Телемеханика. Телемеханика_4. Конспект лекций для студентов специальности 153 01 07 Информационные технологии и управление в технических системах
 Скачать 1.58 Mb.
|
|
2.9. Сравнительная оценка и области применения методов разделения сигналов Частотный метод разделения сигналов применяется для передачи неболь- шого числа команд рассредоточенным объектам. Данный метод позволяет пе- редавать как циркулярные, так и нециркулярные приказы. Он обеспечивает хо- рошую помехоустойчивость и надежность управления при высоком быстро- действии. Благодаря широкому внедрению интегральных микросхем наиболее ши- роко используется временной метод разделения сигналов. Этот метод особенно эффективен при управлении сосредоточенными объектами. При невысоком быстродействии он не требует широкой полосы частот. Рассматриваемый метод дает возможность как циркулярного, так и нецир- кулярного управления за один цикл работы. Частотно-комбинационный метод избирания следует применять при до- статочно большом числе рассредоточенных объектов. Он обеспечивает повы- шенное быстродействие и помехоустойчивость за счет применения частотных кодов и параллельной передачи элементов кодовых комбинаций. Кодовое разделение сигналов позволяет полнее использовать пропускную способность временных каналов. Использование помехозащищенных кодов обеспечивает высокую достоверность команд управления, однако требует усложнения аппаратуры и по сравнению с временным разделением сигналов может применяться как для сосредоточенных, так и для рассредоточенных объектов, особенно эффективен при адресном групповом выборе. В заключение этого подраздела следует отметить, что эффективность ис- пользования каналов связи и помехоустойчивость при комбинационных мето- дах избирания получается выше, чем при циркулярных методах. В этом и за- ключается основное преимущество комбинационных методов. 101 2.10. Оборудование, располагаемое на ПУ и КП Все оборудование можно разделить на три основных типа: собственно те- лемеханическая аппаратура, диспетчерское и оборудование автоматической обработки информации. Телемеханическая аппаратура предназначена для формирования, передачи и приема сигналов, несущих сообщения. Диспетчерское оборудование предназначено для обеспечения диспетчеру возможности контролировать и управлять технологическим процессом. Обору- дование состоит из трех основных устройств: диспетчерский щит, диспетчер- ский пульт и щит регистрирующих приборов. На диспетчерском щите изображается мнемосхема объекта и элементы сигнализации о ходе процесса в объектах. Диспетчерские щиты по принципу отображения состояний объектов разделяются на мимические и световые. В мимическом щите состояние объекта отображается положением механического и электромеханического элемента. Для привлечения внимания диспетчера, в случае расхождения между истинным положением объекта и отображаемым, рядом с элементом устанавливается световой индикатор. В световых щитах состояние контролируемых объектов указывается цве- том свечения символов. При несоответствии символ соответствующего объек- та переходит на мигающий свет. На щите указывающих и регистрирующих приборов размещаются индика- торные измерительные приборы. На диспетчерском пульте монтируются органы управления объектами и квитирования извещений ТС, а также органы включения и контроля работо- способности отдельных узлов и блоков аппаратуры. При небольших размерах диспетчерского щита могут конструктивно объ- единяться диспетчерский пульт и диспетчерский щит, а также диспетчерский щит и щит регистрирующих приборов. Оборудование автоматической обработки, как правило, состоит из ЭВМ и устройств сопряжения оборудования ПУ с ЭВМ. ЭВМ может работать в двух режимах. В первом режиме «оператор» осуществляет автоматический контроль и управление технологическим процессом. При втором режиме «советчик» ЭВМ обеспечивает выдачу рекомендаций диспетчеру по управлению процес- сом в различных ситуациях. Оборудование КП состоит из телемеханической аппаратуры, а в отдельных вариантах и из нескольких элементов сигнализации и измерительных приборов, служащих для наладки и проверки работоспособ- ности отдельных блоков при их установке и после ремонта. 2.11. Основные технические требования к устройствам ТУ-ТС Требования устанавливаются соответствующими стандартами [5...9]. Ос- новными являются: 102 1. Двухступенчатое управление, состоящее из двух операций: подготови- тельной (выбор адреса объекта) и исполнительной (посылка самой команды управления). 2. Датчики ТС должны иметь только один замыкающий или размыкаю- щий контакт или одну бесконтактную цепь. 3. Несоответствие между истинным положением объекта и отображаемым на щите должно сигнализироваться. Для устранения этого несоответствия дол- жен использоваться принцип общего квитирования. 4. При приеме известительной ТС без посылки запроса устройство долж- но подавать общие оповещающие сигналы. 