VYPUSKNAYa_KVALIFIKATsIONNAYa_RABOTA_BAKALAVRA

между импульсами кодовой группы, если этот признак был принят в качестве характеристики кодовых групп. В принимающем устройстве осуществляется декодирование временных кодов, в результате чего каждый указывающий или регистрирующий прибор реагирует на определенную кодовую группу и соответствующую ей измеряемую величину. В системах с кодовым разделением каналов может быть как последовательная, так и параллельная передача по каналу связи кодовых групп.

Могут использоваться системы с комбинированным разделением каналов, т.е.,

например, для одних измеряемых величин может быть примерно частотное разделение каналов. Комбинированное разделение каналов применяют в радиотелеизмерительных системах (РТС) [6].

1.4 Характеристики линии связи

Под линией связи понимается совокупность технических устройств и физической среды, обеспечивающих независимую передачу информации от множества источников.

Линии связи можно разделить на проводные и беспроводные (радиолинии).

Пропускная способность проводных линий имеет порядок тысяч бит в секунду,

пропускная способность радиолиний - десятки и сотни тысяч бит в секунду.

Проводные линии делятся на воздушные и кабельные и представляют собой электрические цепи с распределенными параметрами. На параметрах воздушных линий сказывается изменение атмосферных явлений, особенно температуры и влажности.

Кабельные линии по сравнению с воздушными линиями имеют определенные преимущества: высокую помехозащищенность,

большую надежность, меньшую зависимость параметров от метеорологических условий.

Затухание, вносимое линией, зависит от ее параметров и частоты сигнала, что требует правильного выбора вида линии. Так, например, воздушные стальные линии вследствие резкого возрастания затухания с частотой не применяются на частотах

21

свыше 30 кГц [7]. Воздушные медные и биметаллические линии могут быть использованы до частот порядка 180 кГц.

Кабельные линии делятся на низкочастотные (до 10 кГц) и высокочастотные

(свыше 10 кГц). Наиболее широкополосными являются коаксиальные кабели,

используемые в диапазоне до 10 МГц.

22

2. ЦИФРОВЫЕ ТЕЛЕИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

2.1 Общие сведения

Цифровые телеизмерительные системы, или кодо-импульсные системы,

основаны на передаче измерительной информации по каналу связи цифровым кодом. При кодировании измеряемой физической величины или промежуточного аналогового параметра, зависящего от значений измеряемой величины,

осуществляется квантование измеряемой величины (или промежуточного параметра) как по уровню, так и по времени, что создает возможность представления значений измеряемой величины цифровым кодом. Передача измерительной информации по каналу связи цифровым кодом имеет ряд преимуществ, из которых наиболее существенными являются возможность обеспечения высокой помехоустойчивости, высокой точности, представления и регистрации измерительной информации в цифровой форме и обработки измерительной информации с помощью электронных вычислительных машин.

Первые цифровые телеизмерительные системы были построены на телефонных реле, шаговых искателях и других аналогичных электромеханических элементах, отличались низким быстродействием, ограниченным ресурсом,

громоздкостью и поэтому практического применения не получили. Развитие электроники способствовало построению цифровых телеизмерительных систем с необходимыми характеристиками.

Так как конструктивно цифровые системы относительно сложны, а в многоканальных системах ряд блоков является общим для всех измерительных каналов, цифровые системы выполняют многоканальными.

Весьма перспективно также построение комплексных телемеханических систем для телеизмерений, телесигнализации и телеуправления.

В зависимости от временного разделения элементов кода цифровые системы подразделяют на две группы:

1)системы с последовательной передачей элементов кода;

2)системы с параллельной передачей элементов кода.

23

Наибольшее распространение получили системы первой группы, в

которых параллельный код на выходе аналого-цифрового преобразователя преобразуется в последовательный код, поступающий в канал связи. Принцип действия систем с параллельной (одновременной) передачей элементов кода,

разработанных зарубежными фирмами.

