Методы избирания объектов телемеханики

Разделение элементов сигнала при передаче

Лекция № 9 ПРИНЦИПЫ (МЕТОДЫ) ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ ТЕЛЕМЕХАННИКИ ТС –ТУ

Блоки разделения элементов сигнала РЭС в структурной схеме телемеханники (рис. 1.3) осуществляют отделение элементов кодовой комбинации для их независимой друг от друга передачи по линии связи. При этом элементы сигнала сохраняют свои параметры и не оказывают друг на друга искажающего влияния.

 

Основными методами разделения каналов элементов сигналов являются:

-электрический (схемный), при котором каждый элемент кодовой комбинации передается по своей паре проводов;

- частотный, заключающийся в том, что каждый элемент передается на своей частоте, отличной от всех других;

-временной, основанный на поочередной передаче элементов сигнала в течение определенного периода времени.

Электрическое разделениеэлементов сигнала рассмотрим на примере схем рис. 9.1. Приказ ТУ набирается диспетчерами путем нажатия кнопки SВ1—SВN на пульте управления.

Каждой команде соответствует своя комбинация включенных кнопок. Через замкнутые контакты кнопок ток протекает по проводам линии связи на контролируемый пункт, где находятся реле К1— КN, срабатывающие при протекании по их обмоткам тока. Срабатывают те реле, цепи которых замкнуты контактами кнопок. Через контакты сработавших реле замыкается цепь определенного объекта, которому соответствует комбинация включенных кнопок. В схеме рис. 9.1, а каждый элемент кодовой комбинации передается по своей паре проводов, а в схеме рис. 9.1, б — по одному проводу, а второй (обратный) провод является общим для всех элементов. Это дает экономию проводов, но такая схема связывает гальванически все цепи между собой, снижая надежность.

При электрическом разделении требуется большое число проводов, передача информации на большое расстояние оказывается технически и экономически нерацио-

 

Рис. 9.1. Электрическое разделение элементов сигнала

 

 

 

нальной. Поэтому такое разделение применяют только в тех случаях, когда передача осуществляется на небольшое расстояние, например, от одного узла устройства к другому или в системах дистанционного управления, когда дальность передачи не превышает нескольких сотен метров.

 

Рис. 9.2. Частотное

разделение элементов

Частотное разделение поясняется схемой на рис. 9.2. Сигнал в виде кодовой комбинации, состоящей из элементов, подается на передающее устройство, которое упрощенно представлено генераторами GF1— GFN. Каждый генератор работает на своей частоте f1 –fn.

Запускаются только те генераторы, на которые в соответствии с кодо-вой комбинацией подается питание. Элементы сигнала в виде токов определенных частот передаются по линии связи на приемное устройство, где установлены частотные полосовые фильтры ZF1— ZFN.

Каждый фильтр пропускает только ток определенной частоты. На выходе приемного устройства появляется кодовая комбинация/ Состоящая из тех же элементов, что и на входе передающего устройства.

Для передачи информации необходимо иметь столько частотных каналов (генераторов в передающем устройстве, фильтров в приемном устройстве), сколько имеется элементов сигнала (кодовой комбинации).

Достоинством частотного разделения является:

- использование для передачи информации одной двухпроводной линии связи в отличие от электрического разделения

- одновременная передача всех элементов сигнала, как и при электрическом разделении.

Недостатком частотного разделения можно считать необходимость использования для образования частотных каналов дорогой передающей и приемной аппаратуры.

 

 

Временное разделение элементов сигнала получило широкое применение в системах телемеханики для передачи информации.

При временном способе разделения каждому передаваемому элементу поочередно предоставляется линия связи на время, необходимое для его прохождения. В линии связи элемент существует независимо от других в течение отведенного для него времени и может быть выделен на приемной стороне.

Последовательную передачу элементов осуществляют с помощью преобразователей параллельного кода в последовательный на передающей стороне, а обратное преобразование на приемной. В качестве преобразователей кода наиболее часто используют распределители импульсов.

 

Рис.9.3. Временное разделение элементов сигнала:

а — схема системы телемеханики; б — диаграмма передачи сигналов

 

 

На рис. 9.3, а представлена схема, поясняющая принцип временного разделения ■ помощью распределителей RG и RG1. При работе они должны переключаться синхронно, т.е. одновременно с одинаковой частотой и синфазно, т.е. в каждый момент времени они должны находиться в одноименных позициях.

