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

ВЧП включают высокочастотную аппаратуру, образующую высоко­ частотный канал связи, а также аппаратуру частотного уплотнения этого канала путем модуляции высокочастотной несущей частоты группой поднесущпх частот, выбранных в тональном диапазоне и образующих отдельные каналы связи. Передача сигналов ТУ—ТС осуществляется путем модуляции пли манипуляции поднесущих

частот.

ВЧП подсоединяется к ЛЭП через фильтры присоединения ФП и конденсаторы связи Ссв. Фильтр присоединения предназначен для согласования входных и выходных сопротивлений ЛЭП и кабельной

создают значительное сопротивление для токов высокой частоты и пре­ граждают им путь к шинам подстанций, шунтирующим канал пере­

дачи.

Для целей телемеханики и связи разработано много ВЧП. Как пра­ вило, эти посты рассчитаны на передачу сигналов переменного тока с частотой до 45 гц или импульсов с частотой следования 40 бод. В бо­ лее новой аппаратуре выделены специальные каналы для быстродей­

2.7. СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ НА УКВ

Ультракороткими волнами (УКВ) называются электромагнитные волны, длина которых меньше 10 м. Диапазон УКВ разделяется на: метровые (от 1 до 10 м), дециметровые (от 0,1 до 1 м), сантиметровые волны (от 1 до 10 см) и миллиметровые (от 1 до 10 мм) волны.

Метровые волны используются для радиосвязи (в том числе с под­ вижными объектами), радиовещания, телевидения, а также в радиона­ вигации и радиоастрономии. Дециметровые и сантиметровые волны используются в основном для радиорелейной связи, а миллиметро­ вые— в радиолокации, радионавигации и других областях.

Применение УК.В для целей связи объясняется следующим:

60

1. Диапазон УКВ очень широк. В этом диапазоне, не учитывая миллиметровых волн, без взаимных помех можно разместить более 10 000 систем по 600 каналов в каждой (в коротковолновом диапазоне удается разместить только 10 таких систем).

2.Связь на УКВ отличается высокой устойчивостью и надежнос­ тью, а также отсутствием атмосферных и промышленных помех.

3.Мощность передатчиков УКВ может быть небольшой, так как антенные устройства этого диапазона имеют сравнительно небольшие размеры и выполняются остро­

представляют собой цепочку приемо-передающих станций, располо­ женных вдоль воображаемой линии (рис. 2.13, а). Эти станции не толь­ ко усиливают сигнал, но и преобразуют его по частоте, что необходи­ мо для устранения помех от собственного передатчика, а также для исключения влияния одного направления передачи на другое1.

Для увеличения дальности действия приемо-передающих станций передающие и приемные антенны устанавливаются на высоких опо­ рах. Практически не целесообразно устанавливать антенные опоры выше 70—80 м, поэтому расстояние между ретрансляционными стан­ циями на ровной местности обычно не превышает 60 км. В горных ра­ йонах это расстояние может быть значительно больше (до 300 км), так как опоры устанавливаются на вершинах гор.

Для РРЛ наиболее употребителен диапазон волн от 5 до 20 см (волны короче 2 см сильно поглощаются дождем, туманом и снегом), однако применяются и метровые волны.

В магистральных линиях связи большой емкости обычно исполь­ зуется две полосы частот: 1700—2300 Мгц (средняя волна 15 см) и 3600—4200 Мгц (средняя волна 7,5 см), а работа осуществляется по системе двух частот для образования прямого и обратного направле­ ний связи (рис. 2.13, б).

Мощные радиорелейные системы имеют несколько независимых стволов (до семи), каждый из которых представляет собой самостоя-

1 Название «релейная» происходит от английского слова тіауъ, что значит смена, т. е. замена слабого сигнала на промежуточных станциях новым, сильным сигналом с одновременным преобразованием по частоте.

61

тельную РРЛ. Каждый ствол работает на своей рабочей волне, а пере­ датчики или приемники подключаются на общую антенну при помощи специальных разделительных фильтров.

Практически безотказная работа РРЛ обеспечивается путем резер­ вирования аппаратуры и применения автоматики и телемеханики. Большая часть ретрансляционных станций полностью автоматизи­ рована и работает без обслуживающего персонала.

Электропитание аппаратуры РРЛ осуществляется от местной сети переменного тока. Если источники переменного тока отсутствуют или не являются достаточно надежными, то предусматривается установка автономной электростанции, работающей автоматически.

Промышленностью выпускаются несколько типов радиорелейной аппаратуры: РРС-1М, Р-600 и др. Наиболее простой является стан­ ция РРС-1М, которая работает в диапазоне частот 60—70 мгц (длина волны 5—4,3 м).

