книги из ГПНТБ / Гешелин М.Г. Радиотелемеханизация в нефтедобывающей промышленности (системы и элементы)

X. РАДИОСТАНЦИИ РАДИОКАНАЛОВ

На рассредоточенных объектах, удаленных от диспетчерского пункта на 3—15 км, рекомендуется устанавливать радиостанции типа ЖР-4С )*. Следует отметить, что использование этой станцйи воз­ можно только в случае удаления от железной дороги и применения

направленных антенн.

Стационарная радиостанция ЖР-4С (рис. 21) имеет 80 фикси­ рованных частот в диапазоне от 39 до 46 мгц. Мощность передатчи­ ка в режиме амплитудной модуляции — 1 вт, в режиме частотной модуляции — 3 вт (может быть понижена до 1 вт). Глубина моду­ ляции при AM равна 70% и линейна до 60%. Коэффициент нелиней­ ных искажений передатчика в зависимости от вида модуляции со­ ставляет 10%. Настройка на ту или иную фиксированную частоту производится заводом-изготовителем.

Радиостанция снабжена приемником для приема частотно-моду- лированных сигналов. Чувствительность приемника не хуже 1 мкв при отношении уровня сигнала и помехи 5:1. На выходе приемника развивается мощность в 1 вт при линейных искажениях, не превы­ шающих 10%. В режиме дежурного приема при отсутствии несущей частоты усилитель низкой частоты закрыт шумоподавителем. В ком­ плекте радиостанции имеется блок питания с феррорезонансным ста­ билизатором напряжения. Выпрямитель блока питания имеет реле дистанционного пуска и может управляться датчиками телеобъекта.

Для рассредоточенных телеобъектов, находящихся на расстоя­ нии до 3 км от ДП, в радиоканалах рекомендуется использовать ра­ диостанцию типа ЖР-4П (рис. 22), имеющую 80 фиксированных час­ тот в диапазоне от 39 до 46,0 мгц. Передатчик этой станции может работать как с AM, так и с ЧМ. Приемник рассчитан на прием ам- плитудно-модулированных колебаний. Чувствительность приемника

.не хуже 6 мкв при отношении уровня сигнала к уровню шума 5 : 1. Приемник используется только для радиотелефонной связи между ДП и ИП. На диспетчерском пункте эти станции не используются.

Питание радиостанции в телемеханической системе производится от блока питания ЛУР-2 (линейного узла радиоконтроля), а в слу­ чае отключения энергии — от аккумулятора 2ЖН-4. Преобразова­

тель в блоке питания собран на полупроводниковых триодах типа

пзв.

Врадиоканалах телемеханических систем радиостанции ЖР-4С

иЖР-4П должны эксплуатироваться только с частотной модуляци­ ей. Амплитудная модуляция допускается только для радиотелефон­ ной связи между ДП и ИП, когда на телеобъекте установлена стан­ ция ЖР-4П.

Для сосредоточенных телеобъектов, находящихся на расстоянии до 20 км от ДП, рекомендуется использовать радиостанции ЖР-4С.

*) В первых комплектах СРП-1 были использованы радиостанции Р-106.

69

Мощность передатчика должна составлять 1—3 вт. Модуляция час­ тотная.

Для сосредоточенных ИП, находящихся на расстоянии 20— 35 км, следует применять радиостанции типа АРС1 и ЖР-4С.

Рис. 22. Принципиальная схема радиостанции ЖР-4П

Диапазон радиостанции АРС1 — 36—46 мгц, мощность передат­ чика — 10 вт. Модуляция частотная. Чувствительность приемника —

15 мкв.

Радиостанция снабжена блоком питания, рассчитанным на рабо­ ту как от сети переменного тока 127—220 в, так и от аккумулятора. Потребляемая блоком питания радиостанции мощность составляет

70 вт.

Диапазоны волн всех предлагаемых радиостанций отличаются от рекомендуемого выше, так как указанные диапазоны электроинспек­ цией Министерства связи не предоставляются. Описанные радиостан­ ции рекомендуются в соответствии с отводимыми электроинспекцией фиксированными частотами.

71

XI. РАДИОКАНАЛ СИСТЕМ ДАЛЬНЕГО ДЕЙСТВИЯ

Каналы связи телемеханических систем дальнего действия дол­ жны выбираться с расчетом кооперированного использования их не­ сколькими ведомствами. Такие каналы связи рассчитываются на многократное использование путем уплотнения. Выполнение этих ус­ ловий может обеспечить высокую рентабельность эксплуатации.

В табл. 6 показано распределение служебных радиорелейных ли­ ний в США.

