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

(обычно фотодиода) ФД, соединенных специальным поводком с осью подвижной системы первичного измерителя ПИ. Между ИС и ФД рас­ положен диск с профилированным вырезом (рис. 8.20, б), вращающийся с постоянной скоростью при помощи синхронного двигателя Дв, свя­ занного с диском через редуктор Ред. Фотодиод подключен к триггеру с одним устойчивым состоянием Тг, с коллекторной цепи которого сни­ маются импульсы переменной длительности. Длительность каждого импульса определяется временем освещения фотодиода и зависит от расположения источника света и фотодиода относительно вращающего диска.

Рис. 8.21. Схема приемника время-импульснои системы телеизмерения.

Форма выреза на диске рассчитывается таким образом, чтобы дли­ тельность импульса находилась в прямой зависимости от угла поворо­ та подвижной системы первичного измерителя.

Рассмотренный передатчик используется в системах телеизмерения давления и расхода жидкости. Он выполняется на базе стандартных манометров или дифференциальных манометров. Длительность импуль­ сов в линии связи колеблется в пределах 300—1700 м сек при изме­ нении контролируемого параметра от нулевого значения до макси­ мального. Относительная погрешность передатчика составляет 1,5%.

В качестве приемника этой системы используется схема (рис. 8.21), состоящая из входного каскада (левая половина лампы Л(), ста­ билизатора тока заряда конденсатора Сй (правая половина лампы ключа, обеспечивающего разряд конденсатора Сі (левая половина лампы Л2).

Правая половина лампы Л2 используется в диодном включении для разделения конденсаторов С1и С2. Левая половина лампы Л3 является каскадом лампового вольтметра, а правая ее половина — устройством, обеспечивающим периодический добавочный разряд конденсатора С2 для уменьшения постоянной времени схемы.

Уменьшение времени разряда С2 необходимо в тех случаях, когда измеряемый параметр, а следовательно, и длительность импульсов в линии связи убывают. Постоянная времени уменьшается при отпира­ нии правой половины лампы Л3 задним фронтом входного импульса, поступающего с трансформатора Тр через усилитель У.

Висходном состоянии (при отсутствии сигнала) левый триод лампы

Лі заперт, а левый триод лампы Л2 открыт. При этом конденсатор Cj

220

зашунтирован малым внутренним сопротивлением открытого левого триода лампы Л2. При поступлении импульса на сетку левого триода лампы Л 1 последний отпирается и потенциал на его аноде падает. Это приводит к запиранию левого триода лампы Л2. Конденсатор Сі начи­ нает заряжаться от источника питания Еі через правую половину лам­ пы Лі. Напряжение заряда пропорционально длительности импульса, поступающего из линии связи. Одновременно с конденсатором Сі через правую половину лампы заряжается конденсатор С2. Напряжение с этого конденсатора подается на вход лампового вольтметра и измеря­

ет

Рис. 8.22. Упрощенная схема (а) и диаграмма работы (б) время-импульсной системы телеизмерения ВСТ-І.

ется приемным прибором ПП. Во время пауз конденсатор Сі разряжа­ ется, а конденсатор С2 удерживает заряд, являясь элементом памяти.

В случае, если контролируемый параметр не изменяется, напря­ жение на С2 практически остается постоянным. При увеличении пара­ метра увеличивается и длительность импульса, поступающего из ли­ нии связи, так как конденсатор заряжается до большего значения. Конденсатор С2, оставаясь включенным параллельно конденсатору Сі также заряжается до большего значения. При уменьшении длительнос­ ти входного импульса напряжение на конденсаторе Сі становится меньше, чем на С.г и последний разряжается благодаря отпиранию пра­ вой половины лампы Л3 задним фронтом импульса, поступающего с трансформатора Тр через усилитель У. Относительная погрешность приемника не боле 1,5%.

Разновидностью время-импульсной системы телеизмерения явля­ ется система ВСТ-1, предназначенная для телеизмерения неэлектри­ ческих параметров: давления, расхода, уровня жидкости. Отличи­ тельной особенностью этой системы является то, что питание ее конт­ ролируемого пункта (передатчика) осуществляется прямоугольными импульсами постоянного тока, посылаемыми в линию связи с прием­ ного пункта, которые одновременно синхронизируют работу передаю­ щего и приемного устройств.

Упрощенная схема названной системы телеизмерения изображена на рис. 8.22, а. Она состоит из приемного устройства, располагаемого на пункте управления (левая часть схемы), линии связи ЛС и передаю­ щего устройства, устанавливаемого на контролируемом пункте (пра­ вая часть схемы).