В диапазоне выделено несколько фиксированных частот, каждая из которых может быть выбрана в качестве несущей. Этим обеспечива­ ется работа нескольких станций в одном районе без взаимных помех. Мощность передатчика, отдаваемая в антенну, составляет 2—3 вт. Комплект аппаратуры позволяет организовать два телефонных кана­ ла и два дуплексных канала передачи телеграфных сообщений и может использоваться для систем телемеханики. Применяется частотная моду­ ляция. Девиация частоты при манипуляции в телеграфных каналах

равна 3=300 гц.

Передача сигналов телемеханики по радиорелейным линиям. С по­ мощью РРЛ легко организовать комплексные каналы связи и телемеха­ ники диспетчерского управления промышленными объектами: энерго­ системами, нефте- и газопроводами, железными дорогами и т. д. Благодаря высокой надежности и устойчивости, РРЛ позволяют значи­ тельно повысить надежность средств телемеханики и диспетчерской

связи.

Каналы телемеханики по РРЛ можно образовать путем вторичного уплотнения телефонных каналов. Для этого могут быть использованы

применение для диспетчерской связи и управления малоканальных (на 2—4 канала) РРЛ на расстояниях свыше 10 км значительно рентабельнее, чем строительство проводных линий.

Аппаратура УКВ радиосвязи с подвижными объектами. Главная особенность аппаратуры УКВ радиосвязи с подвижными объектами — малая масса, небольшие размеры, простота управления и питание под­ вижных полукомплектов от аккумуляторов. Мощность передатчиков при этом несколько повышается, поскольку антенные устройства при­ меняются простые. Для увеличения дальности действия подвижных и переносных радиостанций используются ретрансляторы.

Аппаратура подвижной радиосвязи применяется для связи с авто­ машинами, тракторами, экскаваторами, земснарядами, тепловозами, речными и морскими судами. Эта же аппаратура в ряде случаев исполь­ зуется для передачи сигналов телеуправления. Портативные УКВ

62

передатчики применяются для телеуправления кранами и другими промышленными объектами.

В настоящее время промышленностью выпускается ряд типов ап­ паратуры подвижной радиосвязи на УКВ, работающей преимуществен­ но в метровом диапазоне волн.

2.8.НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ

Кнеэлектрическим каналам связи относятся оптические, акусти­ ческие, гидравлические, пневматические и другие каналы.

Оптический канал — это канал связи, в котором передача сигналов

осуществляется с помощью электромагнитного излучения оптиче­ ского диапазона (ультрафиолетового, видимого и инфракрасного). Емкость оптического канала связи значительно выше емкости радио­ частотных каналов. При частоте 10м гц, например, можно передавать несколько тысяч телевизионных программ. Малая длина световой волны обусловливает возможность создания квантовых генераторов, направленность луча которых в тысячу раз превосходит направлен­ ность радиоантенн. Это обстоятельство позволяет значительно увели­ чить дальность связи.

После создания квантовых генераторов света (лазеров) появилась возможность передачи информации по оптическим каналам связи. При разработке средств оптической связи используются методы, ана­ логичные разработанным в радиотехнике.

Акустический канал — это канал связи, в котором передача сигна­ лов производится с помощью звуковых или ультразвуковых колеба­ ний. Каналы делятся по частоте, а передачу сложных сигналов осу­ ществляют известными методами модуляции. Акустические каналы используются при работе с агрессивными и опасными веществами, без подвода электрической энергии.

При использовании акустических каналов можно построить си­ стемы управления технологическими процессами с помощью речевых и других акустических сигналов.

Гидравлический канал — это канал связи, в котором передача сигналов осуществляется посредством рабочей жидкости. Гидравли­ ческий канал связи может применяться там, где жидкость участвует в технологическом процессе, например, при бурении нефтяных сква­ жин.

Пневматический канал — это канал связи, в котором передача сигналов производится с помощью воздушной среды, заключенной в трубопроводах. Изменение величины сигнала передается соответст­ вующим изменением давления в трубопроводе. Пневматические кана­

63

Г л а в а 3. ОСНОВЫ ТЕХНИКИ ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ

3 . 1 . ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ

Управление на расстоянии производится с помощью устройств ди­ станционного управления или телеуправления (рис. 3.1). В дистан­ ционных устройствах (рис. 3.1, а ) управление объектами Об осущест­ вляется посредством промежуточных реле, устанавливаемых на конт­ ролируемом пункте КП в непосредственной близости от объектов управления. Органы управления ОУ (объектные ключи) располага­ ются на пункте управления ПУ и проводами малого сечения линии связи ЛС соединяются с соответствующими исполнительными реле

Рис. 3.1. Структурные схемы устройств управления объектами:

а — дистанционного; б — телеуправления.

