Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Автоматизированная система телемеханического управления (АСТМУ)
Система АСТМУ представляет собой многоуровневую систему управления, выполненную на основе программируемых логических контроллеров (ПЛК) и персональных компьютеров (ПК). Нижний уровень контролируемых пунктов предназначен для управления объектами электроснабжения электрифицированных железных дорог, сбора, предварительной обработки на локальном уровне и передачи информации телесигнализации и телеизмерения на диспетчерский пункт. Верхний уровень управления АСТМУ — локальная компьютерная сеть с реализацией мнемосхемы энергодиспетчерского круга на нескольких экранах видеомониторов. Программное обеспечение верхнего уровня дает возможность реализовать задачи автоматизированного управления технологическим оборудованием контролируемых пунктов и функции АРМ энергодиспетчера. Базовый комплект аппаратуры контролируемых пунктов включает в себя шкафы КП-Б2 и КП-М2 системы АСТМУ-А с информационной емкостью: 160 объектов ТС, 80 объектов ТУ, 16 сигналов ТИ (КП-Б2) и 48-ТС, 24-ТУ, 16-ТИ (КП-М2). Аппаратура АСТМУ-А выполняется с применением современных отечественных и импортных комплектующих элементов, обеспечивающих необходимые функциональные и метеорологические характеристики. Расширение информационной емкости аппаратуры КП осуществляется с помощью микропроцессорных измерительных преобразователей ПТИ-И, подключаемых к контроллеру шкафа по последовательному каналу. Высокая точность и скорость преобразования сигнала позволяет использовать их для диагностики силового оборудования и контроля за качеством электроэнергии. По последовательному каналу к шкафу телемеханики можно подключать микропроцессорные блоки релейной защиты и автоматики (БМРЗ). АСТМУ наряду с выполнением функций, решаемых традиционно телемеханическими системами, позволяет решать следующие задачи автоматизации: функции аварийных отключений и срабатывания защит; ведение архива телесигнализации, телеизмерений и команд телеуправления; автоматизация оперативной работы по заявкам с компьютерной подготовкой соответствующих документов; отображение однолинейных динамизированных схем объектов электроснабжения; обеспечение большого объема телеизмерительной информации для диагностики электротехнического оборудования; построение современных АСУ тягово-понизительных подстанций и всей дистанции электроснабжения. Видеотерминалы с современной динамизированной графикой представляют энергодиспетчеру широкие возможности в просмотре схем, в работе с текстами и графическими базами данных, а также позволяют автоматизировать оперативную работу энергодиспетчера по приему заявок, формированию приказов, выполнению типовых заявок, реализовать с помощью пакета программ «АРМ энергодиспетчера» «безбумажную» технологию работы диспетчера. Структурная схема АСТМУ приведена на рис. 7.61. Верхний уровень управления АСТМУ представлен группой компьютеров, объединенных в локальную сеть. На двух и более компьютерах, в зависимости от сложности круга энергодиспетчера, реализуется «виртуальный» диспетчерский щит. «Виртуальный» пульт реализуется с помощью компьютера операторской станции. Пакет программ «АРМ энергодиспетчера» позволяет работать без традиционного пульта-манипулятора. Любой из компьютеров в сети при необходимости может выполнять функции вышедшего из строя компьютера, за счет чего обеспечивается 100 %-ный резерв аппаратуры диспетчерского пункта. Связь верхнего уровня управления с аппаратурой контролируемых пунктов осуществляется по протоколу MODBUS. Сбор данных ТС и ТИ производится посредством циклического опроса, причем процедура опроса может задаваться программно. Специальные модемы позволяют обеспечивать работу АСТМУ как по выделенным линиям связи (воздушным, кабельным) и каналам тонального диапазона частот, так и на диспетчерских кругах, оборудованных устройствами телемеханики типа «Лисна». Цифровой способ передачи информации, используемый в АСТМУ, позволяет на несколько порядков повысить скорость обмена информацией при использовании волоконно- оптических линий связи (ВОЛС).
