книги из ГПНТБ / Катков, Ф. А. Телемеханика учеб. пособие

Ф. А. КАТКОВ, Б. С. ДИДЫК, В. А. СТУЛОВ

ТЕЛЕМЕХАНИКА

Допущено Министерством высшего

исреднего специального образования УССР

вкачестве учебного пособия

для студентов высших технических учебных заведений специальности <Автоматика и телемеханика>

ИЗДАТЕЛЬСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ «ВИІДА ШКОЛА» ГОЛОВНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО

К И Е В -г -1 9 7 4

БФ6.8 К29

УДК 621.398

Телемеханика. К а т к о в Ф. А., Д и д ы к Б. С., О т у -

ло в В. А. Издательское объединение «Вища школа», 1974, с.248.

Вкниге изложены основы телемеханики и даны сведения по теории информации и каналам связи.

Рассмотрены методы избирания, кодирования и способы по­ вышения помехоустойчивости систем телемеханики, а также при­ веден анализ погрешностей систем телеизмерения.

Описаны основные элементы и узлы устройств телемеханики и принципы построения систем промышленного назначения. Дано описание и основные характеристики устройств, выпускае­ мых промышленностью.

Книга предназначена в качестве учебного пособия для сту­ дентов высших технических учебных заведений специальности «Автоматика и телемеханика». Она может быть также полезна для широкого круга инженерно-технических работников, свя­ занных с телемеханизацией различных отраслей народного хо­ зяйства.

Табл. 14. Ил. 160. Библиогр. 29.

Редакция литературы по радиоэлектронике, кибернетике и связи Зав. редакцией А. В. Дьячков

© Издательское объединение «Вища школа», 1974.

ВВЕДЕНИЕ

Для обеспечения наиболее эффективного функционирования круп­ ных производственных систем 1, отдельные части которых рассредото­ чены на значительной площади и связаны между собой технологиче­ ски, используются централизованный контроль и управление. Для этих целей, кроме телефонной связи, применяются средства телемеханики, передающие на расстояние сигналы телеконтроля и телеуправления. Для ряда технологических процессов, связанных с опасностью взры­ ва, выделения вредных газов или радиоактивного излучения, телекон­ троль и телеуправление необходимы даже при сравнительно неболь­ ших расстояниях. Средства телемеханики широко применяются также для управления подвижными объектами. Расстояние до подвижного объекта может быть большим, как, например, до Лунохода, управляе­ мого с Земли.

Согласно ГОСТ 16521—70 устройства телемеханики предназна­ чаются для обмена информацией между пунктом управления и кон­ тролируемыми пунктами при радиальной, цепочной или древовидной структуре линий связи. Устройства телемеханики при необходимости должны обеспечивать ретрансляцию информации, а также обмен ин­ формацией между вычислительной машиной и объектами.

По функциональному признаку устройства телемеханики делятся на группы:

а) для телеизмерения электрических и неэлектрических величин; б) для телесигнализации положения и состояния контролируемых

(комбинированные и комплексные устройства).

Телеконтроль осуществляется при помощи устройств телеизмере­ ния (ТИ) и телесигнализации (ТС).

Устройства ТИ передают на расстояние результаты измерений основных параметров, характеризующих работу контролируемых установок, а устройства ТС — сигналы их состояния (включения, отключения) или сигналы служебного назначения.

Устройства телеуправления (ТУ) передают на расстояние команды управления режимами, состоянием и положением различных про­ изводственных установок (объектов).

Устройства для обмена буквенно-цифровой информацией осущест­ вляют передачу данных производственно-технической и экономиче­ ской информации к пунктам обработки и вычислительным центрам.

1 К таким системам относятся: энергосистемы, железнодорожный транспорт, промышленные предприятия, системы связи, коммунальное хозяйство городов, оро­ сительные системы и др.

К этим устройствам предъявляются требования высокой достовернос­ ти передачи при максимальной скорости передачи и эффективности использования каналов связи.

По скорости передачи буквенно-цифровой информации в соответ­ ствии с ГОСТ 16521—70 устройства телемеханики делятся на группы:

Телемеханика возникла благодаря развитию электротехники, тех­ ники связи, электроники и радиотехники. В настоящее время при построении аппаратуры телемеханики используются последние дости­ жения электроники (электронные дискретные и интегральные схемы), механические элементы, за исключением некоторых датчиков в устрой­ ствах ТИ и выходных промежуточных реле, замыкающих или размыкающих электрические цепи в устройствах ТУ, не приме­ няются.

Аппаратура телемеханики используется для контроля за работой и управления на расстоянии различными техническими системами, в том числе и двигателями, предназначенными для перемещения по­ движных объектов или обеспечивающими проведение технологических процессов при механической обработке деталей. В этом частном слу­ чае термин «телемеханика» расшифровывается как «механика, действу­ ющая на расстоянии». В общем случае назначение аппаратуры теле­ механики значительно шире, вплоть до передачи информации в автома­ тизированных системах управления промышленными предприятиями. Поэтому термин «телемеханика» потерял сейчас свое первоначальное значение и применяется для обозначения более широкого класса устройств.

При использовании средств телемеханики, как и при автоматиза­ ции производственных процессов, повышается производительность труда, улучшаются качество продукции и условия труда обслуживаю­ щего персонала.

