Телемеханика и связь

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пермский государственный технический университет»

Е.В. Аристов

ТЕЛЕМЕХАНИКА И СВЯЗЬ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского государственного технического университета

2010

ELIB.PSTU.RU

ÓÄÊ 621.398 À81

Рецензенты:

êàíä. òåõí. íàóê И.Я. Сальников (ЗАО «Энергосервис»);

êàíä. òåõí. íàóê Р.А. Сажин (Пермский государственный технический университет)

Аристов, Е.В.

А81 Телемеханика и связь: учеб. пособие / Е.В. Аристов. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010. – 120 с.

ISBN 978-5-398-00539-4

Рассмотрены вопросы устройства и принципов работы одноканальных

èмногоканальных систем телемеханики и связи с различными принципами разделения сигналов. Излагаются способы преобразования, кодирования

èфильтрации сигналов. Приводятся принципы работы основных интерфей сов передачи данных, протоколов передачи данных и промышленных сетей систем телемеханики.

Предназначено для студентов очного и очно заочного обучения специ альности «Электропривод и автоматика производственных установок и тех нологических комплексов».

ÓÄÊ 621.398

ELIB.PSTU.RU

ОГЛАВЛЕНИЕ

ELIB.PSTU.RU

4

ELIB.PSTU.RU

ВВЕДЕНИЕ

Термин «телемеханика», введенный в 1905 году французом Э. Бранли, состоит из двух греческих слов: tele – далеко и mechanike

– мастерство или наука о машинах.

Телемеханика – отрасль науки и техники 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 в себя телеуправление и телерегулирование; контроль над объектами – известительной информацией, направленной от объектов и включающей телеизмерение, телесигнализацию и статистическую информацию.

Âтелемеханике передача информации осуществляется без участия человека или с его участием в пункте управления.

Âтелемеханике при передаче информации возникают следующие проблемы:

достоверности, т.е. передачи информации с малыми искажениями, возникающими как в аппаратуре, так и при передаче по линии связи из-за помех;

эффективности, т.е. нахождения способов лучшего использования аппаратуры и линии связи при передаче большого количества информации;

экономичности, т.е. построения простых и дешевых устройств телемеханики, обеспечивающих наибольшее количество передаваемой информации при наименьшей затрате средств.

Прежде чем перейти к классификации систем телемеханики, дадим ряд определений.

Телемеханический пункт управления – это пункт, с которого осуществляется управление объектами контролируемых телемеханических пунктов и контроль их состояния. При частичной автоматизации в пункте управления находится диспетчер.

5

ELIB.PSTU.RU

Контролируемый телемеханический пункт – место размещения объектов, контролируемых или управляемых средствами телемеханики.

Устройство телемеханики – совокупность технических средств телемеханики, расположенных на телемеханическом пункте управления или контролируемом телемеханическом пункте.

Комплекс устройств телемеханики – совокупность устройств пунктов управления и контролируемых пунктов, предназначенных для совместного применения в телемеханических системах.

Телемеханическая система – совокупность устройств пунктов управления и контролируемых пунктов, периферийного оборудования, необходимых линий и каналов связи, предназначенных для совместного выполнения телемеханических функций.

Приведем классификацию систем телемеханики.

1. По выполняемым функциям.

Система телеизмерения (ТИ) – система, осуществляющая передачу непрерывных измеряемых величин. Например, требуется передача данных с большой точностью об уровне продукта (солярового масла, бензина), находящегося в емкости.

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

Система телеуправления (ТУ) – система, осуществляющая передачу информации в виде команд на включение или отключение различных механизмов. Эти команды или посылаются диспетчером с ПУ, или подаются с ЭВМ на изменение уставок в регуляторах. При этом, если объекты управления находятся вблизи диспетчера, необходимость в обратной сигнализации отпадает: диспетчер визуально наблюдает за исполнением посланных команд. Примером такой системы является система ТУ строительным краном: оператор, стоящий на земле, подавая команду, непосредственно наблюдает за движением крана. Однако сфера применения подобных систем ТУ ограничена. Обычно управляемые объекты находятся вне поля зрения диспетчера, и нужен сигнал о том, включились или отключи- лись они после подачи команды. Для этого требуется соединение системы телеуправления с системой телесигнализации.

6

ELIB.PSTU.RU

Наряду с рассмотренными простейшими системами имеются системы, выполняющие все или почти все телемеханические функции.

