС 2 F6 F5 S S SB1 Вкл. SB2 SB3 SB4 Откл 01 02 f1 f2 f3 f4 å ЛС ТУ ПФ1 ПФ2 ПФ3 ПФ4 П1 П2 П3 П4 ВИЭ1 ВИЭ2 G5 G6 å ТС ПФ5 ПФ6 П5 П6 ВИЭС1 ВИЭС2 HL1 HL2 Eп S 89 ПФ3, затем преобразователями П1 и П3 производится преобразование радиоимпульсов в видеоимпульсы, которые через согласующие формирова- тели F1 и F3 поступают на схемы И1, И3 и И1, И2 соответственно. Так как совпадение двух сигналов происходит на входе схемы И1, то выходной сиг- нал с И1 воздействует на выходной исполнительный элемент ВИЭ1 (вход S), и последний включает объект 1. Датчик сигнализации ДС1 включает генера- тор G5, и в линию связи поступает сигнал о включении объекта 1. Канал свя- зи для ТС по составу аппаратуры аналогичен каналу связи ТУ. Состояние объекта сигнализируется индикатором HLl. В данном устройстве сигнализа- ция осуществляется по методу «светлого» щита. Сигналы о состоянии объекта могут посылаться по той же линии связи, что и сигналы ТУ, но для этого необходимо, чтобы их частоты были различ- ными. Количество сигналов ТУ и ТС зависит от числа объектов и их позицион- ности, от метода управления и избирания. Так, при одноступенчатом управ- лении двухпозиционными объектами количество сигналов ТУ и ТС равно ч n M = , где об ч N n 2 = – количество частотных посылок; 2 M N об = – количе- ство двухпозиционных объектов. На рис. 2.3, а приведена структура сигналов при циркулярном управлении объектами. В большинстве случаев для надежности управления в каждый момент производится управление только одним объектом, тогда сигнал имеет вид, приведенный на рис. 2.3, б. Увеличить число сигналов можно путем применения k качественных (амплитудных или временных) признаков. При этом количество сигналов ТУ и ТС (рис. 2.3, в) – k n M ч = При двухступенчатом управлении (рис. 2.3, г) количество частотных по- сылок определяется из выражения 2 + = об ч N n Увеличение количества команд при циркулярных методах управления можно достичь, применяя групповой выбор (рис. 2.3, д). Общее число объек- тов ТУ-ТС определяется произведением количества групп на количество объектов в группе, т.е. гр об гр об N N N = , а общее число частотных импульсов 2 + + = об ч гр ч ч n n n Максимальная информационная емкость частотных устройств ТУ-ТС для электрических контуров и фильтров ограничивается сравнительно не- большим числом избирателей, размещаемых в рабочем диапазоне частот (например в телефонном канале), что вызвано трудностями реализации узко- полосных избирателей. Поэтому в частотных устройствах ТУ-ТС с относи- тельно большой информационной емкостью каждому сигналу ТУ(ТС) выде- ляется не индивидуальная частота, а комбинация нескольких частот, при этом частоты могут передаваться одновременно или поочередно. Для таких систем могут применяться частотные коды, рассмотренные в [2]. 90 Вкл. 01 f1 Откл. 01 f2 Откл. 02 f4 Вкл. 02 f3 Вкл. 03 f5 Откл. 03 f6 Откл. 04 f8 Вкл. 04 f7 а б Вкл. 01 f1 Откл. 01 f2 Вкл. 01 f1 Откл. 01 f1 t 1 t 2 в Вклю- чить f1 Отклю- чить f2 Об.1 f3 Об.1 f3 Об.2 f5 Об.2 f5 Об.3 f7 Об.3 f7 г Вклю- чить f1 Вклю- чить f1 группа 1 f3 группа 2 f4 объект 1 f5 объект 1 f5 объект 2 f6 объект 2 f6 объект 3 f7 объект 3 f7 д Рис. 2.3. Структуры сигналов при частотном методе избирания Структурные схемы ПУ и КП системы с частотным разделением и кодо- вым избиранием приведены на рис. 2.4 и 2.5 соответственно. Образование частотной кодовой комбинации, соответствующей опреде- ленной команде, производится шифрованием операции и адреса объекта, блоком генераторов, ключами и сумматорами при замыкании соответствую- щих выключателей на пульте диспетчера. На КП радиоимпульсы, выделен- ные полосовыми фильтрами, преобразуются в видеоимпульсы преобразова- телями, которые представляют собой амплитудные детекторы совместно с пороговыми элементами и селекторами импульсов по длительности. Декоди- рование производится дешифраторами операций и адреса объекта. Сигналы с выходов дешифраторов соответствуют определенной команде и управляют работой выходных исполнительных элементов. Канал телесиг- нализации работает аналогичным образом, за исключением того, что сигнал о состоянии объектов формируется датчиками сигнализации, которые пред- ставляют собой как контактные, так и бесконтактные ключи. Данная система отличается от системы с частотным избиранием наличием