Файл: Ретман А.А. Автоматика и автоматизация портовых перегрузочных работ учебник.pdf

делимого со сдвигом разрядов делителя, т. е. деление двоичных чисел произ­ водится по тем же правилам, что и в десятичной системе счисления. При этом

Устройство вывода данных служит для получения окончатель­ ных результатов. Наиболее распространенный тип устройства вы­ дачи информации-— печатающие устройства: печатающая элек­ трифицированная пишущая машинка на пульте управления, кото­ рая дает оперативную информацию; быстропечатающий меха­ низм, который выдает цифровые данные; алфавитно-цифровое устройство, обеспечивающее изготовление графиков, сводок. Вто­

даваться на электроннолучевые трубки (телевизионные, экраны осциллографов), на неоновые лампочки.

В самонастраивающихся системах информация с выхода вы­ числительных устройств поступает к автоматическому регулятору.

Г Л А В А VI

ТЕЛЕМЕХАНИКА И ОСНОВЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

§ 13. ПОНЯТИЕ О ТЕЛЕМЕХАНИКЕ

Т е л е м е х а н и к а — область науки, изучающая вопросы контроля, управления и регулирования механизмов или машин на значительном расстоянии с применением специальных технических средств.

Системы телемеханики отличаются от рассмотренных выше систем автоматики тем, что в них включаются дополнительно пе­ редатчики, каналы связи, приемники. С помощью этих средств

103

осуществляется преобразование и передача информации на рас­ стояние с целью контроля, управления и регулирования производ­ ственных процессов. Телемеханика дополняет автоматику, связы­ вает отдельные части автоматизированной системы, разделенные расстоянием, и в этом случае вся система носит название т е л е ­ а в т о м а т и ч е с к о й .

Телемеханика включает в себя телеконтроль, телеуправление

ителерегулирование.

Те л е к о н т р о л ь может быть представлен телеизмерением и телесигнализацией. Телеизмерение производит передачу непре­ рывного ряда значений измеряемых величин, например темпера­ туры, давления, напряжения и других параметров, которые реги­

стрируются оператором или автоматически на диспетчерском

Рис. 79. Функциональные схемы:

а — телеконтроля; б — телеуправления; в — телерегулирования

пункте, а также могут вводиться в автоматические устройства. Телесигнализация, в отличие от телеизмерения, передает различ­ ного рода дискретные сообщения о достижении, например, пре­

сы, воздействующие на исполнительные механизмы управляемых установок для включения и выключения, изменения режимов ра­ боты и направления движения.

Т е л е р е г у л и р о в а н и е отличается от системы телеуправ­ ления тем, что и на управляемом объекте и на пульте управления установлены приемо-передающие устройства и имеются два кана­ ла связи, т. е. система замкнутая.

104

Системы телеконтроля, телеуправления и телерегулирования могут быть выражены с помощью функциональных схем.

На рис. 79, а дана функциональная схема телеконтроля. Ин­ формация от контролируемого объекта О снимается датчиком Д и через передатчик Пер по каналу связи передается на приемник Пр, а с него — на воспроизводящий орган В.

Телерегулирование является замкнутой системой телеуправле­ ния и потому состоит из двух цепей (рис. 79, в) : верхней (теле­ контроль) и нижней (телеуправление). Как и в первом случае, информация о состоянии объекта снимается датчиком, кодируется и вводится в телемеханическую систему. Сигналы от объекта че­ рез канал связи поступают в автоматическое управляющее уст­ ройство. Управляющее устройство, выбирая наиболее выгодные режимы не только для данного объекта, но и для всей системы, с помощью телемеханической системы управления передает управ­ ляемому объекту соответствующие команды. Такая замкнутая цепь воздействий в телерегулировании осуществляется без уча­ стия оператора.

Система передачи информации при телеконтроле, телеуправ­ лении и телерегулировании обычно состоит из передатчика, пре­ образующего сообщение в сигнал, линии связи для передачи сигнала и приемника, который вновь преобразует сигнал в сооб­ щение.

В отличие от дистанционного контроля, управления и регули­ рования, когда эти функции также осуществляются на ^расстоя­ нии, в телемеханических системах для передачи информации в качестве линий связи используются не обычные цепи управления,

радиоканалы, высокочастотные кабели, усилители, фильтры, ан­ тенны, приемники, передатчики и др. Эти средства передачи со­ общений отличаются большой пропускной способностью. Связь может быть одноканальной и многоканальной.

Благодаря линиям связи управление подвижными и неподвиж­ ными объектами, сосредоточенными и рассредоточенными по пло­ щади, осуществляется на больших расстояниях. Применение те­ лемеханики может оказаться целесообразным и при небольших расстояниях, если невозможно проложить большое количество кабельных или троллейных линий, например для управления кра­ нами с причала.

Каналы связи в телемеханических системах могут быть про­ водными и беспроводными (по радио). Проводные линии, в свою очередь, делятся на воздушные и кабельные. Воздушные линии связи дешевле, но активное сопротивление проводов зависит от температуры окружающего воздуха, атмосферных воздействий

105

(дождь, гололед, изморозь), и активная проводимость их изменя­ ется в значительной степени.

