книги из ГПНТБ / Катков, Ф. А. Телемеханика учеб. пособие

переменного тока, осуществляющего синхронизацию, а сигналы ТС — в нечетные полупериоды.

Сигнал ТУ содержит три импульса. Первый из них определяет но­ мер объекта ТУ, второй — РИО (РИВ) — характер команды и ра­ зрешение исполнения, третий — НУХ(НУ2) — начало цикла. Он кон­ тролирует синхронный ход и обеспечивает работу защиты. При телеу­

Рис. 5.18. Структурная схема системы телеуправления и телесигнализации ТМЭ-1М.

Телесигнализация осуществляется непрерывно (циклически). Син­ хронная II синфазная работа системы обеспечивается не только за счет питания ее от общей сети, но и благодаря посылке с КП в начале каж­ дого цикла работы синхроимпульса СИ, отличающегося от импульсов сигнализации своей полярностью. Синхронность работы системы на ПУ контролируется в конце каждого цикла ТС.

Сигнал вызова объекта телеизмерения ВТИ состоит из двух импуль­ сов. Одним из них выбирается объект, а другой является исполнитель­ ным. Сигнал от датчика телеизмерения на ПУ поступает в приемник выбранного объекта ТИ.

Контролируемый пункт КП (рис. 5.18) состоит из следующих бло­ ков и узлов: формирователя тактовых импульсов ФИ, распределите­ ля Р, блок-контактов объектов телесигнализации БК, передатчика Прд, узла управления УУ, узла избирания УИ, узла выхода РИ, приемника Пр, узла передачи импульсов синхронизации ПСИ и защитного узла УЗ. Узел ФИ формирует тактовые импульсы, которые поступают па приемно-передаточный распределитель Р. С выходов Р через блок-кон­ такты БК импульсы подаются в передатчик Прд, а затем в линию свя­

140

зи ЛС. С распределителя Р тактовые импульсы поступают также на узлы РИ и НУ.

Пришедший на контролируемый пункт импульс принимается при­ емником Пр и направляется в узел избирания УИ. При поступлении принятого и тактового импульсов в УИ последний выдает импульс

вузлы РИ и УУ. С узлов РИ и УУ сигнал подается к объекту ТУ.

Вначале каждой серии импульсов сигнал с распределителя Р по­ сылается в узел передачи синхронизирующего импульса ПСИ, а из

приемника Пр, узла избирания УИ и узла сигнализации УС. Приемник ПИС принимает из линии связи ЛС импульс синхрони­

зации СИ и запускает распределитель Р. Узел КСХ фиксирует одно­ временность прихода импульса СИ и импульса, поступающего из рас­ пределителя Р. При их несовпадении передача команд на КП прекра­ щается, питание с цепи сигнализации мнемосхемы и пульта снимается и подается сигнал о неисправности. При передаче команд импульсы с распределителя Р на передатчик Прд подаются через контакты ключей управления КУ. Из Прд они поступают в линию связи ЛС. Пришедшие на ПУ сигналы ТС после приемника Пр поступают в узел избирания УИ, а из него — в узлы сигнализации и контроля синхронного хода (УС и КСХ). Далее они подаются на щит и пульт управления.

Система ВРТФ-3. Эта система предназначена для управления со­ средоточенными объектами и используется при телемеханизации дис­ петчерского управления в энергосистемах и электроснабжении про­ мышленных предприятий. Она может быть применена также при теле­ механизации технологических процессов на предприятиях и объектах коммунального хозяйства.

Система состоит из пункта управления и контролируемого пункта. С пункта управления передаются сигналы телеуправления, телерегу­ лирования и вызова телеизмерения, а с контролируемого пункта — сигналы ТС. В системе ВРТФ-3 предусмотрена возможность передачи информации с одного КП на два ПУ.

Система построена на принципе временного разделения импульсов. Сигнальным признаком является время (рис. 5.19).

Конструктивно и схемно система ВРТФ-3 выполнена в виде двух независимых устройств ТУ и ТС, которые работают с отдельными кана­ лами связи, образованными с помощью блоков частотного уплотнения или типовой аппаратуры уплотнения линии связи.

