Телемеханика и связь

В рассмотренном способе временного разделения каждому источ- нику информации отводится свой временной интервал или временная позиция. Такое временное разделение при передаче дискретной информации называют синхронным временным разделением. При синхронном временном разделении информация может передаваться в каждом временном интервале каждого цикла. Однако непрерывная передача информации возможна лишь в том случае, если источник информации готов к передаче, т.е. ему есть что передавать. В телемеханике непрерывно передаются текущие телеизмерения. Командная информация обычно передается реже. Поэтому при синхронном временном разделении используют далеко не все временные интервалы, что приводит к недогруженности канала связи. Для увеличения пропускной способности системы каждый временной интервал можно не закреплять за определенным источником информации, а предоставлять его в первую очередь источнику, у которого накопилась информация, т.е. который находится в активном, или возбужденном, состоянии.

Этот способ временного разделения называют асинхронным временным разделением. При синхронном временном разделении сигналы определенного канала выделяются на приеме просто, так как при передаче каждому каналу в цикле отведен свой временной интервал. При асинхронном временном разделении передача информации с данного источника может происходить в разные временные интервалы цикла, которые неизвестны принимающей стороне. Поэтому при асинхронном временном разделении сигналов необходима дополнительная посылка адреса передаваемой информации, чтобы она была принята именно тем приемником, которому предназначается.

Целесообразность применения свободных временных позиций при временном разделении известна давно, так как при большом цикле передачи в системах телемеханики это не только ускоряет процесс передачи, но и позволяет лучше использовать каналы связи, которые зачастую стоят дороже самой системы телемеханики.

4.2.2.Многоканальные системы связи

ñкодово-адресным разделением сигналов

Âсовременных системах телемеханики передача информации кодовыми комбинациями осуществляется с временным разделени-

82

ELIB.PSTU.RU

ем. Ее можно назвать передачей с временным кодово-адресным разделением.

Передача при данном разделении сигналов осуществляется таким образом: сначала передается синхронизирующий импульс или кодовая комбинация (синхрокомбинация) для обеспечения согласованной работы распределителей на пункте управления и контролируемом пункте. Далее посылается кодовая комбинация, называемая кодом адреса. Первые символы кода адреса предназначены для выбора контролируемого пункта и объекта, последние образуют адрес функции, в котором указывается, какая телемеханическая операция (функция) должна выполняться (ТУ, ТИ и т.п.). После этого следует кодовая комбинация самой операции, т.е. передается командная информация или принимается известительная информация.

Частным случаем временного кодово-адресного разделения сигналов является асинхронное временное разделение. Действительно, при временном кодово-адресном разделении порядок передачи информации может быть любым, независимо от того, в каком состоянии находятся источники информации, т.е. изменил ли данный источник свое состояние (ТУ) или величину (ТИ) или состояние объекта и измеряемая величина не претерпели изменения по сравнению с предыдущей передачей. При асинхронном временном разделении передаются только те источники, которые изменили свое состояние или величину по сравнению с предыдущей передачей.

4.2.3. Многоканальные системы связи с частотным разделением сигналов

При частотном разделении для каждого из ï сигналов, подлежащих передаче, выделяется своя полоса частот: для сигнала 1 – F1, для сигнала 2 – F2 è ò.ä. (ðèñ. 4.3, á). Это значит, что при частотном разделении (частотном уплотнении) каждый сигнал занимает свой частотный интервал, не занятый другими сигналами, т.е. каждому из ï сигналов, которые должны передаваться, присваивается своя индивидуальная частота: сигналу 1 – f1, сигналу 2 – f2 и сигналу ï – fn. Технически такая передача для телеуправления осуществляется следующим образом. На передающей стороне помещаются генераторы частот F1 ... Fn, каждый из которых генерирует

83

ELIB.PSTU.RU

ГЛАВА 5. ПОМЕХИ И ИСКАЖЕНИЯ В КАНАЛЕ

В реальном канале сигнал при передаче искажается и сообщение воспроизводится с некоторой ошибкой. Причиной таких ошибок являются искажения, вносимые самим каналом, и помехи, воздействующие на сигнал.

Частотные и временные характеристики канала определяют так называемые линейные искажения. Кроме того, канал может вносить и нелинейные искажения, обусловленные нелинейностью тех или иных звеньев канала. Если линейные и нелинейные искажения обусловлены известными характеристиками канала, то они, в принципе, могут быть устранены надлежащей коррекцией.

Следует отличать искажения от помех, имеющих случайный характер. Помехи заранее не известны и поэтому не могут быть полностью устранены.

Помехой называется любое случайное воздействие на сигнал, которое ухудшает верность воспроизведения передаваемых сообщений. Помехи весьма разнообразны как по своему происхождению, так и по физи- ческим свойствам. В радиоканалах часто встречаются атмосферные помехи, обусловленные электрическими процессами в атмосфере, прежде всего грозовыми разрядами. Энергия этих помех сосредоточена главным образом в области длинных и средних волн. Сильные помехи создаются также промышленными установками. Это так называемые индустриальные помехи, возникающие из-за резких изменений тока в электрических цепях всевозможных электроустройств. Сюда относятся помехи от электротранспорта, электрических двигателей, медицинских установок, систем зажигания двигателей и т.п.

