книги из ГПНТБ / Егоров С.В. Основы автоматики и телемеханики. Конспект лекций учеб. пособие

Р а з л и ч а ю т

к о р р е к ц и ю ж е с т к и м и

и

гибкими

о б р а т н ы м и

связями. Ж е с т к а я

обратная

связь

(ж. о. с.) действует

как в

переходных,

та к

и

в установившихся

р е ж и м а х ,

а

гибкая

обратная связь

(г. о. с.) — только

в п е р е х о д н ы х

р е ж и м а х

(рис. 7-6,6).

Ввиду

того,

что пр и

о т р и ц а т е л ь н о й

ж . о. с.

Исходная

система

Рис. 7-6

статический

к о э ф ф и ц и е н т

у с и л е н и я

о х в а ч е н н о й

части

системы

уменьшается,

это

приводит

к у в е л и ч е н и ю

(см.

п р и м е р

6-2) о ш и б о к с к о р р е к т и р о в а н н о й

системы,

что

п о р о й

н е ж е л а т е л ь н о .

Вследствие

этого

п о л у ч и л а

на

п р а к т и к е

большое

р а с п р о с т р а н е н и е

к о р р е к ц и я

с п о м о щ ь ю

г. о. с.

Рассмотрим м е т о д и к у

н а х о ж д е н и я

КУ. И з схемы

рис . 7-6,а

имеем

wCK(р)

= w,(р)

•

• wa(р)

=

^+™охв

ip)-WKy(p)

_

WUC(P)

\+Woxe{P)-WKy(P)

К а к видим из

последнего

выражения,

он о

н е у д о б н о для

использования

Л А Ч Х .

О д н а к о , если

в н е к о т о р о м

диапа ­

з о н е частот требуется

обеспечить

№ . с к ( / ю ) ^ № и с ( / с о ) ,

(7-7)

то

это

возможно,

когда

FOXBO'CO) • ^ к у ( / 0 ) )

| «

1, или

L 0 X B ( © )

+1ку('С0) < 0 .

(7-8)

Н а о б о р о т ,

если

в другом д и а п а з о н е

частот

FOXB(/CU) -W^ifa)

| »

1,

и л и

LOSB(CO) + L„y(co)>0,

(7-9)

то

W.M

а

: =

.

(7-10)

Т а к и м

образом,

действительно,

х а р а к т е р и с т и к и

скор ­

р е к т и р о в а н н о й

системы

могут

не

зависеть

от

охваченной

части

системы,

п р и

о п р е д е л е н н ы х

выше

условиях .

И з

(7-10)

получаем

возможность

н а й т и

£ку(со).

Ч а с т о т ы

со',

со", п р и

к о т о р ы х

Z-OXB(CO) +Ьку(а)

= 0 ,

т.

е.

г р а н и ц ы

д и а п а з о н о в

частот,

в

к о т о р ы х

выполняется или (7-8),

и л и

(7-9), называются сопрягающими

при

коррекции

обратной

.связью.

Удобно

воспользоваться

таким

порядком

построе ­

ния L K y(to):

1.

Строится Л А Ч Х

и с х о д н о й

системы LH C (co).

2.

Строится

п о

ТЗ

Л А Ч Х

с к о р р е к т и р о в а н н о й

системы

^ск(со).

3.

Н а х о д и т с я

в

соответствии

с (7-10), т.

е.

п р и

условии

(7-9)

для

н е к о т о р о г о

д и а п а з о н а частот

(со', со"],

суммарная

Л А Ч Х

^Е(СО) =L0SB(a>)

+£ку(со) = L H C

( © ) —ICK(CO).

4.

Намечается,

исходя

из

т е х н и ч е с к и х

в о з м о ж н о с т е й

и

нестабильности

• характеристик,

охваченная

часть

системы

и

строится

для

н е е L0 XB(CO).

частот

(со', .со"]

5.

Н а х о д и т с я для

д и а п а з о н а

£ку (to) =

L s

(со) — 7-охв (со)

и

достраивается

в н е

этого

д и а п а з о н а

таким

образом,

чтобы

выполнялось условие (7-8).

