телемех. Конспект лекций по основам телемеханики. Омск Сибади, 2012. 63 с. Рассматриваются общие вопросы систем телемеханики, основные понятия, пе редача сообщений, элементы и узлы, основные принципы построения
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
Схемное обозначение и таблица истинности JK-триггера Схемное обозначение Входы Состояние выходов С K J Q(t) Q(t+1) Примечание 0 * * 0 0 0 * * 1 1 Режим хранения информации 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 Режим хранения информации 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 Режим установки единицы J=1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 Режим записи нуля K=1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 Счетный режим триггера J=K=1 Q Q S J K C R TT Примечания: 1. * – любое состояние входа. 2. Таблица справедлива при R=S=0. Условное обозначение и таблица истинности JK-триггера приведены в табл. 5. Из таблицы истинности JK-триггера видно, что при J=1 и K=0 триггер по тактовому импульсу устанавливается в состояние 1 (Q=1); при J=0 и К=1 триггер по тактовому импульсу устанавливается в состояние «0» (Q=0); при J=K=0 триггер хранит ранее принятую информацию независимо от сигнала на синхронизирующем входе С; при J=K=1 состояние выхода Q триггера с каждым импульсом на синхронизирующем входе С изменяется на противоположное. Триггер становится делителем частоты на 2. 52 C J K Q Q Рис. 27. Временная диаграмма JK-триггера при R=S=0 t t t t t На рис. 27 приведена временная диаграмма JK-триггера, иллюстри- рующая переключение триггера по спаду синхронизирующего сигнала в зависимости от состояния входов J и K. Счетчики На рис. 28 приведены условное обозначение четырехразрядного дво- ичного счетчика на схеме и его временная диаграмма. Входы D 0 –D 3 называются информационными входами и служат для записи в счетчик какого-либо двоичного состояния. Это состояние отобра- зится на его выходах и от него будет производиться начало отсчета. Дру- а D 0 D 1 D 2 D 3 V C R PI СТ2 1 2 4 8 Р C 1 2 4 8 t t t t t Рис. 28. Условное обозначение четырехразрядного двоичного счетчика в схеме и его временная диаграмма б 53 гими словами, это входы предварительной установки. Вход V разрешения предустановки служит для разрешения записи кода по входам D 0 –D 3 Предварительная запись в счетчик производится при подаче сигнала раз- решения записи на вход V в момент прихода импульса на тактовый (счет- ный) вход С. Знак «\» на входе С означает, что счетчик срабатывает по спаду импульса. Знак «/» на входе С означает, что счетчик срабатывает по фронту импульса. Вход R служит для обнуления счетчика, т. е. при подаче импульса на этот вход на всех выходах счетчика устанавливается логический ноль. Вход PI называется входом переноса. Выход P называется выходом пере- носа. На этом выходе формируется сигнал при переполнении счетчика (ко- гда на всех выходах устанавливаются логические единицы). Этот сигнал обычно подается на вход переноса следующего счетчика. На выходах 1,2,4,8 формируется двоичный код, соответствующий числу поступивших на вход счетчика импульсов. Как видно из временной диаграммы, частота импульсов на этих выходах делится соответственно на 1, 2, 4 и 8. 3.5. Регистры, распределители и коммутаторы Регистрами называются устройства для приема, хранения, передачи и преобразования информации, представленной обычно в двоичной системе счисления. На рис. 29 приведена схема трехразрядного регистра сдвига на JK-триггерах. Предварительно подачей сигналов на установочные входы R и S все триггеры установлены в нулевое состояние (Q 1 =Q 2 =Q 3 =0). + Выход Q 1 Q 1 S J K C R TT 1 Q 2 Q 2 S J K C R TT 2 Q 3 Q 3 S J K C R TT 3 Рис. 29. Регистр сдвига на JK-триггерах 54 Рис. 30. Временная диаграмма регистра сдвига Установим триггер ТТ 1 в состояние Q 1 =1. При этом состояние регист- ра определится совокупностью значений Q 1 Q 2 Q 3 =100. Под действием пер- вого импульса синхронизации С состояние триггера изменится на Q 1 Q 2 Q 3 =010 (рис. 30), под действием второго импульса синхронизации – на Q 1 Q 2 Q 3 =001 и т.