Распространенным видом помех являются помехи от посторонних радиостанций и каналов. Они обусловлены нарушением регламента распределения рабочих частот, недостаточной стабильностью частот и плохой фильтрацией гармоник сигнала, а также нелинейными процессами в каналах, ведущими к перекрестным искажениям.

86

ELIB.PSTU.RU

В проводных каналах связи основным видом помех являются

импульсные шумы è прерывания связи. Появление импульсных помех часто связано с автоматической коммутацией и перекрестными наводками. Прерывание связи есть явление, при котором сигнал в линии резко затухает или исчезает.

Практически в любом диапазоне частот имеют место внутренние шумы аппаратуры, обусловленные хаотическим движением носителей заряда в усилительных приборах, сопротивлениях и других элементах аппаратуры. Эти помехи особенно сказываются при радиосвязи в диапазоне ультракоротких волн, где другие помехи невелики. В этом диапазоне имеют значение и космические помехи, связанные с электромагнитными процессами, происходящими на Солнце, звездах и других внеземных объектах.

В общем виде влияние помехи n(t) на передаваемый сигнал u(t) можно выразить оператором

помеха называется аддитивной. Если же оператор может быть представлен в виде произведения

то помеху называют мультипликативной. Здесь k(t) – случайный процесс.

В реальных каналах обычно имеют место и аддитивные, и мультипликативные помехи, поэтому

Среди аддитивных помех различного происхождения особое место занимает флуктуационная помеха (флуктуационный шум), представляющая собой случайный процесс с нормальным распределением (гауссовский процесс). Такая помеха наиболее изучена и представляет наибольший интерес как в теоретическом, так и в практическом отношении. Этот вид помех имеет место практи- чески во всех реальных каналах.

87

ELIB.PSTU.RU

Следует заметить, что между сигналом и помехой отсутствует принципиальное различие. Более того, они существуют в единстве, хотя и противоположны по своему действию. Так, например, излуче- ние радиопередатчика является полезным сигналом для приемника, которому предназначено это излучение, и помехой для всех других приемников. Электромагнитное излучение звезд является одной из причин космического шума в диапазоне сверхвысоких частот и поэтому становится помехой для систем радиосвязи. С другой стороны, это излучение является полезным сигналом, по которому определяют некоторые физико-химические свойства звезд.

ELIB.PSTU.RU

ГЛАВА 6. ИНТЕРФЕЙСЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

6.1. Интерфейс RS-485

Интерфейс RS-485 (другое название – EIA/TIA-485) – один из наиболее распространенных стандартов физического уровня связи. Физический уровень – это канал связи и способ передачи сигнала (1-й уровень модели взаимосвязи открытых систем OSI).

Сеть, построенная на интерфейсе RS-485, представляет собой приемопередатчики, соединенные при помощи витой пары – двух скрученных проводов. В основе интерфейса RS-485 лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи данных. Суть его заклю- чается в передаче одного сигнала по двум проводам. Причем по одному проводу (условно A) идет оригинальный сигнал, а по другому (условно B) – его инверсная копия. Другими словами, если на одном проводе 1, то на другом 0, и наоборот. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при 1 она положительна, при 0 – отрицательна (рис. 6.1).

Именно этой разностью потенциалов и передается сигнал. Такой способ передачи обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе. Синфазной называют помеху, действующую на оба провода

Рис 6.1. Иллюстрация принципа дифференциальной передачи данных

89

ELIB.PSTU.RU

линии одинаково. К примеру, электромагнитная волна, проходя через участок линии связи, наводит в обоих проводах потенциал. Если сигнал передается потенциалом в одном проводе относительно общего, то наводка на этот провод может исказить сигнал относительно хорошо поглощающего наводки общего («земли»). Кроме того, на сопротивлении длинного общего провода будет падать разность потенциалов земель – дополнительный источник искажений. А при дифференциальной передаче искажения не происходит. В самом деле, если два провода пролегают близко друг к другу, да еще перевиты, то наводка на оба провода одинакова. Потенциал в обоих одинаково нагруженных проводах изменяется одинаково, при этом информативная разность потенциалов остается без изменений.

Аппаратная реализация интерфейса – микросхемы приемопередатчиков с дифференциальными входами/выходами (к линии) и цифровыми портами. Существуют два варианта такого интерфейса: RS-422 è RS-485.

RS-422 – полнодуплексный интерфейс. Прием и передача данных идут по двум отдельным парам проводов. На каждой паре проводов может быть только по одному передатчику.

RS-485 – полудуплексный интерфейс. Прием и передача данных идут по одной паре проводов с разделением по времени. В сети может быть много передатчиков, так как они могут отключаться в режиме приема.

На рис. 6.2 представлены схемы приемопередатчиков интерфейсов RS-485 è RS-422, ãäå D (driver) – передатчик; R (receiver) – приемник; DI (driver input) – цифровой вход передатчика;

Рис. 6.2. Структура приемопередатчиков интерфейсов RS 485 è RS 422

90

ELIB.PSTU.RU