КУ.

6.

П о

/-ку(со)

подбирается

само

Если

о н о

оказы ­

вается

нереализуемым,

то

выбирается

другой

в а р и а н т

о х в а ч е н н о й

части

системы.

П р и м е р

7-2.

Р а с с м о т р и м

к о р р е к ц и ю

следящей

системы

(рис.

1-10,6).

С т р у к т у р н а я

схема

ее

п о к а з а н а

н а рис .

7-4.

И с х о д н а я

система

имеет

те

ж е

характеристики,

ч т о

и в

п р и м е р е

7-1;4

условия

ТЗ

т е

ж е .

Тогда,

найдя

к о о р д и н а т ы

к о н т р о л ь н о й

точки,

увеличиваем

к о э ф ф и ц и е н т

у с и л е н и я

в и с х о д н о й

системе

так,

чтобы

п о л у ч е н н а я

X H C I ( O )

н е

захо -

д и ла

в з а п р е т н у ю

область

(рис. 7-7,а).

Строим

LC!<(co)

по

ТЗ.

Очевидно,

что

в

д и а п а з о н е

частот

{0, со,„] LC K (co)

=

= Z,,r c i(co). В области

средних

частот

асимптоту

с

накло ­

ном

( — 20)

дб/дек

проводим

п о з а п р е т н о й

области

с

о д н о й

сторон ы и до пересечения

с

Z , u c i (со) — с другой .

Сопрягаю ­

щ у ю асимптоту проводим

по

г р а н и ц е

з а п р е т н о й

области .

Тогда получаем

с о п р я г а ю щ и е

частоты

пр и к о р р е к ц и и

о б р а т н о й связью

0 / = * ) ™ ,

со"=соз.

В этом

д и а п а з о н е

н а х о ­

дим Ls(co) . О х в а т ы в а е м тахометрическо й

обратно й

связью

усилитель,

ЭМУ и двигатель.

Следовательно,

1

(1 + р7\) (1 + рГ2 )

где k'=k/yc-k3Myk№-kTr

=

106.

Строим

L o x b ( C U )

и

находим

L K y (co)

в

д и а п а з о н е

частот

4 [о/, со"]. Н а и б о л е е

простое

КУ получится,

если вне

указан ­

ного

д и а п а з о н а

L! > T (co)

проходит,

как

на

рис. 7-7,а

(пунк-

L,8f

60

\

20

си'

1

1,0

(Цсек

-го

\

а)

Рис. 7-7

т и р ) .

В этом случае удовлетворяется и условие

(7-8).

Т а к и м

образом, останавливаемся на этом варианте,

тогда

Г л а в а

8

Э Л Е М Е Н Т Ы Т Е Л Е М Е Х А Н И К И

Н е к о т о р ы е

сведения

о системах

телемеханики были

даны

в,ыше. Рассмотрим

такие системы

несколько

подробнее .

§ 8-1. Т е л е м е х а н и ч е с к и е

к а н а л ы

связи

В

п р о м ы ш л е н н о й телемеханике

используют в

основном

п р о в о д н ы е

л и н и и

связи — воздушные,

кабельные .

В

элек ­

трических системах н е р е д к о используют

л и н и и

электро ­

передач,

н а ч и н а ю т

применять в

т е л е м е х а н и к е т а к ж е радио ­

каналы .

В

большинстве

случаев

для

передачи

сигналов

исполь­

з у ю т стандартные

т е л е ф о н н ы е

и

т е л е г р а ф н ы е л и н и и .

П е р ­

вые

п р о п у с к а ю т

частоты

в д и а п а з о н е

300—3400

гц,

вто­

р ы е — в

д и а п а з о н е

80—140

гц.

П р и этом

и с п о л ь з у ю т

как

свободные,

так

и

занятые л и н и и . В последнем

случае

передачу

ведут

л и б о

на

более

н и з к и х

(подтональных)

частотах,

л и б о

на

б о л е е

высоких

. (надтональных) .

