Телеизмерительные системы

Общие замечания

Системой телеизмерения называется совокуп­ность устройств на приемной и передающей сторонах и канала связи для автома­тического измерения одного или ряда парамет­ров на расстоянии. Структурная схема представлена на рис. 5.27.

Рис. 5.27. Структурная схема телеизмерительной системы: ПП – первичные преобразователи, ООИ – блок обработки и отображения информации, КП – контрольные пункты, ПКС – преобразователи кодов и сигналов, КС – канал связи

Особенности построения

Можно указать следующие основные способы построения:

1. По виду модуляции: интенсивные(тока, напряжения) время-импульсные (ВИМ и ШИМ), частотные (ЧИМ и ЧМ), кодоимпульсные (двоичные и недвоичные), цифровые и КИС и адаптивные.

2. По виду телеизмеряемого параметра – аналоговые и цифровые.

3. По числу каналов связи: одноканальные и многоканальные.

4. По характеристики каналов связи: проводные и радиоканальные.

5. По виду телеизмерений: непрерывные по вызову и по выбору.

При этом могут производиться телеизмерения:

текущих, статистических и интегральных зна­чений параметров.

Виды каналов: совмещение КС и ЛС; симп­лексные КС; дуплексные каналы связи (ДС) (рис. 5.28).

Рис. 5.28. Различные схемы связи приемного и передающего устройства

Установлены следующие классы точности устройств телеизмерений: 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0.

Сравнительная оценка систем телеизмерений ведется по:

- реально достижимой минимальной погрешнос­ти;

- помехоустойчивости;

- надежности системы;

- возможности работы с различными каналами связи;

- стоимости;

- возможности унификации и массового произ­водства унифицированных устройств.

Лучшие – кодоимпульсные системы телеиз­мерений.

Как указывалось выше, система телеизмерения предназначается для передачи на рас­стояние оперативно-технологической и произ­водственно-статистической информации в дис­петчерских системах контроля и управления и в автоматизированныхсистемах управления (АСУ) различных отраслей народного хозяйства с тер­риториально разобщенными объектами.

Система состоит из набора типовых функциональных узлов и блоков, выполненных в основном на интегральных микросхемах и построенных на их базе комплексов телемеханических устройств. Эти комплексы выполняют функции передачи и приема информации, а также прос­тейшей ее обработки на пункте управления (ПУ) и контролируемом пункте (КП).

На контролируемыхпунктах источниками ин­формации является разнообразные датчики изме­ряемых параметров, датчики состояния объектов, машинные и магнитные носители информации (на перфоленте, перфокартах и т.п.), устройства ручного вво­да информации, сама аппаратура КП и ЭВМ.

На пункте управления источниками информа­ции может быть пульт с ключами и другими элементами управления двухпозиционными и многопозиционнымиобъектами, задатчики уставок автоматических регуляторов, машинные носители, ЭВМ и дисплеи.

Приемниками информации на ПУ являются раз­личные приборы на щите и пульте диспетчера или оператора, ЭВМ, дисплей и машинные носители информации.

В системе приняты:

- система приоритетов для различных видов информации с соответствующим разделением во времени при ее передаче;

- система приоритетов для различных КП с соответствующим во времени их обслуживанием;

- адресно-групповой метод передачи информа­ции, обладающий широкими возможностями выби­рать и изменять различное число КП, объемы и виды прерываемое информации;

- спорадические методы передачи дискретной и непрерывной информации;

- обработка информации осуществляется как устройствами для обработки, входящими в от­дельные ветви ГСП, так и ЭВМ;

- устройства построены с учетом специфичес­ких особенностей используемых каналов связи (КС).

В системе также приняты:

- унификация сопряжений;

- унификация конструктивной базы;

- агрегатирование технических средств.

Перечисленные принципы построения системы позволяют:

- сопрягать блоки и устройства системы с устройствами других ветвей ГСП;

- разрабатывать различные устройства телеме­ханики из ограниченного набора функциональных блоков;

- увеличить серийность производства и сокра­тить стоимость аппаратуры путем централизо­ванного производства функциональных блоков с типовыми конструктивами;

- сократить объем и сроки разработки, проектирования и упростить эксплуатацию устройств телемеханики.

Все функциональные блоки системы делятся на следующие группы: источники информации; приемники информации; приемники – источники; централи-блоки режима работы, выполняющие функции управления и координации, позволяю­щие приемникам и источникам работать асинх­ронно.

Функциональные блоки подразделяются также на инициативные и неинициативные. Инициатив­ные блоки-источники формируют сигнал запроса связи и содержат узлы наличия информации. Блоки-источники могут работать в неинициатив­ном режиме – по команде, поступающей на вход блока. К инициативным блокам относятся также блоки-приемники, формирующие сигнал запроса связи, например, при обнаружении искажений в принятой информации.