ИР объектов управления. При передаче сигналов о положении объек­ тов на устройства управления воздействуют блок-контакты объектов и загораются лампы сигнализации. В отличие от управления передача сигналов производится с КП на ПУ.

Для дистанционных устройств управления и контроля характер­ но то, что при передаче каждого приказа управления или сигнала о положении объектов используется отдельный провод (обратный про­ вод является общим). Поэтому максимальное число приказов или сигналов, передаваемых в дистанционных устройствах, определяется только количеством проводов в линии связи. Это число приказов управления или сигналов о положении объектов, называется емкостью системы управления.

Дистанционные устройства управления и контроля экономически целесообразно применять лишь при сравнительно небольших расстоя­ ниях между диспетчерскими и контролируемыми пунктами и при сравнительно малом количестве объектов. Чтобы уменьшить затраты на линию связи, применяются устройства телеуправления и телесигна­ лизации, у которых количество проводов в линии связи меньше числа передаваемых приказов или сигналов положения.

Телеуправление — это управление на расстоянии с использованием специальных методов избирательного включения, обеспечивающих сокращение количества каналов связи и повышение надежности управления.

Устройства телеуправления состоят из передающей и приемной аппаратуры (ПА и ПрА) и линии связи ЛС (рис. 3.1, б). На передаю­ щую аппаратуру воздействуют органы управления ОУ, а с выхода приемной аппаратуры это воздействие передается на объекты управ­ ления Об.

В устройствах телесигнализации на передающую аппаратуру вмес­ то ключей управления воздействуют блок-контакты объектов, а на выходе приемной аппаратуры включаются устройства сигнализации.

64

Приказы и сигналы в устройствах телеуправления и телесигнали­ зации передаются в виде отдельных импульсов или кодов, представ­ ляющих собой определенные комбинации импульсов. Кодирование (образование кодов) производится в кодере, который является основ­ ным узлом передающей аппаратуры. Декодирование (расшифровка) кода выполняется в основном узле приемной аппаратуры — декодере. При этом осуществляется выбор соответствующего объекта управления или сигнальной цепи.

Объекты управления делятся на сосредоточенные и рассредото­ ченные, двухпозиционные и многопозиционные. Кроме того, имеются объекты управления, требующие непрерывного телеуправления.

Сосредоточенные и рассредоточенные объекты ТУ—ТС. К сосредо­ точенным относятся объекты ТУ—ТС, расположенные на отдельных КП, связанных с ПУ радиальными каналами связи, а к рассредото­ ченным — отдельные объекты управления или их группы, расположен­ ные вдоль общей линии связи. Обычно по этой линии осуществляется передача команд телеуправления и вызова датчиков телеизмерения, а также обратная передача сигналов ТС и собственные ТИ. Общая линия связи используется также для диспетчерской телефонной связи при временном отключении устройств телемеханики.

При значительном количестве рассредоточенных объектов система ТУ—ТС обычно работает по вызову. Вначале производится вызов заданного КП, а затем последовательно во времени передаются коман­ ды телеуправления объектами и выбора датчиков ТИ. В соответст­ вии с этим с заданного КП на ПУ передаются сигналы ТС и данные ТИ.

Двухпозиционные и многопозиционные объекты управления. Наи­ большее количество объектов управления относится к двухпозицион­ ным, которые могут находиться в одном из двух состояний (позиций): включенном (Вкл.) или отключенном (Откл.). Сюда принадлежат: выключатели мощности в энергосистемах, двигатели на промышленных предприятиях, стрелки на железнодорожных путях и др.

Многопозиционные объекты могут иметь большое количество фик­ сированных положений. К таким объектам относятся различные за­ движки, а также щиты в водовыпусках ирригационных систем. Теле­ управление этими объектами осуществляется путем передачи соответ­ ствующего количества команд на установку в заданную позицию. Поскольку при этом время перехода объекта управления на новую позицию может быть значительным, то на приемной стороне устанав­ ливается запоминающее устройство, контролирующее отработку ко­ манды, после выполнения которой передается сигнал ТС.