141

Сигналы ТС передаются в системе непрерывно (циклически), а сигналы ТУ — спорадически. Аппаратура системы выполнена в ос­ новном на ферритовых элементах с ППГ и полупроводниках. Отобра­ жение информации на пункте управления может осуществляться как по схеме «темного», так и по схеме «светлого» щита. При работе систе­ мы по схеме «светлого» щита применено общее квитирование сигналов несоответствия.

Система ВРТФ-3 имеет 26 модификаций, которые отличаются между собой как по характеру телеоперацнп, так и по количеству объектов

ТУ, ВТИ, ТР и ТС. Минимальная по емкости модификация рассчита­ на на 32 объекта ТС, а максимальная — на 80 объектов ТС, 40 объек­ тов ТУ, 8 объектов ВТИ и 8 объектов ТР.

Система ТЧР-61. Эта система предназначена для телемеханизации промышленных объектов с рассредоточенным расположением контро­ лируемых объектов и с физическими каналами связи произвольной структуры. Система является комплексной, так как помимо управления двухпозиционными объектами она обеспечивает также телеизмерение (при наличии специальной приставки) и управление многопозиционны­ ми объектами. На каждом из 56 контролируемых пунктов можно осу­ ществлять управление одним двухпозиционным объектом, сигнализи­ ровать о его положении и передавать один телеизмеряемый параметр.

Выбор контролируемого пункта КП производится сменнокачествен­ ным кодом на размещения при числе временных порций п0 — 2. Всего

используется восемь частот, так как число комбинаций хода АІ = 8 х X 7 = 56. Характер операции («Включить» и «Отключить») определя­ ется полярностью постоянного тока в линии связи.

Отличительной особенностью системы ТЧР-61 является то, что ап­ паратура КП питается через линию связи. Поэтому одновременно с частотными импульсами по линии связи передается постоянный ток, полярность которого определяет позицию объекта управления.

Схема КП системы изображена на рис. 5.20. Конденсатор С2 заря­ жается постоянным током линии до напряжения, ограничиваемого стабилитронами. Благодаря выпрямительному мостику Д! — Д4 по­

142

лярность напряжения на конденсаторе С2 не зависит от полярности тока в линии. Это напряжение используется для питания усилителя’, собранного на транзисторе Тх.

При поступлении первого частотного импульса с частотой настрой­ ки контура С,Д на выходе этого контура возникает переменное напря­ жение, которое усиливается транзистором Тх, выпрямляется и заряжа­ ет конденсатор С3 до напряжения, также ограничиваемого стабили­ тронами. Если на вход схемы поступит затем частотный импульс с частотой настройки контура С5Т2, то транзистор Т2 откроется и реле избирашія Р сработает от тока разряда конденсатора Сн. При обратном порядке следования частотных импульсов конденсатор С3 заряжаться не будет и схема не сработает.

После срабатывания реле Р к линии подключается генератор конт­ рольной частоты, которая будет передаваться, если нет аварии на КП. В зависимости от полярности постоянного тока в линии срабатывает реле РПХ(«Включить») или РП2 («Отключить»), замыкающее соответ­ ствующие цепи объекта управления.

Схема КП построена таким образом, что отказ любого из ее эле­ ментов приводит к несрабатыванию реле Р и влечет за собой отсутствие контрольной частоты в линии, сигнализируя о неисправности на КП. Контрольная частота будет отсутствовать в линии и при невыполне­ нии команды управления.

5.4. ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ

Частотно-временные системы ТУ — ТС могут использоваться для телемеханизации как рассредоточенных, так и сосредоточенных объек­ тов. Часто они рассчитаны на значительное количество операций ТУ и ТС.

Система ТСП. Эта система предназначена для управления подстан­ циями энергосистем и промышленных предприятии. Она обеспечивает телеуправление 13 двухпозициониыми объектами с телесигнализацией их положения, а также вызов пяти телеизмерений и восьми двухпози­ ционных сигналов релейной защиты и аварийного состояния объектов.

В системе используется частотно-временной код с передачей двух частот одновременно. Кодовая комбинация состоит из двух посылок, следующих одна за другой без интервалов. Первой посылкой выбира­ ется объект, а второй — характер операции (или положение объекта при ТС). Система может работать как по двухпроводной линии (двух­ жильному кабелю), так и по уплотненному телефонному каналу или высокочастотному каналу на линии электропередачи. От других си­ стем ТСП выгодно отличается быстродействием, что особенно важно для систем электроснабжения. Длительность распорядительной передачи ТУ — 0,25 сек, а известительной (ТС) — 0,28 сек.