В схему передатчика входят экспоненциальный преобразователь, состоящий из резисторов /?І5 R, RH, конденсатора С, потенциометри­

221

ческого датчика /?2 и диода Д, а также электронное реле и генератор звуковой частоты ЗГ.

Приемное устройство состоит из блока питания БП, ключа Кл, обеспечивающего питание всей схемы прямоугольными импульсами длительностью 1,7 сек, приемного прибора ПП, запоминающего эле­ мента ЗЭ, резистора R, конденсатора С,, электромагнитного реле Р и резонансного усилителя У.

Принцип работы данной системы телеизмерения поясняется вре­ менной диаграммой, показанной на рис. 8.22, 6.

В момент времени t0 ключ Кл замыкается и на передающее и прием­ ное устройство подается импульс постоянного тока, длительностью 1,7 сек. При этом к катоду диода Д экспоненциального преобразователя прикладывается положительное напряжение, величина которого опре­ деляется положением движка потенциометрического датчика /?2, т. е. значением контролируемого параметра. Конденсатор С с момента вре­ мени начинает заряжаться и через время /с напряжение на нем ста­ нет равным потенциалу катода диода Д. Диод Д при этом отпирается и заряд конденсатора прекращается. Момент окончания заряда кон­ денсатора С характеризуется тем, что на нагрузке напряжение Usn становится равным нулю. Этот момент времени фиксируется электрон­ ным реле Р, которое включает звуковой генератор ЗГ, так что в при­ емник через линию связи ЛС поступает радиоимпульс длительностью („ = (1,7 — tc) сек. Этот импульс усиливается в усилителе У и пода­ ется на реле Р. Последнее срабатывает, обеспечивая кратковременное подключение конденсатора Су к запоминающему элементу ЗЭ. Показа­ ния приемного прибора будут пропорциональны напряжению, накоп­ ленному на конденсаторе Су за время

Для выполнения обратного функционального преобразования, т. е. обеспечения линейной зависимости между величиной контролируемого параметра и показаниями приемного прибора RC- цепочки в приемни­ ке и передатчике должны иметь одинаковые постоянные времени.

Рассмотренная система телеизмерения относится к длинно-период­ ным системам и может использоваться для контроля параметров, мед­ ленно изменяющих свое значение.

8.3. ДИСКРЕТНЫЕ СИСТЕМЫ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЯ

Система ЦНИИКА. Передатчик этой системы (рис. 8.23) состоит из нуль-индикатора НИ (обеспечивающего сравнение входного конт­ ролируемого напряжения UBX с напряжением обратной связи £/ос, пропорциональным числу, записанному в пересчетной схеме ПС), схе­ мы разрешения счета СРС (обеспечивающей прохождение импульсов с частотой 2,5 кгц на вход ПС в случае, когда на входе 2 схемы разреше­ ния счета имеется синхронизирующий импульс), пересчетной схемы ПС (обеспечивающей хранение записанного кода), декодера ДК (обеспе­ чивающего преобразование кода в напряжение), схем И распредели­ теля Р, генератора шаговых импульсов ГШИ, формирователя шаговых импульсов ФШЙ, формирователей Фх н Фа, усилителя У и диодного смесителя ДС.

222

Принцип работы передатчика заключается в следующем. В исход­ ном состоянии на пересчетной схеме ПС записи нет, поэтому напряже­ ние обратной связи UQC равно нулю. При подключении контролируе­ мого напряжения Упх нуль-индикатор НИ начинает выдавать импуль­ сы с частотой 2,5 кгц на вход / схемы разрешения счета СРС. После прихода синхронизирующего импульса, поступающего на вход 2 схе­ мы разрешения счета с формирователя Ф2. импульсы с частотой 2,5 кгц проходят на пересчетную схему ПС, где фиксируются в двоично-деся­ тичном коде на восьми триггерах, выполненных на транзисторах.

Рис. 8.23. Структурная схема передатчика дискретной системы телеизмерения ЦНИИКА.

По мере накопления импульсов в ПС напряжение обратной связи Uai возрастает, стремясь к Uax •

Преобразование кода в напряжение Uoc происходит в схеме ДК, выполненной по принципу суммирования напряжений, создаваемых одинаковыми токами на цепочке последовательно включенных рези­ сторов. Величины этих резисторов подобраны по закону двоично-де­ сятичного кода. Резисторы в цепочке коммутируются транзисторными ключами, базы которых подключены к соответствующим триггерам пересчетной схемы ПС.