Н а д о

заметить,

что

р а с ш и р е н и е

полосы

частот

канала

связи

повышается

уровень помех . О д н и м

из способов повыше ­

ния п о м е х о з а щ и щ е н н о с т и

является

передача

у з к о п о л о с н ы х

сигналов .

В

этом

случае

п о

каналу

связи

с достаточно

ш и р о к о й

п о л о с о й

п р о п у с к а н и я

м о ж е т

быть

п е р е д а н о одно ­

зуется

в

телемеханических системах

с

частотным

разде ­

л е н и е м сигналов .

§

8-2. Системы т е л е у п р а в л е н и я и

т е л е с и г н а л и з а ц и и

( Т У -

Т С )

Как

было

у к а з а н о р а н е е

(гл. 1),

при т е л е у п р а в л е н и и

осуществляется п е р е д а ч а у п р а в л я ю щ и х

сигналов,

воздей­

с т в у ю щ и х

на

и с п о л н и т е л ь н ы е

органы

объектов у п р а в л е н и я

(рис.

1-5,а),

а

п р и т е л е с и г н а л и з а ц и и

— передача

извести-

тельных

сигналов,

х а р а к т е р и з у ю щ и х

состояние

и с п о л н и ­

тельных

органов . П о с к о л ь к у в

системах

ТУ

и

системах

ТС

используются одни

и те ж е

методы

и

обычно

одни и

т е

ж е устройства,

а р а з н и ц а

часто

состоит

лишь

в

направ ­

л е н и и

передачи

сигналов

(в

системе

ТУ

сигналы

переда ­

ются

из

диспетчерского

пункта

на

к о н т р о л и р у е м ы й

пункт

(КП),

а

в системе

ТС

— в

о б р а т н о м

н а п р а в л е н и и ) ,

Сигналы ТУ — ТС

и м е ю т

д и с к р е т н ы й

характер .

В

отли­

чие

от

обычных

н е п р е р ы в н ы х

систем

управления,

коман ­

ды

ТУ — ТС

обычно

и м е ю т д в у х п о з и ц и о н н ы й

х а р а к т е р :

для

ТУ

х а р а к т е р н ы команды

т и п а

« в к л ю ч и т ь — о т к л ю ч и т ь » ,

«открыть — закрыть»

и

т. п.,

а

для

ТС

— соответственно

сигналы

«включено — отключено»,

«открыто — закрыто»

и т.

п.

К а ж д ы й

т а к о й

сигнал

действует

на

свой

и с п о л н и ­

тельный

орган; количество

последних

м о ж е т

быть

велико .

П о э т о м у

для

передачи

сигналов используют

методы

изби-

рания,

когда

к а ж д о м у

и с п о л н и т е л ь н о м у

органу

присваи ­

вается

свой

-условный

сигнал,

в о з д е й с т в у ю щ и й

только

н а

него .

Для

о б р а з о в а н и я

условных

сигналов

и х с н а б ж а ю т

специальными

признаками .

п.

1. Импульсные

признаки

В н а с т о я щ е е

время

для передачи сигналов п о к а н а л у

связи

(КС)

применяют,

к о д и р о в а н н ы е

э л е к т р и ч е с к и е

им ­

пульсы,

к о т о р ы е

могут

иметь

пять п р и з н а к о в

(рис.

8-1):

Рис. 8-1

1)

полярный

(а);

2)

амплитудный

( б ) ; 3) временной

(в);

4)

частотный

(г);

5)

фазовый,

о б н а р у ж и в а е м ы й п р и

срав­

н е н и и с о п о р н ы м

сигналом So(t)

(д).

Э т и

импульсные

п р и з н а к и

п р и использовании в систе­

мах

ТУ

о ц е н и в а ю т с я

по

удобству

и х образовани я и

рас-

ш и ф р б в к и ,

универсальности

(возможности

передать

по

различным

каналам связи),

помехоустойчивости.

С

этой

точки

зрения:

1.