5. Выходные сигналы импульсных устройств, выполненных на инте- гральных микросхемах, могут иметь следующие параметры: - от 2,4 до 5,25 В; от 13,5 до 16,5 В; от минус 9,5 до минус 19 либо от 2 до 5,25 В; от 8,5 до 16,5 В; от минус 8,5 до минус 20 В – для выходных сигна- лов высокого уровня; - от 0 до 0,4 В; от 0 до 1,5 В; от 0 до 1 В; либо от минус 0,4 до 0,8 В; от 0 до 6,5 В; от 0 до минус 2 В – для выходных сигналов низкого уровня. Для устройств, выполненных не на ИС, амплитуда выходных сигналов выбирается из ряда: для напряжения – 0,6; 1,2; 3; 6; 12; 24; 48; 60; 110; 220 В; для токов – 1; 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500 мА. Значения амплитуд ниже 0,6 В и 1 мА и выше 220 В и 500 мА не норми- руются. 6. Номинальные дискретные значения активных длительностей импульсов, фронтов и спадов импульсов, а также промежутков между импульсами, ис- пользуемых в качестве параметра передающего информацию, должны выби- раться из ряда чисел (1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 5; 6,3; 8) n 10 × , где n – любое целое положительное или отрицательное число или нуль. Дискретные значения частот синусоидальных колебаний используемых для заполнения импульсов при передаче кода, должны выбираться из ряда: 300, 315, 335, 355, 375, 400, 425, 450, 500, 530, 560, 600, 630, 670, 710, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1060, 1120, 1250, 1320, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2120, 2240, 2360, 2500, 2650, 2800, 3000, 3150, 3350 Гц. Устройства должны обеспечить выполнение функций ТУ или ТС при из- менении уровня сигнала на входе приемника на ± 30 % от нормального значе- ния входного сигнала. По верности передачи информации устройства должны соответствовать требованиям, приведенным в табл. 2.1. Устройства ТМ не должны допускать исполнения ложной команды при выходе из строя любого элемента аппаратуры (за исключением индивидуаль- ных выходных элементов) или канала связи. При этом в устройстве должен осуществляться автоматический контроль исправности и сигнализация повре- ждений общих узлов. 103 По времени передачи одного сообщения все устройства ТМ делятся на три группы: первая до 1 с; вторая от 1 до 4 с; третья свыше 4 с. Питание телемеханических устройств должно производится от сети пере- менного тока частотой 50 Гц 220 В или 380 В +10 % и минус 15 % частоты ± 1 Гц; от источников постоянного тока с напряжением 6; 12; 24; 48; 60; 110 В+ плюс 10 % и минус 15 %. Выходные элементы устройств ТУ должны быть рассчитаны на подклю- чение к ним исполнительных устройств с номинальным напряжением 12; 14; 27; 36; 48; 60; 110 В. Аппаратура всех групп должна обеспечивать работоспособность при дав- лении от 630 до 800 мм рт.ст. 3. ТЕЛЕРЕГУЛИРОВАНИЕ Наряду с рассмотренными простейшими системами, выполняющими од- ну из функций ТИ, ТУ, ТС, порой добавляется и телерегулирование (ТР), пред- ставляющее собой телеуправление объектами с непрерывным множеством со- стояний (ГОСТ 26.005-82). Осуществляется ТР с помощью систем телеуправ- ления и телеизмерения. Например, необходимо увеличить давление жидкости в трубопроводе до определенного уровня. Диспетчер посылает команду на включение насоса, нагнетающего жидкость в трубопровод, и по данным теле- измерения проверяет текущее значение давления. Когда давление достигает определенного значения, диспетчер посылает команду на отключение насоса. Структурные схемы ПУ и КП системы телерегулирования приведены на рис. 3.1 и 3.2 соответственно. Рис. 3.1. Структурная схема ПУ системы телерегулирования 104 Всей работой ПУ и КП управляет блок задания режимов работы (БРР), который с помощью генератора тактовых импульсов (ГТИ) и распределителя импульсов (РИ) формирует управляющие, командные и тактовые сигналы, ре- ализующие алгоритм работы всех блоков устройств по стандартному сопряже- нию в соответствии с системой приоритетов, периодически вырабатывающей синхросигнал для синхронизации всех устройств. Блок режима воспринимает коды функциональных адресов информации и преобразует их в управляющие сигналы для соответствующих блоков – приемников информации. Кроме того, БРР осуществляет кодирование и декодирование кодовых комбинаций в поме- хозащищенном коде. В БРР содержатся узлы контроля работоспособности оборудования ПУ, исправности линий связи и КП, а также элементы для выда- чи сигналов неисправности. Число индивидуальных линейных блоков (ЛБ), устанавливаемых на ПУ, определяется числом подключенных КП. Рис. 3.2. Структурная схема КП системы телерегулирования Прежде чем заниматься телерегулированием, необходимо получить ин- формацию по каналу ТИ о состоянии объектов. Для чего необходимо сформи- ровать и передать команду вызова телеизмерения текущих значений (ТИТ). Команды на ПУ вырабатываются либо диспетчером, либо ЭВМ. Команды по- ступают в блок управления вызова ТИТ (БУВ ТИТ) либо от ключей управле- ния, расположенных