шифраторов и де- шифраторов на ПУ и КП, а остальные элементы те же. 91 Запоминающее устройство операции Запоминающее устройство адреса объекта Еп Пульт диспетчера Шифратор операции Шифратор адреса объекта Ключи Ключи Сумматор Линейный блок Устройство индикации Блок генераторов Линейный блок Блок полосовых фильтров Преобразователь радиоимпульсов в видеоимпульсы Блок формирователей Дешифратор сообщений сигнализации Выходные исполнительные элементы сигнализации Диспетчерский щит HL1 HL2 ТУ ТС Рис. 2.4. Структурная схема ПУ системы ТУ-ТС с частотным разделением и кодовым избиранием 91 92 2.7. Временное разделение сигналов При данном разделении сигналов каждый сигнал ТУ или ТС передается одним видеоимпульсом в серии B n последовательных импульсов. Общее коли- чество сигналов в серии B n M = при K = 1 и B kn M = при k любом. При пошаговом методе синхронизации структура сигналов в линии связи имеет вид, представленный на рис. 2.6, а, где два первых импульса использу- ются для выбора позиции. Информация на включение объекта содержится в длительности (амплитуде, полярности) импульса. При данном методе сравни- тельно просто реализуется циркулярность управления. На рис. 2.6, б приведена структура сигналов при групповом выборе (вклю- чить второй объект первой группы). Длительность прохождения серии , ) ( и a B n B a a C n n n n T t - + t + t = где a n – количество активных импульсов в серии; и a t t , – длительность активных и продвигающих импульсов; п t – длительность паузы Следует отметить, что циркулярность управления при групповом выборе сохраняется в пределах только группы. При временном разделении сигналов, как и при частотном, из соображения надежности управления посылается ко- манда только одному объекту. В настоящее время наибольшее применение находит временное разделе- ние сигналов с использованием циклической синхронизации. При этом инфор- мация об управлении объектом заключена в наличии видеоимпульса на соот- ветствующей временной позиции (рис. 2.6, в), что указывает на включение объекта. Длительность серии , ) 1 ( п B и B си c n n T t + t - + t = где си t = (2...5) и t – длительность синхронизирующего импульса. Как видно из рис. 2.6, в, этот метод синхронизации при применении цир- кулярности управления требует разделительных пауз между импульсами. Если использовать два частотных признака, то при циркулярном управле- нии можно организовать сигнал без разделительных пауз (рис. 2.6, г). При телесигнализации желательно иметь сигналы о состоянии всех объек- тов за один цикл работы системы, что наиболее просто реализуется при вре- менном разделении сигналов (рис. 2.6, д). Количество объектов однопозиционной ТС при групповом выборе равно ). ( ГР B ГР ТС К n К N - = Рис. 2.5. Структурная схема КП системы ТУ-ТС с частотным разделением и кодовым избиранием 93 94 a t n t u t n t a t a t cu t u t n t n t k T n 3 t n t u t u t cu t cu t Рис. 2.6. Структуры сигналов при временном разделении сигналов На рис. 2.7 и 2.8 приведена структурная схема ПУ и КП соответственно системы ТУ-ТС с временным разделением сигналов и сигнализацией по ме- тоду «темного щита». Для осуществления ТУ диспетчер с помощью ключей SB1-SB6 производит выбор группы объектов, выбор позиции и объекта, а за- тем нажимает кнопку «Пуск». При этом открывается схема И, и импульсы от генератора G поступают на распределитель импульсов РИ, который форми- рует n-разнесенных во времени последовательностей импульсов. Для осу- ществления циклической синхронизации импульсы с первого выхода РИ1 поступают на формирователь синхроимпульса ФСИ. Отличительным при- знаком СИ могут являться амплитуда, длительность, полярность. Сформиро- ванный сигнал через схему ИЛИ, линейный блок передатчика ЛБ ПРД и блок запрета Б31 поступает в линию связи. ЛБ ПРД предназначен для согласова- Рис. 2.7. Функциональная схема ПУ системы ТУ-ТС с временным разделением сигналов и телесигнализацией по методу «темного» щита 95 96 Рис. 2.8. Функциональная схема КП системы ТУ-ТС с временным разделением сигналов 96 97 ния выходных характеристик аппаратуры ПУ с входными характеристиками линии связи. БЗ осуществляет закрытие канала ТС на время передачи сигнала ТУ и, наоборот, для исключения ложного срабатывания. Принятый из линии связи сигнал через Б32 и ЛБ ПРМ поступает на восстановитель импульсов ВИ, где производится его усиление и формирова- ние для надежного срабатывания приемных устройств. Синхроимпульс выделяется селектором синхроимпульсов ССИ и уста- навливает приемный РИ в исходное состояние. Принятый сигнал запомина- ется в регистре RG, а затем поступает на соответствующие входы схем И5...