Примечание. Табл. 6 заимствована из книги С. В. Бородича, Н. И. Ка­ лашникова и др. «Радиорелейные линии связи». Изд. АН СССР, М., 1957.

Стоимость радиорелейных линий примерно в два раза меньше стоимости кабельных. В качестве примера централизованной систе­ мы диспетческого контроля и управления аппаратурой нефтепровода с помощью радиорелейной линии может служить разработка фирмы «Филко» для компании «Платт пайплайн». Компания владеет нефте­ проводом для неочищенной нефти протяженностью около 1600 км (от Каспера до Иллинойса). Диспетчерский пункт расположен в Кан­ зас-Сити, где находится генеральное управление фирмы. На диспет­ черском пункте и на каждой насосной станции (общее число их — 12) расположены радиорелейные станции, оборудованные аппаратурой уплотнения с частотным разделением телемеханических сигналов управления и измерения.

Диспетчер из Канзас-Сити может дистанционно управлять всеми насосными станциями, осуществляя пуск и остановку мотора насо­ са, открывая и закрывая клапаны, производя измерения уровня жид­ кости и давления на выходе, выключение всей станции и регулиро­ вание давления.

В телемеханической аппаратуре применен частотно-комбинацион­ ный код в тональном спектре. В шифраторах используются генера­ торы с реле выбора комбинационных частот; дешифраторы состоят из частотно-избирательных релейных устройств, контакты которых образуют контактную пирамиду, управляющую исполнительными реле.

Подобная система может быть применена на нефтепроводах и газопроводах Советского Союза при использовании стандартного

72

оборудования радиорелейных линий «Стрела М» и телемеханической аппаратуры СРП-3.

Высокочастотная аппаратура «Стрела М» применяется для обо­ рудования (совместно с аппаратурой уплотнения типа К-24) много­ канальных магистральных радиорелейных линий связи протяжен­ ностью до 2500 км и обеспечивает 24-канальную передачу с качест­ венными показателями, отвечающими нормам и рекомендациям МККФ для каналов высокой частоты кабельных линий связи.

На линии протяженностью 2500 км эта аппаратура допускает 6 полных переприемов или частичное выделение каналов в 6 пунктах.

В состав аппаратуры «Стрела М» входит оборудование для стан­ ций 3 типов: оконечных, главных и промежуточных.

Оконечные станции устанавливаются в начале и конце линии, главные — в пунктах, где необходимо производить полный переприем или частичное выделение каналов. Промежуточные станции имеются во всех остальных пунктах, где не требуются выделения телефонных каналов.

Для организации служебной связи на линий в аппаратуре «Стре­ ла М» предусмотрен специальный служебный канал, имеющий вы­ ход на каждой станции и снабженный системой избирательного вы­ зова нужной станции.

Для повышения надежности связи на линии предусмотрена сис­

Ширина полосы пропускания прием­

При напряжении на входе приемника 50 мкв обеспечивается по­ рог ограничения; этот входной уровень сигнала минимальный.

Автоподстройка гетеродина ограничена 5 мгц.

73

XII. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕЛЕМЕХАНИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ СРП-1 и СРП-3

Фильтры

В телемеханических системах с частотным разделением или час­ тотно-комбинационным кодом в тракте приема имеются резонансные реле или фильтры. В аппаратуре СРП-1 частотное разделение осу­ ществляется резонансными реле с последовательными резонансными контурами, предложенными К. П. Курдюковым, а в аппаратуре СРП-3 — дифференциальными мостиковыми полосовыми фильтрами.

Резонансные контура и фильтры могут искажать проходящие че­ рез них импульсы переменного тока. Поэтому весьма важно учиты­ вать это при конструировании телемеханических систем. При этом необходимо выбирать оптимальные параметры фильтрующих уст­ ройств для предотвращения этих влияний. При выборе оптимальных параметров приходится выполнять ряд противоречивых требований.

Для повышения разрешающей способности телемеханических си­ стем необходимо стремиться к уменьшению объема сигналов кода. Длительность и частота модулирующего сигнала непосредственно связаны с параметрами резонансных или фильтрующих устройств. Условия передачи сигналов кода в радиоканалах становятся тем тяжелее, чем короче передаваемый импульс.

Импульс переменного тока можно рассматривать как последова­ тельный процесс включения и выключения. Как известно, такой про­ цесс сопровождается искажениями, приводящими к укорочению при­ нимаемого импульса. Кроме того, укорочение импульса зависит от полосы пропускания контура или фильтра. Подача импульса на по­ следовательный контур выражается дифференциальным уравнением

e=Ri+ L — + — [idt.

закону, выраженному следующим уравнением:

е = Ет sin оф.

