- •А.А. Абросимов
- •Предисловие
- •Введение
- •1. Предмет телемеханики
- •1.1. Определение, особенности и основные проблемы телемеханики
- •1.2. Краткая история развития телемеханики
- •1.3. Применение систем телемеханики в самарской области
- •Ключевые термины и понятия
- •2.2. Телемеханические функции
- •2.3. Основные структуры систем телемеханики
- •Ключевые термины и понятия
- •3. Организация многоканальной телемеханической связи
- •3.1. Временное разделение сигналов
- •3.2. Частотное разделение сигналов
- •3.3. Частотно-временное разделение сигналов
- •Ключевые термины и понятия
- •Частотное разделение сигналов – разделение сигналов, при котором каждый сигнал занимает свой частотный интервал, не занятый другими сигналами.
- •Контрольные вопросы
- •4. Коды в телемеханике
- •4.1. Код и его характеристики
- •4.2. Классификация кодов
- •4.3. Общие способы представления кодов
- •4.4. Первичные коды
- •4.4.1. Единичный (унитарный, числоимпульсный) код
- •4.4.2. Единичный позиционный код
- •4.4.3. Единично-десятичный код
- •Примеры единично-десятичного кода
- •4.4.4. Двоичный нормальный (натуральный) код
- •4.4.5. Двоично-десятичные коды
- •Примеры двоично-десятичного кода с весовыми коэффициентами 8-4-2-1
- •4.4.6. Код Грея
- •4.5. Корректирующие коды. Принципы обнаружения и исправления ошибок
- •4.6. Коды с обнаружением ошибок
- •4.6.1. Коды, построенные путём уменьшения числа используемых комбинаций
- •4.6.1.1. Код с постоянным весом
- •Пятиразрядный код с двумя единицами и пример семиразрядного кода с тремя единицами
- •4.6.1.2. Распределительный код
- •4.6.2. Коды, построенные добавлением контрольных разрядов
- •4.6.2.1. Код с проверкой на чётность
- •Примеры построения кода с проверкой на чётность
- •4.6.2.2. Код с числом единиц, кратным трём
- •Примеры кода с числом единиц, кратным трём
- •4.6.2.3. Код с удвоением элементов (корреляционный код)
- •4.6.2.4. Инверсный код
- •Примеры инверсного кода
- •4.7. Коды с обнаружением и исправлением ошибок
- •4.7.1. Коды Хэмминга
- •Число контрольных символов в зависимости от числа информационных разрядов для исправления одной ошибки
- •Пример предварительной таблицы кода Хэмминга
- •Проверочная таблица кода Хэмминга
- •Проверочная таблица кода Хэмминга, заполненная информационными символами
- •Проверочная таблица принятой кодовой комбинации примера 4.2
- •Примеры кодов Хэмминга, обнаруживающих две ошибки и исправляющих одну ошибку
- •4.7.2. Циклические коды
- •Математические основы циклических кодов.
- •Принципы построения циклических кодов.
- •Единичная и единичная транспонированная матрицы четырёхразрядного двоичного кода
- •Получение остатков для строк единичной транспонированной матрицы
- •Дополнительная матрица контрольных элементов
- •Получение частных остатков для единичной матрицы
- •Определяющая матрица четырёхразрядного циклического кода
- •Образующий многочлен.
- •Неприводимые многочлены
- •Образующие многочлены для обнаружения единичных и двойных ошибок
- •Декодирование циклических кодов.
- •Укороченные циклические коды.
- •Образующая матрица укороченного (12, 4) псевдоциклического кода
- •4.7.3. Итеративные коды
- •Ключевые термины и понятия
- •5. Сигналы в телемеханике
- •5.1. Модуляция сигналов
- •5.2. Амплитудная модуляция
- •Амплитудная модуляция с двумя боковыми полосами.
- •Амплитудная модуляция с одной боковой полосой.
- •Амплитудная манипуляция.
- •5.3. Частотная модуляция
- •Частотная манипуляция.
- •Реализация частотной модуляции.
- •5.4. Двукратная непрерывная модуляция
- •5.5. Импульсные методы модуляции
- •5.5.1. Амплитудно-импульсная модуляция
- •5.5.2. Широтно-импульсная модуляция
- •5.5.3. Фазоимпульсная модуляция
- •5.5.4. Частотно-импульсная модуляция (чим)
- •5.5.5. Кодоимпульсная модуляция (ким)
- •5.5.6. Дельта-модуляция
- •5.5.7. Разностно-дискретная модуляция (рдм)
- •5.5.8. Лямбда-дельта-модуляция
- •5.5.9. Многократные методы модуляции
- •5.6. Спектры импульсных сигналов
- •Ключевые термины и понятия
- •Модуляция – образование сигнала путем изменения параметров переносчика под воздействием сообщения.