Глава 8 ТЕЛЕМЕХАНИЧЕСКИЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ И ИХ АППАРАТУРА Классификация каналов связи Информация, используемая в системах управления устройствами электроснабжения, передается от источника информации до ее приемника по каналам связи. Каналом связи или каналом передачи информации называется совокупность технических средств и тракта (аппаратуры и линии связи), предназначенных для независимой передачи сигналов на расстояние от источника информации до ее приемника. Для организации каналов связи используются линии связи. Линия связи — это физическая среда, например, провода линии, по которым осуществляется передача сигналов. Одна линия связи может быть использована для образования многих каналов связи с независимой передачей сигналов. Классификация каналов связи осуществляется по различным признакам и параметрам. По видам линий и способам образования в них каналов можно классифицировать каналы следующим образом:
8. По характеру эксплуатации каналы связи можно разделить на:
коммутируемые, создаваемые по вызову на основе разных каналов и распадающиеся автоматически после окончания передачи. По физической природе колебаний, используемых для передачи сообщений каналы делятся на электрические, электромагнитные, оптические, акустические и т. д. Для передачи сигналов телемеханики используется практически весь освоенный спектр частот, который делится на ряд диапазонов: 0—300 Гц — подтональный; 300— 3400 Гц — тональный (телефонный); 3400—10000 Гц — надтональный; 10—150 кГц — высокочастотный; 150 кГц—30000 МГц — радиочастотный. Подтональный диапазон частот используют для передачи сигналов телемеханики по проводным линиям связи импульсами постоянного тока или с помощью узкополосных (1—10 Гц) частотных каналов. В тональном диапазоне образуют частотные каналы в выделенных для телемеханики проводных линиях связи, а также для образования вторичных каналов в выделенных для телемеханики высокочастотных телефонных или радиоканалах. Надтональный диапазон используется для уплотнения занятых проводных цепей. Высокочастотный диапазон используется для образования телефонных каналов с возможностью уплотнения их каналами телемеханики, а также для организации кана- лов связи по высоковольтным линиям электропередачи. Диапазон радиочастот подразделяют на поддиапазоны длинных, средних, коротких, ультракоротких (метровых и сантиметровых) волн. Все эти диапазоны используют для образования радиоканалов, а более высокие частоты — как для радиоканалов, так и для радиорелейных линий. В системах телемеханики, как правило, используют электрические каналы связи. В соответствии с характером и расположением контролируемых объектов выбирается конфигурация и структура линий связи. Большинство промышленных и транспортных объектов стационарные. Они могут быть сконцентрированы в одном пункте (сосредоточенные объекты) или разбросаны поодиночке на большой территории (рассредоточенные). Организация каналов связи в каждом случае будет иметь свои особенности. Линии связи могут быть радиальными (см. рис. 6.3, а), когда каждый контролируемый пункт соединяется с диспетчерским отдельной линией; цепочечными или лучевыми (см. рис. 6.3, б), у которых рассредоточенные контролируемые пункты КП последовательно присоединяются к общей линии связи без каких-либо пересечений и ответвлений; древовидные одноствольные (см. рис. 6.3, в) и многоствольные (см. рис. 6.3, г), когда к общей линии связи в различных точках подключают рассредоточенные КП с ответвлениями от основных направлений. Канал связи является ответственной частью системы управления, во многом определяющей надежность и точность передачи информации. Устройства телемеханической связи должны обеспечивать: бесперебойную и безотказную связь между пунктами передачи и приема информации, что достигается качеством аппаратуры и надежностью линий связи; высокое качество передачи, соблюдение заданных параметров передаваемых сигналов, помехоустойчивость, что обеспечивается качеством приемно-передающего узла и канала связи в целом; постоянный контроль состояния всего тракта передачи информации; готовность к работе в любой момент времени и автоматичность действия. Резервирование каналов связи телемеханики обычно не требуется, однако для возможности последующего расширения телемеханизации предусматривают резервные (свободные) пары проводов или жил кабеля связи. Проводные линии связи На транспорте и промышленных предприятиях в системах управления, как правило, используются электрические каналы связи, образуемые по кабельным и воздушным проводным линиям. Воздушные линии — наиболее старый вид проводной связи. Они очень подвержены влиянию внешних условий и помех. Для линий используют стальные и биметаллические (стальные, покрытые слоем меди) провода. Медные провода практически не применяют вследствие высокой стоимости. Для магистральных линий используют биметаллические провода, в которых на высоких частотах затухание сигнала вследствие поверхностного эффекта почти такое же, как и в медных. Линии со стальными проводами имеют худшие характеристики: больше затухание сигнала, меньше ширина спектра рабочих частот. Однако их стоимость значительно ниже, поэтому они широко применяются для телефонии и телемеханики на железнодорожном транспорте. Кабельные линии, несмотря на их высокую стоимость (в 8—10 раз выше воздушных) получили наибольшее распространение. Это объясняется рядом существенных преимуществ кабельных линий, которые заключаются в их высокой механической прочности, помехозащищенности, значительно меньшей зависимости от метеорологических условий и т. д. Кроме того, следует учитывать, что во многих случаях вообще не представляется возможным прокладывать воздушные линии (например, вдоль железнодорожных линий, электрифицированных на переменном токе). Кабельная канализация в этом случае является единственным способом создания физической проводной линии связи. Каналы связи по кабельным линиям с использованием современных систем передачи наиболее надежны и совершенны. Дальность передачи (с промежуточными усилителями) может достигать нескольких тысяч километров. При производстве кабеля отдельные жилы свивают парами, а пары — в четверки. Скручивание пар и четверок позволяет обеспечить симметрию жил (одинаковые емкости по отношению к оболочке) и наименьшее значение емкостей между парами. В результате этого уменьшается взаимное влияние отдельных пар. Такие кабели называют симметричными. Рабочий диапазон частот в симметричных кабелях может составлять несколько сотен килогерц в зависимости от их конструкции. Известны системы передачи, в которых число каналов достигает 180 на одну пару проводов. Дальнейшее увеличение числа каналов возможно в несимметричных кабелях. Коаксиальные кабели образуют из отдельных коаксиальных трубок, размещенных под общей оболочкой вместе с сигнальными парами, а иногда и с четверками кордельной конструкции. Применение коаксиальных кабелей позволяет расширить рабочий диапазон частот до нескольких мегагерц. Так, при работе с частотами до 12 МГц в таком кабеле можно образовать до 2700 телефонных каналов или один телевизионный и 1200 телефонных каналов. Параметры и характеристики проводных линий связи определяются их свойствами, зависящими от материала, площади поперечного сечения проводов, расстояния между ними, изоляции и т. д. Эти свойства определяются первичными и вторичными параметрами. К первичным параметрам относятся активное сопротивление R, индуктивность L, емкость С и проводимость изоляции (утечка) G, приходящиеся на единицу длины. Активное сопротивление R, Ом/км зависит от материала и площади поперечного сечения провода. Индуктивность L, мГн/км учитывает индуктивность каждого провода и взаимную индуктивность между ними. Индуктивность L зависит от расстояния между проводами, их диаметра, материала и частоты (в основном для стальных проводов). Для воздушных линий с медными проводами индуктивность примерно 2 мГн/км, а при стальных проводах — 15 мГн/км. Индуктивность кабельных линий составляет десятые доли миллигенри на 1 км длины. Емкость С, мкФ/км зависит от диаметра проводов и расстояния между ними, а также от диэлектрической проницаемости изолирующей среды. Для воздушных двухпроводных линий емкость составляет около 0, 006 мкФ/км, емкость кабельной линии значительно больше — около 0, 03—0, 04 мкФ/км. Активная проводимость G, — определяется качеством и состоянием изоля- Ом-км ции, а у воздушных линий зависит от атмосферных условий. Если при сухой погоде она равна 0, 1*10-6 1/Ом*км, то в дождь и туман — 0, 5*10 -10 1/Ом*км. Проводимость изоляции кабеля 10-9 -10-10 1/Ом*км При постоянном токе и заметно растет с частотой.
