- •1.1. Этапы управления производственными процессами
- •1.2. Классификация систем телемеханики
- •2.2. Квантование
- •2.3. Кодирование
- •2.3.1. Основные понятия
- •2.3.2. Цифровые коды
- •2.3.3. Простые двоичные коды
- •2.3.4. Оптимальные коды
- •2.3.5. Корректирующие коды
- •2.4. Методы модуляции
- •2.5. Достоверность передачи информации
- •2.6. Организация каналов связи для передачи информации
- •3. СОСТАВ ТЕЛЕМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
- •3.1. Основные элементы, узлы и схемы телемеханики
- •3.3. Сельсины
- •3.4. Дешифраторы, шифраторы, триггеры и счетчики
- •3.5. Регистры, распределители и коммутаторы
- •4. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ТЕЛЕМЕХАНИКИ
- •4.1. Передача и прием телемеханических сигналов
- •4.2. Телеуправление и телесигнализация
- •4.3. Телеизмерение
- •4.4. Представление информации в системах телемеханики
- •Библиографический список
разования телеграфных каналов существует хорошо налаженная аппаратура для передачи телеграмм и других сообщений связи. Поэтому в этом случае происходит простая замена сообщений.
Телеграфная связь – низкоскоростная передача данных и команд для различных счетных и управляющих машин.
имплексная связь – поочередная двусторонняя связь между СибАДИдвумя пунктами по одному каналу, при которой в каждом из них пе-
редача пр ём сообщений ведутся поочерёдно.
Телеграф рован е постоянным током. Дуплексная связь –
одновременная двусторонняя связь по одной линии связи, когда пере-
дача и пр ём телемеханических сообщений ведутся одновременно.
Телеграф рован е переменным током называется частотным телеграф рован ем. Частотное телеграфирование является более совершенным, так как о еспечивает передачу большего числа сообще-
ний и на большее расстояние, чем постоянным током.
Телефонная связь используется для двусторонней передачи речи на расстоян е в тональном диапазоне (300–3400 Гц), который уже
нормального звукового диапазона (30–16 000 Гц).
Каналы связи в зоне тонального телеграфирования. Для пе-
редачи телемеханических соо щений в этом диапазоне (0,3–3,4 Гц) используют телеграфные каналы, организуемые различной серийно выпускаемой каналоо разующей аппаратурой. В каждом телеграфном канале вместо телеграфных посылок можно передавать телемехани-
ческие сообщения.
Уже сейчас сотовую связь можно рассматривать как один из вариантов обмена информацией в распределенных системах АСУТП. В ряде случаев GSM-радиотелемеханика экономически эффективнее. При этом у GSM есть некоторые преимущества: качество связи, охваченная территория, доступность, меньшая цена оборудования, простота обслуживания эксплуатации, сокращение первоначальных вложений, мобильность.
3. СОСТАВ ТЕЛЕМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
3.1. Основные элементы, узлы и схемы телемеханики
Телемеханические устройства представляют собой сложные комплексы, состоящие из отдельных функциональных узлов, блоков и аппаратов, связанных в единую электрическую схему [6].
75
Телемеханическая аппаратура, выпускавшаяся отечественной промышленностью до 60-х гг., комплектовалась в основном из релей- но-контактных электромеханических элементов. Наиболее широкое распространение среди них получили электромагнитные реле постоянного тока, нейтральные и поляризованные, шаговые искатели различных типов. Релейно-контактная аппаратура позволяет легко реализовать разнообразные функции в устройствах телемеханики, такие, например, как переключение различных цепей, формирование и уси-
СибАДИтельно невысокой максимально допустимой частотой переключений, имеет значительные размеры и массу, потребляет больше энергии, недостаточно вибростойка, предъявляет высокие требования к среде, в которой она работает, требует постоянного проведения профилактических мероприятий.
ление мпульсных с гналов, элементарные логические функции, создание временных задержек, разделение электрических цепей и др.