Кабельные линии меньше подвержены воздействиям окружаю­ щей среды, но стоимость их намного больше стоимости воздушных линий.

Желательно для передачи телемеханической информации ис­ пользовать силовые кабели. С этой целью необходимо правильно выбрать диапазон частот канала связи и способ модуляции. К недостаткам такого способа передачи сигналов относятся вы­ сокий уровень помех и большие затухания. Поэтому приходится применять сложные методы кодирования и модуляции, что приво­ дит к усложнению приемной и передающей аппаратуры. Из-за большой величины затухания приходится увеличивать мощность передатчиков. Однако силовые цепи как каналы связи очень на­ дежны.

Для радиоканалов связи также требуется правильно выбрать диапазон частот. Так, ультракороткие волны диапазона 30— 40 МГц, отражаясь от ионосферы, распространяются на большие расстояния, что приводит к нарушению локальности. Улучшение локальности связи достигается переходом в диапазон .более высо­ ких частот — до нескольких сотен мегагерц. В системах телемеха­ ники дальнего действия целесообразно применять радиорелейные линии, работающие на частоте 1760—3900 МГц. Волны такого диапазона частот распространяются в пределах прямой видимо­ сти.и потому через каждые 70—150 м необходимо устанавливать ретрансляторные устройства, которые состоят из приемника, пе­ редатчика и остронаправленной приемной и передающей антенн. По сравнению с проводными каналами связи пропускная способ­ ность радиосвязи очень велика, но линии радиосвязи подвержены помехам.

Сигналы, как и сообщения, могут быть непрерывными и ди­ скретными. Превращение сообщения, полученного от источника информации, в сигнал состоит из трех операций: преобразования, кодирования и модуляции. П р е о б р а з о в а н и е — это перевод сообщения, которое может иметь любую физическую природу, в

применяется в электрических каналах связи и заключается в на­ несении информации на переносчик, в качестве которого исполь­ зуется постоянный или переменный ток.

Простейшими непрерывными сигналами являются сигналы ин­

сообщения можна передавать дискретными сигналами, но пред­ варительно их необходимо квантовать.

К в а н т о в а н и е — это разделение непрерывных сообщений на конечные, каждый из которых отличается друг от друга на вели­ чину Ах.

106

Конечное количество значений сообщений N определяется по формуле

рывно, а дискретно по времени, т. е. через определенные проме­ жутки времени. Дискретные и квантованные сообщения переда­ ются дискретными сигналами в виде кодовых комбинаций (ко­ дов).

Более универсальны, чем сигналы интенсивности, модулиро­ ванные сигналы. Они получаются в результате воздействия на один из параметров постоянного или переменного тока, при ко­ тором в изменениях этого параметра оказывается заложенным передаваемый сигнал.

Если переносчиком является постоянный ток, то дискретный сигнал можно непосредственно передавать по каналу связи в ви­ де прямоугольных импульсов постоянного тока. Такой способ мо­ дуляции называется импульсным. Изменяя величину и длитель­ ность амплитуды, получают различные виды импульсной моду­ ляции.

Импульсная модуляция возможна в низкочастотной части спектра всей полосы частот, которую пропускает канал связи. Чтобы использовать область более высоких частот, применяют в качестве переносчика синусоидальное напряжение. В этом слу­ чае представляется возможным воздействовать на амплитуду, ча­ стоту и фазу синусоидального напряжения: получают соответст­ венно амплитудную, частотную или фазовую модуляцию.

Рассмотрим примеры некоторых видов модуляции сигналов. На рис. 80, а, б, в представлены сигналы при временной импульс-- ной модуляции (модуляции по времени). Широтно-импульсная модуляция (см. рис. 80, б) заключается в том, что длительность импульса (сигнала) является функцией параметра сообщения х. При фазово-импульсной модуляции (см. рис. 80, в) непрерывный импульс длительностью t заменяется короткими импульсами, по­

ческих колебаний. На рис. 80, г приведена частотно-импульсная модуляция сигналов, в которой частота следования импульсов из­

частоте следования), но дискретны по времени.

Передача многоэлементных сигналов требует отделения каж­ дого сигнала от соседнего при сохранении их порядкового места.

107

При использовании одной линии связи для независимой передачи сигналов от разных источников телемеханических сообщений воз­ никает необходимость в разделении сигналов.

Различают три основных способа разделения сигналов: элект­ рический, или кондуктивный, частотный, временной.

J ( U )

- —| -

АППП/)П(\ L

должно быть равно количеству сигналов плюс один общий провод для подключения приемного устройства с источником питания, установленного на передающем пункте. Такой способ разделения сигналов экономичен при небольших расстояниях (1—1,5 км).

Ч а с т о т н о е р а з д е л е н и е , когда вся полоса возможных частот, которую пропускает данный физический канал связи, де­ лится на ряд более узких полос и каждая полоса является уже самостоятельным каналом с отдельным источником сообщения (рис. 82). В этом случае определенное количество генераторов гар­ монических колебаний Г1, Г2, ... , Гп генерируют соответственно частоты колебаний f u / г , . ■ • , f n, которые поступают в полосовые фильтры 1ПФ, 2ПФ, ... , пПФ передающей стороны. Эти фильтры

108