В момент, когда контролируемое напряжение Uвх станет равным напряжению обратной связи U0c нуль-индикатор прекращает подачу импульсов на СРС. На пересчетной схеме при этом записывается число, соответствующее величине UBx ■

Выдача кода в линию связи производится с помощью распредели­ теля Р и схем И. Ячейки распределителя с частотой 40 гц переключа­ ются импульсами, поступающими с ГШИ через формирователь ФШИ. При совпадении высокого потенциала на триггере пересчетной схемы ПС с импульсом, снимаемым с распределителя Р, с соответствующей схемы И через формирователь Фх, диодный смеситель ДС и усилитель У в линию связи поступает кодовый импульс.

При включении последней (девятой) ячейки распределителя в ли­ нию связи выдается синхронизирующий импульс для последующего

223

запуска распределителя приемника. При этом обеспечивается также сброс триггеров пересчетной схемы ПС, а на схему СРС с формирова­ теля поступает импульс, разрешающий новый цикл измерения и записи.

Приемное устройство системы ЦНИИ КА (рис. 8.24) состоит из амплитудного дискриминатора АД, роль которого выполняет триггер Шмитта, генератора тактовых импульсов ГТИ, схемы синхронизации СС, распределителя Р, схем И, различителя синхроимпульса РСИ, фомнрователя сбрасывающих импульсов ФСИ, ферритовых ячеек

Рис. S.24. Структурная схема приемного устройства дискретной системы телеизме­ рения ЦНИИКА.

памяти ФП, триггеров памяти ТП, декодера ДК и цифрового устройст­ ва ЦУ.

Схема работает следующим образом. В исходном состоянии на циф­ ровом табло зафиксировано значение контролируемого параметра, ко­ торое записано на триггерах памяти ТП во время предыдущего изме­ рения. После прихода синхронизирующего импульса из линии связи срабатывает различитель синхроимпульса РСИ, который выдает им­ пульс запуска на распределитель Р. Амплитудным дискриминатором начинают формироваться кодовые и синхронизирующие импульсы. Последние управляют работой генератора тактовых импульсов ГТИ, который вырабатывает импульсы с частотой 40 гц, поступающие на распределитель Р. Кодовые импульсы подаются на схемы И. При каж­ дом совпадении импульса, поступающего из распределителя, с кодо­ вым импульсом в соответствующей ферритовой ячейке памяти ФП за­ писывается 1. После окончания цикла РСИ выдает импульс, используе­ мый для переноса записанной информации с ферритовых ячеек ФП на триггеры памяти ТП, которые через декодер ДК управляют работой цифрового устройства ЦУ. Сброс триггеров памяти за 1—2 сек до ввода новых данных производится сигналом, приходящим от форми­ рователя сбрасывающих импульсов ФСИ.

Декодер приемного устройства выполнен на реле и служит для преобразования двоично-десятичного кода в единично-десятичный. Цифровой указатель собран на неоновых лампах, имеющих по 10 ка­ тодов, каждый из которых выполнен в виде соответствующей цифры от 0 до 9.

224

Рассмотренная система телеизмерения разработана для датчиков,

благодаря чему его относительная погрешность не превышает 0,5%. Общая относительная погрешность телеизмерения всей системы увели­ чивается до 1% за счет неточной работы декодирующего устройства и нуль-индикатора. Применение цифрового устройства устраняет до­ полнительную погрешность на приемной стороне.

Частотно-временная система со сменнопосылочным кодом. Системы подобного типа могут использоваться для телеизмерения электрических и неэлектрических величин путем преобразования угловых переме­ щений подвижной системы первичного измерительного прибора в дис­ кретную величину. В рассматриваемой системе это преобразование осуществляется с помощою кодовой маски, на которую нанесен код Грея. Благодаря такому способу преобразование угла вдискретную величину устраняется неоднозначность преобразования на границе секторов. Полученный рефлексный код для увеличения помехоустой­ чивости преобразуется затем в частотно-временной. При этом в зна­ чительной степени упрощается схема приемного и передающего устройств.

Передатчик системы телеизмерения (на рис. 8.25 находится сверху) состоит из одновибраторов ОВх—ОВ„ (на которые подаются сигналы с диска Грея), диодной матрицы ДМ, кодера К, двух групп транзисторных ключей (по количеству посылок в коде) ТКХи ТК2, одновибраторов запуска ОВЗх и ОВ32, генераторов фиксированных частотных сигналов Гх—Гк и блока запуска телеизмерения БЗ.

Приемное устройство (на рис. 8.25 располагается снизу) состоит из блока частотных фильтров БЧФ, матрицы Мх (управляющей рабо­ той триггеров памяти Тгх—Тг„), матрицы М2 (выходные цепи кото­ рой управляют лампами светового табло СТ) и блока вызова телеизме­ рения ВТИ.