Опыт эксплуатац телемеханических систем с релейно-контактной аппаратурой показал, что они при соответствующем обслуживании вполне надежно ра отают, хорошо контролируются, сравнительно удобны в эксплуатац . Схемы, построенные на релейно-контактной аппаратуре, достаточно просты и четки.
В то же время релейно-контактная аппаратура обладает рядом существенных недостатков, с одной стороны, препятствующих совершенствован ю характеристик телемеханических устройств, а с другой – требующих постоянного наблюдения за ее состоянием и тщательного обслуживания. Такая аппаратура вследствие наличия в ней подвижных частей и контактов требует индивидуальной регули-
ровки, имеет ограниченное ыстродействие, характеризуется относи-
В связи с бурным развитием автоматики, полупроводниковой техники и радиоэлектроники релейно-контактная аппаратура в устройствах телемеханики все больше вытесняется бесконтактными элементами. Бесконтактные элементы обладают значительно большим сроком службы, высокой скоростью переключения, повышенной надежностью, небольшими размерами массой, потребляют незначительное количество энергии, требуют меньшего, но в то же время более квалифицированного обслуживания, могут работать во влажных и запыленных местах, агрессивных средах и достаточно вибростойки.
Из бесконтактных элементов в устройствах телемеханики наиболее широко применяются полупроводниковые диоды и триоды (транзисторы), магнитные элементы с прямоугольной петлей гистере-
76
зиса и магнитные усилители. Для создания некоторых типов телемеханических устройств на базе отдельных бесконтактных элементов разработаны специальные субблоки, или модули, каждый из которых выполняет одну или несколько логических, переключательных, импульсных и других функций. Таким набором субблоков является система « пектр», положенная в основу группы телемеханических уст-
СибАДИройств, выпускаемых заводом телемеханической аппаратуры (г. Нальч к).
Дальнейш м совершенствованием элементной базы устройств телемехан ки является использование микроэлектроники, например интегральных м кросхем. Интегральные схемы представляют собой комплекс устройств, о ъединяющий в полном блоке несколько функциональных устройств (генератор импульсов, усилитель и т. п.). На интегральных м кросхемах построены агрегатные средства телемеханической техн ки (АСТТ).
Основными узлами устройств телемеханики являются генераторы импульсов, распределители, шифраторы и дешифраторы, а в устройствах теле змерен я, кроме того, датчики и преобразователи. Назначение и функции некоторых из этих узлов рассмотрены ниже. Чтобы иметь представление о различных способах реализации этих узлов на базе как контактных, так и бесконтактных элементов, далее приведены примеры выполнения основных функциональных узлов телемеханических устройств, даны соответствующие пояснения.
Особое значение в устройствах телемеханики имеют так называемые защитные узлы. С помощью этих узлов обеспечиваются электрическая защита оборудования, защита устройств от различных сбоев в работе, от помех, вызывающих искажение передаваемых сигналов и команд, а также контроль за состоянием и работой функциональных узлов устройства каналов связи.
Генераторы импульсов. Назначение генераторов импульсов в устройствах телемеханики состоит в образовании серии импульсов, передаваемых в линии связи между полукомплектами устройства.
Релейно-контактные генераторы импульсов представляют собой устройства, собранные из электромагнитных реле. Наиболее элементарными являются генераторы, построенные на двух реле. Такие генераторы принято называть пульс-парами (рис. 3.1.1,а).