на пульте диспетчера (ПД), либо от ЭВМ через блок со- 105 пряжения (БС). Правильность предаваемой команды диспетчер контролирует с помощью узла индикации команд (УИК), воспроизводящего команду на пульте диспетчера. Все команды, формируемые диспетчером, вводятся в ЭВМ. Струк- тура сигнала вызова ТИТ состоит из синхросигнала, кода начала адреса пункта, функционального адреса, адреса объекта. На КП (см. рис. 3.2) сигнал от ЛБ поступает на узел синхронизации (УС), на который также поступают тактовые импульсы от ГТИ. УС подстраивает фа- зу тактовых импульсов и осуществляет поэлементный прием кода методом стробирования. Кодовая комбинация с выхода УС поступает в БРР, где осу- ществляется декодирование и формирование управляющих сигналов, посред- ством которых через блок управления передачей ТИТ (БУП Д ТИТ) осуществ- ляется передача телеизмеряемых величин от токовых датчиков (ДТ) и цифро- вых датчиков (ДЦ). Сообщения от ДТ поступают на вход БУП Д ТИТ через ана- логовый коммутатор (КДТ) и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а от ДЦ через цифровой коммутатор (КДЦ). Программа работы коммутаторов определяется БРР. БУП Д ТИТ формирует код, который поступает в БРР. К это- му коду в БРР добавляется код начала, адрес пункта, функциональный адрес и адрес объекта, и эта последовательность поступает через ЛБ в линию связи. Пришедшая на ПУ из линии связи кодовая комбинация через ЛБ поступа- ет в БРР, который сличает принятый код адреса с адресом вызываемого сооб- щения, т.е. осуществляет проверку адреса при информационной обратной свя- зи. После декодирования в БРР полезное сообщение поступает в БУПр ТИТ и в ЭВМ через БС, где оно запоминается, и поступает на устройство индикации команд (УИК) и одновременно на схему сравнения (СС), где оно сравнивается с соответствующей уставкой, записанной в блоке памяти уставок (БПУ). Если в результате сравнения будет принято решение о передаче команды на регулято- ры, то формирование команды осуществляется либо диспетчером, либо ЭВМ, которая через БУП Д ТИТ поступает в БРР. Правильность передаваемой коман- ды диспетчер контролирует с помощью УИК. В блоке задания режимов работы к команде управления (задание уставок регуляторам) добавляются служебные сигналы аналогичные, как и при вызове ТИТ, и полное сообщение через ЛБ поступает в линию связи. При этом следует сказать, что допускается одновре- менная передача команды только одному регулятору. Команды регулирования по типу «больше–меньше» воспринимаются БРР (см. рис. 3.2). В блоке осуществляется проверка информации по методу повто- рения, проверка поступления команды только одному регулятору. При этом контролируется отсутствие аппаратурных искажений. Кодовые команды вос- принимаются блоком управления приема телерегулирования (БУП Р ТР), кото- рый обеспечивает контроль исправности элементов. Кодовая комбинация с БУП Р ТР поступает либо непосредственно на регуляторы (при цифровом зада- нии уставки), либо через ЦАП при задании уставки аналоговым сигналом. По- сле завершения неискаженного приема на ПУ передается сигнал «квитанция», а на КП выходные исполнительные элементы в БУП Р ТР будут находиться в замкнутом состоянии до тех пор, пока не поступит команда отмены ТР. 106 4. ПЕРЕДАЧА ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ 4.1. Области применения систем передачи дискретной информации В настоящее время передача информации в дискретной (цифровой) фор- ме находит широкое применение в решении самых различных задач. Особенно важное значения системы передачи цифровой информации приобрели в таких областях, как передача данных телеметрии, космическая связь и управление. 4.1.1. Передача данных. Появление автоматизированных систем управле- ния (АСУ) и внедрение на всех уровнях управления ЭВМ значительно расши- рили функции систем телемеханики. Наряду с традиционными ТУ, ТС, ТИ, и ТР от систем телемеханики потребовалась передача производственно-статис- тической информации (данных, интегральных параметров). В большинстве случаев при передаче телемеханической информации требуется ее непосред- ственный ввод в ЭВМ или ее регистрация на машинном носителе. Характерной чертой современных автоматизированных систем управления, сбора, обработ- ки, хранения и распределения информации является интенсивный обмен раз- личными сведениями между значительным числом устройств, абонентов и ЭВМ. Разработка и внедрение таких систем привели к появлению устройств передачи информации нового типа – устройств передачи данных (УПД). По определению Международного союза электросвязи (МСЭ) передача данных – это особый вид электросвязи, целью которой является передача ин- формации для обработки ее ЭВМ или передача информации, уже обработан- ной ею. Под данными понимаются сведения, выраженные в дискретной знаковой форме, которыми обмениваются устройства, пользователи или абоненты с ЭВМ и ЭВМ между собой. Данные в зависимости от применяемых знаков мо- гут состоять из цифр, букв, символов и по смыслу представлять собой числа в определенной системе счисления, точнее в каком-либо алфавите, команды управления, обозначения операций и т.