К вторичным параметрам линии связи относятся волновое сопротивление Zc и постоянная распространения у, которые являются производными от первичных параметров. Волновое сопротивление Zc определяется как отношение напряжения в любой точке линии к току, представляет собой комплексную величину и является производной от первичных параметров: Она представляет собой комплексную величину: где a — коэффициент затухания напряжения и тока вдоль линии на единицу ее длины, являющийся действительной частью комплексной величины; β — угловой или фазовый коэффициент, представляющий изменение фазы колебания на единицу длины линии. На железных дорогах применяют магистральный кабель связи типа МКПАБ и воздушные линии связи на линиях, электрифицированных на постоянном токе. На рис. 8. 1 проведены зависимости а и Zc от частоты. Кривые 1 построены для магистрального кабеля типа МКПАБ с диаметром жил 1, 05 мм, а кривые 2 — для воздушных линий со стальными проводами диаметром 4 мм. С увеличением частоты коэффициент затухания а быстрее нарастает в кабельных линиях, а волновое сопротивление Zc быстрее в них спадает. В проводной связи для измерения мощности сигналов и помех в различных точках линии принято оценивать по логарифмической шкале. За начало отсчета принят условный нулевой уровень, соответствующий мощности Р 0 = 1 мВт. Абсолютным уровнем мощности в какой-либо точке называется (8.4) где Рх — мощность сигнала в точке х линии, мВт. Очевидно, что при Рх > 1 мВт абсолютный уровень мощности оценивается положительным числом (р > 0), а при Рх < 1 мВт — отрицательным (р < 0). Абсолютный уровень мощности может быть определен также через напряжение и ток: де Ux, 1Х — напряжение и ток сигнала в точке х линии, В, А; £ /0, /0 — напряжение и ток сигнала, соответствующие нулевому уровню мощности, В, А. При одном и том же абсолютном уровне мощности напряжения и токи могут быть различными в зависимости от сопротивления линии. В проводной связи используются магистральные кабельные линии с Zc — 200 Ом, воздушные линии со стальными проводами, имеющие Zc = 1200 Ом. Для этих сопротивлений, измеренных на частоте 800 Гц, напряжения при нулевом уровне мощности сигнала соответственно равны 0, 7 и 1, 1 В. При передаче по линии вследствие потерь в сопротивлении и изоляции происходит потеря энергии сигнала. В результате напряжение и ток в конце линии оказываются меньшими, чем в начале, происходит затухание сигнала. Затухание, вносимое участком линии между точками I и 2, определяется выражением (8.7) где U1 и I1 — напряжение и ток сигнала в точке 1; U2 и I2 — напряжение и ток сигнала в точке 2. Аналогичным образом определяется затухание в любых элементах канала связи, например, в фильтрах. Также оценивают и увеличение уровня сигнала в усилителях. Если мощность сигнала на выходе передатчика Рп, то уровень передачи (8.8) При коэффициенте затухания а затухание, вносимое линией длиной I, можно определить по выражению (8.9) где Рпр — мощность на приемнике сигнала в конце линии. Уровень сигнала в конце линии длиной I можно определить по формуле^ (8.10) При передаче на сигнал воздействуют помехи. При мощности помехи ее уровень определяется как: (8.11) Надежная работа канала связи может быть обеспечена лишь при достаточном уровне превышения сигнала в месте приема над уровнем помех, не менее чем на рси. Мощность сигнала в линии не должна превышать величины, при которой сигнал будет оказывать мешающее влияние на другие каналы связи, работающие по этой же цепи или на близком расстоянии от нее. Во избежание этого устанавливают допустимый уровень передачи pдоп в начале линии. Наименьший уровень сигнала в точке приема должен превышать уровень помехи и равен: (8.12) Наибольшее допустимое затухание при передаче сигнала определяется как разность между максимальным уровнем при передаче и минимальным при приеме: (8.13)
