Разработка приемного комплекта телеуправления

Передача команд телеуправления осуществляется по одному общему для всех контролируемых пунктов каналу связи, т.е. устройства телеуправления имеют один общий передающий полукомплект и индивидуальные приемные.

Импульсный признак - временной.

Кодирование сообщений осуществляется с учетом следующих требований:

Помехоустойчивость;

Малое число элементов для передачи сообщений;

Простой способ для получения кодов;

Удовлетворительные параметры передачи (скорость передачи).

Для повышения помехоустойчивости за счет выбора из общего возможного числа комбинаций, таких, которые отличаются друг от друга не менее, чем двумя элементами. Число сочетаний из n элементов по m определяется по формуле:

, где

n - общее число элементов;

m - число элементов отличающихся от других (n - m) своим признаком или местом в общем порядке элементов.

Число контролируемых пунктов 14 - кодируем кодом:

Таблица 1.1 Импульсы выбора контролируемых пунктов

Операции кодируем кодом

Таблица 1.2 Импульсы выбора характера операции

Число объектов на КП - 55. Разбиваем объекты на группы, получаем 5 групп по 11 объектов в каждой.

Объекты группы кодируем кодом .

Таблица 1.3 Импульсы выбора объектов в группе

Кодируем группы кодом

Таблица 1.4 Импульсы выбора группы

Для обеспечения заданного объема телемеханизации необходимое число выходов распределителя в полукомплекте телеуправления должно быть не меньше:

,

где: N - суммарное число выходов;

N_кп - число выходов, необходимых для выбора контролируемого пункта;

N_об/гр - число выходов, необходимых для выбора объекта в группе;

N_оп - число необходимых выходов для выбора характера операции;

N_гр - число выходов необходимых для выбора группы;

3 - число служебных выходов.

Принимаем пятиразрядный двоичный счетчик по условию m больше n, где

m - число выходов распределителя, создаваемое определенным числом разрядов счетчика (р). Так как счетчик распределителя составляется из бинарных триггеров (триггеров со счетным входом), имеющих два устойчивых состояния (0 и 1), то есть в основу счета импульсов положена двоичная система. Общее число импульсов, отсчитываемых счетчиком за цикл можно определить по формуле:

,

где 2 - основная система исчисления;

р - число разрядов счетчика (всегда целое).

,

то есть 32 больше 27, значит, пятиразрядный двоичный счётчик нам вполне подходит.

2. Определение расчетной частоты мультивибратора полукомплекта

Общее число импульсов в серии определяется по формуле:

Число длинных импульсов в кодовой серии определяется как сумма чисел элементов во всех сочетаниях, используемых при образовании кода с увеличением этой суммы в полукомплекте телеуправления на три импульса (служебные).

.

Число коротких импульсов в кодовой серии:

.

Число тактовых импульсов мультивибратора

,

где 3 - коэффициент перевода числа длинных импульсов в число тактовых импульсов мультивибратора

.

По найденному числу тактовых импульсов N_такт, необходимому для образования кодовой серии, и длительности цикла передачи Т_ц = 4,4 сек определяется расчетное значение частоты мультивибратора:

,

где k - коэффициент, учитывающий отношение периода колебаний мультивибратора передающего полукомплекта к периоду колебаний мультивибратора приемного полукомплекта k =0,75.

,

так как при расчете мультивибратора, работающего совместно с триггером делителем частоты, расчетное значение его частоты удваивается и составляет 29 Гц.

Рассчитаем время передачи импульсов команды:

,где

f - пропускная способность линии связи f = 28 имп/сек.

сек

Расчетное время передачи 1,7 сек. меньше допустимого значения 4,4 с. Значит, условие выполняется.

3. Определение наибольшей, возможной удаленности пункта приема сообщений

Определение наибольшей, возможной удаленности пункта приема сообщений при отсутствии устройств, для ретрансляции сигналов сводится к определению дальности действия передатчика телемеханического устройства по проводным линиям связи.

Эта дальность действия определяется наибольшим перекрываемым затуханием (b_доп), при котором уровень сигнала в месте приема превышает уровень помех (Р_пом) на некоторую величину (Р_оп).

Дальность действия передатчика в километрах определяется:

,

где: b_доп - наибольшее перекрываемое затухание линии, допустимое при данной мощности передатчика и данном уровне помех, Нп;

? - километрический коэффициент затухания, Нп/км;

n - приведенное число промежуточных пунктов на 1 км линии;

b_n - затухание вносимое одним промежуточным пунктом, Нп/км.