При построении аппаратуры телемеханики широко используются различные методы кодирования сигналов. Впервые метод кодирования сигналов был применен при построении телеграфной аппаратуры. Создатель первого электрического телеграфа член-корреспондент Рос­ сийской Академии наук П. Л. Шиллинг в 1832 г. продемонстрировал аппарат, обеспечивающий передачу букв, цифр и знаков по восьми про­ водам. Каждый сигнал представлял собой комбинацию разнополярных

передавались по двум проводам. При этом каждый сигнал представ­ лял собой комбинацию нескольких импульсов тока различных поляр­ ностей, передаваемых поочередно. Принцип комбинационного построе­ ния сигналов с одновременным и поочередным набором элементов ком-

6

бинации, впервые предложенный П. Л. Шиллингом, нашел широкое применение в телемеханике. L

Для посылки различных сигналов, состоящих из импульсов, посы­ лаемых последовательно, член-корреспондент Петербургской Акаде­ мии наук Б. С. Якоби предложил использовать распределители с син­ хронным и синфазным вращением. В период 1839—1850 гг. было соз­ дано несколько типов телеграфных аппаратов, из которых последний был первым в мире буквопечатающим аппаратом. Аппараты Якоби были установлены и работали на линиях Петербург — Царское село и Петербург — Петергоф. Таким образом был реализован принцип временного разделения элементов сигнала, который в настоящее время широко используется при построении устройств телеуправления.

В 1869 г. профессор Харьковского университета Г. И. Морозов предложил метод частотного разделения сигналов и один из способов его практической реализации. По предложению Г. И. Морозова сигна­ лы передавались на различных частотах по одной паре проводов одновременно и разделялись на приемной стороне при помощи резо­ нансных реле.

Частотное разделение сигналов, впервые предложенное Г. И. Моро­ зовым, стало широко применяться в телеуправлении.

Изобретение в 1895 г. беспроволочного телеграфа выдающимся русским ученым А. С. Поповым легло в основу радиотелемеханики. В 1896 г. А. С. Попов продемонстрировал первую в мире систему радио­ связи. Из одного здания Петербургского университета в другое на расстояние 250 м было передано телеграфное сообщение. При передаче этих сигналов производилось включение и отключение электриче­ ской цепи в пункте приема. Поэтому приемное устройство А. С. Попо­ ва явилось также и первым в мире устройством радиотелеуправ­ ления.

После изобретения радио вскоре появились работы по устройствам радиотелеуправления подвижными и неподвижными объектами.

В 1897 г. Э. Вильсону и Ч. Эвансу в Англии был выдан патент на радиотелемеханическое устройство, а в 1906 г. испанский инженер Т. Кеведо осуществил управление по радио моторной лодкой на рас­ стоянии до 200 м.

В1876 г. Ф. Ф. Врангель и И. М. Диков на реке Ингул построили установку для телеизмерения уровня воды.

В1906 г. академик Б. Б. Голицын построил ряд сейсмических при­ боров для записи вибраций и ускорений. Эти приборы были установ­ лены и испытаны на сейсмической станции в Пулково. В приборах Б. Б. Голицына были применены новые важные элементы телеизмери­ тельных систем — индукционные преобразователи механических вели­ чин и магнитоэлектрические приборы на приемной стороне для записи оптическим путем измеряемых величин.

Вконце XIX и начале XX века рядом ученых и изобретателей за­ падноевропейских стран и США были запатентованы и построены раз­

личные телеизмерительные устройства. Так, например, в 1890 г. М. Е. Томсон получил патент на термоэлектрический ваттметр, при­ мененный впоследствии для телеизмерения мощности. В 1904 г.

7

Г л а в а 1. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОСТРОЕНИЯ СИГНАЛА

1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ и ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ

Теория информации возникла сравнительно недавно, но теорети­ ческое значение ее необычайно велико, а области применения очень широки. Теория передачи информации по каналам связи, являющаяся частью общей теории информации, применяется в технике связи и те­ лемеханике.

В теории информации рассматриваются вопросы передачи сообще­ ний, устанавливается количественная мера информации, определяет­ ся максимальная скорость передачи сообщений при отсутствии и на­ личии помех, рассматриваются методы эффективного кодирования сигналов и повышения помехоустойчивости пере­ дачи.

Под сообщениями понимаются лю­ бые сведения, подлежащие передаче. Эти сведения могут быть представле­ ны в форме устной речи, письма, изображения, чисел измеряемых ве­ личин, команд управления или

данных, характеризующих состояние контролируемых объектов. При передаче на расстояние сообщения преобразовываются в сиг­

налы, являющиеся переносчиками сообщений. Сигналы передаются по линиям связи, которые могут быть проводными, радиотехнически­ ми, оптическими, акустическими и др. По одной линии связи могут передаваться одновременно или последовательно по времени сигналы от нескольких источников сообщений, при этом каждое сообщение передается по отдельному каналу связи, выделенному из общей линии при помощи различных технических средств (гл. 2).

В теории информации, как средство передачи сообщений рассмат­ ривается некоторый обобщенный канал, причем вопросы наиболее полного использования его пропускной способности и обеспечения минимальных искажений при передаче решаются с использованием теории вероятностей и математической статистики.

Следует отметить, что в теории передачи информации каналы связи рассматриваются с точки зрения использования их в технике связи, однако выводы этой теории справедливы и для систем телемеханики. Обобщенная структурная схема системы передачи сообщений (системы связи) изображена на рис. 1.1. Сообщения от источника сообщений ИС поступают на вход передатчика Прд, преобразующего сообщения

всигналы, которые передаются по линии связи ЛС и поступают на вход приемника Пр, осуществляющего обратное преобразование сигналов

всообщения, которые воспринимаются приемником сообщений ПС.

Линия связи — это среда, используемая для передачи сигналов от передатчика к приемнику. В системе проводной связи этой средой яв­ ляется физическая цепь. В общем случае на одной линии связи могут

9