Зная коэффициент затухания а для данной линии и допустимую величину затухания в линии aдОП, нетрудно определить дальность передачи (8.14) Для проводных линий связи стандартом устанавливается уровень помехи pпом = — 49 дБ (около 2, 5 мВ на 600 Ом). Это, так называемая, псофометрическая помеха, за которую принимают условную помеху на частоте 800 Гц, оказывающую на человеческое ухо то же воздействие, что и суммарная помеха, реально существующая в диапазоне звуковых частот. Иногда уровни величин оценивают натурральным логарифмом соответствующего отношения, при этом их измеряют в неперах: (8.15) Затуханием в 1 Нп обладает линия, в которой напряжение или ток в начале линии больше, чем эти же параметры в конце ее, в 2, 72 раза. Единицы измерения уровней сигналов связаны следующими соотношениями: 1Нп = 8, 68 дБ; 1дБ = 0, 115 Нп. Затухание, вносимое другими элементами, а также увеличение мощности сигналов усилителями измеряют также в неперах (Нп) и децибелах (дБ). Разделение каналов связи Вьщеление самостоятельных проводных линий для передачи разных видов телемеханической информации не всегда возможно, а во многих случаях нерационально по экономическим соображениям вследствие слабого использования каналов по частотному спектру и времени. Современные технические средства позволяют осуществлять многократное использование выделенной линии связи. При этом уплотняют уже занятые проводные цепи связи. Искусственные цепи создаются на занятых телефонных линиях. Такой способ уплотнения является наиболее простым, доступным и дешевым. Применяются симметричные и несимметричные искусственные цепи. На рис. 8.2 представлена схема использования несимметричной искусственной цепи для передачи телемеханической информации по проводам, используемым для телефонной связи. Для подключения телефонной аппаратуры ТФ на обоих концах линии связи включают дифференциальные трансформаторы Т1 и Т2. Между средними точками подключают аппаратуру телемеханики ТМ, являющуюся источником информации на одном конце и приемником — на другом. Пара проводов телефонной линии является прямым проводом, по которому протекают токи i1 и i2, которые в сумме составляют ток устройства телемеханики, т. е. i = i1 + i2. Если сопротивления проводов Zj и Z 2 равны, а трансформаторы Т1 и Т2 строго симметричны, то i1 = i2. Они создают в трансформаторах равные и противоположно направленные магнитодвижущие силы, поэтому трансформации токов телемеханики не происходит. Ток основной цепи (на схеме показан пунктиром) не ответвляется в цепи ТМ, поскольку при строгой симметрии системы напряжение между средними точками трансформаторов равно нулю (как в диагонали сбалансированного моста). Обратным проводом в этой системе телемеханической связи является земля, что обуславливает ее незащищенность от блуждающих токов, а также ухудшение телефонной связи при ухудшении контакта или изоляции одного из проводов. Такие несимметричные искусственные цепи, имеющие низкую помехозащищенность, применяются очень редко. Широкое применение находят симметричные искусственные цепи (рис. 8.3). Аппаратура телемеханики ТМ включается между средними точками трансформаторов Tl, ТЗ и Т2, Т4 двух основных цепей, используемых для телефонной связи. Если сопротивления проводов основных цепей одинаковы и обмотки трансформаторов w 2 и w3 симметричны относительно средней точки, то взаимное влияние основных и искусственных цепей будет отсутствовать. В симметричной искусственной (фантомной) цепи роль прямого и обратного проводов выполняют пары проводов основных цепей. Внешние источники помех будут наводить в ее проводах токи iп одного направления и одинакового значения. Поэтому в нагрузке (в трансформаторах) токи помех направлены встречно и при идеальной симметрии суммарный ток равен нулю. Таким образом, защищенность симметричной искусственной цепи от внешних помех приближается к защищенности основных цепей. Частотное разделение каналов связи сообщений аналогично рассмотренному в п. 6.2 частотному разделению элементов сообщений. Каждому источнику информации выделяется определенный частотный интервал физической линии. Независимая передача сообщений по различным