д. Таким образом, под действием каждого импульса синхронизации происходит сдвиг двоичного числа на один разряд. Таблица 6 Условное обозначение и таблица истинности мультиплексора Условное обозначение мультиплексора Адрес А 0 А 1 На выход Q передается информа- ция со вхо- да 0 0 D 0 0 1 D 1 1 0 D 2 1 1 D 3 Q 3 Q 2 Q 1 C t t t t MX D 0 D 1 D 2 D 3 A 0 A 1 Q 55 В качестве распределителей и коммутаторов используются мультип- лексоры и демультиплексоры. Мультиплексор – это устройство, обеспечивающее соединение одного из информационных входов с выходом. Номер информационного входа, который соединяется с выходом, задается в двоичном коде на адресных входах. Если мультиплексор имеет n адресных входов, то в нем может быть 2 n информационных входов. Условное обозначение и таблица истин- ности мультиплексора приведены в табл. 6. Мультиплексор позволяет передавать по одной коммуникационной линии или каналу одновременно несколько различных потоков данных. Демультиплексор – это устройство, обеспечивающее соединение од- ного из информационных выходов с одним входом. Номер информацион- ного выхода, который соединяется с входом, задается в двоичном коде на адресных входах. Если демультиплексор имеет n адресных входов, то в нем может быть 2 n информационных выходов. Условное обозначение и таблица истинности демультиплексора приведены в табл. 6. Таблица 6 Условное обозначение и таблица истинности демультиплексора Условное обозначение демультиплексора Адрес А 0 А 1 Информа- ция со вхо- да D пере- дается на выход 0 0 Q 0 0 1 Q 1 1 0 Q 2 1 1 Q 3 DMX D A 0 A 1 Q 0 Q 1 Q 2 Q 3 Условные обозначения и таблицы истинности мультиплексора и де- мультиплексора приведены в табл. 4. Основные принципы телемеханики 4.1. Передача и прием телемеханических сигналов Рассмотрим основные понятия, используемые в телемеханических системах, на примере так называемой двухуровневой системы, ставшей классической схемой (рис. 31). 56 Контроль и управление системой осуществляют с Пункта Управле- ния (ПУ) , где находится диспетчер, аппаратура телемеханики, ЭВМ, мне- монический щит. Объекты контроля и управления находятся на Контролируемых Пунктах (КП) , одном или нескольких. Взаимодействие между ПУ и КП происходит по каналу связи. Это может быть простая физическая линия, оптоволокно, выделенный теле- фонный канал, радиоканал и т.п. При подключении к одному каналу связи нескольких КП каждый из них должен иметь уникальный номер. Часто под ПУ и КП подразумевают саму аппаратуру телемеханики. Данные между ПУ и КП передают короткими массивами, которые называют кадрами, фреймами, посылками. Посылки вместе с данными со- держат адресную часть и проверочный код для выявления искажений в процессе передачи. Адрес должен однозначно идентифицировать измеряе- мый параметр в рамках всей системы, например, номер контроллера ПУ - номер КП - номер группы в КП - номер параметра в группе. Для защиты данных обычно используют один из вариантов подсчета контрольной сум- мы. Способ кодирования данных и порядок обмена посылками обычно называют протоколом обмена. Одним из основных требований при выборе протокола является его надежность, т.е. способность передавать данные без искажений и возможность повторной передачи в случае сбоя. Рис. 31. Двухуровневая система передачи и приема телемеханических сигналов Аппаратура телемеханики (обычно называемая контроллером) на КП собирает информацию об объекте посредством датчиков и преобразовате- лей. 57 Датчиками могут быть простые двухпозиционные переключатели, состояние которых изменяется при изменении состояния объекта (вклю- чен/выключен, норма/авария и т.