Непрерывное телеуправление. Ряд объектов управления, например, узлы настройки различных автоматических регуляторов и рули управления подвижными системами требуют установки их в любое положение из заданного диапазона. Управление настройкой автомати­ ческих регуляторов производится организацией непрерывного канала

повторяется, пока ключ управления повернут. На приемной стороне непрерывное воздействие на исполнительный двигатель узла настройки

регулятора осуществляется устройством запасания команды на время, превышающее длительность прохождения соответствующего сигнала по каналу связи. При таком методе телеуправления, во избежание возникновения перерегулирования, ключ управления должен быть повернут в нейтральное положение до того, как регулируемый пара­ метр достигнет требуемого значения. Точность установки автоматичес­ кого регулятора будет тем больше, чем выше быстродействие применяе­ мого устройства телерегулирования.

Устройства телеуправления классифицируются по назначению, методу использования каналов связи, принятым качественным при­ знакам импульсов тока и методам избирания.

Классификация устройств телеуправления по назначению. Устрой­ ства телеуправления применяются для управления на расстоянии производственными установками, передачи сигналов служебного на­ значения, вызова датчиков телеизмерения, воздействия на настройку автоматических регуляторов, а также для осуществления телемехани­ ческой связи между автоматическими устройствами или системами автоматической защиты производственных установок, находящихся на значительном расстоянии от ПУ. Перечисленные устройства выпол­ няют различные функции и отличаются техническим исполнением аппаратуры, поэтому существует следующее разделение устройств

1.Устройства телеуправления (ТУ), передающие на расстояние импульсы управления, воздействующие на исполнительные механиз­ мы управляемых установок (объектов управления). При ТУ, как пра­ вило, производится одновременно управление только одним объектом управления.

2.Устройства вызова датчиков телеизмерения (ВТИ), передающие

на расстояние импульсы управления, выполняющие выбор на КП и подключение к отдельному каналу связи требуемого датчика теле­ измерения и одновременное включение соответствующих приемных устройств на ПУ.

Особенностью этих устройств является то, что датчики телеиз­ мерения рассматриваются как однопозиционные объекты управления, при выборе одного из них ранее включенный датчик ТИ автоматически отключается.

3.Устройства телерегулирования (ТР), воздействующие на рас­ стоянии на настройку автоматических регуляторов. Особенностью этих устройств является то, что указанное воздействие должно осуществляться непрерывно в заданный промежуток времени (при переведенном ключе управления в положение «Больше» или «Меньше»).

4.Устройства телеблокировки (ТБ), осуществляющие на расстоя­ нии воздействие на автоматическую защиту управляемых установок. Эти устройства отличаются малым количеством команд, высоким быст­ родействием (менее 0,1 сек) и повышенной надежностью. Как правило, предусматриваются автоматический контроль всех узлов и канала свя­

зи и автоматическое переключение на резервный канал при неисправ­ ности основного канала связи.

66

5. Устройства телемеханической связи автоматов (ТСА), обеспечи­ вающие телемеханическую связь между автоматизированными произ­ водственными установками. В таких системах оператора нет и воздей­ ствия на систему задаются автоматическими устройствами. Поэтому требования к быстродействию и надежности устройств ТСА предъяв­ ляются повышенные. Эти устройства входят в состав систем телеав­

томатики.

Следует отметить, что практические устройства используются для выполнения нескольких функций. Например, устройства телеуправ­ ления (ТУ), как правило, дополняются устройствами телесигнали­ зации (ТС), так как для того, чтобы производить управление, необ­ ходимо знать состояние объектов управления. Устройства ТУ—ТС во многих случаях выполняют также функции вызова датчиков теле­ измерения (ВТТІ) и осуществляют воздействие на настройку автомати­ ческих регуляторов (ТР).

Классификация устройств ТУ и ТС по методу использования ка­ налов связи. Метод использования каналов связи зависит от способа разделения элементов импульсной серии, образующей команду или сигнал. Применяется частотное, временное и частотно-временное раз­ деление импульсов, посылаемых по одному каналу связи. В соответст­ вии с этим различают устройства ТУ или ТС с частотным, временным и с частотно-временным разделением импульсов.

Классификация устройств ТУ и ТС по принятым качественным признакам импульсов тока. По принятым качественным признакам импульсов тока различают устройства ТУ или ТС с амплитудными, полярными, временными, частотными и фазовыми качественными при­ знаками.

Классификация устройств ТУ и ТС по принятым методам избирания. По принятым методам избирания различают устройства ТУ или ТС с частотным, распределительным, частотно-комбинационным, рас­ пределительно-комбинационным, частотно-распределительным и час- тотно-комбинацнонно-распределительным методами избирания.

При использовании нескольких каналов связи или проводных ли­ ний применяются производные методы избирания. В наиболее простых многопроводных устройствах, например, применяются разделитель­ ный и разделительно-комбинационный методы избирания.

