ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ_2 / ЭЛЕКТРО_Почаевец

Рис. 1.2. Структурная схема системы управления

Важную роль в сборе и переработке информации выполняет че­ ловек как элемент системы управления. Соотношение действий, осу­

ществляемых человеком и автоматическими устройствами, опреде­ ляет аппаратурный состав системы управления и зависит от конк­

ретных условий. Потоки информации, которые надо переработать в системах, обычно настолько велики, что превышают возможности человека. В связи с этим для переработки информации дополнитель­

но привлекаlОТСЯ средства вычислительной техники.

1.2. Автоматизация управления сиcrемой.

электроснабжения

Хозяйство электроснабжения железных дорог можно рассматри­ вать как совокупность различных технологических процессов, обес­

печивающих бесперебойное снабжение потребителей электроэнерги..

ей соответствующего качества. При этом должно быть экономичное

расходование электроэнергии, уменьшение потерь, возникающих в

процессе ее передачи и преобразования.

Основной целью создания автоматизированной системы управ­ ления электроснабжением (АСУЭ) является совершенствование уп.. равления устройствами электроснабжения и их эксплуатацией на ос­

нове автоматизации процессов поддержания оптимальных режимов

в системе тягового электроснабжения. Наряду с задачами оптималь-

10

ного управления технологическими процессами в АСУЭ решаются

также задачи, связанные со сбором, обработкой информации, rша­

нированием и прогнозированием технологического процесса и со­

стояния оборудования.

Как любая сложная система, АСУЭ имеет иерархическую струк­

туру, состоящую из отдельных подсистем (рис. 1.3), имеющих само­

стоятельные цели управления, а также общую для всей автоматизи­

рованной системы цель. Подсистемы, находящиеся на разных уров­ нях иерархии, взаимодействуют между собой. Они имеют внешние

связи с питающими районными энергосистемами и дрyrими подсис­

темами АСУЖТ.

Подсистема - это часть системы, выделенная по определенному

признаку, отвечающему конкретным целям и задачам управления.

В рамках этих задач подсистема может рассматриваться как само­ стоятельная система. Расчленение системы управления на подсисте­ мы называется декомпозицией.

Определение структуры системы управления является одной из

важнейших задач, возникающих при разработке системы в каждом конкретном случае. Правильно составленная структура АСУЭ по­ зволяет наиболее точно определить требуемый объем, содержание и потоки информации; обеспечить последовательное решение очеред­ ных задач на базе предыдущих; исключить необходимость переде­ лок в процессе развития АСУЭ.

На рис. 1.3 представлена структурная схема АСУЭ, построенная

по функциональному признаку. Система осуществляет управление

всем комплексом электроснабжения железнодорожного транспорта.

Управление в пределах дистанции электроснабжения включает три

основных уровня:

-первый уровень реализует ручное и автоматическое децентрализо­

ванное управление отдельными видами оборудования и режимами;

-второй уровень включает в себя местное оперативное (дистанци­ онное) и автоматическое централизованное управление оборудовани­

ем тяговых подстанций, постов секционирования и Т.д.; - третий уровень реализуется автоматизированной системой дис­

петчерского управления (АСДУ) с энергодиспетчерского пункта (ЭДП), на нем осуществляется оперативно-диспетчерское цс::нтрали­

зованное управление тяговыми подстанциями, постами секциониро­

вания и другими пунктами, элементами и режимами.

11

Рис. 1.3. Структурная схема АСУ ТП

От вышестоящих энергодиспетчерских пунктов четвертого (служ­ бы электроснабжения дороrn - ЭЖД) и пятого (Департамент элек­

трификации и электроснабжения ОАО «РЖД» - ЦЭ ОАО «РЖД»)

уровней управления на энергодиспетчерский пункт дистанции элек­

троснабжения поступает нормативная и оперативно-управляющая

информация, координирующая режимы работы дистанций электро­

снабжения в пределах железной дороги. Энергодиспетчерский пункт службы электроснабжения дороги учитывает основные показатели

работы дистанций электроснабжения, выполняет все виды планиро­

вания в масштабах дороги, обменивается информацией с эиергодис-

]2

петчерскими пунктами ЦЭ ОАО «РЖД» и районных энергосистем.

Автоматизированная система диспетчерского управления обеспечи­

вает также автоматизированный сбор и обработку информации, не­

обходимую диспетчерскому персоналу для непрерывного централи­

зованного контроля и управления.