2. По характеру используемой линии связи.

Линия связи – физическая среда, по которой передаются сигналы. Для передачи телемеханической информации могут быть использованы следующие линии связи: проводные; электроснабжения; световодные; радиотракт.

В системах телемеханики передается на дальние расстояния большое количество сообщений от многих источников или ко многим приемникам. Например, в системах ТУ происходит передача информации от одного источника (диспетчера) ко многим приемникам (объектам), а в системах ТС – от многих источников (объектов) к одному приемнику (диспетчеру). Кроме того, системы телемеханики могут передавать информацию на многие километры. Потому, чтобы не удорожать весь комплекс телемеханики прокладкой линий связи между многими источниками и приемниками, целесообразно использовать линию связи многократно. При этом по одной линии связи, например по одной паре проводов, передается много сообщений одновременно. Это достигается применением так называемых каналов связи.

Канал связи – совокупность технических средств, обеспечи- вающих независимую передачу сообщений по линии связи. В настоящее время понятие канала связи расширилось и в него часто включают характеристики передаваемых сообщений. Применяются такие термины, как телеграфный, телефонный или телемеханический канал. Каждый такой канал характеризуется определенной полосой частот, необходимой для неискаженной переда- чи данного типа сообщений. Если передаются непрерывные сообщения, то канал связи называется непрерывным, если дискретные сообщения – дискретным.

Методы образования телемеханических каналов по указанным линиям связи рассматриваются далее.

3. По расположению управляемых объектов.

Принцип действия и конструкция названных систем телемеханики зависят также от того, как расположены объекты контроля и управления. Имеет значение, собраны ли объекты в одном месте,

7

ELIB.PSTU.RU

т.е. находятся недалеко друг от друга, или рассредоточены на большой территории. Здесь существуют две разновидности систем.

Система телемеханики для сосредоточенных объектов – система, имеющая один пункт управления и один контролируемый пункт. Типичным примером такого объекта является строительный кран, где на малой площади расположено 5–6 двигателей, которыми нужно управлять, а также электрическая подстанция, где в одном помещении находится большое количество масляных выключателей, включаемых и отключаемых с телемеханического пункта управления.

Система телемеханики для рассредоточенных (распределенных) объектов – система, в которой есть один пункт управления и несколько контролируемых пунктов. Типичным примером таких объектов являются вытянутые на сотни километров газо- и нефтепроводы, в которых нужно контролировать давление, расход и другие параметры, управлять компрессорными и насосными установками, а также насосные установки на нефтепромыслах, разбросанные на большой территории. Сюда же можно отнести шахты, заводы и комбинаты, если управление технологическими агрегатами осуществляется с одного диспетчерского пункта.

Очевидно, устройства телемеханики и линии связи (каналы связи) на нефтепроводах, нефтепромыслах или комбинатах будут расположены по-иному, вследствие чего и системы телемеханики будут, в свою очередь, отличаться друг от друга. Это различие определяется структурой телемеханической сети.

Телемеханическая сеть – совокупность устройств телемеханики и соединяющих их каналов связи.

Многоточечная структура телемеханической сети – структура телемеханической сети, в которой два (или более) устройства контролируемых телемеханических пунктов соединяются каналами связи с устройством телемеханики на телемеханическом пункте управления.

Цепочечная структура телемеханической сети (рис. В, à) – многоточечная структура телемеханической сети, в которой устройства контролируемых телемеханических пунктов соединены общим каналом связи с устройством телемеханического пункта управления. Такая структура характерна для систем телемеханики, обслуживающих нефтепроводы.

8

ELIB.PSTU.RU

Радиальная структура телемеханической сети (рис. В, á) – многоточечная структура телемеханической сети, в которой устройство телемеханики на телемеханическом пункте управления соединено отдельным каналом.

Радиально-цепочечная структура телемеханической сети (рис. В, á) – комбинация из радиальной и цепочечной структур телемеханической сети с использованием устройства телемеханики на телемеханическом пункте управления.

Кольцевая структура телемеханической сети – цепочечная структура телемеханической сети, в которой канал связи образует кольцо и телемеханический пункт управления при этом может быть связан с каждым контролируемым телемеханическим пунктом двумя различными путями.

Древовидная структура представлена на рис. В, â.

ELIB.PSTU.RU