3. Дистанционное управление средствами телемеханических протоколов

3.1. Исследование возможностей отечественных телемеханических протоколов

Традиционно задачи дистанционного управления техническими объектами решаются с помощью средств телемеханики. Телемеханика – это отрасль науки и техники, охватывающая теорию и технические средства контроля и управления объектом на расстоянии с применением специальных преобразователей сигналов для эффективного использования каналов связи и обеспечения требуемой достоверности передаваемой информации (ГОСТ26.205-88 «Комплексы и устройства телемеханики: общие технические условия»).

В телемеханике передача и прием информации в основном осуществляется с участием человека (диспетчера), чаще всего размещающегося на пункте управления (диспетчерском пункте). Как правило, телемеханизация процесса обмена информацией применяется тогда, когда необходимо и целесообразно охватить управлением и мониторингом разобщённые или территориально рассредоточенные технические объекты в единый производственный и технологический комплекс. Технически это реализуется с помощью телемеханических систем (протоколов).

Телемеханическая система (ТМС) – это совокупность устройств пунктов управления и контролируемых пунктов, терминального оборудования, линий связи необходимых топологических структур и каналов связи, организованных в их среде, предназначенных для совместного функционирования при организации информационного обменного процесса.

Устройство телемеханики – совокупность аппаратов (приборов) и блоков пункта управления или контролируемого пункта, выполняющих характерную для средств телемеханики функцию.

Методы и средства телемеханики. Любой процесс управления включает собственно управление, то есть воздействие на объект с целью изменения его состояния (положения в пространстве, значений его параметров), и контроль за состоянием объекта. Управление и контроль с помощью средств телемеханики (телемеханических протоколов) осуществляются обычно с пункта управления (ПУ) или диспетчерского пункта (ДП), где находится оператор (диспетчер). Объекты управления могут быть сосредоточены в одном месте, на одном контролируемом (управляемом) пункте (КП) либо рассредоточены, то есть расположены по одному или группами (на нескольких КП) на большой территории (в пространстве). Расстояние между КП и ПУ может быть от нескольких десятков метров (например, при управлении строительным краном) до десятков и сотен тысяч км (например, при управлении автоматической межпланетной станцией). Для передачи телемеханической информации используют электрические линии связи (проводные и кабельные) выделенного типа, телефонные, телеграфные, распределительные электрические сети и линии электропередачи, а также радиотехнические, оптические, акустические и гидравлические среды для организации в них каналов связи. Системы телемеханики, выполняющие функции только управления и только контроля, называются системами телеуправления и телеконтроля. Частично в телемеханической системе управляющие воздействия могут вырабатываться управляющим автоматом (например, для автоматического аварийного отключения оборудования, подключения нагрузок к энергосистеме, управления устройствами по заранее заданной программе и  т.п.). При телеуправлении сложными объектами используются ЭВМ для обработки полученной контрольной информации (известительной, измерительной), функционирующие в режиме «советчика». Такие телемеханические системы называются телеинформационными. Телемеханические системы, в которых сигналы управления техническим объектом вырабатываются полностью автоматически, т.е. без участия человека-оператора, называются телеавтоматическими системами управления (или системами телеавтоматики (ТА)). При телеуправлении команды управления передаются оператором (диспетчером) с ПУ или ДП по каналу связи на объекты (к КП). Команды формируются оператором на пульте управления с помощью органов ручной коммутации (в зависимости от поколения ТМС: тумблеров, переключателей, кнопок или клавиатуры персонального компьютера). С ПУ в линию связи поступает кодированный сигнал, обычно в виде последовательности импульсов с определёнными признаками. Из-за необходимости обеспечивать высокую информационную надёжность передачи команд управления в телеуправлении применяются методы помехозащитного кодирования, а также методы обнаружения и исправления ошибок. При приёме кодовая посылка преобразуется в управляющее воздействие на соответствующий исполнительный механизм (например, в простейшем случае — на реле, включающее двигатель).