Так, когда распределители находятся на позиции 1, то передается первый элемент кодовой комбинации, на позиции 2 — второй элемент и т.д. Приемный распределитель находится в той же позиции, что и передающий, поэтому элемент сигнала X1 в позиции 1 распределителей появится на первом выходе RG1, элемент х2 в позиции 2 — на втором выходе и т.д.

На рис. 9,3б показан процесс передачи четырехэлементной комбинации двоичного кода 1101 с помощью временной диаграммы. Распределители для этой передачи должны иметь не менее четырех позиций. Значению сигнала 1 будет соответствовать импульс, а значению 0 — отсутствие импульса в соответствующей позиции распределителя. На входы x1, x2, … и х₄ распределителя RG подаются сигналы 1, а на вход х₃ — сигнал 0. В позиции 1 распределителей по линии связи будет передан импульс, в позиции 2 — импульс, в позиции 3 — пауза (отсутствие импульса), в позиции 4 — импульс. Элементы кода поочередно поступают на распределитель RG1 и на выходах х_1, x2, x₃ и х4появляются сигналы 1, 1, 0 и 1. Таким образом, обеспечивается независимая передача каждого из элементов кодовой комбинации 1101.

Достоинством временного разделения является использование для передачи информации одной двухпроводной линии связи как и при частотном разделении, но аппаратура каналов связи при временном разделении значительно проще и дешевле. Недостатком временного разделения является значительная длительность цикла пере­дачи Г_ц информации, которая зависит от количества и продолжительности временных интервалов дельта t.

где п — количество временных интервалов (элементов сигнала).

Таким образом, чем больше элементов содержится в кодовой комбинации, тем больше время передачи. Снизить время передачи можно за счет повышения быстродействия системы при переключении распределителей.

 

При передаче информации в системе телемеханического управления конечной целью является объект, на который она передается. Метод избирания (выбора) объекта в значительной мере влияет на принципы выполнения приемо-передающей аппаратуры. Различают три основных метода: прямой, групповой (адресный) и кодового избирания.

Прямое избираниехарактеризуется тем, что сообщение передается одним элементом импульсной серии (импульсом или паузой определенного качества).

На рис. 9.4 представлена структурная схема частотной системы телеуправления с прямым изображением. По каждому частотному каналу может передаваться одно сооб­щение. Всего система имеет n частотных каналов. На передающей стороне установлено N частотных генераторов GF, которые запускаются при нажатии кнопок SB. Нажатие каждой кнопки соответствует определенному сообщению (приказу). Например, нажа­тие кнопки SB1 соответствует передаче приказа «Включить первый объект», при этом

 

Рис.9.4 Структурная схема частотной системы ТУ с прямым избиранием

 

 

 

запускается частотный генератор GF1, вырабатывающий гармонические колебания частотой, которые проходят через полосовой фильтр ZF1 и передаются по линии связи ЛС на контролируемый пункт.

Частотный импульс пропускается фильтром ZF1 приемного устройства, с помо­щью выпрямителя UZ1 преобразуется в импульс постоянного тока и поступает на реле К.1. Оно срабатывает и включает первый объект. Фильтр ZF1, установленный в переда­ющем устройстве, необходим для того, чтобы исключить попадание в ЛС гармоник, возникающих при модуляции и лежащих вне полосы частот первого канала.

Для передачи приказа «Отключить первый объект» необходимо нажать кнопку SB2 и запустить генератор GF2. Импульс частотой /₂ пройдет по второму частотному каналу и в конечном итоге поступит на реле К2, которое отключит первый объект.

Аналогичным образом можно осуществлять включение и отключение других объек­тов. Общее количество сообщений (команд), которые можно передать, пользуясь данной системой, соответствует числу частотных каналов N. За одну передачу можно передать все необходимые сообщения, предварительно набрав их нажатием определенных кнопок.

 

Прямое избирание можно осуществить, используя систему с временным разделени­ем элементов сигнала (рис. 6.11, а). В этой системе в передающем и приемном устройстве используются синхронно работающие распределители RG и RG1.