Все функциональные блоки разделяются по выполняемым функциям на следующие группы бло­ков, размещаемых на КП и ПУ (рис. 5.19):

- первичные преобразователи (ПП);

- преобразователи кодов и сигналов (ПКС) для передачи и приема информации;

- блоки управления передачей и приемом от­дельных видовинформации (УПП);

- блоки обработки и отображения информации (ООИ);

- блоки режима работы, определяющие алгоритм устройства (Ц – централи);

- все блоки, объединенные на ПЭВМ.

К преобразователям кодов и сигналов отно­сятся блоки модуляторы-демодуляторы для пере­дачи и приема сигналов при работе по каналу связи, узлы тактовой синхронизации, блоки повышения достоверности, преобразователи последовательного кода в параллельный, устройст­ва памяти.

Блоки управления передачей и приемом ин­формации включают в себя управление информа­цией ТУ, ТС, ТИИ, ТИТ, ПСИ (производственно-статистическая) и КК (кодовые команды). К блокам также относятся устройства сопряжения с ЭВМ.

К блокам обработкии отображения информа­ции относятся: преобразователи кодов, напри­мер, в двоичный и двоично-десятичный, цифро-аналоговые преобразователи,блоки масштабиро­вания, сравнения кодов, цифровой индикации, управления цифровой регистрацией,управленияфотосчитыванием; управления перфоратором, воспроизведения сигналов состояния объектов длямимического и светового табло, ИВК и ПЭВМ.

Блок режима работы (централь, ПЭВМ) координирует работу всех блоков, объединенных в устройство, реализует выбранную систему приоритетов, устанавливает связь между блоками по заданной программе, контролирует заданную дисциплину передачи информации по каналусвязи, форми­рует сигналы общей неисправности устройства и тактирующие сигналы длявсех блоков.

В систему также входят ряд вспомогательных узлов, таких, как генераторы тактовых импуль­сов, распределители импульсов, усилители для выхода на реле и лампы накаливания и т.д. Предусмотрено и возможное расширение блоков агрегатной системы. Генераторы тактовых импульсов рассчита­ны на фиксированные скорости передачи инфор­мации по каналу связи 50, 100, 200, 300, 600 и 1200 бит/с.

Как было показано выше, лучшими считаются кодо-импульсные телеизмерительные системы, поэтому ограничимся рассмотрением только этих систем.

В многоканальных кодо-импульсных устройствах многие функциональные узлы одноканальных устройств телеизмерений. В отличие от одноканальных в них добавляются синхронно и синфазно работающие ком­мутаторы, в передающем и приемном устройствах. В них применяется временное циклическое разделение каналов телеизмерений. Обобщенные структурные схемы передаю­щего и приемного устройств такой многоканальной цикли­ческой системы телеизмерений с временным разделением каналов приведены соответственно на рис. 5.29 и 5.30.
В передающем устройстве (рис. 5.29) добавляется комму­татор и соответственно усложняется алгоритм управля­ющего узла УУ, который управляет и работой коммутато­ра. Последний поочередно подключает первичные преобразователи.

Рис. 5.29. Структурная схема передающего устройства многоканальной импульсной циклической системы

В приемном устройстве на рис. 5.30, если на выходах включены аналоговые выходные приборы ВП, функционирование узлов, в основном стандартное. Исключение составляет управляющий узел УУ, для ко­торого усложняется алгоритм. Коммутатор Км поочередно подключает ЦАП к выходным аналоговым приборам син­хронно и синфазно с работой коммутатора Км на передаю­щей стороне с постоянной частотой циклов и тактов. Многоканальные циклические телеизмерительные систе­мы с временным разделением каналов применялись в радиотелеметрии и промышленной телемеханике. Одинако­вые с одноканальными и сравнительно сложные преобразо­ватели в передающем и приемном устройствах здесь ис­пользовались поочередно для всех N каналов, что резко снижало стоимость аппаратуры на один канал телеизмере­ний.

Рис. 5.30. Структурная схема приемного устройства многоканальной импульсной циклической системы

Использовались и другие структурные схемы приемного устройства с цифровым отображением информации и не­сколько отличным включением коммутатора. Однако все эти схемы не позволяли повысить эффективность передачи, т. е. сократить полосу частот, занимаемую в канале связи, путем уменьшения избыточности передаваемых сообщений ТИ.