- •Контрольные вопросы
- •6. Линии и каналы связи в телемеханике
- •6.1. Линии связи и их классификация
- •Типы и виды линии связи
- •6.2. Проводные линии связи
- •Первичные параметры проводных линий связи
- •6.3. Каналы связи по линиям электропередач
- •6.4. Каналы связи по радио
- •Частотные диапазоны для передачи информации
- •Ключевые термины и понятия
- •Канал связи – совокупность технических средств для независимой передачи информации от источника к получателю.
- •Контрольные вопросы
- •7. Помехоустойчивость систем телемеханики
- •7.1. Помехи и их характеристики
- •7.2. Искажение сигналов под действием помех
- •7.3. Теория потенциальной помехоустойчивости в.А. Котельникова
- •7.4. Помехоустойчивость реальных приёмников телемеханических сигналов
- •Требования к достоверности контрольной и управляющей информации согласно гост 26.205-83
- •7.5. Помехоустойчивость передачи кодовых комбинаций при независимых ошибках
- •7.6. Методы повышения помехоустойчивости
- •7.6.1. Классификация методов повышения помехоустойчивости
- •7.6.2. Передача с повторением
- •7.6.3. Передача с обратной связью
- •Ключевые термины и понятия
- •Контрольные вопросы
- •8. Принципы построения телемеханических систем
- •8.1. Характеристики систем телеизмерения
- •8.2. Цифровые системы телеизмерений
- •8.3. Синхронизация в системах с временным разделением сигналов
- •8.4. Синфазирование в системах с временным разделением сигналов
- •Ключевые термины и понятия
- •Контрольные вопросы
- •9. Реализация систем телемеханики
- •9.1. Структурные схемы основных функциональных блоков
- •9.1.1. Коммутаторы
- •9.1.2. Устройство повышения достоверности
- •9.1.3. Устройство масштабирования
- •9.1.4. Генератор тактовых импульсов
- •9.2. Программно-техническая реализация функциональных блоков на программируемых логических контроллерах
- •Ключевые термины и понятия
- •Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •Телемеханика
- •443100, Г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Главный корпус
- •443100, Г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Корпус №8
6.4. Каналы связи по радио
Радиосвязь для передачи телемеханических сообщений используют в первую очередь для объектов, с которыми невозможна проводная связь. Сюда следует отнести космические корабли, спутники, ракеты, самолеты. Сюда же относятся движущиеся промышленные объекты, например, электровозы, подъёмные краны, грузовые тележки и т.п.
Телемеханизация подъёмных кранов, грузовых тележек связана с улучшением условий труда операторов этих средств, когда они находятся вне этих средств и управляют их работой.
Частотные диапазоны, в которых осуществляется передача различной информации, включая радиовещание, телевидение, телефонную и телеграфную связь, телемеханические и другие сообщения, указаны в табл. 6.4 (ГОСТ 24.375-80).
Таблица 6.4
Частотные диапазоны для передачи информации
Номер диапазона |
Наименование волн (диапазонов) |
Длина волны |
Частота колебаний |
1 |
Мириаметровые сверхдлинные |
10 ÷ 100 км |
3 ÷ 30 кГц |
2 |
Километровые длинные |
1 ÷ 10 км |
30 ÷ 300 кГц |
3 |
Гектометровые средние |
100 ÷ 1000 м |
300 ÷ 3000 кГц |
4 |
Декаметровые короткие |
10 ÷ 100 м |
3 ÷ 30 МГц |
5 |
Метровые ультракороткие |
1 ÷ 10 м |
30 ÷ 300 МГц |
6 |
Дециметровые |
10 ÷ 100 см |
300 ÷ 3000 МГц |
7 |
Сантиметровые |
1 ÷ 10 см |
3 ÷ 30 ГГц |
8 |
Миллиметровые |
1 ÷ 10 мм |
30 ÷ 300 ГГц |
9 |
Децимиллиметровые |
0,1 ÷ 1 мм |
300 ÷ 3000 ГГц |
10 |
Оптический диапазон |
|
|
Подтональный, надтональный и другие диапазоны, о которых говорилось в начале главы, размещены в диапазоне 1 и в более низкочастотном диапазоне. В диапазоне 2, 3 и 4 осуществляется радиовещание, в диапазоне 5 – телевидение. Диапазоны 5, 6 и 7 объединены общим названием – ультракороткие волны (УКВ).