п.). Обычно контроллер КП следит за со- стоянием датчиков и при изменении хотя бы одного из них передает на ПУ посылку, которую называют ТелеСигналом (ТС). Контроллер ПУ, полу- чив ТС, передает его на ЭВМ и контроллер щита. Программа на ЭВМ из- меняет состояние изображения контролируемого объекта на схеме и пре- дупреждает диспетчера звуковым сигналом. Контроллер щита зажигает на щите соответствующий индикатор. Для количественной оценки состояния объекта на КП применяют преобразователи, которые преобразуют физические параметры (темпера- тура, давление, напряжение, ток) в нормированные электрические сигна- лы. Контроллер КП измеряет значения этих сигналов и передает их на ПУ в цифровом виде в посылках ТелеИзмерений (ТИ). Аналогично ТС, ТИ поступают на ЭВМ и щит для отображения. Программа для ЭВМ может отслеживать уровни приходящих измерений и сигнализировать, например, о превышении критического порога (уставки). При необходимости вмешательства в ход контролируемого процесса оператор посредством ЭВМ выдает в систему команду Телеуправления (ТУ) . C ЭВМ команда поступает на контроллер ПУ, который передает ее нужному КП. Контроллер КП при получении команды проверяет ее досто- верность, выдает электрический сигнал для включения исполнительного механизма (например, запуск электродвигателя), передает на ПУ квитан- цию о выполнении команды. Команды ТУ обычно двухпозиционные: ТУ Включить и ТУ Отключить. Современные контроллеры КП могут получать информацию не только с датчиков и преобразователей, но и с различных микропроцессор- ных устройств, например, приборов учета, токовых защит. Для стыковки с такими устройствами применяют один из локальных интерфейсов, напри- мер, RS-485. Информационный обмен идет с использованием одного из совместимых протоколов, например, Modbus. 4.2. Телеуправление и телесигнализация Телеуправление — передача на расстояние сигналов управления, ко- торые воздействуют на исполнительные механизмы установок. Телеуправление должно предусматриваться в объеме, необходимом для централизованного решения задач по установлению надежных и эко- номически выгодных режимов работы, например, электроустановок, рабо- тающих в сложных сетях, если эти задачи не могут быть решены средст- вами автоматики. Телеуправление должно применяться на объектах без постоянного дежурства персонала, допускается его применение на объек- 58 тах с постоянным дежурством персонала при условии частого и эффектив- ного использования. Для телеуправляемых электроустановок операции те- леуправления, так же как и действие устройств защиты и автоматики, не должны требовать дополнительных оперативных переключений на месте (с выездом или вызовом оперативного персонала). При примерно равно- ценных затратах и технико-экономических показателях предпочтение должно отдаваться автоматизации перед телеуправлением. Телесигнализация — передача на расстояние сигналов о состоянии контролируемых установок. Телесигнализация должна предусматриваться: • для отображения на диспетчерских пунктах положения и со- стояния основного коммутационного оборудования тех электроустановок, находящихся в непосредственном оперативном управлении или ведении диспетчерских пунктов, которые имеют существенное значение для режи- ма работы системы энергоснабжения; • для ввода информации в вычислительные машины или устрой- ства обработки информации; • для передачи аварийных и предупредительных сигналов. Телесигнализация с электроустановок, которые находятся в опера- тивном управлении нескольких диспетчерских пунктов, как правило, должна передаваться на вышестоящий диспетчерский пункт путем ретрансляции или отбора с нижестоящего диспетчерского пункта. Система передачи информации, как правило, должна выполняться не более чем с одной ступенью ретрансляции. Для телесигнализации состояния или по- ложения оборудования электроустановок, как правило, должен использо- ваться в качестве датчика один вспомогательный контакт или контакт ре- ле-повторителя. 