И12. Сигналы с выхода этих схем управляют работой выходных испол- нительных элементов ВИЭ1...ВИЭ4. Сообщения о состоянии объектов фор- мируются датчиками сигнализации ДС и схемами И1…И4, опрос которых осуществляется РИ на 11...14 тактах. На 7...10 тактах введена разделительная (защитная) пауза между сигналами ТУ и ТС. Назначение БЗ и ЛБ аналогич- ное, как и на ПУ. Пришедший из линии связи сигнал о состоянии объектов (ТС) через Б32 ЛБ ПРМ и ВИ (см. рис. 2.7) заносится в приемный регистр RG и сравнивается с положением ключей SB8...SB11. В случае расхождения работает световая и звуковая сигнализация. Диспетчер поворачивает соответствую- щий ключ в новое положение, после чего прекращает работать световая и звуковая сигнализация. Достоинством данного метода является то, что аппа- ратура ПУ и КП может быть полностью реализована на цифровых инте- гральных микросхемах. 2.8. Кодовое разделение сигналов Устройства с временным кодовым разделением сигналов, называемые также цифровыми устройствами, обладающими неоспоримыми преимуще- ствами, такими, как более высокая помехоустойчивость, лучшее использова- ние канала связи, большая возможность унификации массового производства и применения в самых разнообразных условиях, несмотря на несколько большее число компонентов в системе на один сигнал. Эти преимущества более эффективны при использовании микропроцессорной техники. При кодовом разделении сигналов, каждый сигнал ТУ или ТС передает- ся определенной комбинацией B n импульсов, посылаемых последовательно во времени. Наибольшее количество комбинаций получается при использо- вании двоичного кода на все сочетания. В настоящее время в большинстве промышленных систем сигналы ТС передаются многоканальными методами. Кодовое разделение сигналов требует меньшего числа импульсов, чем циклическое временное разделение сигналов. Структурные схемы ПУ и КП системы ТУ-ТС приведены на рис. 2.9 и 2.10 соответственно. Устройство первичного кодирования кодирует адрес объекта, группы и саму команду первичным кодом, обычно двоичным. Эти кодовые комбинации обычно Устройство первичного кодирования команды, группы, объекта Запоминающее устройство Устройство индикации Устройство защиты от ошибок Блок управления Сумматор Формироватеь синхросигнала Преобразователь параллельного кода в последовательный Линейный блок 1 Линейный блок 2 Восстановитель сигнала Приемный регистр Устройство защиты от ошибок Дешифратор сообщений с ТС Выходные исполнитель- ные элементы ТУ ТС Индикаторы Диспетчерский щит Пульт диспетчера HL1 HL2 Вкл Откл 1 Гр 1 об N Гр M об HLm Рис. 2.9. Структурная схема ПУ системы ТУ-ТС с кодовым разделением сигналов 98 Линейный блок 1 Линейный блок 2 Восстанови- тель сигнала Генератор тактовых импульсов Селектор синхросигнала Приемный регистр Устройство защиты от ошибок Дешифратор команды, группы, объекта Счетчик тактов Выходные исполнитель- ные элементы Преобразователь параллельного кода в последовательный Объекты Датчики сигнализации Устройство кодирования ТС Устройство защиты от ошибок ТУ ТС Рис. 2.10. Структурная схема КП системы ТУ-ТС с кодовым разделением сигналов 99 100 защищаются помехозащищенным кодом и совместно с синхросигналом через линейный блок поступают в линию связи. Принятая из линии связи и восстановленная кодовая комбинация записы- вается в приемный регистр и одновременно анализируется устройством защи- ты от ошибок. Если искажений не обнаружено, исходная кодовая комбинация поступает в дешифратор, сигналы с выхода которого управляют выходными исполнительными элементами. Обеспечение синхронной и синфазной работы передатчика и приемника осуществляется сигналами с выхода селектора син- хросигнала. Канал телесигнализации в случае, если применяется кодовое раз- деление сигналов ТС, по составу оборудования совпадает с каналом теле- управления. Если сообщения ТС передаются многоканальными методами, то каждому сигналу ТС соответствует импульс на соответствующей временной позиции. |