Информация в системах управления электроснабжением железных дорог

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 43Следующая ⇒

Общие понятия и определения. Во всех автоматических устройствах, системах телемеханики, вычислительных машинах от одних частей и узлов к другим осуществляется передача сведений о происходящих в них процессах и явлениях, т.е. информации.

Информация представляет собой сведения, содержащиеся в сообщении, заранее неизвестные получателю.

Сообщение — это сведения о некотором событии или явлении, которые необходимо передать от источника сообщений к получателю сообщений. Сообщения передаются с помощью сигналов по каналам связи.

Сигнал — физический процесс, определенные параметры которого соответствуют некоторому сообщению. Сигнал всегда порождается некоторым фактом, событием или явлением и имеет независимую от него физическую природу. Между сигналом и сообщением существует условное соответствие, как между деталью и ее чертежом.

Сигналы существуют в пространстве и во времени независимо от тех событий, которыми они были порождены. Читая книги, рассматривая фотографии, получая информацию по радио и телевидению, мы узнаем о событиях, давно прошедших или происходящих сейчас (прямое включение с места событий) рядом с нами или на значительном расстоянии.

В процессе передачи и приема сигнала осуществляются его многократные преобразования из одной формы в другую. Например, принимаемый радиосигнал преобразуется в электрический, который в свою очередь — в звуковой или световой. При передаче сигналов происходит обратное преобразование.

Сигналы могут взаимодействовать друг с другом, образуя новые сигналы и сообщения, причем смысл нового сообщения будет отличен от смысла сообщения каждого из взаимодействующих сигналов.

Система передачи информации (рис. 1.4) состоит из источника сообщения (ИС), кодирующего устройства (КУ), преобразующего сигнал в вид, удобный для передачи по каналу связи (КС), состоящему из передатчика — модулятора (ПМ), линии связи (JIC), приемника-демодулятора (ПД), преобразующего сигнал в первоначальный вид, декодирующего устройства (ДУ), преобразующего сигнал в сообщение, получателя сообщений (ПС).

Канал связи представляет собой совокупность технических средств, с помощью которых обеспечивается независимая передача различных сообщений по одной линии связи. В процессе передачи сигнала по каналу связи на него могут воздействовать помехи.

Помеха — это любое мешающее воздействие, возникающее в процессе передачи сигнала. Различают аппаратные помехи и помехи от внешних воздействий. Помехи могут частично или полностью исказить передаваемое сообщение А в сообщение Б, принятое получателем ПС. Задача передачи информации по каналу связи будет выполнена, если сообщение Б, принятое ПС, точно соответствует переданному сообщению А.

По своему характеру информация, передаваемая в системах управления устройствами электроснабжения, может рассматриваться как оперативная, предназначенная для постоянного контроля за состоянием системы электроснабжения и непосредственного управления ею с диспетчерского пункта; статистическая, предназначенная для обработки, обобщения и анализа результатов эксплуатации системы электроснабжения, планирования и нормирования производственных процессов; отчетная, используемая для составления отчетных документов.

По назначению информация в системе электроснабжения делится на распорядительную (об управлении и регулировании режимов работы электроустановок); сигнальную (о положении и состоянии контролируемых объектов); измерительную (о величине контролируемых параметров).

Количество сообщений и количество информации. Каждое событие или явление может иметь N различных состояний. Сигнал, описывающий это событие, должен также иметь N состояний. Пусть требуется передавать на диспетчерский пункт информацию о состоянии четырех (п = 4) выключателей на контролируемом пункте. Каждый выключатель имеет два состояния: «включен» и «отключен» (т = 2). Обозначим отключенное состояние выключателя «О», включенное — «1» и запишем все возможные сообщения о состоянии четырех выключателей.

Таблица 1.1

Сообщения о состоянии выключателей

Номер сооб щения	Состояние выключателей	Номер сообще ния	Состояние выключателей

В табл. 1.1 перечислены все возможные сообщения о состоянии четырех выключателей от первого (все выключатели отключены) до шестнадцатого (все выключатели включены). Нетрудно убедиться, что между числом сообщений (N= 16), количеством объектов (и = 4) и числом их состояний (т = 2) существует зависимость 16 — 2⁴, которую можно при произвольных тип записать как

N=m. (1.1)

Число возможных сообщений является некоторой мерой информации. Однако пользоваться этой мерой неудобно, так как существует степенная зависимость между количеством сообщений и числом объектов, о которых необходимо передавать эти сообщения. В системе телеуправления «Лисна-Ч» можно передавать сообщения о 126 объектах тяговых подстанций (п = 126). Количество сообщений, которое при этом может быть передано (N = 2¹²⁶), определяется числом 10³⁸.