Канал связи, по которому осуществляется передача команд управления техническим объектом, именуется управляющим (командным) или прямым каналом связи.

При телеконтроле информация передаётся по обратному каналу связи, именуемому также информационным или известительным – от технического объекта, размещаемого на КП к оператору, находящемуся на ПУ (ДП) Контрольная (известительная) информация о состоянии технического объекта поступает обычно с измерительных преобразователей (датчиков), реагирующих на изменения состояния объекта. Сигнал, несущий информацию о состоянии технического объекта, преобразуется средствами помехозащитным кодированием с целью обеспечения помехоустойчивости передачи, а для согласования с предоставленным каналом связи с помощью процедуры модуляции, в том числе двух- и трёхкратной (например, двухкратную частотную, широтно-импульсную и затем частотную модуляцию). На ПУ после демодуляции и декодирования устройства отображения информации воспроизводят значение измерения и отображают изменение состояния технического объекта на локальных терминалах и главном щите ПУ.

  Сообщения, передаваемые системой телеконтроля, обычно содержат информацию двух видов: сигнализирующую, дающую качественную оценку состояния как отдельных органов управления объекта («включено», «выключено», «открыто» и т.д.), так и объекта в целом («стоит», «движется», «вверху», «внизу» и др.), а также параметров, характеризующих объект («норма», «меньше нормы», «больше нормы», «авария» и др.), и измерительную, дающую количественную оценку контролируемого параметра (например, температуры, давления, напряжения в электрической цепи, угла поворота вала и т.д.). Поэтому и соответствующие процессы телеконтроля называются телесигнализацией (ТС) и телеизмерением (ТИ). Таким образом, телемеханическая информация, представляемая в форме телесигнализации, является информацией о состоянии двухпозиционного технического объекта. Телемеханическая информация в форме ТИ является информацией о состоянии многопозиционного технического объекта.

Технические объекты в большинстве практических случаев являются двухпозиционными, реже трехпозиционными. В процессе функционирования они могут находиться в одном из двух состояний (позиций), например во включенном или отключенном (осветительные приборы, железнодорожные стрелки), трехпозиционная ситуация характеризуется состояниями типа «влево», «вправо», «стоп» (электродвигатели и прочие подвижные объекты с реверсом направления перемещения). В этой связи для передачи команд управления по изменению состояний двухпозиционных и трехпозиционных технических объектов достаточно в передаваемой кодовой комбинации выделить не более двух разрядов в помехонезащищенной версии кода. Передаваемая такими кодами телемеханическая информация называется командами телеуправления (ТУ).

Кроме указанных выше, существуют технические объекты, которые являются многопозиционными. В этом случае оператор при дистанционном управлении такими объектами направляет кодовые команды, число разрядов которых за исключением адресной части определяется числом возможных состояний (фиксированных уставок) технического объекта. Такой вид телемеханического управления называется телерегулированием (ТР). Информационное обеспечение за выполнением команды в случае многопозиционного объекта возлагается на аппаратуру телеизмерения, которая также формирует многопозиционный сигнал измерения передаваемой с КП на ПУ по обратному (известительному) каналу связи. Для чёткой, надёжной работы оператора необходимо переданную и принятую информацию представить в виде, наиболее удобном для восприятия её человеком. Для этого на ПУ используются терминальные устройства отображения информации, которые в зависимости от поколения телемеханической системы реализуются в форме сигнализаторов (световых и звуковых), индикаторов, регистраторов, мониторов, а также диспетчерских щитов.

Для исключения конфликтов и перекрестных искажений при передаче телемеханических сигналов с использованием в единой телемеханической среде применяются специальные методы разделения сигналов и системы приоритетов, при которых телесигналы сохраняют свои информационные свойства и не искажают друг друга за счет сигнальной, временной и частотной непересекаемости (линейной независимости). Из множества способов разделения сигналов в телемеханике обычно применяется разделение по времени (каждому объекту отводится определённый интервал времени – сеанс связи), по частоте (для каждого объекта устанавливается своя полоса частот), смешанное — частотно-временное (например, для КП – частотное, а для объектов в рамках одного КП – временное) и адресное (каждому КП присваивается адрес, и все сообщения обязательно начинаются с кода адреса выбранного КП).