Полярный

импульсный

п р и з н а к легко

образуется и

р а с ш и ф р о в ы в а е т с я

(с

п о м о щ ь ю

п о л я р и з о в а н н ы х

р е л е

и т. п . ) ;

неуниверсален,

поскольку

требуе т

канал постоян ­

ного

п р и з н а к а

равно

k\ =

2.

2.

Амплитудный

импульсный п р и з н а к

легко

образуется

и р а с ш и ф р о в ы в а е т с я

(настройка

реле

по

току

срабатыва­

ния) ;

малоуниверсален,

поскольку п р и

этом

предпочтите ­

лен

канал

постоянного

тока

(каналы

переменного

тока,

а т а к ж е

р а д и о к а н а л ы

сильно

м е н я ю т

свои

х а р а к т е р и с т и к и

в зависимости от времени года и метеорологических

усло ­

вий) ;

менее

помехоустойчив,

чем

полярный,

в

связи

с

чем

п р и м е н я ю т импульсы с большими перепадами

по

ампли ­

туде,

что

с н и ж а е т

количество

в о з м о ж н ы х

з н а ч е н и й

при ­

знака

(обычно

& 2 = 2 ) .

Э т о т

п р и з н а к используется

для

телеуправлени я там, где условия работы канала

связи

постоянног о тока довольно стабильны, например, в

метро .

Для

защиты

от

п о м е х

применяется

п я т и к р а т н ы й

п е р е п а д

п о

амплитуде .

3.

Временной

импульсный

п р и з н а к

(часто

кодируется

н е

сам

импульс,

а п а у з а

м е ж д у

импульсами)

легко

обра­

зуется

и

р а с ш и ф р о в ы в а е т с я

(замедление

р е л е

на

срабаты ­

вани е

и л и о т п у с к а н и е ) ;

у н и в е р с а л е н ;

достаточно

помехо ­

устойчив,

п р и

этом

для

п о в ы ш е н и я

помехоустойчивости

обычно п р и м е н я ю т перепад ы

по

длительности

в

2—3

раза.

О б ы ч н о

& з = 2 .

И с п о л ь з у е т с я

в

системах

У Т М - 1 ,

В Р Т Ф - 1 ,

Т С Ф - б З - С и др.

'

4.

Частотный

импульсный

п р и з н а к

довольно

т р у д н о

образуется

и

р а с ш и ф р о в ы в а е т с я

(требуется

довольно

с л о ж н а я а п п а р а т у р а ) ,

однако является универсальным

и

весь­

м а

надежным .

Для (избежания

н а в о д о к

о т

юети

избегаетс я

п р и м е н е н и е

частот,

п р о п о р ц и о н а л ь н ы х

50

гц.

К р о м е

того,

здесь

приходитс я

учитывать

к о м б и н а ц и о н н ы е

частоты .

К о л и ч е с т в о

з н а ч е н и й

для

данног о

п р и з н а к а

обычно

к ^ 2 .

И с п о л ь з у е т с я

в

системах

Т Ч Р - 6 1 ,

П Ч Д Ц

(система

диспет ­

5.

Фазовый

и м п у л ь с н ы й п р и з н а к

легко образуется и

р а с ш и ф р о в ы в а е т с я п р и наличи и о п о р н о й частоты;

универ ­

сален,

однако

в основном применяетс я

в к а н а л а х

перемен -

н о го тока; для

повышения

помехоустойчивости

д а ю т

боль­

ш и е перепады

п о

фазе,

например,

сигнал

в

ф а з е

и

проти -

в о ф а з е . О б ы ч н о k^ = 2.

Ш и р о к о применяется

при

ТУ

вдоль

л и н и й электропередач,

с л у ж а щ и х

и с т о ч н и к о м

сигнала

о п о р н о й

частоты.

Если при передаче одного импульса используется N

импульсных

признаков,

то

количество

в о з м о ж н ы х

комби ­

н а ц и й признаков,

а

следовательно,

и

число

команд,

кото ­

р о е м о ж н о

передать

на

объект

одним

импульсом,

равно

N

i=i

Н а п р а к т и к е

обычно используют одновременно н е больше

двух импульсных п р и з н а к о в .