226

Система работает следующим образом. Информация с первичного измерительного прибора при помощи диска Грея и фотодатчиков запи­ сывается в виде рефлексного кода на одновибраторах OBx — ОВ„. Ко­ личество фотодиодов и одновибраторов одинаково и определяется за­ данной погрешностью дискретности ß (в процентах):

ветствующее данному углу поворота диска. Это напряжение поступает затем в кодер К, а из него подается на базу транзисторных ключей пер­ вой (ТКі) и второй (ТКо) групп. Транзисторные ключи заперты до мо­ мента срабатывания одновибраторов запуска ОВЗ, которые включа­ ются поочередно сигналом вызова телеизмерения через блок запуска БЗ. При срабатывании ОВЗх отпираются два транзисторных ключа первой группы, на которые подается сигнал с кодера. Длительность формируемой посылки ТКХопределяется временем работы ОВЗх. Пос­ ле переключения одновибратора в исходное состояние включается одновибратор ОВ32, подающий питание на вторую группу транзистор­ ных ключей ТК2. В линию связи поступает вторая двухчастотная посылка, отличающаяся от первой как минимум одной частотой.

Чтобы получить заданную погрешность дискретности ß, кодер не­ обходимо согласовать с рефлексным кодом, снимаемым с одновибра­ торов ОВх — ОВ„. Это согласование обеспечивается, если ßp = ß4, где ßp — погрешность дискретности преобразования измеряемой вели­ чины в рефлексный код; ß4 — погрешность дискретности преобразова­ ния рефлексного кода в частотно-временной код.

"ч

Первый двухчастотный сигнал, поступающий в приемное устройст­ во из линии связи, через блок частотных фильтров БЧФ подается на матрицу Мх, При этом на одном из триггеров памяти Тг, подключен' ных к выходу матрицы, записывается 1. После поступления второй по­ сылки срабатывает еще один из триггеров Тг. Оба триггера, перешед­ ших в состояние 1, через вторую матрицу М2, которая преобразует полученный сигнал в единичный выход, управляют световым табло СТ.

Показания, записанные триггерами памяти и высвеченные на таб­ ло, сохраняются до следующего вызова телеизмерения. Чтобы обеспе­ чить погрешность дискретности ß = 1%, достаточно иметь пять гене­ раторов фиксированных частот (пч = 5) и передавать коды, состоящие

из двух двухчастотных посылок, т. е. тч = па = 2 . В этом случае

2

количество передаваемых кодовых комбинаций N = С гі = 45. Ко-

ь 5

личество одновибраторов должно быть равно шести, а число транзис-

226

торных ключей — десяти. Чтобы обеспечить погрешность дискретно­ сти ß = 0,5% при тч = пв = 2, количество генераторов должно быть равно шести. При увеличении количества посылок в коде, число воз­ можных кодовых комбинаций N резко возрастает. Так, при пч = 6, тч = 2 и пв — 3 (трехпосылочный код) N — 455, т. е. можно обеспе­ чить передачу данных телеизмерения от девяти датчиков с погреш­ ностью ß = 1 %.

Частотно-временная система с частотно-десятичным кодом. С по­

мощью частотного кода на одно сочетание £™чпри пч = 5 и тч — 2

Рис. 8.26. Структурная схема дискретной системы телеизмерения с частотно­ десятичным кодом.

можно передавать все цифры одного десятичного разряда, от 0 до 9. Передача нескольких разрядов легко обеспечивается двухчастотными посылками, количество которых равно числу разрядов. При двухча­

Структурная схема системы телеизмерения, в которой использу­ ется названный код, изображена на рис. 8.26. Передатчик системы (на рис. 8.26 находится слева) состоит из преобразователя измеряемого на­ пряжения UBX в код, блока запуска БЗ, кодера разряда единиц К1( кодера разряда десятков К2. двух групп транзисторных ключей соот­ ветствующих разрядов TKj и ТКа, генераторов фиксированных ча­ стотных сигналов Гх — Г5, одновибраторов запуска посылки единиц и десятков ОВг и ОВ2 и линии задержки ЛЗ. На приемной стороне (на рис. 8.26 располагается справа) установлены блок частотных фильтров БЧФ, декодер разряда единиц ДКі, декодер разряда десятков ДК2, световое табло СТ и блок вызова телеизмерения ВТИ.