  К настоящему времени в соответствии с ГОСТ26.205.88 «Комплексы и устройства телемеханики: общие технические условия» телемеханические системы в зависимости от передаваемой телемеханической информации разделяются (см. приложение 4) на:

системы телеизмерения (ТИ) – системы, осуществляющие передачу информации о состоянии многопозиционного объекта или параметра, численный аналог которой принадлежит множеству вещественных чисел; системы телесигнализации (ТС) – системы, осуществляющие передачу информации о конечном числе возможных состояний объекта или контролируемого параметра, так что их элементные базы соответственно составляли: релейно-контактная техника, ламповые приборы и полупроводниковая схемотехника, можно назвать узкофункциональными, они характеризовались агрегированием в составе телемеханических систем (протоколов) в основном средств телеуправления и средств телесигнализации, образуя тем самым так называемые телемеханические системы типа (ТУ-ТС). Агрегирование телемеханических функций типа ТР–ТИ практически не использовалось, так как телерегулирование в большинстве случаем организовывалось за счет телеуправления и в основном реализовывалось в специальных модификациях телемеханических систем. В этой связи следующим этапом информационного агрегирования телемеханических функций стали телемеханические системы типа (ТУ-ТС-ТИ). Этот тип телемеханических систем следует относить к классу узкофункциональных, но с расширенными возможностями. Системы ТУ–ТС–ТИ являются наиболее распространённым типом телемеханических систем (протоколов) третьего поколения, они обеспечивают наиболее полное выполнение диспетчером функций дистанционного управления объектами и контроля за их состоянием при всем многообразии их технической реализации.

Качественно новый скачок в построении телемеханических систем произошел при переходе к поколению агрегатированных систем средств телемеханики (АССТ) (см.приложение 4), в которых помимо базового телемеханического пакета ТУ–ТС, ТР–ТИ, организована передача от ПУ к КП вызывной информацией типа ВТС (вызов телесигнализации), ВТИ (вызов телеизмерения), передача буквенно-символьной информации в форме ПСИ (производственно-статистическая информация) или АПД (аппаратура передачи данных). Элементную базу АССТ составили интегральная схемотехника и первое поколение микропроцессоров и микроконтроллеров. Для АССТ характерно разделение телеизмерения на два типа: ТИТ – телеизмерение текущих значений контролируемой величины и ТИИ – телеизмерение интегральных значений контролируемой величины. В связи со сказанным процесс дистанционного управления с помощью систем телерегулирования стал информационно обеспечиваться по обратному каналу связи в основном средствами ТИТ.

Агрегатная система средств телемеханики реализует передачу оперативно-технологической и производственно-статистической информации в системах диспетчерского управления и контроля, а также в автоматизированных системах управления территориально разобщёнными объектами предприятий различных отраслей народного хозяйства. Агрегатная система средств телемеханики входит в государственную систему промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП).

Информация об информационной емкости в сфере применения, способах обеспечения помехозащиты, топологии линии связи основных агрегативных систем средств телемеханики представлены в приложении 4.

В СССР были разработаны (1976) такие системы телемеханики, как, например, МКТ, «Стимул», ТМ-500, ТМ-511. ТМ-512 (для ТУ энергетическими установками на электростанциях и промышленных предприятиях, для управления энергосистемами и энергообъединениями); ТМ-100, ТМ-120-1, ТМ-600, ТМ-625 (для централизованного ТУ газо– и нефтепроводами, линиями электропередачи, различными объектами на нефтепромыслах и транспорте); ТМ–300, ТМ–310, ТМ–320 (для телемеханизации промышленных предприятий); ЭСТ-62, «Лиспа» (для телемеханизации оборудования систем электроснабжения железнодорожного транспорта (ЖДТ)); ЧДЦ, «Нива» (для диспетчерской службы на ЖДТ.) и др.