Устройства телесигнализации. Устройства телесигнализации (ТС) служат для передачи на расстояние сигналов о состоянии контролиру­ емых объектов (типа «Включено», «Отключено»), а также аварийных и служебных сигналов. Характерным для устройств ТС является пере­ дача сигналов от КП к ПУ. В отличие от ТУ, при ТС, как правило, применяется циркулярная передача сигналов, под которой понимают передачу состояния всех объектов одновременно или за один цикл работы устройства.

Техническое исполнение устройств ТС, как и устройств ТУ, за­ висит от метода использования каналов связи, принятых качественных признаков импульсов тока и методов избирания.

Общие требования, предъявляемые к устройствам ТУ—ТС, Требо­ вания, предъявляемые к устройствам ТУ—ТС, зависят от области

их применения. Однако существуют и общие требования, которые

всоответствии с ГОСТ 16521—70 состоят в следующем:

1.Устройство телемеханики при телеуправлении должно обеспе­ чивать выполнение двух операций:

подготовительную — выбор одним или двумя, при необходимости двухступенчатого выбора, ключами (кнопками) управляемого объекта; исполнительную — посылку команды на управляемый объект нажа­

тием одного ключа (кнопки).

2.Устройства телемеханики (кроме телеизмерительных систем интенсивности) должны выполнять заданные функции:

а) при отношении амплитуды напряжения сигнала к эффективному

значению напряжения помехи (нормальный флуктуационный шум) на входе приемника устройства телемеханики не менее 10, на входе приемника аппаратуры вторичного уплотнения (при работе по уплот­ ненному каналу связи) — не менее 6;

б) при изменении напряжения сигналов, поступающих с выхода канала связи на вход устройства телемеханики, не менее чем в два раза (как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения) от номиналь­ ного.

3.Устройства телемеханики при выходе из строя любого элемента аппаратуры (за исключением индивидуальных выходных элементов) или при отказе канала связи не должны допускать исполнения лож­ ной команды. При этом устройства должны обеспечивать автомати­ ческий контроль исправности и сигнализацию повреждений общих узлов аппаратуры.

4.Устройство телемеханики по времени передачи одной команды

телеуправления или одного сообщения телесигнализации, а также по времени установления показания воспроизводящего прибора долж­ но относиться к одной из групп, указанных ниже:

Группа по быстродействию определяется по каждой функции устройства.

5.Дискретные сообщения при телесигнализации воспроизводятся на мимическом или световом щите. Для светового щита используется принцип общего квитирования телесигнализации положения контро­ лируемых объектов. Индивидуальное квитирование допускается только для телеуправляемых объектов.

6.Несоответствие положений символа и контролируемого объек­ та сигнализируется на мимическом щите мигающим или непрерывным свечением символа объекта, а на световом щите — мигающим свечением символа объекта.

7.Устройство телемеханики при приеме телесигнализации без за­ проса со стороны пункта управления должно подавать звуковой и световой сигналы. Звуковой сигнал должен быть общим для всех устройств пункта управления, световой сигнал — отдельным для каж­ дого контролируемого пункта.

8.Устройства телемеханики должны быть рассчитаны на исполь-

68

зование в датчиках сигнализации только одного замыкающего или раз­ мыкающего контакта или одной бесконтактной цепи.

9. Устройства телеуправления, телесигнализации и передачи бук­ венно-цифровой информации должны выполнять заданные функции,

Таблица 5

Примечания:

1. При использовании устройств телемеханики в системах телеавтоматики веро­ ятность трансформации переданного телесигнала не должна превышать значений, указанных для команд телеуправления.

2. При вероятности искажения элементарной посылки 10—3 вероятность транс­ формации переданной команды телеуправления не должна превышать ІО-6 для устройств всех категорий.

обеспечивая вероятностные характеристики согласно табл. 5 при нали­ чии нормального флуктуационного шума и вероятности искажения эле­

ментарной посылки ІО-4.

3.2. МЕТОДЫ ИЗБИРАНИЯ

Задачей техники телеуправления является выбор (избиранце) задан­ ного объекта ТУ из совокупности объектов централизоваццого управления и выполнение требуемых операций (например, включения его или отключения). В устройствах ТС обеспечивается передача и прием на ПУ сигналов состояния объектов контроля или вспомога­ тельных (например, аварийных) сигналов. Для этих целей использу­ ются различные методы избирания, определяющие правила построения сигналов. Одним из требований при этом является получение макси­ мального количества сигналов при минимальном количестве импуль­ сов, но с обеспечением заданной помехоустойчивости.

Увеличение числа комбинаций при образовании сигналов или повы­ шение помехоустойчивости достигаются путем применения импульсов

69