Система работает следующим образом. После вызова телеизмерения срабатывает блок запуска БЗ и включается преобразователь измеряе­ мой величины в дискретную. Импульсы с выхода преобразователя поступают на двухразрядный десятичный счетчик, который через ко­ деры Klf К* и транзисторные ключи ТКХи ТКа управляет работой

227

генераторов Гх—Гб. Разрядные двухчастотные посылки передаются по асинхронному методу, т. е. с разделительной паузой, для чего между одновнбраторами ОВх и ОВ2 включена линия задержки ЛЗ.

Первый одновибратор запускается импульсом, поступающим после окончания преобразования Ппх в дискретную величину. При этом с одновибраторов снимается сигнал только на первую группу транзистор­ ных ключей, а в линию связи ЛС передается посылка, соответствующая разряду единиц. После возвращения одновибратора ОВг в исходное состояние через линию задержки ЛЗ запускается второй одновибра­ тор ОВ2 и на генераторы поступает сигнал управления с кодера десят­ ков К2. В линию связи передается вторая двухчастотная посылка, со­ ответствующая цифре второго разряда.

На приемной стороне к выходу блока частотных фильтров БЧФ по­ стоянно подключена входная ступень декодера ДК^, соответствующая разряду единиц. Поэтому первая посылка проходит через этот деко­ дер и фиксируется на световом табло на месте единиц. После приема первой посылки декодер единиц ДКі отключается и к частотным фильт­ рам подключается декодер десятков ДК2. Поэтому вторая посылка фиксируется на табло на месте цифр, соответствующих разряду де­ сятков. При использовании трехпосылочного кода можно обеспечить передачу трех десятичных разрядов. Система телеизмерения такого типа может работать как по вызову, так и циклически.

Гл а в а 9. КОМПЛЕКСНЫЕ СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Впоследнее время все шире применяются комплексные системы те­ лемеханики, объединяющие в себе устройства телеуправления, теле­ регулирования, телесигнализации, телеизмерения и передачи произ­ водственно-экономической информации. Их развитию способствовало широкое внедрение дискретных систем телеизмерения и использование одних и тех же методов для построения систем телеуправления, телесигнализации и телеизмерения. Все это привело к объединению раз­ личных систем телемеханики в единую комплексную систему телеме­ ханики.

9.1. СИСТЕМА МКТ-1

Система МКТ-1 является переходным типом системы телемеханики, а не полностью комплексной. Рассчитана только на передачу телеизме­ рений и телесигнализации. Предназначена она для телемеханизации высших ступеней диспетчерского управления энергосистемами. Пере­ дача телеизмерений и телесигнализации в ней осуществляется по од­ ному симплексному каналу связи. При этом используется метод вре­ менного разделения канала.

228

В состав операций, выполняемых системой МКТ-1 обычно входят как операции ТС, так и операции ТИ. Набор их зависит от емкости модели и требований задатчика. Одно ТИ может быть заменено на группу из семи ТС и наоборот. Исходя из этого соотношения произво­ дится набор количества объектов в системе.

Система работает в циклическом режиме. Телесигнализация пере­ дается одноэлементным распределительным кодом. Для передачи од­ ного телеизмерения используется 12 символов кода: семь из этих сим­ волов — информационные, остальные — контрольные. Последние предназначены для защиты сообщений от искажений. Они передаются на специально отведенных для них тахтах и дополняют до нечетного числа символы в контролируемых группах, т. е. для передачи инфор­ мации здесь используется корректирующий (расширенный) код Хэм­ минга. Кодовое расстояние в нем равно четырем единицам.

Сигнал 1 передается наличием импульса на соответствующем так­ те импульсной серии, а сигнал 0 — отсутствием импульса. Тактовые импульсы на пункте управления и контролируемом пункте выдаются автономно работающими генераторами.

9.2. СИСТЕМА ТМ-100

Система ТМ-100 предназначена для телемеханизации комплекса промышленных или транспортных объектов, имеющих цепочную струк­ туру, как, например, газопроводы и энергосети. В основу ее построения положен распределительно-комбинационный принцип избирания. Си­ стема является комплексной, т. е. в ней передаются как сигналы телеуправления и телесигнализации, так и сигналы те­ лерегулирования, телеизмерения и стати­ стической информации. В качестве кана­ лов связи используются телеграфные ка­ налы со стандартной телеграфной аппара­ турой.

Система состоит из пункта управления ПУ и ряда контролируемых пунктов КП, число которых может достигать 20 (рис. 9.1).

В состав пункта управления входят диспетчерский пульт, мнемощит, устрой­ ство воспроизведения и индикации цифровой информации, устройство обра­ ботки данных и приемо-передающее устройство.

Контролируемый пункт состоит из приемо-передающего устройст­ ва. Максимальная емкость одного КП составляет:

229