Дифференцируя основное уравнение по t, имеем:

При совпадении резонансной частоты последовательного контура с частотой ЭДС заполнения импульса ток в- контуре выражается уравнением

i = /mo(l - е~ы) sin

74

Интеграл приведенного уравнения состоит из частного интеграла полного уравнения и общего интеграла уравнения без последнего члена. Эти интегралы соответственно равны:

zt =sin wf; i2 = !тое~м

Выражения для тока в цепи последовательного контура свиде­ тельствуют, что нарастание амплитуды колебания происходит по экспоненциальному закону.

Нарастание амплитуды длится бесконечно долго, поэтому уста­ новившимся процесс считают тогда, когда амплитуда достигает 95% от Jm. Время нарастания % амплитуды колебаний до этой величины выражается следующей зависимостью:

тем связано с укорочением передаваемых импульсов. Вышеперечисленные рассуждения показывают, что для выбора

оптимальной полосы пропускания частот необходимо дать конкрет­ ные рекомендации.

Для расчета полосы пропускания контура или фильтра можно воспользоваться формулой, применяемой для тонального телеграфи­ рования:

So = (1,2-4-1,25) V,

где V— скорость телеграфирования, боды, равная V = -^-,

t — длительность посылки, сек.

Комбинационная частота кода по абсолютной величине должна в 10 раз превосходить максимальную скорость передачи импульса, выраженную в бодах. В противном случае будет иметь место укоро­ чение сигнала.

Приняв за оптимальное время импульса 75 мсек, нетрудно найти минимальную необходимую частоту, а именно:

f — -у- — 130 гц.

75

Так как полоса пропускания низкочастотного тракта приемников радиоканала лежит в пределах 300—3000 гц, частоты выбираются в этом спектре.

При нелинейности трактов приема-передачи имеют место вредные влияния, вызванные паразитными комбинационными частотами. При произвольном выборе частот паразитные частоты могут совпасть с полосой того или иного канала и создать мешающие действия. Если же частоты выбрать пропорционально нечетным числам, т. е. If; 3f; 5f; 7f и т. д., то частоты комбинационных токов второго порядка все­ гда будут пропорциональны четным числам; следовательно, они бу­ дут попадать в промежутки между фильтрами, в связи с чем помехи будут устранены.

Для расчета разделительных частот, или частот кода, необходи­ мо найти значение f.

Предположим, что имеются две частоты, соответственно равные (2Л +1)/ и (2/< + 3)/, где К — целое число. При этом расстояние между этими частотами будет равно:

(2К+ 3) / —■ (27<— 1)/ = -у- + Д'/ -4- -,

где Д/ —ширина фактической полосы пропускания фильтра Д'/— ширина промежутка между несущими частотами.

Из последнего выражения нетрудно получить, что

2/=Д/+Д'/,

или

На основании приведенных рассуждений МКК предложила сле­ дующую формулу для расчета частот:

/ = 300 У 120/G

На основании этой формулы при ширине полосы пропускания фильтра 80 гц рассчитаны комбинационные частоты в гц, приве­ денные ниже:

76

При ширине полосы пропускания фильтров 130 гц имеет место следующее распределение частот:

Для расчета этих частот воспользовались расчетной формулой

/„ = 85+ 170К.

Полученное соотношение относится в равной степени как к по­ следовательному резонансному контуру, так и к фильтрам.

Рассчитанные частоты должны строго совпадать с серединой по­ лосы пропускания фильтра или с резонансной частотой контура. При несоблюдении этого условия сужается полоса пропускания, что, как указывалось, приводит к укорочению передаваемого импульса. Включение последовательного контура в качестве частотного разде­ лительного элемента с мостиковой схемой выпрямителя показано на рис. 23.

Рис. 23. Схема резонансного реле ИАТ АН СССР

Следует указать, что величина индуктивности (число витков, к которым подключается реле с мостиком) подбирается с расчетом согласования Z резонансного автотрансформатора с подключаемой нагрузкой. При подключении мостика, нагруженного на реле, к кон­ туру (как показано на рис. 23) резонансная кривая деформируется вследствие уменьшения добротности нагруженного контура.

77

Резонансные характеристики дифференциально-мостикового фильтра и последовательных контуров с различными элементами приведены на рис. 24.

Рис. 24. Резнонансные характеристики:

а— резонансных реле; б — дифференциально-мостикового фильтра

Ваппаратуре СРП-3, построенной на принципе частотно-комби­ национного кода, применяются дифференциально-мостиковые филь­ тры.

Применение дифференциального трансформатора, который слу­ жит для согласования фильтра с нагрузкой, является большим пре­ имуществом фильтров этого типа.

Расчет элементов дифференциально-мостикового фильтра произ­ водится по следующим формулам:

78