После нажатия кнопки КП через размыкающий контакт реле 2П.1 подается питание на обмотку реле 1П и последнее срабатывает; через его замыкающий контакт 1П.1 получает питание обмотка реле
77
2П, которое, срабатывая, во-первых, размыкающим контактом 2П.2 обрывает цепь питания линии связи, нормально обтекаемой током, а во-вторых, размыкающим контактом 2П.1 обесточивает реле 1П. Реле 1П в свою очередь замыкающим контактом 1П.1 обесточивает обмотку реле 2П, что приводит схему в исходное положение. Таким обра-
зом, в линии связи образуется серия пауз и импульсов тока. На вре- |
|||
СибАДИ |
|||
менной диаграмме (рис. 3.1.1,б) стрелками показана последователь- |
|||
ность срабатыван я элементов схемы. |
|
||
|
|
i |
|
+ КП |
|
КП |
|
2П.1 |
1П.1 2П.2 |
1П |
|
|
+ |
|
|
1П |
– |
2П |
|
2П |
|
|
|
|
В линию |
Линия |
|
– |
связи |
связи |
t |
|
|
tи |
tп |
|
а |
|
б |
Рис. 3.1.1. Двухрелейный генератор импульсов:
а – принципиальная схема; – временная диаграмма импульсов
В схемах устройств телемеханики генератор импульсов содержит специальные элементы, которые образуют в серии импульсный избирающий признак (например, удлиненную паузу или импульс), соответствующий определенной команде или положению объекта. Применяя в схемах пульс-пары реле с выдержкой времени, можно регулировать длительность импульса или паузы.
В качестве примера рассмотрим работу еще одной схемы генератора импульсов (рис. 3.1.2), используемой в некоторых устройствах телемеханики. Схема состоит из пульс-пары (реле 1П, 2П); дополнительного реле Д, имеющего выдержку времени на отпускание; кнопок управления: объектных КУ и общей пусковой КП для устройства телемеханики; шагового искателя ШИ.
78
+ |
|
|
|
|
|
|
ШИ-I |
|
|
|
1КУ |
2КУ |
nКУ |
0 |
|
|
1П.1 |
|||
|
КП |
|
... |
|
||
1 |
|
ШИ-II |
0 |
|
2П.2 |
|
|
|
|
|
|||
n 2П.1 |
|
1П.2 |
1 |
|
|
|
Д.1 |
2 |
|
|
|||
|
1П |
2П |
Д |
n |
|
В линию |
|
|
|
|
|
|
связи |
– |
|
|
|
|
|
|
|
Р с. 3.1.2. Трехрелейный генератор импульсов |
|
||||
Когда устройство находится в работе (кнопка КП нажата), по |
||||||
цепи «плюс – ламель ШИ-I.0 – кнопка КП – обмотка реле 1П – ми- |
||||||
нус» подается п тан е на реле 1П пульс-пары. Это реле, срабатывая, |
||||||
во-первых, контактом 1П.1 разрывает цепь питания обмотки реле 2П, |
||||||
ранее обтекавшейся током по цепи «плюс – размыкающий контакт |
||||||
реле 1П.1 – размыкающий контакт реле Д.1 – обмотка реле 2П – ми- |
||||||
нус», во-вторых, замыкающий контакт 1П.2 подготавливает к сраба- |
||||||
тыванию реле Д. При нажатии пусковой кнопки КП запускается в ра- |
||||||
боту также шаговый искатель ШИ (обмотка ШИ на рис. 3.1.2 не пока- |
||||||
зана), щетки которого начинают переходить с одной ламели на дру- |
||||||
гую. При переходе щетки ШИ-I с ламели 0 на ламель 1 обесточивает- |
||||||
ся реле 1П, так как реле 2П отпущено и, следовательно, его замы- |
||||||
кающий контакт 2П.1 в цепи «ШИ-I.1 – обмотка реле 1П» разомкнут. |
||||||
Реле 1П контактом 1П.1 включает реле 2П. Последнее, замыкая кон- |
||||||
такт 2П.1 в цепи обмотки реле 1П, вновь включает это реле, таким |
||||||
образом, в линию связи через замыкающий контакт реле 2П.2 будет |
||||||
поступать импульсная серия. |
|
|
|
|
||
При нажатии, например, ключа управления 2КУ, соответствую- |
||||||
щего ламели 2 ШИ-II, в момент, когда щетка ШИ-II попадает на ла- |
||||||
мель 2, при включенном реле 1П срабатывает реле . |
алее при от- |
|||||
ключении реле 1П замыкается контакт 1П.1, подготавливая цепь |
||||||
включения реле 2П, и размыкается контакт 1П.2, отключая реле Д. |
||||||
Так как реле |
имеет задержку на отпускание, контакт Д.1 замкнется с |
|||||
СибАДИ |
||||||
задержкой, что приведет к задержке включения реле |
2П. Такая за- |
|||||
держка обеспечивает поступление в линию связи удлиненной паузы, |
||||||
соответствующей выбранному объекту (в данном случае объекту 2). |
||||||
Основными достоинствами бесконтактных генераторов по срав- |
||||||
нению с рассмотренными релейно-контактными являются неограни- |
||||||
ченное число срабатываний, строгое постоянство параметров импуль- |
79
сов при изменениях в широких пределах напряжения питания и температуры окружающего воздуха, практически мгновенный переход из нерабочего режима в рабочий, и наоборот. Схемы бесконтактных генераторов импульсов достаточно хорошо описаны в технической литературе по электронике и телемеханике.