4.3. Телеизмерение Телеизмерение – передача на расстояние сигналов, характеризирую- щих режим работы установок (напряжения, тока, давления, температуры и т. п.). Телеизмерения должны обеспечивать передачу основных электриче- ских или технологических параметров (характеризующих режимы работы отдельных электроустановок), необходимых для установления и контроля оптимальных режимов работы всей системы энергоснабжения в целом, а также для предотвращения или ликвидации возможных аварийных про- цессов. Телеизмерения наиболее важных параметров, а также параметров, необходимых для последующей ретрансляции, суммирования или регист- рации, должны выполняться, как правило, непрерывными. Система пере- 59 дачи телеизмерений на вышестоящие диспетчерские пункты, как правило, должна выполняться не более чем с одной ступенью ретрансляции. Телеизмерения параметров, не требующих постоянного контроля, должны осуществляться периодически или по вызову. При выполнении телеизмерений должны учитываться необходимость местного отсчета па- раметров на контролируемых пунктах. Измерительные преобразователи (датчики телеизмерений), обеспечивающие местный отсчет показаний, как правило, должны устанавливаться вместо щитовых приборов, если при этом сохраняется класс точности измерений. 4.4. Представление информации в системах телемеханики. Методы представления информации Под представлением информации понимают преобразование телеме- ханических сигналов в форму, удобную для использования их человеком. Оно делится на воспроизведение, т.е. предоставляется диспетчеру для зри- тельного и слухового восприятия, и регистрацию, т.е. на представление в виде документальной записи и рассчитанную на длительное хранение. Методы воспроизведения: акустические, визуальные, осязатель- ные Акустический метод: внимание диспетчера привлекается звонком, сиреной или записанным на магнитофон голосом, сигнализирующим об изменении параметров управляемых или контролируемых объектов. Осязательный (механический) метод, при котором диспетчер по по- ложению рукоятки либо изменению формы или местонахождения органов управления определяет возможные нарушения в системе контроля и управления. Визуальный метод, используются 4 группы сигналов: 1) по геометрическим символам определяют изменение параметров путем изменения расстояния между точками, длины отрезка или кривой; 2) к знаковым символам относятся различные геометрические фигу- ры, а также цифры и буквы, которые записываются в цифровой, словарной и телеграфной (точки, тире) формах; 3) шкальные символы образуются сочетанием геометрических и зна- ковых символов; 4) у физических символов изменяется цвет или яркость какого-либо вещества. Для повышения эффективности при управлении производственным процессом необходимо иметь большое количество разнообразной инфор- мации о протекании этого процесса. Это приводит к сосредоточению ог- ромного количества измерительной, сигнализирующей, регистрирующей и иной аппаратуры, а также органов управления в руках диспетчера. При 60 этом требуется обеспечить удобство расположения аппаратуры возле дис- петчера, позволяющее ему следить за изменениями параметров измеряе- мых величин и быстро реагировать на них. Приборы должны иметь опре- деленные габариты и правильную компоновку на щите и пульте. Надписи на приборах и их окраска должны позволять быстро и без погрешностей считывать полученную информацию. Рабочее место диспетчера, располо- жение, габариты и окраска аппаратуры измерения, контроля и управления должны быть такими, чтобы диспетчер как можно меньше уставал при ра- боте, что позволяет свести к минимуму возможные ошибки в его действи- ях. Для этого при проектировании рабочего места диспетчера учитывают также психофизиологические возможности человека, которые накладыва- ют определенные ограничения на восприятие информации и реализацию воздействий. Изучением методов и средств, позволяющих с учетом психофизио- логических возможностей человека создать наиболее совершенные орудия труда, занимается инженерная психология. Вопросы инженерной психоло- гии входят в более широкой круг проблем эргономики, изучающей трудо- вые процессы с целью создания наиболее совершенных условий труда, ко- торые способствуют повышению производительности труда и обеспечи- вают работающему минимум расхода сил. Инженерная психология занимается изучением ряда проблем, ка- сающихся автоматизации производственных процессов, например систем «человек и машина», «человек и автомат». Большое количество практиче- ских рекомендаций получено при исследовании восприятия человеком ли- цевых частей указывающих приборов и панелей, способов их размещения, размера и цвета надписей и т. д. Некоторые рекомендации связаны с тем, что пропуская способность человека равна 700-2000 бит/час. Однако прак- тическая реализация пропускной способности более 400-600 бит/час едва ли возможна, т.