Телемеханика — это отрасль науки и техники, охватывающая тео­рию и технические средства контроля и управления объектами на расстоянии с применением специальных преобразований сигналов для эффективного использования каналов связи.

В зависимости от степени удаления объектов от пункта управле­ния применяются три способа управления: местный, дистанцион­ный и телемеханический.

1) В структурной схеме местного способа управления (рис. 10.1, а) приняты следующие сокращения: ПУ (пункт управления) КП (контролируемый пункт) — место нахж.Управл-х объек-в (УО), ЛС — линия связи, соединяющая ПУ и КП.

При местном способе на ПУ находятся органы управления и источник энергии для питания объектов. На рис. 10.1, б органами управления являются ключи S1 — S3, которые включают и выклю­чают электродвигатели Д1 —ДЗ (управляемые объекты). Линей­ная батарея Л Б для питания электродвигателей расположена на ПУ. Достоинствами местного способа являются его простота, отсут­ствие какой-либо дополнительной аппаратуры. Этот способ называ­ют еще прямопроводным управлением. Его отличает высокая на­дежность по передаче информации и высокая помехоустойчивость.

местный способ имеет два существенных недостатка невысокую дальность управления из-за потерь энергии в линии свя­зи и многоканальность(многопроводность). местный способ применяют на небольших расстояниях (десятки, сотни метров) при небольшом числе объектов (десятки объектов).

В железнодорожной автоматике местный способ управления применяют в системах электрической централизации (ЭЦ) с цент­ральным питанием.

2) Чтобы увеличить дальность управления, применяют дистанци­онный способ (рис. 10.2).

В этом случае на КП в линию связи вклю­чаются промежуточные линейные реле Л1 —ЛЗ, через контакты которых осуществляется управление двигателями. Центральный источник энергии {ЛБ) используется для питания промежуточных реле, а управляемые объекты (двигатели) имеют местное питание от местного источника энергии (МБ). Такой способ позволяет увели­чить дальность управления.Дистанционный способ принципиально отличается от местного тем, что в нем по линии связи передается информация о том, какой объект надо включить, а не энергия для включения этого объекта. Однако эта информация не является кодированной и поэтому многоканальность, как недостаток, сохраняется. Дистанционный спо­соб применяют на средних расстояниях (сотни метров, километры) при небольшом числе объектов (десятки объектов).

• Данный способ использован в системах электрической центра­лизации с местным питанием.

3)Чтобы исключить многоканальность как недостаток системы уп­равления необходимо закодировать передаваемую информацию (телемеханический способ управления) (рис. 10.4). Он применяется при больших расстояниях и большом числе УО. Основная цель теле­механического способа — сделать число каналов связи существен­но меньше числа УО. В большинстве случаев используется всего один канал связи. Дальность управления определяется только чув­ствительностью и мощностью приемно-передающих устройств и в принципе неограничена. Например, с помощью этого способа осу­ществляется передача информации при космических полетах.

Виды телемеханических систем

Телемеханическая система — совокупность устройств пунктов управления и контролируемых пунктов, периферийного оборудова­ния, необходимых линий и каналов связи, предназначенных для со­вместного выполнения телемеханических функций

Телемеханические системы делятся на дискретные и непрерыв­ные.

Телемеханические функции включают в себя телеуправление, телесигнализацию и телеизмерение. Система телеуправления (ТУ) (см. рис. 10.4) служит для управления положением или состоянием дискретных и непрерывных объектов.

Если управляемые объекты имеют два возможных состояния, то телеуправление, называют двухпозиционным, если объекты имеют более двух состояний, то — много позиционным. Телеуправление объектами с непрерывным множеством состояний называют телерегулированием (ТР).

Система телесигнализации (ТС) осуществляет получение инфор­мации о состоянии контролируемых и управляемых объектов. Она имеет структуру, аналогичную структуре системы ТУ (см. рис. 10.4). Отличие состоит в том, что в ней вместо органов управления исполь­зуют органы контроля (всевозможные датчики), а вместо управляе­мых объектов— индикаторы контроля (лампочки, светодиоды и т. п.). Дискретная телемеханическая система, выполняющая функ-ции телеуправления и телесигнализации одного и того же множества объектов, часто называется системой ТУ — ТС. К этому классу систем относится диспетчерская централизация (ДЦ), широко при­менимая для упранлемия' и контроля на расстоянии объектами железнодорожной автоматики.

Система телеизмерения(ТИ) осуществляет получение информа­ции о значениях измеряемых параметров контролируемых или уп­равляемых объектов. Например, системы ТИ измеряют на расстоя­нии напряжения, токи, температуру, давление, уровень воды и т.п.

Еще один вид классификации телемеханических систем связан с понятием 'телемеханической сети, как совокупности устройств теле­механики и объединяющих их каналов связи. Структура сети (см. рис. 10.4) является простейшей. Такую структуру называют соеди­нение пункт — пункт" (рис. 10.5, а).