Задачи оперативного управления, решаемые АСДУ, определяют­ ся режимом работы системы электроснабжения.

ВIlОрм.алЫIОМpe:J/cuмe-это реryШfрованиепараметров электроснаб­

жения, их корректировка при отклонениях от нормативных требова­

ний по качecrву электроэнергии и надежности ее подачи; вьшод обору­ дования в ремоlП и резерв и ввод его в работу; сбор, обработка и доку­ менrирование информации о работе дистанции электроснабжения.

Ваварuйuомpe:J/cuмe должны срабатывать автоматические устрой­

ства первого уровня (релейная защита). Если при этом наступает от­ каз устройств автоматики, оперативно-диспетчерский персонал осу­ ществляет управление вместо них вручную. Однако из-за низкого

быстродействия качество управления ухудшается.

ВnослеаваРUU1l0М pe:>lcuмe решаются задачи восстановления нор­ мальной схемы электроснабжения потребителей, заданного качества электроэнергии, ввод в работу ОТЮIючившегося неповрежденного

оборудования, принятия мер по устранению причин аварии и ремонту поврежденного оборудования.

Решениязадач оперативно-диспетчерского управления (ОДУ) предус­

матривает максимальное ИСПОЛЬЗОВa.IOIе опьrra и знаний энергодиспет­

чера. В зависимости отсложившейся сиryaцmt он может располагать раз­ личным временем для принятия решений, которые вырабатыIает прак­

тически единолично. В аварийных сmyациях объем lШформации резко

возрастает, а время для принятия решения снижается до нескольких ми­

нутШIИ секунд. дляобработки всейэтой информ3}ЩИиспользуютсяэлек­

тронно-вычислител:ьные машины (ЭВМ), ускоряющие принsrrnе энерго­

диспетчqюм правильных решений по управлению.

ЭВМ являются технической основой АСУЭ наряду с местными системами автоматики и устройствами телемеханики, состоящими

из аппаратуры телеуправления, телесигнализации и телеизмерения.

Они выполняют расчетные и информационные функции, собирают

и обрабатывают информацию, выдают соответствующие р.екомен­

дации, осуществляют технико-экономические и планово-производ­

ственные расчеты.

13

Подсистема третьего уровня осуществляет оперативно-диспетчер­

ское централизованное управление пунктами, объектами и режима­

ми, обменом информацией с энергодиспетчерскими пунктами энер­

госистем и службой электроснабжения дороги, поездным диспетче­

ром отделения дороги (ДНЦ). Подсистемы учета, планирования и

прогнозирования оптимального управления могут размещаться на

энергодиспетчерском пункте дистанции электроснабжения или же являться общими для дистанций в пределах железной дороги и соот­

ветственно размещаться на Центральном энергодиспетчерском пун­

кте службы электроснабжения (IJДПЭ).

1.3. Информация в сисгемах управления элекгроснабжение.м

1.3.1. общш n01lЯ1tШЯ и определения

Во всех автоматических устройствах, системах телемеханики, вы­

числительных машинах от одних частей и узлов к другим осуществ­

ляется передача некоторых сведений о происходящих в них процес­

сах и явлениях, Т.е. информация.

Иuформацuя представляет собой часть сведений, содержащихся в

сообщении, заранее неизвестных получателю.

Сообщеllие - это сведения о некотором событии ЮIИ явлении, ко­ торые необходимо передать от источника сообщений (ИС) к получа­ телю сообщений (ПС) (рис. Сообщения передаются с помощью сигналов, которые являются материальными носителями информации.

Сuг//Шl - физический процесс, определенные параметры которого

однозначно соответствуют некоторому сообщению. Сигнал всегда по­

рождается некоторым фактом, событием или явлением и имеет незави­ симую от него физическую природу. Между сигналом и сообщением

существует условное соответствие, как между деталью и ее чертежом.

Сигналы существуют в пространстве и во времени независимо от

тех событий, которыми они были порождены. Читая книги, рассмат­

ривая фотографии, получая информаЦИIО по радио и телевидению, мы узнаем о событиях, давно прошедших или происходящих сейчас (прямое включение с места событий) рядом с нами или на значитель­

ном расстоянии.

В процессе передачи сигнала могут осуществляться его многократ­

ные преобразования из одной формы в ДРУГУIО. Например, прини-

14

маемый радиосигнал преобразуется в электрический, который в свою

очередь - в звуковой ИШf световой. При передаче сигналов проис­

ходит обратное преобразование.