В зависимости от формы воспроизведения значений измеряемых величин на принимающей стороне цифровые системы делят на:

а) системы с цифро-аналоговыми указателями или регистрирующими приборами;

б) системы с цифровыми указателями или регистрирующими приборами.

Цифровая форма воспроизведения значений измеряемых вели чин более предпочтительна, однако такие приемники сложнее приемников с аналоговым выходом.

В целях использования одних и тех же блоков преобразования сигналов,

несущих измерительную информацию, во всех измерительных каналах измеряемые величины предварительно преобразуются в однородные аналоговые величины. Такими величинами могут быть: угол отклонения,

вращающий момент или скорость движения подвижной части измерительного механизма, напряжение или ток (постоянные или переменные), параметры электрических цепей (r и С) и магнитные величины. Могут применяться дву-

кратные преобразования для получения принятой унифицированной аналоговой величины (например, первичный измерительный механизм с реостатным датчиком и др.) Наибольшее распространение получили системы с промежуточным унифицированным аналоговым сигналом в виде напряжения постоянного тока; чуть реже применяют преобразователи,

кодирующие угол отклонения подвижной части измерительного механизма и др.

Квантование по уровню значений измеряемой величины явля ется причиной появления составляющей основной погрешности системы.

Допустим, что 0—хт — пределы изменения измеряемой величины и N —

24

число уровней (квантов) Ах, на которые разбит весь диапазон. Тогда 1 /N

представляет собой такую часть диапазона, в пределах которого изменения измеряемой величины не отражаются на показаниях принимающего прибора.

Если система выполнена так, что цифровым кодом передаются численные значения уровней, то наибольшая абсолютная погрешность, обуслов ленная квантованием, будет равна ±xm/N. Но если систему сделать так, чтобы

12 ∆ то наибольшая абсолютная погрешность не будет превышать 1/2 ∆ и

наибольшая возможная приведенная погрешность телеизмерений от квантования по уровню измеряемой величины будет

100= ± 2 %.

Если считать, что в пределах от − 12 ∆ до + 12 ∆ все значения измеряемой величины равновероятны, то среднеквадратическая

погрешность от квантования измеряемой величины по уровню будет в √3 раз меньше [6].

Помехи в линии связи могут привести к искажению кода, а следовательно, и к погрешности измерения. Для повышения помехозащищенности ТИС применяют специальные коды — коды с обнаружением и исправлением ошибок, вызванных помехами. Принцип построения таких кодов базируется на создании избыточности кодовых комбинаций, и из всех возможных кодовых комбинаций выбирается та часть, которая подчиняется определенному закону. Остальные комбинации считаются запрещенными. Это позволяет исключать некоторые кодовые комбинации, подвергшиеся действию помех. При таком построении кодов может быть выявлена лишь часть ошибок, так как не исключена возможность перехода под действием помех одной разрешенной комбинации в другую разрешенную комбинацию [1].

25

2.2 Технические характеристики

Основные технические характеристики разрабатываемого передающего устройства системы телеизмерения имеют следующие значения:

Таблица 2.1 – Технические характеристики разрабатываемого передающего устройства

26

3. ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ТИС

3.1 Принцип действия передающих устройств

Принцип действия передающего устройства цифровой системы и его структурная схема зависят от целого ряда факторов. Наиболее существенными факторами, определяющими структурную схему передающего устройства,

являются:

а) последовательная или параллельная передача кода по каналу связи;

б) тип кодирующего измерительного преобразователя;

в) выбранный код.

На рисунке 3.1 показана структурная схема одного измерительного канала передающего устройства системы с передачей измерительной информации по каналу связи последовательным кодом. Измеряемая физическая величина х (электрическая или неэлектрическая) посредством кодирующего измерительного преобразователя К П преобразуется в па-

раллельный код, который поступает на преобразователь параллельного кода в последовательный П П К . С помощью блока Б Ф К С формируются в коде необ-

ходимые контрольные импульсы (при применении кода с обнару жением ошибок), вспомогательные импульсы для цикловой синхронизации работы приемника и др. Выходной блок В Б может содержать необходимые логические схемы, формирователи импульсов, усилители и др. Генератор тактовых импульсов Г Т И , в качестве которого обычно используется мультивибратор, определяет режим работы П П К и, следовательно,

длительность импульсов и интервалов в канале связи, выбираемые в зависимости от полосы пропускания в канале связи.