25

10.3. Телемеханические сигналы

В телемеханических системах на расстояние передается инфор­мация (команды ТУ и ТС). Материальными носителями информа­ции являются некоторые физические процессы в канале связи — сигналы. В качестве сигналов выступают импульсы тока в линиях связи или радиосигналы. Импульсы тока несут информацию вследствие того, что обладают различными качествами (признака­ми). Наиболее широко используются амплитудные, временные, частотные, фазовые , полярные импульсные качества. Рассмотрим их свойства.

Импульсы постоянного (рис. 10.7, а) или переменного (рис. 10.7, б) тока различаются по амплитуде. На рис. 10.7, в приведен один из возможных вариантов построения линии связи (линейная цепь) для передачи импульсов с амплитудными качествами. Последние фор-

мируются на ПУ а результате изменения сопротивления R резисто­ра, включенного в ЛС, или изменения напряжения источника пита­ния GB. Прием импульсов на КП осуществляется амплитудными анализаторами,— линейными реле Л/ — ЛЗ с различной чувстви­тельностью. В данной системе передаются импульсы с тремя каче­ствами i1 i2 i3 Линейные реле выбирают так, что iпр1</i1, i1|< i _Пр2< i2, i2 <iпрЗ< i3- Тогда при передаче импульса с качеством i1 на КП притягивает якорь только реле Л1, при передаче импульса с качеством i2— реле Л1 и Л2, при передаче импульса с качеством i ₃ — реле Л1,Л2 и ЛЗ.

Недостатком амплитудного качества является слабая помехоза­щищенность.

Импульсы постоянного (рис. 10.8, а) или переменного (рис. 10.8, б) тока различаются длительностью. Их формируют специ­альные времязадающие схемы (ВЗС), а принимают временные анализаторы. В схеме (рис. 10.8, в) ВЗС включает и выключает реле-передатчик П, фронтовой контакт которого замыкает и раз­мыкает линейную цепь, передавая импульсы с двумя качествами t] и ^2 -— длинные и короткие импульсы. Как временные анализа­торы используются реле Л1 и ./72 с различным временем притяже­ния, причем ^npl<^i> ^1<^пр2<^2- Тогда при передаче импульса с качеством t\ на КП притягивает якорь только реле Л1, а с качест­вом ^2 — реле Л1 и Л2.

Недостатком временного качества также является слабая помехозащищенность.

Импульсы переменного тока (рис. 10.9, а) различаются своей частотой, а импульсы постоянного тока (рис. 10.9, б) — частотой следования. Частотные качества формируют частотные генерато­ры. У генераторов переменного тока частота легко изменяется воз­действием на параметры L и С колебательного контура (рис. 10.9, в). Частоты выделяются фильтрами (рис. 10.9, г). •

Достоинствами частотных качеств являются хорошая помехоза­щищенность.

Частотные качества применяют в систе­мах диспетчерской централизации ПЧДЦ, ЧДЦ, Нева, Луч. На рис. 10.9, д показано построение команды ТУ в системе ЧДЦ. Коман­да содержит 18 импульсов. Они передаются частотами 500, 600, 700 и 800 Гц.

Импульсы переменного тока различаются по фазе. На рис. 10.10, а и б показаны соответственно два случая, когда импуль­сы тока передаются со сдвигом по фазе на 180° и на 120°. Последний случай использован в системе диспетчерской централизации "Луч". Фазовые качества формируются с помощью фазосдвигаю-щих схем, а принимаются — фазочувствительными схемами.

Достоинством фазовых качеств является хорошая помехозащищен­ность.

Импульсы постоянного тока различаются полярностью. приведен пример передачи импульсов с полярными качествами: Они формируются на ПУ в результате пе­реключения полюсов линейной батареи Л Б контактами реле плю­сового ПП и минусового МП передатчиков. При включении реле ПП "плюс" батареи через его фронтовой контакт подключается к верх­нему проводу линии связи, а "минус" батареи подключается к ниж­нему проводу через тыловой контакт реле АШ. При включении реле МП полярность подключения полюсов батареи изменяется. Поляр­ность импульсов тока на КП фиксируется плюсовым ПЛ и минусо­вым МЛ линейными реле, которые являются поляризованными с преобладанием.

Полярные качества обладают хорошей помехозащищенностью, просто формируются и принимаются, но имеют ограниченное чис­ло качеств (два). Их применяют в системах диспетчерской центра­лизации ПЧДЦ и станционной кодовой централизации СКЦ.

26,27,29,30,31

10.4. Виды селекции

При телемеханическом управлении и контроле основной являет­ся задача выбора объекта управления. Селекция — это метод выбо­ра объекта из всего множества объектов, подлежащих управлению. Виды селекции различаются видом сигнала и видом разделения сигналов.