Система состоит из пункта управления ПУ и контролируемого пунк­ та КП (рис. 5.21). Повышение достоверности передачи информации в ней достигается благодаря использованию как частотно-временного кода, так и решающей обратной связи.

143

В состав ПУ входят: узел управления УУ, кодер К, линейный блок ЛБ, декодер ДК, блок решающей обратной связи РОС, узел защиты УЗ и узел сигнализации УС.

Для управления системой на ПУ устанавливается пульт управле­ ния с мнемосхемой. На нем расположены ключи-символы с сигнальны­ ми лампами, звонок, а также аппаратура телеизмерения, не входящая в систему ТСП.

Контролируемый пункт состоит из линейного блока ЛБ, декодера ДК, кодера К, узла сигнализации УС, блока вызова телеизмерения

Л мнемосхеме К объектам Т У

Рис. 5.21. Структурная схема системы телеупраплеішя и телесиг­ нализации ТСП.

ВТИ, узла защиты УЗ и выходных реле ВР. Датчики телеизмерения ДТП в состав системы не входят.

Телесигнализация на ПУ воспроизводится с помощью ключейсимволов и ламп и сопровождается звуковым сигналом, если переклю­ чение объекта произошло в результате действия автоматики КП. Но­ мера объектов располагаются в порядке их значимости: более ответст­ венным объектам присваиваются меньшие номера.

В ответ каждому сигналу ТС (при правильном его приеме на ПУ) автоматически посылается на КП сигнал квитирования и только после его получения может быть передан следующий сигнал ТС. Если сиг­ нал по какой-то причине неправильно принят на ПУ, то он передает­ ся вторично.

При вызове объекта ТИ приемник Пр на ПУ переключается после получения сигнала о подключении соответствующего датчика ДТП на КП. Если до этого был вызван другой датчик ДТП, то последний авто­ матически отключается и включается вызванный ДТП.

Все известительные передачи (ТС), возникающие во время телеуп­

144

равления и при повреждении канала связи, запасаются. При появле­ нии во время ТУ известителыюй передачи распорядительная команда не выполняется. После перерыва в питании ПУ или КП производится циклический опрос всех объектов.

При телеуправлении ключ-символ управляемого объекта в узле управления УУ на ПУ ставят в требуемое положение. Это приводит к несоответствию между положениями запоминающего элемента в узле сигнализации УС и ключа-символа, так что в кодере К наберется код выбранного объекта. Но передача команды начнется лишь после на­ жатия кнопки характера операции в узле УУ. Как только это прои­ зошло, усилители в блоке ЛБ переключатся с приема на передачу, а на линию связи ЛС с генераторов, находящихся в блоке ЛБ, поступят частотные сигналы, закодированные в кодере.

Пришедший на КП сигнал поступает в линейный блок ЛБ. Здесь он усиливается и, пройдя через частотные фильтры, детектируется, а за­ тем выдается в декодер ДК, где декодируется. После этого сигнал еще раз усиливается и поступает на выходные релеВР, а с них — на объект управления. Блок-контакты объекта ТУ переключаются и вы­ дают сигнал о его новом положении в узел сигнализации УС. Затем этот сигнал поступает в кодер К, где он кодируется и подается в ли­ нейный блок ЛБ, который выдает его в линию связи ЛС.

На ПУ пришедший сигнал поступает сначала в линейный блок ЛБ. Здесь он усиливается и, пройдя через частотные фильтры, детектиру­ ется и подается на декодер ДК. После декодирования в блоке Д К. сигнал поступает в узлы сигнализации и защиты УС и УЗ и в блок решаю­ щей обратной связи РОС. При правильном приеме пришедший сигнал запоминается в узле сигнализации УС. Сигнальная лампа управ­ ляемого объекта на пульте диспетчера гаснет, а из блока РОС в кодер К выдается сигнал квитирования. После кодирования сигнал подает­ ся на линейный блок ЛБ, где он модулируется. Затем сигнал усилива­ ется и подается в линию связи ЛС. Пришедший на КП сигнал преобра­ зуется в блоке ЛБ и поступает в декодер ДК, а затем в узел сигнализа­ ции УС. После этого система приходит в исходное состояние. Переда­ ча сигналов ТС в случае изменения положения объекта производится с помощью автоматики КП и происходит аналогично.