 

Набор сообщений так же производится нажатием кнопок SB1—SBN. Когда распределители передающего ДП и приемного КП устройств находятся на первой позиции -

 

 

SBliP ДП

-I—I—I—I—I-

 

 

Рис. 6.11. Временная система ТУ с прямым избиранием: а — структурная схема системы;

 

,

 

6 —Структура сигналов в линии связи

 

 

идет передача первого сообщения при нажатой кнопке SB1, которая поступает на реле К1, замыкающего своим контактом исполнительную цепь. При переходе распределителей во вторую позицию может быть пе­редано второе сообщение (рис. 6.11, б). За цикл переключений распределителей с позиции 1 до позиции N можно поочередно передать все необходимые сообщения. Можно несколько видоизменить систему, посылая на каждой позиции распределителя импульсы с разными качествами, каждому из которых будет соответствовать определенное сообщение. В этом случае номер импульса можно отождествить с номером объекта, а качеству придать значе­ние операций («Включить—отключить»). Часто используют два качества длительности им­пульса: например, короткий и длинный импульс (рис. 6.11, б— случай II).

Важным свойством системы телемеханики с прямым избиранием является пере­дача каждого сообщения по независимому частотному или временному каналу связи при общей физической линии связи. Таким образом, системы с прямым избиранием являются многоканальными.

При прямом избирании за один цикл передачи можно передать одно, два или все возможные сообщения. Это свойство системы называется циркулярностью. Исключе­нием являются системы с временным разделением каналов, когда по одному каналу передается два и более сообщений с использованием двух и более качеств импульса, каждое из которых соответствует отдельному сообщению (рис. 6.11, б). В таких системах циркулярность соблюдается только в пределах числа сообщений, равного числу каналов. Сообщения передаются одним импульсом, поэтому время его передачи при час­тотном разделении определяется длительностью импульса и является минимально воз­можным. В системе с временным разделением даже при передаче одного сообщения распределитель должен сделать полный цикл переключений и опросить все позиции. Поэтому здесь можно говорить только о минимальном времени, затрачиваемом при циркулярной передаче на одну команду.

Групповой (адресный) метод избираниязаключается в выборе объекта в несколько приемов. Все сообщения разбиваются на группы. Наиболее часто в системах телеуправления сообщения делят на группы по виду выполняемых операций «Включить—отключить» (рис. 6.12). На контролируемом пункте при приеме команды «Включить» замыкается контакт реле К_вкл, а команды «Отключить» — К_откл. При этом на шину включения или отключения поступает напряжение Е_п от шины питания. После выбора номера объекта замыкаются контакты реле К1, К2, КЗ или К4, причем один контакт от шины включения, другой — отключения. Питание подается в одну из выходных цепей 1—8 через два замыкающих контакта. Такое избирание называется одноступенчатым.

При многоступенчатом групповом избирании сообщения делят на группы, группы — на подгруппы и т.д. Разделение осуществляется с целью уменьшения числа элементов сиг­нала. Например, для передачи восьми сообщений при прямом избирании требуется сигнал,

Рис. 6.12. Групповое избирание объектов

 

 

содержащий восемь элементов, и соот­ветственно нужно восемь частотных или временных каналов связи. При групповом избирании для передачи тех же вось­ми сообщений, разбитых на две груп­пы (рис. 6.12) требуется сигнал, содер­жащий шесть элементов (два для выбо­ра группы, четыре для выбора объекта), и соответственно — шесть каналов связи. Наглядность экономии элементов сигнала и каналов связи возрастает при увеличении числа объектов управления. Допустим, требуется управлять десятью

масляными включателями на тяговой подстанции. На каждый выключатель может быть передана команда «Включить» или «Отключить». Всего требуется передавать двадцать команд, которые можно разбить на две группы по десять команд.

Для передачи двадцати команд в системе с прямым избиранием потребуется двад­цать импульсов, двадцать каналов связи и двадцать выходных реле на КП. При исполь­зовании системы с одноступенчатым групповым избиранием необходимо иметь десять импульсов для выбора объекта и два импульса для выбора операции, т.е. требуется двенадцать импульсов, каналов и выходных реле.

Применяют и многоступенчатое избирание. В системах телеуправления электри­фицированных железных дорог все командные сообщения в пределах диспетчерского круга делятся между контролируемыми пунктами (первая ступень), внутри пункта — на группы. Так, например, в системе «Лисна-В» имеется четыре группы, в системе «Лисна-Ч» — пять групп. В каждой группе команды разбиваются по виду операции, а затем по объектам управления. При этом импульсная комбинация содержит элементы выбора КП, операции, объекта и группы. Так, в указанных выше системах выбор опе­рации, объекта и группы осуществляется прямым избиранием, а КП — кодовым.

Кодовое избираниехарактеризуется тем, что каждое сообщение передается опре­деленной кодовой комбинацией. Может быть использован любой код, чаще предпочте­ние отдается двоичному коду на одно сочетание.