Для измерения информации более удобна логарифмическая мера, которая позволяет получить линейную зависимость между количеством информации и числом объектов или числом элементов в сигнале, с помощью которого передается информация:

I = log_e N = пlog,, т, (1.2)

где а — основание логарифма, может быть любым, но более удобно принять а = 2.

При т = 2 выражение (1.2) можно записать

I =log₂ N = nlog₂ 2 = п. (1.3)

За единицу количества информации принимают информацию, содержащуюся в сообщении об объекте, имеющем два состояния. Сигнал, который описывает данное событие, имеет также два состояния. Единица количества информации носит название бит от сокращения английских слов (двоичная единица).

Таким образом, если двоичный сигнал состоит из одного элемента, он несет один бит информации и с его помощью может быть передано только два сообщения типа «да-нет» (включено-отключено, 1-0)

Выражение (1.2) определяет наибольшее количество информации, которое может содержаться в передаваемом сигнале. Фактическое значение количества информации / может быть значительно меньшим.

При прохождении сигналов по каналам связи передаются определенные сообщения. В них кроме полезных могут быть заранее известные или бессмысленные сведения. Истинное значение информации в сообщении определяется лишь полезными сведениями.Разница между истинным и наибольшим значением информации представляет собой избыточную информацию. Уменьшая избыточную информацию в реальных сообщениях, можно канал связи использовать более эффективно. Повседневно мы осуществляем сокращение избыточной информации, не думая о понятии «информация». Например, посылая поздравительную телеграмму, мы опускаем в тексте знаки препинания, предлоги, отдельные слова, имея в виду, что получателю и так будет понятен смысл сообщения.

Однако в ряде случаев избыточная информация может быть полезной, помогая восстанавливать информацию при ее искажении помехой. Для повышения гарантии получения переданной информации без потерь нередко передают избыточную информацию. Так, например, в телеуправлении команда «Включить»-«Отключить» передается два раза, полное совпадение двух кодовых серий гарантирует отсутствие искажений команды.

Непрерывные и дискретные сигналы. Сигналы как и сообщения бывают непрерывные и дискретные. Непрерывные сигналы могут отличаться друг от друга на очень малую величину. Дискретные сигналы представляют собой позиционные команды «Включить- Отключить», «Открыть-Закрыть» и т.п. Непрерывные сигналы используются в системах телеизмерения, а дискретные — в устройствах телеуправления и телесигнализации.

Типичным примером дискретных сообщений и сигналов является передача информации о состоянии выключателей на подстанции. Сигнал при этом состоит из импульсов, параметры которых, соответствующие включенному состоянию выключателей, существенно отличаются от параметров импульсов, несущих информацию об отключенном состоянии выключателей. Между этими двумя значениями сигнал, как и само состояние выключателей, промежуточных значений не имеет (невозможно представить, что выключатель включен или отключен частично).

Передача дискретных сигналов имеет ряд преимуществ перед передачей непрерывных сигналов. Чтобы передать непрерывное сообщение, представленное непрерывной функцией времени X(i), ее разбивают на ряд дискретных значений. Замену непрерывного сообщения дискретным называют квантованием ( дискретизацией ). Квантование сигнала осуществляют либо по амплитуде, либо по времени. Замена непрерывного сигнала дискретным приводит к дополнительной погрешности. Однако это не существенно, если она не велика по сравнению с погрешностями, вызванными другими причинами.

На рис. 1.5 представлено квантование сигнала по амплитуде. При квантовании по амплитуде кривую X(t ) разбивают на равные интервалы АХ по вертикали и заменяют ступенчатой характеристикой X'(t) Интервал АХ называют шагом квантования. При заданном шаге квантования число дискретных значений сигнала (разрешенных уровней) в пределах изменения функции X{t) от Х_тах до X_min равно:

(1.4)

Если мгновенное значение функции попадает внутрь интервала, то оно заменяется ближайшим разрешенным. Переход с одного уровня на другой происходит в момент, когда значение функции находится в середине интервала квантования, так как именно в этот момент абсолютная погрешность квантования оказывается наибольшей.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