Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

“Южно-Уральский государственный университет”

Факультет «Приборостроительный»

Кафедра «Автоматика и Управление»

РАБОТА ПРОВЕРЕНА ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ

Рецензент Заведующий кафедрой

Подлинева Т.К. Казаринов Л.С.

______________2009г. _____________2009г.

Телемеханические системы передачи команд управления и контроля

АМ сигналом по симметричному кабелю

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЕ

ЮУрГУ–220200.62.2009.183.00 ПЗ ВКР

Руководитель проекта

Радкевич А.И.

____________2009г.

Автор проекта

студент группы ПС-438

Балабаев А.И.

____________2009г.

Нормоконтролер

Барбасова Т.А.

____________2009г.

Челябинск 2009

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет «Приборостроительный»

Кафедра «Автоматика и Управление»

Специальность «220200.62»

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

Казаринов Л.С.

_______________2009г.

ЗАДАНИЕ

на выпускную квалификационную работу студента

______________Балабаева Алексей Игоревича_____________

Группа 438

1 Тема работы

Телемеханические системы передачи команд управления и контроля АМ сигналом по симметричному кабелю

2 Срок сдачи студентом законченной работы

3 Исходные данные к работе

число исполнительных пунктов 9;

количество команд управления на один ИП 16;

количество команд сигнализации с одного ИП 16;

тип линии связи симметричный кабель;

расстояние между ДП и ИП 103 км;

разрешенный для использования диапазон частот 0,3-3,4 кГц;

время передачи одной команды 0,1 с;

среднее число импульсов помехи в секунду 2,5 имп/с;

вид манипуляции АМ;

максимальная пиковая мощность передатчика 1,024Вт.

4 Содержание расчетно-пояснительной записки

1. Формат команд ТУ-ТС;

2. Спектр линейного сигнала;

3. Расчет вероятности ошибочного приема посылки при всех видах помех;

4. Расчет помехоустойчивости системы;

5. Расчёт линии передачи;

6. Алгоритмы работы ЦА ДП и ИП;

7. Электрический расчет одного из элементов линейного окончания.

5 Перечень графического материала

1. Блок-схемы работы ЦА ДП и ИП;

2. Принципиальные схемы ЦА ДП и ИП.

Аннотация

Балабаев А.И. Телемеханические системы передачи команд управления и контроля АМ сигналом по симметричному кабелю. – Челябинск: ЮУрГУ, ПС; 2009, 77 с. 35 ил., библиогр. список – 6 наим., лист чертежей ф. А1.

В данной работе рассматривается разработка телемеханической системы передачи команд управления и контроля АМ сигналом по симметричному кабелю.

Проектируемая система включает в себя диспетчерский пункт (ДП), с пульта которого осуществляется управление исполнительными пунктами (ИП) и непосредственно сами исполнительные пункты.

В качестве исполнительных пунктов рассматриваются машины-насосы, предназначенные для орошения полей. При этом на каждой такой машине установлено по 8 насосов.

Согласно ТЗ количество команд управления на один ИП равно 16. Т.е. по две команды на каждый насос (команды “Включить” и “Выключить”).

Согласно ТЗ количество команд сигнализации с одного ИП равно 16. Т.е. на каждый насос приходится по две команды сигнализации (команды “Включено” и “Выключено”).

Наряду с управлением работой насосов проектируемая система позволяет отслеживать состояние каждого насоса и регистрировать любое изменение в состоянии любого насоса.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 2

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования 2

АННОТАЦИЯ 4

ОГЛАВЛЕНИЕ 5

ВВЕДЕНИЕ 6

1 СТРУКТУРА И ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ 8

1.1 Выбор принципа построения системы телеуправления –телесигнализации (ТУ – ТС) 8

ВВЕДЕНИЕ

Телемеханика  область науки и техники, охватывающая теорию и технические средства контроля и управления объектами на расстоянии с применением специальных преобразователей сигналов для эффективного использования каналов связи.

