6.5. Принципы построения устройств телеизмерения

Для передачи на расстояние значений параметров контролируемого производ­ственного процесса применяются устройства телеизмерения. Особенностью телеизме­рения, отличающей его от других видов измерений, является преобразование измеря­емой величины в форму, удобную для передачи по каналу связи. При этом исходную величину преобразуют сначала в промежуточную, которая изменяется во времени по тому же закону, что и контролируемая величина, и носит название аналога контроли­руемой величины.

Электрический аналог затем преобразуется в сигнал, удобный для передачи по каналу связи. Цель преобразования заключается главным образом в том, чтобы свести к минимуму погрешности, вносимые каналом связи, обеспечить необходимую помехоу­стойчивость и быстродействие. В приемном устройстве полученный по каналу связи сигнал преобразуется в вид, удобный для отображения на сигнальных табло.

При телеизмерении, как и при других измерениях, точность оценивается по абсо­лютной, относительной и приведенной погрешности.

Абсолютная погрешность определяется по выражению:

∆A=А_п-А_д (6,1)

где А_п— показания прибора на приемной стороне;

А_д— действительное значение контролируемой величины. Относительная погрешность определяется по выражению:

(6.2)

Приведенная погрешность определяется выражением:

(6,3)

где А_мах — максимальное значение измеряемой величины.

Информация, передаваемая по системе телеизмерения, может изменяться во вре­мени непрерывно или скачкообразно. Такой же характер имеют и сигналы, соответ­ственно их называют непрерывными и дискретными. В системах с непрерывными сиг­налами с помощью электрического аналога контролируемой величины модулируют переносчик информации аналогично тому, как это было описано в первой главе.

Классификация систем телеизмерения осуществляется по принципу действия, даль­ности действия, роду измеряемой величины и т.д.

Наиболее часто для устройств телеизмерения применяют классификацию по па­раметрам переносчика информации. В соответствии с этой классификацией системы ТИ делятся на системы интенсивности, которые используют в качестве переносчика информации постоянный ток, модулируемый по амплитуде; частотные системы, в которых в качестве переносчика информации используются импульсы постоянного тока или переменный ток, причем частота импульсов или частота переменного тока зависят от значения контролируемой величины; импульсные системы, в которых в качестве пе­реносчиков информации используется периодическая последовательность импульсов; кодовые системы, которые характеризуются тем, что измеряемая величина преобразу­ется и передается по каналу связи в виде цифрового кода, т.е. определенной комбина­цией импульсов (кодоимпульсная модуляция — КИМ).

Системы интенсивности являются устройствами ТИ ближнего действия, так как с увеличением дальности передачи возрастают токи утечки и сопротивление линий связи, в результате чего снижается точность ТИ. Импульсные и частотные системы относятся к устройствам ТИ дальнего действия и могут использоваться для передачи телеизмерительной информации в системах телемеханики устройств электроснабже­ния железных дорог.

Частотные системы ТИ позволяют передавать информацию по занятым линиям связи без дополнительной аппаратуры частотного уплотнения, при этом несущая час­тота устройств ТИ размещается в свободной части частотного диапазона линии.

Импульсные устройства ТИ подразделяются на частотно—импульсные (с ЧИМ модуляцией), времяимпульсные (с ШИМ модуляцией), фазоимпульсные (с ФИМ модуляцией), кодоимпульсные ( с КИМ модуляцией).

Кодовые системы ТИ при использовании КИМ модуляции обеспечивают любую требуемую точность, а также позволяют обойтись без специальных каналов связи ТИ и передавать кодовые комбинации ТИ по каналам телесигнализации.

Принцип выполнения этой систе­мы заключается в том, что непрерыв­ная функция времени F(t), квантуется (заменяется дискретной) по амплитуде или по времени. Каждое дискретное зна­чение передается определенной кодовой комбинацией.

Процесс преобразования непрерыв­ной величины в код и информационные сигналы, соответствующие кодовым ком­бинациям, представлен на рис. 6.18. Кван­тование в данном случае осуществляется по времени. Через равные промежутки вре­мени в моменты t₁,t₂,t₃ и т.д. осуществля­ется замер функции F(t), полученная ве­личина преобразуется в кодовую комби­нацию, поступающую в канал связи в виде сигнала, в котором 1 — импульс, 0 — отсутствие импульса. Шаг квантования (∆t= t₂— t₁ ) выбирают в соответствии с теоремой В.А. Котельникова (1.17)

(6-4)

где f_тах — максимальная частота гармоник, которые содержатся в непрерывной функции F(t).