Если сигнал ТС на ПУ принят неправильно, то сигнал квитирова­ ния с ПУ на КП не передается. В этом случае с КП посылается повтор­ ный сигнал ТС. Если и на этот раз он не будет принят на ПУ, то с КП передается сигнал сбоя и начинается циклический опрос всех объектов ТС.

Циклический опрос объектов может производиться как автомати­ чески (в результате действия защиты), так и вручную. Для ускорения опроса объектов ТС может быть произведен вручную сокращенный цик­ лический опрос только отключенных объектов, которых на подстанции обычно меньше, чем включенных.

При поступлении на КП команды вызова объекта ТИ подключается соответствующий датчик ДТИ. Затем с КП посылается квитирующий сигнал ВТИ, при получении которого на ПУ включается устройство телеизмерения.

145

В системе ТСП предусмотрен ряд защит: при приходе трех частот, искажении кодовой комбинации, срабатывании двух объектов ТУ, вы­ зове двух объектов ТИ и т. д.

Г л а в а 6. ОСНОВЫ ТЕХНИКИ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЯ

6.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Системы телеизмерения предназначены для передачи значении кон­ тролируемых параметров на значительные расстояния (десятки, сотни и тысячи километров) от объектов. Необходимость в таких устройствах вызвана тем, что при обычных электротехнических способах измере­ ния практически невозможно осуществить неискаженную передачу этих значений ввиду наличия достаточно протяженных соединительных линий между объектом измерения и контролируемыми приборами.

При большом числе параметров, подлежащих контролю, неудобство обычных способов измерения проявляется и в необходимости использо­ вания многопроводных линий, допускающих передачу параметров при небольших расстояниях до объектов и исключающих ее при расстоя­ ниях в десятки и сотни километров, а также в случае контроля пара­ метров подвижных объектов.

Системы телеизмерения широко применяются в ряде специфических случаев, при весьма малых расстояниях, измеряемых единицами и де­ сятками метров. Примером таких систем являются системы для изме­ рения параметров разрядников, находящихся под высоким напряже­ нием, а также системы для измерения некоторых параметров, харак­ теризующих работу турбин и др. Системы телеизмерения обеспечивают контроль параметров бесконтактными методами, что не только удоб­ но, но и в ряде случаев необходимо с точки зрения безопасности обслу­ живающего персонала. Особое место занимают телеизмерительные си­ стемы при передаче данных с космических объектов, удаленных на ог­ ромные расстояния от места приема. С помощью систем такого типа удается не только с высокой точностью контролировать работу всей бортовой аппаратуры и производить измерения различных параметров, характеризующих космическое пространство, но и' обеспечивать теле­ измерение величин, описывающих деятельность человеческого организ­ ма в необычных для него условиях.

Итак, основная задача, которая решается при создании телеизме­ рительной аппаратуры, заключается в том, чтобы обеспечить возмож­ ность измерения как электрических, так и неэлектрических параметров с высокой степенью точности на больших расстояниях. С этой целью любая измеряемая величина преобразуется в другую, вспомогательную величину, удобную для передачи по каналу связи. Сущность преобра­ зования заключается в том, чтобы эта вспомогательная величина не искажалась каналом связи, не зависела от действия помех и могла передаваться с минимальной затратой энергии. В случаях, когда пункт контроля и место установки измерительных приборов сильно удалены, а число контролируемых параметров велико, к вспомогательной вели-

146

чине предъявляется дополнительное требование — обеспечение воз­ можности передачи нескольких сигналов по одной линии связи. Для выполнения этого требования обычно прибегают к одному из извест­ ных способов уплотнения: частотному, временному или схемному.

На основании вышеизложенного общий принцип телеизмерения можно рассмотреть по структурной схеме, показанной на рис. 6.1.

метра, передаваемого в канал связи КС, однозначно соответствующее контролируемой величине Ал; У2 —■

значение вспомогательного параметра, поступающего на вход прием­ ника Пр. Последнее может отличаться от Ух из-за искажений, вноси­ мых каналом связи. Основная задача, возникающая при разработке систем телеизмерения, состоит в выборе такого вспомогательного па­ раметра, который минимально искажался бы при прохождении по ка­ налу связи.