Сиб3.2. ДатчикиАДавтоматических системИ
Основой любого управления является информация. Информацию о состоян объекта воспринимает датчик.
Датч к – устройство, предназначенное для восприятия измеряемого параметра прео разования его в величину, удобную для дальнейшего спользования.
Датч ки меют различную конструкцию, зависящую в основном от ф з ческой пр роды измеряемой величины, принципа измерения.
В общем случае датчик можно рассматривать состоящим изчув-
ствительного, прео разующего и кодирующего элементов.
Чувствительный элемент (ЧЭ), являющийся необходимым элементом датчиков систем автоматики, непосредственно взаимодействует с контролируемым процессом.
Главная характеристика чувствительного элемента – коэффици-
ент соответствия |
|
|
|
|
Ксп |
|
Jчэ Рчэ |
, |
(3.2.1) |
|
||||
|
|
Jчэ |
|
где Jчэ – количество информации о процессе, полученное с помощью чувствительного элемента; Рчэ – значение отрицательного влияния метода средства измерения на процесс.
Преобразующий элемент (ПЭ) – второй за ЧЭ элемент, который преобразует сигнал ЧЭ в механический, гидравлический, пневматический, удобный для дальнейшего координирования и передачи.
Основная характеристика ЧЭ – коэффициент чувствительности
ΚПЭ |
|
dX |
выхЧЭ |
Х |
выхЧЭ |
, |
(3.2.2) |
|
|
|
|
|
|||
dХвхЧЭ |
|
||||||
|
|
ХвхЧЭ |
|
|
где ХвхЧЭ – сигнал на входе ЧЭ; ХвыхЧЭ – сигнал на выходе ЧЭ.
80
При линейной статистической характеристике преобразующего элемента
ΚПЭ |
XвыхПЭ |
. |
(3.2.3) |
|
|||
|
ХвхПЭ |
|
|
Кодирующий элемент (КЭ) преобразует выходной сигнал ПЭ |
|||
СибАДИ |
в информационный сигнал, удобный для восприятия последующими устройствами.
В больш нстве случаев на выходе ПЭ бывает непрерывный аналоговый с гнал, в то время как усилительно-преобразующее устройство (УПУ) спользует элемент с прерывистым (дискретным) сигналом (промежуточное реле, электромагнит). Поэтому КЭ преобразует аналоговый с гнал в дискретный (рис. 3.2.1).