Сигналы подразделяют на одноэлементные и многоэлементные. В одноэлементном сигнале сообщение несет один импульс тока, в многоэлементном сигнале — все импульсы тока. Для того, чтобы определить сообщение, которое несет, например трехэлементный сигнал (осуществить декодирование), необходимо знать качество каждого из трех импульсов. Выделяют также линейное и временное разделение сигналов. При линейном разделении (1a) им­пульсы тока передаются одновременно каждый по своему каналу (физический провод, частотный канал и др.). При временном разде­лении (1b) импульсы тока передаются последовательно во времени каждый по своему временному каналу.

Сочетания указанных двух признаков дают четыре вида селекции.

Разделительная селекция — линейное разделение одноэлемент­ных сигналов. В схеме (2а) для передачи сообщений исполь­зуются полярные качества импульсов постоянного тока, которые фор­мируются ключами S1 — S3 и воспринимаются комбинированными реле Л1 —Л2. При приеме импульса положительной полярности кон­такт реле Л занимает левое положение (2b-нет).

1а,б

2а

Виды селекции характеризуются информационной емкостью N и временем передачи сообщения (быстродействием) Т. Свойства селекции тем лучше, чем больше N и меньше Т. Для разделительной селекции N=kn, T=t_np, где k — число качеств импульсов тока, п — число прямых проводов, t_np —.время притяжения линейного реле Л. В данном случае N=2-3—6.

Достоинствами разделительной селекции являются минималь­ное время передачи сообщений и возможность независимой и одно­временной передачи приказов различным объектам, а недостатка­ми — небольшая емкость и многопроводность (многоканальность). Предположим, надо передать N=100 сообщений. Тогда, если k=2, то n=50. Чтобы увеличить емкость системы применяется многоэле­ментный сигнал.

Качественно-комбинационная селекция — линейное разделе­ние многоэлементных сигналов. В этом случае схема включения линейных реле (2а) не изменяется, а изменяется схема включения У О. Притом же положении ключей(3а) включается объект 6 (3б-нет). Таким образом, коман­дное значение определяется качеством трех импульсов тока, каж­дый из которых передается по отдельному проводу.

Применение многоэлементного сигнал а увеличивает емкость си­стемы: N = kⁿ, T=t_np. В данном случае, N=2³-=8. Если N=100 и k=2, то п=7 (вместо 50).

3а

Недостатком качественно комбинационной селекции язляется многопроводность. Этот недостаток вообще присущ линейному раз­делению сигналов (1 а). Чтобы его исключить надо применить временное разделение (1 б). При этом число каналов связи уменьшается в п раз (требуется всего один канал связи), но и в п раз увеличивается время передачи сообщения.

29

Распределительная селекция — временное разделение одноэлементных сигналов. Чтобы осуществить временное разделение на ПУ и КП устанавливаются специальные устройства — распределители Р (4а). Они состоят из системы неподвижных контактов / — 3 и подвижного контакта ПК, который перемещается по непод­вижным. Аппаратурное исполнение распределителей разнообраз­но: на реле, транзисторах, магнитных элементах и др.

Распределители должны работать синхронно и синфазно. Синх­ронность предполагает одинаковое время прохождения распреде­лителей по всем позициям (время оборота). Синфазность — это по­ложение распределителей на одной и той же позиции.

4а

Достоинством распределительной селекции по сравнению с рас­смотренными ранее является малопроводность, а недостатками — увеличение времени передачи сообщений, усложнение аппаратуры из-за наличия распределителей, а также небольшая емкость.Чтобы увеличить емкость, применяют многоэлементный сигнал.

Кодовая селекция—временное разделение многоэлементных сигналов. При кодовой селекции схема включения линейных реле совпадает со схемой распределительной селекции (4а), а схема включения УО— со схемой качественно-комбинационной селекции (3а). За время одного цикла работы распре­делителей в кодовой селекции передается приказ на включение только одного объекта (4в-нет). Таким образом, командное значение определяется качеством всех трех импульсов, каждый из которых передается по отдельному временному каналу.

Для кодовой селекции N = kⁿ; T=t_Cpn. В данном случае п=2 в 3 =8. Если N=100 и k=2, то п=7.

Кодовая селекция имеет наибольшую емкость при наименьшем числе каналов связи. Поэтому это лучший вид селекции, который наиболее часто используется.

Иногда в системах телемеханики одновременно используют ко­довую и распределительную селекции.

30 +кодовая

Кодово-распределительная, селекция применяется, если управляемые объекты расположены отдельными группами на большом расстоянии друг от друга. Так расположены объекты (стрелки и светофоры) промежуточных стан­ций на железнодорожном участке (рис. 10.16). Поэтому кодово-рас­пределительная селекция используется в системах диспетчерской централизации.

Достоинством кодово-распределительной селекции является возможность с помощью одной команды ТУ передать приказы не­скольким объектам водной группе. Это необходимо, например, при установке, маршрута на станции.

32