каналам обеспечивается применением для каждого канала частотных передатчиков и приемников, работающих в заданном интервале частотного спектра. На рис. 8.4 представлена структурная схема передачи сообщений, поясняющая принцип частотного разделения каналов сообщений. Частотный передатчик состоит из генератора несущей частоты GFj, настроенного на среднюю частоту Д выделенного канала, модулятора UB, полосового фильтра FZnep. Приемник включает в себя полосовой фильтр FZnp, усилитель UW, демодулятор UR. Фильтры приемников выделяют и пропускают с минимальным затуханием токи частот данного канала. Фильтры передатчиков предназначены для устранения гармоник, лежащих за пределами полосы данного канала и возникающих при модуляции. На вход каждого модулятора передатчика поступает сообщение Д/) в виде управляющего сигнала. Это же сообщение выделяется на выходе соответствующего приемника после передачи и соответствующих преобразований. Многократное частотное разделение (уплотнение) каналов связи широко используется при передаче информации. На рис. 8.5, а приведена структурная схема двукратного частотного уплотнения. На ней аппаратура высокочастотных каналов обозначается индексом «в». В системе имеется ряд каналов с достаточной полосой пропускания ∆ f (рис. 8.5, б). Каждый из этих каналов уплотняется низкочастотными каналами с частотой F1, F2 и т.д. и узкой полосой пропускания A F, представляющими вторичные каналы 1, 2Число вторичных каналов при этом должно быть таким, чтобы выполнялось условие: к ∆ F≤ ∆ f, (8.16) где к — число вторичных каналов; ∆ F — полоса частот вторичных каналов; ∆ f — полоса частот первичных каналов. Обычно этот способ используют для уплотнения телефонных высокочастотных каналов проводных линий, радиорелейных и радиоканалов узкополосными каналами телемеханики, системы передачи данных и другими. Такое уплотнение применяют из-за того, что технически трудно создать узкополосные каналы в высокочастотном и тем более в радиодиапазоне. Для этого требуется высокая стабильность генераторов, фильтров, сложность и стоимость которых резко возрастает. Вторичное уплотнение каналов позволяет использовать как стандартные высокочастотные каналы связи, например, для телефонной связи, так и стандартную аппаратуру вторичного уплотнения. Временное разделение каналов связи иллюстрируется на рис. 8.6 структурной схемой и временными диаграммами передачи сообщений. Оно заключается в поочередном использовании линии связи для передачи сообщений от различных источников ( 1, 2, 3, ... N) информации. Обычно источники и получатели сообщений подключаются к линии поочередно с помощью распределителей Р1 и Р2, которые переключаются синхронно и синфаз- но на передающей и приемной сторонах линии связи. Распределитель переключается управляющими импульсами, поступающими на его вход. При получении очередного импульса распределитель переключается в следующую позицию, на которой осуществляется передача всего сообщения (рис. 8. 6, б) либо отдельной его части, например, одного элемента (рис. 8. 6, в). В последнем случае передача всего сообщения происходит за несколько циклов работы распределителя. На временной диаграмме рис. 8. 6, в сообщения передаются от 4-х источников поэлементно в течение 5 циклов работы распределителя. Если источники информации территориально распределены вдоль линии связи, то у каждого из них и у каждого получателя устанавливается свой распределитель (рис. 8.7). С центрального диспетчерского пункта ДП осуществляется синхронизация всех распределителей. Разделение отдельных сообщений и сигналов выполняется в следующем порядке. Например, в первой позиции распределителя сообщение передает источник 1 на КП1. Диспетчерский пункт принимает это сообщение (а также другие пункты, если это необходимо). После переключения распределителя во вторую позицию информацию передает источник 2, находящийся на КП2 и т. д. Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-25; Просмотров: 5399; Нарушение авторского права страницы