Хвых КЭ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Х0; |
||
|
|
|
|
|
|
0при ХвхКЭ |
||||||
1 |
|
|
|
|
ХвыхКЭ |
Х |
|
|
Х |
|
. |
|
|
|
|
|
1при |
выхКЭ |
0 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Хвх КЭ |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
Х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Хвых КЭ |
|
1при ХвыхКЭ Х0; |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ХвыхКЭ 0при Х0 ХвхКЭ Х0; |
|
|
|||||
|
|
1 |
|
|
|
|
Х0. |
|
|
|
|
|
Х”0 |
|
|
|
|
1при ХвыхКЭ |
|
|
|
|
|||
|
|
|
Хвх КЭ |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Х’0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
-1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.2.1. Временные диаграммы кодирующего элемента
Классификация датчиков. Классификация датчиков может осуществляться по различным признакам.
По виду контакта: ٧ контактные;
81
٧ бесконтактные. По принципу действия:
•параметрические;
•генераторные;
•комбинированные.
Параметрические датчики преобразуют изменение неэлектрической величины в изменение какого-либо параметра электрической цепи (напр мер, разрыв или короткое замыкание электрической цепи, изменен е акт вного сопротивления, индуктивности, взаимной ин-
СибАДИ
дуктивности, емкости).
Генераторные датчики под действием измеряемой величины сами генер руют электрическую энергию, поэтому для своей работы не требуют п тающего напряжения (например, термоэлектрические
датчики, фотогенераторы, тахогенераторы, вибродатчики).
Комб н рованные датчики – это датчики с промежуточным преобразован ем. Измеряемая величина первоначально преобразуется
в световой, звуковой |
ли какой-либо иной сигнал, который в даль- |
|
нейшем трансформ руется в электрический сигнал (фотоэлектриче- |
||
ские, радиоактивные). |
|
|
Статические |
динамические характеристики |
датчиков. |
Статической характеристикой датчика называется зависимость уста- |
||
новившегося значения выходной величины Хвых от соответствующего |
||
установившегося значения входной величины Хвх. |
|
|
Уравнение статической характеристики датчика имеет вид |
||
|
Хвых=ƒ(Хвх). |
(3.2.4) |
Динамической характеристикой датчика называют зависимость
выходной величины Хвых от времени.
В общем случае динамическая характеристика описывается диф-
ференциальным уравнением связи
f [X |
|
|
(t),..,X |
|
|
2 |
. (3.2.5) |
|
(t), X |
(t), X |
(t), X |
(t), X |
(t),..,t,t ...] 0 |
вых вых вых вх вх вх
Чувствительность, порог чувствительности, основная погрешность преобразования, динамический режим работы датчи-
ка. Для оценки работы датчиков в установившемся режиме используются понятия: чувствительность, порог чувствительности, вид статической характеристики, погрешность преобразования.
82
Чувствительность S – это отношение приращения выходной величины к приращению входной, когда последнее стремится к нулю:
|
|
|
|
|
|
|
S = |
|
Хвых |
. |
(3.2.6) |
||
|
|
|
|
|||
Х |
|
|||||
|
|
вх |
Хвх 0 |
|
||
|
|
|
|
|
|
СибАДИ |
||||||||||||||||||||||||
Чувствительность характеризуется крутизной статической харак- |
||||||||||||||||||||||||
терист ки датч ка (р |
с. 3.2.2) постоянна только в случае линейной |
|||||||||||||||||||||||
статической характер |
стики. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Хвых |
|
|
|
|
|
|
Хвых |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Хвых2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Хвых |
Хвх |
Хвых1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Хвх |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Хвх |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Хвх1 |
|
|
Хвх2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Линейная статическая |
|
|
|
|
|
Нелинейная статическая |
||||||||||||||||||
|
характеристика |
|
|
|
|
|
|
|
|
характеристика |
||||||||||||||
|
Рис. 3.2.2. Статические характеристики датчиков |
|
|
|
||||||||||||||||||||
Порог чувствительности Хп – это наименьшее значение входной |
||||||||||||||||||||||||
величины, способное вызвать |
|
изменение выходного сигнала |
(рис. 3.2.3).
Хвых
Хвх
Хп
Рис. 3.2.3. Статическая характеристика: Хп – порог чувствительности
83