27

Рисунок 3.1 – Структурная схема одного измерительного канала передающего устройства

В многоканальных системах с передачей последовательного кода, в

системах общепромышленного применения обычно применяется временное разделение каналов, но возможно и кодовое разделение каналов.

На рисунке 3.2 представлена структурная схема передающего устройства многоканальной системы с использованием первичных измерительных преобразователей (датчиков) с электрическим выходным унифицированным сигналом , удобным для кодирования (напряжение, ток, частота переменного тока). В этом случае с помощью коммутатора K унифицированные сигналы

несущие измерительную информацию, поочередно подаются на аналого-цифровой преобразователь А Ц П . Функции остальных блоков устройства совпадают с аналогичными функциями в схеме рисунка 3.1.

28

Рисунок 3.2 – Структурная схема передающего устройства многоканальной

системы с электрическим унифицированным сигналом

3.2Контроль четности.

Всистемах передачи двоичной информации с целью повышения надежности передачи широко используется специфическая арифметическая операция - проверка паритета двоичных чисел.

Суть ее заключается в суммировании по модулю всех разрядов с целью выяснения четности числа. При передаче информации по линии связи вследствие влияния помех могут возникать искажения, приводящие к искажениям информации. Если,

например, передается код 1001 = 9 и вследствие помех произойдет сбой во втором разряде слева, то на приемный конец поступит 1101 = 13. В общем случае без специальной проверки факта ошибки не установить.

Простой и эффективный способ обнаружения ошибок основан на допущении,

что в каждый момент времени ошибка может возникнуть только в одном разряде, и

проявляется она в лишней единице или в потере этой единицы. В обоих случаях число единиц изменяется на одну. Таким образом, если передаваемое слово содержит четное число единиц по всем разрядам, а на конце линии передачи это

число окажется нечетным, значит, появилась ошибка.

29

Реализация этого метода осуществляется с помощью специальных устройств сравнения, или схем контроля четности, которые выпускаются в микросхемном исполнении как самостоятельные устройства.

На передающем конце схема сравнения формирует дополнительный бит (1

или 0), так называемый паритетный или контрольный бит, который добавляется к выходной информации. Назначение паритетного бита заключается в доведении числа единиц в каждом передаваемом слове до четного или нечетного в зависимости от принятой системы кодирования. При всех передачах информации, включая запись в память и считывание, контрольный бит передается вместе со словом. На приемном конце происходит проверка паритета (от англ. - соответствие, аналогия)

поступивших сигналов. Если он правилен, разрешается прием. Если на линии связи имеет место искажение передаваемой информации, происходит включение сигнализатора ошибок. Паритет может быть четным и нечетным. В случае нечетного паритета дополнительный бит формируется таким образом, чтобы сумма всех единиц в передаваемом слове, включая поверочный (контрольный) бит, была нечетной. Для четного, соответственно, наоборот. К примеру, в числе 0111 число единиц нечетно. Поэтому для нечетного паритета дополнительный бит должен быть нулем, а для четного - единицей. Передаваемое слово будет:

00111 - нечетный паритет;

10111 - четный паритет.

Здесь контрольный бит расположен слева, т. е. занимает старший разряд передаваемого слова. На практике нечетный паритет используется чаще. Контроль нечетности позволяет фиксировать полное пропадание информации, поскольку слово из одних нулей (в том числе и контрольный бит) противоречит нечетному паритету.

Принято считать при проверке, как четности, так и нечетности, что при правильном коде на входах на выходе формируется логическая "1", при ошибочном

– логический "0".

30