Наибольшее перекрываемое затухание линии, допустимое при данной мощности передатчика (Р_дп) и данном уровне помех (Р_сп) определяется:

,

где: Р_дп - абсолютный уровень мощности передатчика, ограничиваемый допустимым влиянием на соседние каналы и зависящий от числа передатчиков, Нп (для телемеханических каналов ограничивают величиной Р_дп = 0,6 Нп для воздушных линий и Р_дп = 1,1 Нп для кабельных линий; в обоих случаях при одном передатчике);

Р_пом - абсолютный уровень помехи, Нп;

Р_сп - превышение абсолютного уровня полезного сигнала над абсолютным уровнем возможной помехи, Нп (зависит от вида модуляции: при частотной Р_сп принимается более 2 Нп, при амплитудной Р_сп - более 2,5 Нп);

,

где: N_кп - число контролируемых пунктов;

L - среднее расстояние между тяговыми подстанциями (принимаем равным 50 км).

? = 40,6*10^-3 дБ/км из (1) = 40,6*0,115=0,00467 Нп/км

км

4. Структурная схема проектируемого устройства

Рис. 1. Структурная схема ТУ КП.

Приемное устройство ТУ КП (рис.1) состоит из приемника частотных сигналов ЧМПр, линейного блока ЛБ, блока селекции и синхронизации БСС, блока контроля и защиты БКЗ, распределителя Р, запоминающего устройства исполнительных цепей ЗУ, блоков выходных реле БВР и исполнения БИ.

С приёмника ЧМПр тактовая серия поступает в ЛБ, затем на блок синхронизации и селекции, далее в распределитель. Одновременно тактовая серия поступает на блок контроля и защиты. Распределитель переключается в соответствии с тактовой серией. При холостых сериях осуществляется только контроль синхронизации и автоматическая синхронизация распределителей при сбоях. При передаче командной серии избирающие импульсы поступают с распределителя в запоминающее устройство. Считывание информации осуществляется импульсами, получаемыми из блока исполнения в конце цикла из двух кодовых серий, после проверки правильности принятых кодовых комбинаций. Импульсы запоминающего устройства выдаются непосредственно на выходные реле телеуправления.

Блок контроля и защит БКЗ контролирует правильность приема серии и предотвращает воспроизведение ложных команд при неправильном выборе КП (появление лишнего или недостающего избирающего импульса на соответствующих позициях серии), выборе двух или более групп или объектов, при появлении сверхдлинного импульса в избирающих позициях серии и длинной паузы, при рассинхронизации, а также при несовпадении обеих кодовых комбинаций. При несовпадении обеих кодовых комбинаций срабатывает какая-либо из защит - выбора другого КП, двух групп или объектов.

5. Работа приемного полукомплекта телеуправления ТУ-КП

Прием холостой серии осуществляется следующим образом. Тактовая серия импульсов с частотного приемника поступает на линейный триггер ЛТ и через инвертор 14 (Г5) на вход счетчика распределителя, который при этом переключается. На схеме рис. 6 инвертор 14 (Г5) обозначен И-НЕ-1к (РВк), что указывает его тип и принадлежность к модулю РВк. В 30-й позиции распределителя срабатывает триггер задержки ТЗД (по входу 15), который запирает инвертор 14 (Г5) положительным сигналом с выхода Г7, запрещая работу счетчика распределителя СчР.

Если с последним положением распределителя (30-я и 31-я позиции счетчика) совпал синхронизирующий сверхдлинный импульс, ТЗД сбрасывается реле времени 14 (Г4). Инвертор 14 (Г5) вновь открывается и доводит счетчик распределителя до 31-й позиции. Первый тактовый импульс переводит счетчик распределителя в 0-ю позицию и цикл работы устройства повторяется.

При приеме командной серии на 1-м по счету (нулевом) длинном импульсе в 0-й позиции распределителя срабатывает триггер ТПУ, а на последующих длинных импульсах -- триггеры КП1 и КП2, реле выбора операции, объекта и группы, которые удерживаются в возбужденном состоянии своими контактами. При этом на шинку самоподхвата реле поступает отрицательный потенциал от усилителя 15 (Г 6) через схему Защ. 4, так как на входе 15 усилителя.