На рис. 6.13, а приведена структурная схема кодовой системы телеуправления с частотным разделением элементов сигнала. В передающем устройстве команда набира­ется одной кнопкой из общего числа N. После нажатия кнопки SB команда подается на

шифратор, где происходит преобразование кода на одно сочетание с\, (нажата одна

Линия связи

 

кнопка из множества ЛО в код, с помощью которого команда на линии связи переда­ется на приемное устройство. Каждый элемент кода передается по своему частотному каналу. Генераторы гармонических колебаний GFl—GFiVзапускаются в соответствии с кодовой комбинацией, и частотные импульсы работающих генераторов проходят через частотные фильтры ZF1—ZFiVB линию связи.

 

 

Рис. 6.13. Кодовая си­стема ТУ с частот­ным разделением: а — структурная схе­ма системы; б — структура сигналов в линии связи

 

На приемном устройстве каждый частотный импульс кодовой серии проходит через свой фильтр, поступает на преобра­зователь UZ, который преобразует его в импульс постоянного тока. Комбинация им­пульсов постоянного тока, аналогичная той, которая была на выходе шифратора, по­ступает на дешифратор, где расшифровывается, при этом на одном из его выходов, соответствующем номеру нажатой кнопки, появляется сигнал 1, который и поступает на соответствующее выходное реле К.

На рис. 6.13, б представлен процесс преобразования сообщения при передаче его с передающего устройства на приемное. Например, для включения первого объекта необходимо нажать кнопку SB1. При этом на выходе шифратора появится кодовая ком­бинация 11000, т.е. на выходах 1 и 2 будут импульсы постоянного тока, на выходах 3, 4, 5 импульсы будут отсутствовать. Генераторы GF1 и GF2 при поступлении на их входы сигнала 1 запускаются и работают с частотами: GF1—fy, GF2—fa-

При нажатии другой кнопки будет передаваться другая кодовая комбинация, со­ответствующая другому сообщению. В каждой кодовой комбинации содержится два сиг­нала 1 и три — 0, т.е. используется двоичный код на одно сочетание с\. С помощью 5-4 этого кода можно передать десять сообщений (С₅ ⁼т^г ⁼ Ю) •

Кодовое избирание широко используется в системах с временным разделением элементов сигнала (рис. 6.14). В такой системе кодовая комбинация параллельного кода на выходе шифратора с помощью преобразователя, на который она поступает, преоб­разуется в соответствующую комбинацию последовательного кода. Все ее элементы поступают в линию связи поочередно во времени. На КП с помощью преобразователя происходит обратное преобразование последовательного кода в параллельный. Комби­нация параллельного кода поступает на дешифратор, на одном из выходов которого Xj—Хдг появляется передаваемая команда.

В кодовых системах за один цикл передачи можно передать только одну команду (сообщение), так как при одновременной передаче, например, двух кодовых комбина­ций элементы одной невозможно отделить в приемном устройстве от элементов другой кодовой комбинации. Таким образом, кодовые системы не обладают свойствами цир-кулярности, а значит все сообщения в случае необходимости передаются поочередно. Полное время передачи всех сообщений в кодовых системах всегда больше, чем в сис­темах с прямым избиранием.

Рис. 6.14. Структурная схема кодовой системы ТУ с временным разделением

В частотных системах с прямым избиранием все команды можно передать одно­временно по своему частотному каналу. Полное время

 

передачи всех команд равно времени передачи одной команды. В частотных кодовых системах одновременно пере­даются все элементы одной команды, а сами команды передаются поочередно, полное время их передачи равняется суммарному времени передачи всех команд.

Время, затрачиваемое на передачу одного сообщения, в кодовых системах с вре­менным разделением (кодово-распределительных) может быть существенно меньше, чем в системах с временным разделением и прямым избиранием, так как число пози­ций распределителей может существенно отличаться.

На электрифицированных железных дорогах применяют системы телемеханики преимущественно с временным разделением элементов сигнала, так как в системах с частотным разделением используется сравнительно большое число достаточно слож­ных и дорогих элементов — генераторов, фильтров и др. Частотные системы телемеха­ники применяют только в тех случаях, когда число объектов на одном КП невелико (от одного до трех), например, в системах, предназначенных для телемеханизации рассре­доточенных объектов. Если число объектов на КП превышает три, то более эффектив­ны системы с временным разделением, так как стоимость распределителей в этом случае меньше стоимости генераторов и фильтров, а надежность их выше.