Сигналы могут взаимодействовать друг с другом, образуя новые сигналы и сообщения, причем смысл нового сообщения будет отли­ чен от смысла сообщений каждого из взаимодействующих сигналов.

Система передачи и1lформации (см. рис. 1.4) состоит из источника сообщения, кодирующего устройства (КУ), преобразующего сигнал в вид, удобный для передачи по каналу связи (КС), состоящему из передатчика-модулятора (ПМ), линии связи (ЛС), приемника-демо­

дулятора (ПД), преобразующего сигнал в первоначальный вид, де­

кодирующего устройства (дУ), преобразующего сигнал в сообще­

ние, получателя сообщений.

Канал связи - совокупность технических средств, с помощью ко­

торых обеспечивается независимая передача различных сообщений по одной линии связи. В процессе передачи по каналу связи сигнала на него могут воздействовать помехи.

Помеха - любое мешающее воздействие, возникающее в процессе

передачи сигнала. Рa.зJШЧaIOТ aпnараrnые помехи и помехи от внешних

воздействий. Помехи могут частично или полностью исказить переда­

ваемое сообщение А в сообщение Б, принятое получателем. Задача пе­

редачи информации по каналу связи будет выполнена, если сообщение Б, принятое ПС, точно соответствует передаJШОМУ сообщеШIЮ А.

По своему характеру информация, передаваемая в системах управ­ ления устройствами электроснабжения, может рассматриваться как:

- оnеративuая, предназначенная для постоянного контроля за со­

стоянием системы электроснабжения и непосредственного управле­

ния ею с диспетчерского пункта;

-статистическая, предназначенная для обработки, обобщения

ианализа результатов эксплуатации систеМЫ электроснабжения, пла­

нирования и нормирования производственных процессов;

- отчетllая, используемая для составления отчетных документов.

Сиrнал L·-·-·-·-·-·-·-'-'-·-·fпо;~~~-·-'-'-'-'-'-' Сигнал+ ~OMexa

Рис. 1.4. Структурная схема передачи информации

15

По назначению информация в системеэлектроснабженияделится на:

- расnорядwnеЛЫ1УЮ - управляющую, командную, реryлирующую;

-CU211.Шlb1lУ10 - о положении и состоянии контролируемых объектов;

-измерительную - о величине контролируемых параметров.

1.3.2 l(o;ш:чесmiJo сooбщeнuй и КОAUЧeсmiJo uнфopщщuu

Каждое событие или явление может иметь N различных состоя­ ний, поэтому сигнал, описыIающийй это событие, должен также иметь N состояний. Пусть требуется передавать на диспетчерский пункт

информацию о состоянии четырех (n =4) выключателей на контро­ лируемом пункте. Каждый ВЫКЛIочатель имеет два состояния (т = 2):

«включен» и «отключен». Обозначим отключенное состояние вык­ лючателя «О», включенное - «1» и запишем все возможные сообще­

ния о состоянии четырех выключателей.

Таблица 1.1

Вариаиты сообщений о состояиии выключателей

в табл. 1.1 перечисленьt все возможные сообщения о состоянии четырех выключателей от первого (все выключатели отключены) до

шестнадцатого (все выIIочателии включены). НеТРУДIIО убедиться,

что между количеством сообщений (N =16), объектов (n =4) и чис­

лом их состояний (т =2) существует зависимость 16 =24, которую

можно записать (при произвольных т и n):

(1.1)

Число возможных сообщений является некоторой мерой инфор­ мации. Однако пользоваться этой мерой неудобно, так как суще­ ствует степенная зависимость между количеством сообщений и чис­

лом объектов, о которых необходимо передавать эти сообщения.

16

В системе телеуправления «Лисна-Ч» можно передавать сообще­

ния о 126 объектах тяговых подстанций (n = 126). Количество сооб..

щений, которое при этом может быть передано (N =2126), опреде­

ляется числом 1038 (число с 38 нулями).

Для измерения информации более удобна логарифмическая мера,

которая позволяет получить линейную зависимость между количе­

ством информации и числом объектов или числом элементов в сиг­ нале, с помощью которого передается информация:

~За единицу количества информации принимают информацию, со-

~держащуюся в сообщении об объекте, имеющем два состояния. Сиг­

'~ нал, который описывает данное собыгие, состоит из одного элемента,

-имеющего также два состояния. Единица количества информации но-

-- сит название бит от английских слов binary digit (двоичная единица).