Управление объектами обеспечивается командной информацией, направленной к объектам и включающей телеуправление и телерегулирование, контроль объектами  известительной информацией, направленной от объектов и включающей телеизмерение, телесигнализацию и статистическую информацию.

Системы телемеханики имеют следующие отличительные особенности:

1. необходимость большой точности передачи информации телеизмерения;

2. недопустимость большого запаздывания в передаче информации при управлении;

3. необходимость в большой надежности передачи команд, так как ошибки при передаче команд могут привести к аварии;

4. отличие входных и выходных устройств от таких же устройств в системах связи. Источниками информации в устройствах телемеханики являются датчики, ключи. На выходе применяются сигнализаторы, приборы и реле;

5. централизованность передачи информации.

Рассмотрим основные понятия, применяемые в рамках данной работы.

Система телесигнализации(ТС)  система, осуществляющая передачу различных дискретных величин, которые могут вводиться в ЭВМ или сообщать диспетчеру о состоянии контролируемых объектов с помощью звуковой или цифровой сигнализации.

Система телеуправления(ТУ)  система, осуществляющая передачу информации в виде команд на включение или отключение различных механизмов. Эти команды или посылаются диспетчером с пункта управления (ПУ), или подаются с ЭВМ на измерение уставок в регуляторах.

Система телеуправления и телесигнализации(ТУ-ТС)  система, позволяющая передавать команды с диспетчерского пункта (ДП) на исполнительный пункт (ИП) и получать известительную сигнализацию об исполнении команды, посылаемую с ИП на ДП, и сигнализацию об изменении состояния объекта.

1 СТРУКТУРА И ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ

1.1 Выбор принципа построения системы телеуправления –телесигнализации (ТУ – ТС)

Согласно техническому заданию целью данной работы является проектирование телемеханической системы передачи команд управления и контроля АМ сигналом по симметричному кабелю, которая в данном случае включает в себя один диспетчерский пункт, с которого осуществляется управление 9-ю исполнительными пунктами.

В данном случае в качестве исполнительных пунктов рассматриваются машины-насосы, предназначенные для орошения полей. При этом на каждом таком исполнительном пункте установлено по восемь насосов. С диспетчерского пульта по линии связи поступают шестнадцать команд телеуправления, которые предназначены для управления насосами. По две команды на каждый насос (команды “Включить” и “Выключить”). Шестнадцать команд телесигнализации, поступающих с каждого исполнительного пункта на диспетчерский, предназначены для определения состояния насосов. При этом на каждый насос приходится по две команды (команды “Включено” и “Выключено”).

Решение о посылки той или иной команды телеуправления решает диспетчер. Посылает команду диспетчер со своего диспетчерского пульта путем набора номера необходимой команды телеуправления (ТУ) и номера исполнительного пункта (ИП), которому будет послана данная команда ТУ при помощи соответствующих кнопок. Набранная команда ТУ передается в линию связи по нажатию на диспетчерском пульте кнопки “Посылка”. С целью того, чтобы исключить возможную ошибку диспетчера, связанную с неправильным набором номера команды ТУ или номера ИП, на диспетчерском пульте расположены семисегментные индикаторы, предназначенные для визуального отображения информации, вводимой диспетчером. При этом управляющее оборудование формирует информационный пакет, который содержит посланную команду, предназначенную одному из исполнительных пунктов. Сигнал подвергается амплитудной манипуляции и поступает в линию связи. На панели диспетчерского пункта также расположено 72 светодиода, которые предназначены для отображения состояния каждого из насосов на каждом исполнительном пункте. Напротив номеров насосов, которые в данный момент включены, горит соответствующий светодиод.

Исполнительный пункт при этом получает команду; проверяет, ему ли была предназначена посланная команда, путем проверки на соответствие

адресных разрядов принятой команды со своим адресом; осуществляет проверку принятой команды на четность.

И в случае успешного завершения вышеописанных операций дешифрирует ее, исполняет ее и формирует в свою очередь ответный информационный пакет, содержащий информацию об изменении состояния соответствующего насоса. При приеме ответного информационного пакета на диспетчерском пульте на семисегментные индикаторы выводятся номер принятой команды телесигнализации и номер ответившего ИП.