к. после получения информации диспетчеру необходимо время для принятия решения. ограниченная пропускания способность под- черкивает необходимость отсеивания избыточной информации во избежа- ние перегрузки диспетчера. Информация диспетчеру должна поступать в обработанном виде, чтобы избавить его от излишних вычислений основ- ные рекомендации: 1) размеры помещения, в котором расположены органы управления и аппаратура контроля, не должны быть излишне малыми, т.к. в тесном по- мещении человек устает быстрее; 2) показывающие приборы с наиболее важными показаниями долж- ны быть расположены перед глазами на средней части панели, т.е. зани- мать наиболее выгодное положение; 3) приборы контроля и органы управления должны быть размещены относительно диспетчера так, чтобы легко можно было управлять всеми 61 часто выполняемыми операциями, а операции, необходимость в которых возникла внезапно, управлялись рефлекторно; 4) органы управления и соответствующую им аппаратуру контроля необходимо группировать на панели по их назначению; 5) органы управления и соответствующая им аппаратура контроля должны быть максимально сближены; 6) наилучшим является размещение приборов по горизонтали, т.к. движение глаз происходит в этом направлении; 7) следует учитывать особенности человеческого зрения: а) периферическое зрение для каждого глаза составляет 140-160 по горизонтали, 50 по вертикали выше горизонтальной оси и 80 ниже ее; б) средний интервал времени, необходимый для фокусировки глаз на новую точку, составляет 167 мс; в) при слабой освещенности или при восприятии периферией глаза прямоугольники и треугольники различают лучше, чем многоугольники и круги; прямые линии - лучше, чем кривые; г)наибольшей вероятностью обладают предметы, окрашенные в красный цвет, затем в зеленый, янтарно-желтый и синий; д) кажущая яркость света, излучаемая сигнальной лампой, должна быть примерно в два раза выше яркости света в окружающем помещении; е) одновременно человек может воспринимать около восьми объек- тов; 8) написание цифр на визуальных индикаторах должно отвечать тре- бованиям, вытекающим из особенностей человеческого зрения: а) средняя продолжительность восприятия цифрового текста состав- ляет 0, 25-0, 3 в том случае, если все цифры одновременно получают на сетчатке глаза; б) для визуального отсчета скорость смены показаний не должно быть более 3-х в 1 сек; для непрерывно движущихся чисел скорость не должна превышать двух чисел в 1 сек; в) цифры и буквы при считывании их днем нужно наносить: в свет- лом помещении - черным цветом на желтый или белый фон, в темном по- мещении - светлым на темный фон. При считывании ночью цифры наносят красным цветом на черный фон и т.д.; 9) имеются рекомендации по привлечению внимания диспетчера к аварийным сигналам: а) включение сигнальных ламп с мигающим светом, f=8-9 Гц; б) освещение лишь той части схемы, которая соответствует аварий- ному агрегату; в) подсветка только тех приборов, на которые диспетчер должен об- ратить внимание; г) включение звукового сигнала, уровень звука не более 120 дБ. 62 Библиографический список 1. Горелик А.В., Василенкова Т.А. Лииии автоматики, телемеханики и связи: учебное пособие. – М.: РГОТУПС, 2005. 2. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых сетей связи. – М.: Радио и связь, 2000. 3. Тутевич В.Н. Телемеханика. – М.-Л: Энергия, 1985. 4. Портнов Л.Н. Телемеханика. – М.: Высшая школа, 1993. 5. Жила В.А. Автоматика и телемеханика систем газоснабжения: Учебник, 2011. 63 |