Таким образом, если двоичный сигнал состоит из одного элемен­ та, он несет один бит информации, и с его помощью может быть пере­

дано только два сообщения типа «да-нет» (включено-отключено, 1-0). Выражение (1.2) определяет наибольшее количество информации,

которое может содержаться в сигнале данной структуры. Фактичес­

кое значение 1 может быть значительно меньше.

При передаче по каналам связи сигналов передаются определен­

ные сообщения, в которых, кроме полезных, могут быть заранее изw

вестные или бессмысленные сведения. Истинное значение информа­

ции в сообщении определяется лишь полезными сведениями. Разни­

ца между истинным и наибольшим значением информации представляет собой избыточную информацию. Уменьшая избыточ­ ную информацию в реальных сообщениях, можно канал связи ис..

пользовать более эффективно. Повседневно мы осуществляем сокра­

щение избыточной информации, не думая о понятии «информация». Например, посьшая поздравительную телеграммы, мы опускаем в

тексте знаки препинания, предлоги, отдельные слова, имея' в виду,

что получателю и так будет понятен смысл сообщения.

17

Однако в ряде случаев избыточная информация может быть по­ лезной, помогая восстанавливать информацию при ее искажении

помехой. Для повышения гарантии получения переданной инфор­ мации без потерь нередко передают избыточную информацию. Так, например, в телеуправлении команда (включить, отключить) пере­

дается два раза, полное совпадение двух кодовых серий гарантирует

отсутствие искажений команды.

1.3.3. HenpepьumtJte и дucкpem:llbW cuzнa.лt1l

Сигналы, как и сообщения, могут быть непрерывными и дискрет­

ными. Непрерывные сигналы могут отличаться друг от друга на нич­

тожно малую величину, дискретные - имеют резко выраженные от­

личительные параметры. Непрерывные сигналы используются в не­

которых системах телеизмерения, а дискретные - в устройствах

телеуправления и телесигнализации.

Типичным примером дискретных сообщеlШЙ и сигналов является передача информации о состоянии выключателей на подсгаlЩии. Сиг­

нал при этом состоит из импульсов, параметры которых, соответству­

ющие включенному состоянию ВЫЮIЮчателей, существенно отличают­

ся от параметров импульсов, несущих информаЦИIО об их отключен­

ном состоянии. Промежугочных значений между этими двумя крайними сигнал, как и само состояние ВЫЮIЮчателей, не имеет: невозможно пред­

ставить, что выключатель включен или ОТКЛIочен частично.

Передача дискретных сигналов имеет ряд преимуществ перед пе­

редачей непрерывных. Чтобы передать непрерывное сообщение, представленное непрерывной функцией времени хи), ее разбивают

на ряд дискретных значений. Замену непрерывного сообщения диск­

ретным называют ква1lтова1lием (дискретизацией). Квантование сиг­ нала осуществляют либо по амплитуде, либо по времени. Замена не­

прерывного сигнала дискретным приводит к дополнительной по­

грешности. Однако это несущественно, если она невелика по

сравнению с погрешностями, вызванными другими причинами.

На рис. 1.5 представлено квантование сигнала по амплитуде. При

этом кривую Хи) разбивают на равные интервалы LlX по вертикали. Интервал LlX называют шагом кваllтоваllUЯ. При заданном шаге кван­ тования число дискретных значений сигнала (разрешенных уровней)

в пределах изменения функции Х(с) ОТ Хтахдо X min равно:

18

llX

интервала квантования, так как

именно в этот момент абсолютная погрешность квантования оказы­

вается наибольшей.

Погрешность квантования определяется из выражения

Из этого выражения видно, что с уменьшением llX и увеличением

N погрешность уменьшается.

При квантовании по времени кривую Х(() разбивают на равные

интервалы по горизонтали и передают только те знаqения сигнала,

которые совпадают с началом (или концом) каждого интервала. Сле­

довательно, при квантовании по времени передача сигналов проис­

ходит в определенные фиксированные моменты времени. Теоретически скорость передачи информации по каналу связи,

определяющая пропускную способность канала, может быть выра­ жена формулой

где 6.FK - ширина полосы канала связи (полоса частот, которую пропускаe-r канал);

р

с -

р отношение мощности сигнала к мощности помехи.

п

19