ТУ —

ТС

К а к

у ж е

отмечалось,

п р и к а з ы

в

системах

обычно и м е ю т вид

«вкл.» — «откл.»,

т.

е.

у п р а в л е н и е

и

сигнализация

являются

д в у х п о з и ц и о н н ы м и .

П о э т о м у

вид

п р и к а з а

легко

м о ж е т

быть

з а к о д и р о в а н

одним

из

з н а ч е н и й

импульсного

признака .

О с н о в н о й

ж е

п р о б л е м о й

ТУ —

ТС

является

передача

п р и к а з а

(или

сигнала

об

и с п о л н е н и и

п р и к а з а )

п о

н у ж н о м у

адресу.

Л е г к о понять,

что

н а и б о л е е

очевидный

способ

р е ш е н и я

э т о й

задачи — протянуть

к

каждому

объекту

свою

л и н и ю связи — является

малопри—

емлемым, если

расстояния

и

количество

объектов

теле ­

у п р а в л е н и я

велики .

П о э т о м у п р и м е н я ю т

обычно

другие

способы .

п. 2. Методы образования и разделения

команд

Сигналы,

н е с у щ и е

и н ф о р м а ц и ю

о

х а р а к т е р е

команды

или ее адрес, называются

условными .

Условные

сигналы

могут

строиться

л и б о

на

п р и н ц и п е

независимых

посылок,

л и б о

на

комбинационном

прин­

ципе.

В

первом

случае

каждому

объекту

у п р а в л е н и я

присваи ­

вается качественно самостоятельный импульс.

Т а к и м

обра ­

зом, код

здесь

является

одноимпуяъсным,

а

число

п о с ы л а е ­

м ы х импульсов р а в н о числу объектов ТУ —

ТС.

Во

втором

случае

о г р а н и ч е н н о е

число

импульсов ком­

бинируется

в

различных

сочетаниях,

образуя

определен ­

н ы й код (многоимпульсный),

о п р е д е л я ю щ и й

адрес

объек ­

та и вид приказа .

О б щ е е количество

сочетаний

м о ж е т

быть

большим,

д а ж е

если

применяется

код из

малого

числа

и м п у л ь с о в .

П о э т о м у

малым

количеством

импульсов

м о ж н о

закодировать большое число адресов и команд.

П о

способу

разделения

импульсов

и

передачи

их

п о

каналам

связи

т е л е м е х а н и ч е с к и е

устройства, п р и м е н я е м ы е

в промышленности, делятся на системы:

1)

с

гальваническим

(коммутационным)

разделением

элементов

сигнала,

когда

передача

импульсов

п р о и с х о д и т

п о

различным

электрическим

ц е п я м

(многопроводные

у с т р о й с т в а ) ;

2)

с

временным

разделением

элементов

сигнала,

когда

передача импульсов

происходит

последовательно

во

време ­

н и п о о г р а н и ч е н н о м у числу

электрических

цепей, к

кото ­

рым

с

п о м о щ ь ю с и н х р о н н о

р а б о т а ю щ и х

р а с п р е д е л и т е л е й

поочередно

п о д к л ю ч а ю т с я

о п р е д е л е н н ы е

ц е п и

н а

ДП

и

КП;

3)

с

частотным

разделением

элементов

сигнала,

когда

импульсы р а з н ы х частот

п е р е д а ю т с я

по

о д н о й электриче ­

ской

цепи,

а р а з д е л е н и е

их

на

п р и е м н о й

с т о р о н е

осуще ­

ствляется по частотному п р и з н а к у ;

4)

с

комбинированным

разделением.

Устройства

с

вре ­

ными

(но

м а л о п р о в о д н ы м и ) ,

в

н и х

число

п р о в о д н ы х

кана ­

лов связи

н е

зависит

от числа

управляемых и л и

к о н т р о л и ­

р у е м ы х объектов .

М н о г о п р о в о д н ы е

системы (с гальваническим .разделе­

нием)

п р и м е н я ю т с я

обычно

п р и н е б о л ь ш и х

р а с с т о я н и я х

(l - f - 2 км)

и

малом

ч и с л е

объектов

телеуправления .