п. В целях упрощения передачи отдель- ные знаки данных или определенные их совокупности обычно кодируются двоичным кодом. Большое распространение (применение) УПД нашли в сле- дующих системах: – автоматизированные системы управления производством (АСУП); – отраслевые автоматизированные системы управления (ОАСУ); – планирование и статистическая обработка информации; – бронирование и продажа билетов на транспорт; – централизованный учет банковских операций; – учет наличия и движения железнодорожных вагонов; – управление космическими полетами; – управление средствами противовоздушной обороны; – управление войсками и т.д. 107 В любой системе передача данных выполняется по каналам связи. Сово- купность УПД, каналов связи и средств управления каналами и потоками дан- ных, обеспечивающая возможность обмена данными между устройствами, абонентами и вычислительными машинами некоторой системы, называется се- тью передачи данных. Принципы построения сетей описаны в [3]. Для передачи данных ис- пользуются различные каналы связи: проводные, кабельные, радиорелейные и прочие радиоканалы, включая каналы спутниковой связи. Каналы связи, ис- пользуемые для передачи данных, принято делить на коммутируемые и неком- мутируемые. Коммутируемым называют такой канал, который создается из отдельных участков только на время передачи. Некоммутируемым называют такой канал, который предоставляется або- нентам на длительное время или постоянно. В зависимости от вида используемого канала скорость передачи данных может быть различной. По этому показателью каналы делятся на три группы: низкоскоростные – до 200 бит/с, среднескоростные (телефонные) – от 200 до 56 000 бит/с, высокоскоростные (широкополосные) – свыше 56 000 бит/с. Допустимая вероятность ошибки при передаче одного элемента последо- вательности по телефонным каналам лежит в пределах от 10 -4 до 10 -5 (при от- сутствии специальных средств защиты от ошибок). Цифровая информация, пе- редаваемая в системе передачи данных, как правило, не обладает символьной избыточностью, поэтому вероятность ошибки в ней должна быть значительно меньше, а именно: 10 -6 …10 -8 Информация, как правило, передается порциями (блоками). Датчиками информации в УПД могут быть: принтеры, фотосчитывающие устройства, ЭВМ, дисплей, пульты рабочих мест, датчики учета штучной про- дукции, читающие автоматы и т.д. Приемником информации могут быть: принтеры, ЭВМ, дисплеи, графопостроители и т.д. УПД могут иметь различные режимы работы. Одним из режимов являет- ся работа сеансами, когда передается предварительно накопленная у одного из абонентов информация, а другим – режим непрерывного обмена информацией между абонентами. Кроме того, УПД отличаются друг от друга используемы- ми линиями и каналами связи, методами ввода и вывода данных, способами разделения прямого и обратного каналов, кодами, видами модуляции и т.д. 4.1.2. Космическая связь. Расширяющиеся программы космических ис- следований поставили перед техникой радиосвязи следующие задачи: – обеспечение устойчивой и надежной связью на расстоянии в сотни миллионов километров; – передача с борта космических объектов на пункты приема большого количества информации о состоянии и работе систем и агрегатов; а также о различных процессах, происходящих в космическом пространстве и на по- верхности исследуемых планет; 108 – управление режимом работы космических объектов путем передачи командной информации с Земли на борт объекта. В настоящее время успешно используют следующие основные виды си- стем космической связи: – связи «Земля – борт» и «борт – Земля» с искусственными спутниками Земли и орбитальными космическими кораблями и лабораториями; – дальней космической связи с автоматическими станциями, запускае- мыми в сторону планет солнечной системы; – связи с автоматическими станциями и лабораториями, запускаемыми на Луну, Марс и т.д. Как правило, большинство космических систем связи являются совмещен- ными, т.е. представляют собой сложные комплексы, позволяющие одновре- менно решать задачи связи, телеметрии измерения параметров движения (тра- екторные изменения) и управления. Создание подобных систем требует реше- ния сложных теоретических и технических задач, так как системы космической связи должны иметь очень высокие качественные показатели. Эти системы должны работать надежно в течение длительных сроков, измеряемых месяцами и годами; обеспечивать высокую точность передачи информации, обладать вы- сокой энергетической эффективностью; иметь малые веса и габариты и т.д. Ре- ализовать такие требования можно только методами и средствами цифровой техники. Некоторые сведения о космических линиях связи приведены в [1]. |