6.2. ПОГРЕШНОСТИ СИСТЕМ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЯ

Значение контролируемого параметра в системе телеизмерения не может быть воспроизведено с абсолютной точностью.

В системах телеизмерения погрешности возникают за счет неиде­ альных характеристик преобразователей (погрешность преобразова­ ния), канала связи (линейная погрешность), а также за счет преобра­ зования непрерывных контролируемых параметров в дискретные (по­ грешности квантования). Последний вид погрешностей характерен для систем дискретного телеизмерения.

Погрешности в системах телеизмерения можно разделить на ряд разновидностей. Так, если погрешность имеет достаточно определен­ ный и закономерный характер, то ее называют систематической. К си­ стематическим погрешностям относятся погрешности, возникающие за счет неточной градуировки шкалы прибора и неточной подгонки шунта. Этот вид погрешностей зачастую можно предсказать и выра­ зить определенными математическими соотношениями или графиками. К систематическим погрешностям относится погрешность метода изме­ рения параметра или преобразования, например, определенное допу­ щение, принятое при расчете.

Второй разновидностью погрешностей являются случайные по­ грешности. Эти погрешности можно учесть с помощью математическо­ го аппарата теории вероятностей. Случайные погрешности могут по­ явиться, например, в результате вредных воздействий на передавае­ мый сигнал флуктуационных и импульсных помех, возникающих в канале связи или в самой аппаратуре за счет влияния температуры ок­ ружающей среды и колебания напряжения источника питания.

Оценка точности телеизмерительной системы производится с по­ мощью основной и дополнительной погрешностей. К первой относится

147

совокупность случайных и систематических погрешностей системы те­ леизмерения, определенная при нормальных режимах работы всего тракта передачи (определенных значениях температуры окружающей среды, напряжения питания, параметров канала связи и т. д.). Ко вто­ рой относятся погрешности, возникающие в результате влияния в оп­ ределенных пределах указанных выше факторов.

Как и в обычных приборах, предназначенных для местного измере­ ния, в системах телеизмерения различают абсолютную, относительную и приведенную относительную погрешность отдельных преобразова­ телей, канала связи и всей системы в целом.

Абсолютная погрешность одного из преобразователей (і-го) может

где у1— значение вспомогательного параметра, с помощью которого контролируемая величина подается на вход канала;

уг — значение того же параметра на выходе канала. Абсолютная погрешность всей системы телеизмерения в целом

где А2 — показания приемного прибора на выходе системы телеизме­

Приведенная относительная погрешность (отношение абсолютной погрешности к номинальному значению измеряемой или преобразуе­

148

где рі„ и А,-,, — номинальное значение измеряемой или преобразуе­ мой величины.

Общая относительная погрешность всей телеизмерительной системы с учетом того, что погрешности каждого из преобразователей, входя­ щих в систему, вызваны различными факторами, определяется по фор­ муле

где 6г — относительная погрешность z-ro преобразователя.

К погрешностям, характеризующим помехоустойчивость системы телеизмерения, относятся средняя и среднеквадратичная ошибки:

где Т — быстродействие системы телеизмерения, определяемое време­ нем передачи одного значения;

6 (I) — мгновенное значение ошибки;

т

Щ ) = lim 4 - f б0- (t) dt.

T-+CO 0

Средняя ошибка характеризует среднее отклонение измеряемого па­ раметра от действительной величины при отсутствии помех, а средне­ квадратичная — рассеяние показаний вокруг среднего значения.

Помехоустойчивость телеизмерительных систем может характери­ зоваться среднеквадратичной ошибкой как функцией отношения сигна­ ла к помехе, полосы частот и времени передачи:

6.3. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЯ

По дальности действия системы телеизмерения можно разделить на две большие группы: системы ближнего действия и системы дальнего действия. К первым относятся системы, обеспечивающие дальность передачи величины контролируемого параметра от нескольких десят­ ков и сотен метров до нескольких десятков километров и работающие на переменном или на постоянном токе с проводными линиями связи. В группе систем ближнего действия можно выделить несколько под­ групп, отличающихся между собой как по конструктивным решениям, так и по принципу работы.

149