Проектируемую систему ТУ-ТС можно рассматривать как распределенную, так как один ДП управляет несколькими ИП, которые в свою очередь могут находиться на достаточном расстоянии как друг от друга, так и от самого ДП.

Принцип построения системы ТУ-ТС определяется в основном методом избирания и способом разделения элементов сигнала.

Известны три основных способа избирания: прямой (ПИ), групповой (ГИ) и комбинационный (КИ).

Элементы сигнала при любом методе избирания, как правило, разделяются либо по времени (ВР), либо по частоте (ЧР). Аппаратно проще реализовать временное разделение каналов, поэтому для нашей системы используем именно этот способ разделения. При этом каждый сигнал занимает свой временной интервал.

Методы избирания тесно связаны со структурой сигнала, т.е. с правилами его построения.

База сигнала – минимальное число элементов (импульсов частот), необходимых для передачи адресной и операционной информации в системах ТУ-ТС.

При прямом избирании каждый элемент сигнала в пределах базы несет информацию о закрепленном за ним адресате или операции, а селекция адресата осуществляется непосредственным одноступенчатым включением исполнительной цепи.

При групповом избирании все объекты разбиваются на группы. Селекция адресата осуществляется в несколько ступеней: сначала выбирается группа, в которую относится объект, затем подгруппа и т.д. до выбора требуемой исполнительной цепи. При этом в структуре сигнала часть элементов будет нести информацию об операции, часть о номере группы, часть о номере подгруппы, а остальные о номере объекта в этой подгруппе.

При комбинационном избирании все элементы сигнала или его адресной

части являются кодовой комбинацией какого-либо кода, несущей информацию к закрепленному к этой комбинации адресату. Селекция исполнительной цепи осуществляется дешифрацией кодовой комбинации.

Структура сигнала зависит не только от способа избирания, но и от типа системы. Если в системах телеуправления (ТУ) в большинстве случаев для повышения верности передачи информации сигнал строится по одноадресному (ОА) принципу, то в системах телесигнализации (ТС) довольно частот применяют многоадресную (МА), так называемую циркулярную структуру.

Для сравнения структур сигналов используется критерий компактности, который учитывает одно из основных требований к структуре базового сигнала – получение максимальной емкости (числа команд) при минимальном числе элементов сигнала m.

m = ψ(N_П, N_КП, N_O)  min, (1.1)

где N_П = 2 – число операций управления или состояний объекта);

N_КП = 9 – число исполнительных пунктов;

N_О = 8 – число объектов на каждом ИП.

Для прямого способа избирания имеем:

m_П = N_П + N_КП + N_O = 2+9+8=19. (1.2)

Для группового способа избирания имеем:

m_Г = N_П + N_КП + N_Г + N_OГ = 2+9+2,83+2,83=16.66, (1.3)

где – число групп, на которые разбиты все объекты;

– число объектов в группе.

Групповой выбор позволяет построить более компактный сигнал, но приводит к некоторому усложнению схемы общих узлов системы по сравнению с прямым способом избирания. Поэтому структура с групповым способом избирания используется в случае, если выполняется условие:

m_П >> m_Г. (1.4)

Как видно из соотношений (1.2) и (1.3) величины m_П и m_Г примерно одинаковы, что говорит о невыполнении соотношения (1.4).

Следовательно, это обстоятельство в свою очередь говорит о неприменимости группового способа избирания. В качестве метода избирания будем использовать комбинационный метод.

Для обеспечения синхронизации приемника и передатчика в формат команды специально вводится синхрокомбинация. Данное обстоятельство вводит ряд ограничений на пропускную способность канала, поскольку нужно передавать лишние биты информации. Преимущество такой реализации — в очевидном упрощении приемопередающей аппаратуры. Алгоритм работы системы полудуплексный. При такой организации связи в определенный момент времени возможна передача информации только в одном направлении (от ДП к ИП или наоборот). Одновременная передача информации в обоих направлениях исключена.