И х н е ­

достатком

является

опасность

м е ж д у ж и л ь н о г о

замыкания,

если используется кабельная л и н и я

связи, что

м о ж е т

п р и ­

вести

к в к л ю ч е н и ю

другого

объекта .

Д о с т о и н с т в о м

явля ­

ется

возможность

одновременного

у п р а в л е н и я

всеми

объектами,

а т а к ж е

быстродействие, поскольку п е р е д а ч а

идет о д н и м импульсом .

Системы

,с

временным

р а з д е л е н и е м

м е н е е

быстродей ­

ствующи,

чем

м н о г о п р о в о д н ы е

системы.

К р о м е

того,

син -

ф а з и р о в а н и е

р а б о т ы

распределителей,

в

качестве

к о т о р ы х

. п р и м е н я ю т

шаговые

искатели,

м н о г о к о о р д и н а т н ы е

соеди­

н и т е л и

или

р е л е й н ы е

распределители,

является

довольно

с л о ж н о й

задачей.

П о м е х о у с т о й ч и в о с т ь

распределительных

систем

невысока, п о э т о м у

и х

п р и м е н я ю т

главным

о б р а з о м

для т е л е с и г н а л и з а ц и и .

Системы

с

частотным

р а з д е л е н и е м

сигналов

н а и б о л е е

ц е л е с о о б р а з н о

применять

для

рассредоточенных

объектов .

П е р е д а ч а

сигналов

в

т а к и х

системах

осуществляется

л и б о

h6

специально

выделенным

л и н и я м

т е л е ф о н н о й

связи

(на

частотах

300—4000 гц),

л и б о

п о занятым т е л е ф о н н ы м

л и н и я м

(на

частотах н и ж е

300

гц

или

на

частотах 3200—

8500

гц,

так

как

д и а п а з о н

300—2600 гц используется

для

разговоров) .

Н е д о с т а т о к

их — сравнительная

сложность

аппаратуры .

К о м б и н и р у я

пр и о б р а з о в а н и и

и р а з д е л е н и и

сигналов

различные

импульсные

признаки,

принципы

образования

и

способы

разделения,

м о ж н о

получить

большое

коли ­

чество у с л о в н ы х

сигналов .

Рассмотрим

п р и м е р ы

устройств

ТУ

-

ТС.

П р и м е р

8-1.

М н о г о п р о в о д н а я

система

ТУ—ТС

для

д в у х п о з и ц и о н н ы х

объектов

(на

рис. 8-2

для

п р о с т о т ы

п о к а з а н а

цепь

ТУ — ТС

для

одного

объекта,

ц е п и

для

остальных

объектов а н а л о г и ч н ы ) .

КП

Т Е М

1У0

"" п ,^ , б К

ИМ

Г

Рис.

8-2

Д л я

разделения

импульсов

у п р а в л е н и я

и

с и г н а л и з а ц и и

используется

амплитудный

п р и з н а к (величина

импульсов

у п р а в л е н и я

значительно

больше • величины

импульсов

сиг­

н а л и з а ц и и ) ,

для

разделения

вида

п р и к а з а

(«включить» —

«отключить»

или

«включено» — «отключено»)

используется

п о л я р н ы й

п р и з н а к

(полуволны „разных знаков

выпрямлен ­

ного

п е р е м е н н о г о

т о к а ) . П о э т о м у

реле , .управления

(УВ,

У О),

у с т а н о в л е н н ы е

на

КП,

срабатывают

пр и токе, значи ­

тельно

большем,

чем то к для срабатывания

р е л е сигнали ­

з а ц и и

(СБ,

СО).

Дл я

получения

н е о б х о д и м о й

. величины

импульса

т о к а в

л и н и и

с в я з и

(ЛС)

в ц е п и

р е л е сигнали ­

з а ц и и введены добавочные

с о п р о т и в л е н и я

Ro ,Р Rm- Д л я пе ­

редачи

команды

на

диспетчерском

п у н к т е

(ДП)

н а ж и м а -