Измеренный в метрах диапазон 2 значительно превышает, например, диапазон 4, но из-за узкой полосы частот, в которой расположен диапазон 2, количество передаваемой информации в нем меньше, чем в диапазоне 4, занимающем большую полосу частот.
Например, в декаметровом (коротковолновом) радиодиапазоне, занимающем полосу частот порядка 27 МГц, размещается примерно 1000 радиостанций, тогда как в километровом (длинноволновом) диапазоне в полосе частот 270 кГц – лишь 10 радиостанций. Таким образом, чем более высокочастотный диапазон используется для передачи информации, тем большее количество информации можно в нем передать.
Десятым диапазоном является оптический диапазон. Оптический диапазон частично включает диапазон 9 и охватывает еще более высокие частоты до 1015 Гц.
Замена проводных каналов связи радиоканалами для промышленной телемеханики привлекает простотой организации, однако она наталкивается на ряд трудностей, основная из которых заключается в том, что в большинстве диапазонов радиоволн качество радиосвязи в значительной мере зависит от времени года и суток, метеорологических условий, состояния ионосферы и других факторов, трудно поддающихся учёту. Это существенно снижает надежность передачи информации.
Более надежной оказывается связь на ультракоротких волнах. Широта этого диапазона позволяет осуществить передачу многих тысяч сообщений без взаимного влияния друг на друга.
Связь на сверхвысоких частотах мало подвержена воздействию помех, например, на приемники сантиметровых волн практически не воздействуют промышленные и атмосферные помехи. Поэтому энергия импульсных помех резко падает в этом диапазоне, волны которого распространяются примерно одинаково в любое время года.
Некоторое затухание сантиметровых волн наблюдается при их распространении в тумане, дожде и снеге. Однако компенсация такого затухания достигается соответствующим увеличением мощности передатчика.
Радиорелейные линии связи. Волны УКВ-диапазона в отличие от длинных и коротких волн могут распространяться только в пределах прямой геометрической видимости. Это объясняется тем, что УКВ не огибают поверхность Земли, как длинные волны, и не отражаются от ионосферы, как короткие волны.
Распространение в пределах прямой видимости ограничивает дальность передачи на УКВ, поэтому максимальное расстояние между приемником и передатчиком зависит от рельефа местности и высоты расположения передающей и приемной антенн. При высоте антенны 100 м дальность прямого распространения радиоволн не превышает 40 ÷ 70 км.
Для организации связи на большие расстояния применяют радиолинии с ретрансляцией или радиорелейные линии (РРЛ). РРЛ осуществляют передачу на волнах 75, 15, 7,5, 3,75, 2,73 см. В этих диапазонах (диапазоны 6 и 7, табл. 6.4) системой связи традиционно передаются телефонные сообщения и программы телевидения.
Радиорелейная линия связи – это ряд радиостанций, поочередно принимающих, усиливающих и передающих сигналы. Каждая из таких радиостанций оборудована приёмной и передающей направленными антеннами. Принимаемый импульсный сигнал с искажёнными фронтами преобразуется в стандартный сигнал, усиливается и передаётся далее.
Оконечные станции оборудуются аппаратурой уплотнения, позволяющей с помощью частотного и временного разделения сигналов обеспечить передачу большого числа сообщений.
Телемеханические сообщения передаются по телеграфным каналам, которые создаются из телефонного канала методами и аппаратурой вторичного уплотнения. Далее происходит трансформация этих каналов из низкочастотных в высокочастотные методами и аппаратурой дискретной модуляции.
В случае недостаточной пропускной способности РРЛ параллельно прокладывают еще одну или несколько таких же линий. При этом для удешевления строительства аппаратуру параллельных РРЛ сосредоточивают на общих оконечных и промежуточных станциях, а передающие и приемные антенны на этих станциях объединяют для всех передатчиков и приемников одного направления.
Таким путём образуется многоствольная РРЛ, в которой одна РРЛ составляет один ствол. Такой ствол обладает полосой пропускания, в которой размещается до 2700 каналов тональной частоты (ТЧ), т.е. позволяет передавать 2700 телефонных разговоров или один канал сигналов изображения телевидения.
Опыт эксплуатации РРЛ показал, что их качественные показатели не уступают показателям кабельных линий связи. В то же время РРЛ обладают большей пропускной способностью, имеют меньшую стоимость и требуют меньшей затраты цветного металла.
Если необходимо передавать информацию более чем на 1500 км, то вместо связи по РРЛ целесообразно применять спутниковую связь.