Только переход на кодовое разделение каналов (адрес­ные передачи) позволил значительно повысить эффективность передачи, т. е. резко сократить полосу частот в канале связи, которая является наиболее дефицитной и дорогостоящей. Упрощенная структурная схема передающего устройст­ва многоканальной кодо-импульсной системы с временным кодовым разделением каналов телеизмерений приведена на рис. 5.31.

Рис. 5.31. Упрощенная структурная схема передающего устройства многоканальной кодо-импульсной системы ТИ с временным кодовым разделением каналов

В ней в отличие от схемы на рис. 5.29 применяются разностно-дискретная модуляция (РДМ) и ∆-демодуляция или первичные преобразователи имеют память и, например, не выдают сигнал на свои выходы, если измеряемая вели­чина не изменилась больше чем на заданное значение, т.е., если нет информации (новой). В отличие от схемы на рис. 5.29 электронный коммутатор Км имеет не стабиль­ную скорость переключения, а переменную, резко возра­стающую при отсутствии передаваемой информации.

Рассмотрим работу схемы на рис. 5.31. Каналы телеизмерений опрашиваются коммутатором Км поочередно. Ес­ли при опросе i-ro канала есть сигнал с i-го первичного преобразователя, то узел формирователя адреса ФА пере­дает кодовую комбинацию адреса i-го канала, а аналого-цифровой преобразователь выдает кодовую комбинацию значения измеряемой величины i-ro канала (текст i-го ка­нала). Параллельно-последовательный преобразователь Пр—Пс выдает кодовую комбинацию текста в последова­тельном коде, а формирователь кодовых сигналов ФКС сначала передает на модулятор М кодовую комбинацию адреса, а затем – кодовую комбинацию текста (рис. 5.30) и вырабатывает дополнительные импульсы, соответствую­щие контрольным разрядам принятого помехоустойчивого кода. Модулятор М согласует по частоте сигнал с каналом связи. После окончания передачи текста i-го канала коммутатор Км подключает (i+1)-й канал телеизмерений и, если этот канал имеет информацию (новую), процесс фор­мирования кодовых сигналов осуществляется аналогично, при этом передаются адрес и текст (i+ 1)-го канала. Если выходной сигнал (i+1)-го первичного преобразователя от­сутствует, то узел выявления информации ВИ вырабатыва­ет и передает на вход управляющего узла УУ сигнал о более быстром переключении электронного коммутатора Км на последующий (i+2)-й канал и т. д. Адрес и текст с но­вой информацией вырабатывается соответственно в кодо­вой форме узлами ФА и АЦП. Как следует из рис. 5.31 последовательность действий узлов, задаваемая управляющим узлом УУ, здесь усложняется по сравнению со схемой на рис.5.29. Значительно усложняется функционирование и возрастает быстродействие электронного коммутатора.

Рис. 5.32. Последовательность кодовых сигналов в канале связи

Рис. 5.33. Упрощенная структурная схема приемного устройства кодо-импульсной системы ТИ с временным кодовым разделением сигналов

ЛУ – линейный усилитель; ВТИ – выделитель тактовых импульсов; ГТИ – генератор тактовых импульсов; УУ – управляющее устройство; УЗК – узел защиты кодов; ДКА₁ – ДКА_N – декодирующие узлы адреса; Пс–Пр – преобразователь последовательного кода в параллельный; ПК₁-ПК_N – преобразователь кодов; ЦИ – цифровой индикатор

Упрощенная структурная схема приемного устройства многоканальной кодо-импульсной системы с временным ко­довым разделением каналов приведена на рис.5.33 Линейный узел ЛУ демодулирует сигнал, приходящий из ка­нала связи, и осуществляет поэлементный прием импульсов.

Узел защиты кодов УЗК пропускает на свой выход разре­шенные кодовые комбинации и не пропускает запрещенные кодовые комбинации применяемого помехоустойчивого ко­да. Разрешенные кодовые комбинации импульсов, состоя­щие из адресов и текстов (рис. 5.32) в виде последовательного кода, подаются, например, одновременно на все декодирующие узлы адреса ДКА₁ – ДКА_N (рис. 5.33). Уз­лы ДКА₁—ДКА_N пропускают на выход текст, если кодо­вая комбинация передаваемого адреса соответствует ком­бинации, присвоенной данному узлу ДКА.

Таким образом, для кодового разделения кана­лов характерно применение в передающем устройстве ком­мутатора, частота переключения которого зависит от на­личия передаваемой информации в каналах. Разделение каналов в приемном устройстве осуществляется декодиру­ющим узлом адресов с канальными выходами, осуществля­ющими распределение канальных текстов с помощью логи­ческих элементов И. Переход к кодовому разделению каналов в промышленной телемеханике позволяет сократить полосу частот канала связи по меньшей мере в несколько раз.