На рис. 6.19 представлена структурная схема кодоимпульсной системы ТИ, кото­рая состоит из датчика Д (первичного преобразователя измеряемой величины), преоб­разователя аналог-кода АЦП, блоков разделения элементов сигнала РЭС, линейного передатчика ЛП и приемника ЛПр канала связи, линии связи ЛС, декодирующего устройства ДКУ и цифрового индикатора ЦИ.

Измеряемая величина F(t) преобразуется с помощью датчика Д в аналог (7(0, поступающий на преобразователь АЦП, на выходе которого образуется сигнал в виде кодовой комбинации. Элементы сигнала разделяются с помощью блока РЭС и поступа­ют на аппаратуру канала связи, с выхода которого элементы сигнала попадают в блок РЭС, преобразуясь в вид, удобный для декодирования в блоке ДКУ. Далее сигнал в виде числа, соответствующего значению величины F(t), поступает на цифровой инди­катор ЦИ, который визуально воспроизводит результат измерения.

Применение дискретных сигналов в кодовых системах ТИ позволяет объединить их с системами ТУ и ТС в единую комплексную систему телемеханики. В этом случае для передачи кодовых комбинаций ТИ используются устройства ТС. Это осуществлено в системе телемеханики «Лисна» электрифицированных железных дорог. В ней с помо­щью устройств ТИ осуществляется передача уровня напряжения в контактной сети, линиях автоблокировки, а также расстояния в этих линиях до места КЗ.

Передающий полукомплект ТИ (рис. 6.20) состоит из ЧИМ-модулятора, выпол­ненного на основе мультивибратора Роера, логической схемы L1, двухразрядного двоично-десятичного счетчика, элемента транзисторной задержки ТЗ, выходных диодных ключей из двух­входовых схем И.

На вход ЧИМ-модулятора поступает аналог измеряемой величины в виде напряжения U(t), пре­образуемый в импульсы, частота которых пропор­циональна аналогу U(t) измеряемой величины F(t)

(см. рис. 6.18). Импульсы с выхода ЧИМ поступают на логическую схему L1, которая открыта в течение времени, соответствующего длительности отрица­тельного импульса Г_и, поступающего с каскада тран­зисторной задержки ТЗ. В первой позиции распреде­лителя устройства ТС КП на вход ТЗ поступает им­пульс «Пуск», в результате чего на выходе ТЗ фор­мируется колиброванный по длительности импульс t_w В течение времени Г_и импульсы с ЧИМ проходят через схему LI на двоично-десятичный счетчик, который фиксирует их количество. Чем выше напряжение U(t), тем больше импульсов поступит за время t_M на счетчик, и наоборот.

В момент записи числа в счетчике диод­ные ключи находятся в закрытом состоянии. После записи числа импульсом с устройства ТС КП открываются ключи и информация со счет­чика переписывается в память устройства ТС, где для этого отведены отдельные ячейки па­мяти. Далее поочередно сигналы телеизмерения передаются устройством ТС КП вместе с дру­гими сигналами ТС в линию связи. Сброс счет­чика ТИ осуществляется в начале серии ТС, когда распределитель ТС КП переключается в первую позицию.

Информация ТИ по линии связи посту­пает на диспетчерский пункт в устройство ТС ДП и записывается в его промежуточной памя­ти (рис. 6.21). В конце серии устройство ТС ДП осуществляет проверку правильности принятой информации ТС и ТИ. При отсутствии каких-либо сбоев и нарушений при приеме серии подается импульс гашения сигнальных тиратронов ТС и стирания предыдущей информации из памяти цифровых индикаторов ЦИ. Память ЦИ выполнена на тригге­рах, которые при стирании информации переключаются в состояние 0.

При считывании информация из промежуточной памяти устройств ТС поступает на сигнальные тиратроны ТС и в память ЦИ, где происходит переключение триггеров в соответствии с поступившими на них сигналами. С выходов триггеров сигналы непре­рывно поступают в преобразователь двоично-десятичного кода в десятичный, а с него в виде десятичного кода — в блок управления цифровым индикатором БУ ЦИ и далее на цифровой индикатор ЦИ. В качестве ЦИ применяют цифровые табло на светодиодах или газоразрядных цифровых лампах, каждая из которых загораясь высвечивает одну из десяти цифр от 0 до 9.

Если при приеме кодовой серии возникает какой-либо сбой, то гашения тиратро­нов ТС и стирания информации из памяти ЦИ не происходит, а на цифровом индика­торе сохраняется предыдущая информация.