Имеется запирающий положительный потенциал с выхода Г7 триггера ТПУ. Разрешение на работу выходов дешифратора на наборные реле выдается после срабатывания триггеров ТПУ, КП1, КП2 через диодную сборку ДС1 инверторами 14 (Г1) и 14 (Г6) при условии, что действует импульс (+ И), не возбуждены реле исполнения РИ и триггеры запрета ТЗП1, ТЗП2. Исполнение команды осуществляется в конце повторной кодовой комбинации после срабатывания реле разрешения исполнения РИ.

В конце первой серии РИ не срабатывает, так как выход диодной сборки ДС2 и инвертор 15 (Г7) блокированы триггером ТИП. Этот триггер в конце каждой холостой серии переводится, импульсом с выхода 29' СчР через формирующую схему Ф 16 (16) в исходное состояние (на выходе Г8 отрицательный потенциал). На первой командной серии после возбуждения триггера ТПУ на входе 3 схемы Ф 16 (16) появляется положительный потенциал и ее конденсатор не заряжается. Поэтому при переходе распределителя в 30-ю позицию импульс с выхода 29' не вызывает срабатывания этой схемы Ф, а воздействует непосредственно на счетный вход ТПП, устанавливая триггер в положение блокировки. В начале второй командной серии при переходе распределителя в 0-е положение сигналом с выхода 31 дешифратора триггеры ТПУ, КП1 и КП2 сбрасываются.

Наборные реле в промежутке между первой и второй сериями сохраняют свое состояние, так как они заблокированы триггером ТПП [на входе 14 усилителя 15 (Г6) имеется положительный потенциал]. В течение второй серии вновь возбуждаются триггеры ТПУ, КП1 и КП2 и выбираются соответствующие реле. В 30-й позиции распределителя триггер ТПП (по счетному входу) переходит в положение разрешения и, если не происходит сбоев, в конце серии срабатывает реле РИ [цепь ДС2, 15 (Г7)]. Одновременно через инвертор 15 (Г7), реле времени 15 (ГЗ) и усилитель 15 (Г6) продолжают удерживаться наборные реле. При этом на вход 17 входного инвертора реле времени поступает положительный потенциал от инвертора 15 (Г7). Входной инвертор, закрываясь, включает в работу собственно реле времени [обозначения те же, что и у РВк 13 (ГЗ)], выполненное на транзисторах 77--75, и одновременно подает отрицательный потенциал на вход 6 выходного инвертора Т6 реле времени. На втором диодном входе инвертора Т6 присутствует также отрицательный потенциал, поэтому Т6 открывается и удерживает усилитель 15 (Г6) в закрытом состоянии до тех пор, пока реле времени не сработает, открыв транзистор Т5. При этом Т6 закрывается, на выходе усилителя 15 (Г6) появляется положительный потенциал. Питание наборных реле прекращается. Продолжительность выдержки времени выбирают равной 5--6 с, что необходимо для включения исполнительных аппаратов.

Обе повторные серии принимаются одними и теми же наборными реле. Любое однократное искажение приводит к тому, что-либо объектовое или групповое реле не выбирается (исчезновение длинного импульса), либо выбираются два реле (а при большем числе искажений большее число реле). Это вызывает срабатывание защиты от выбора двух объектов или групп.

Для уменьшения мощности блока питания в цепи выбора наборных реле напряжение подается контактами реле РП, управляемого инвертором 13 (Г6). Пока распределитель в командной серии опрашивает 0-й--19-й выходы дешифратора, инвертор 13 (Г6) закрыт потенциалами, поступающими с I--III вы ходов СчР на оба входа ИЛИ, реле РП обесточено и питание подается его раз мыкающим контактом. При опросе выходов 20--29 инвертор 13 (Г6) открыт, РП возбуждено и наборные реле питаются через замыкающий контакт РП.

Цепь на выходное реле собирается при срабатывании соответствующего объектового реле (1об--16об), группового (lгp--5гр), реле выбора операции (Вк или От) и реле разрешения РИ.

При сбоях в передаче, что фиксируется срабатыванием одной из защит от рассинхронизации [ТЗД, 11 (16) и 11 (1) на рис. 161)}, искажения импульсов [ТЗД, 11 (2) и 11 (15)], выбора двух и более КП [8(1, 2,15,16)], двух или более объектовых реле либо групповых реле, по четности [триггер ТЗЧ 10 (Г6, Г8) и схема 16 (2)] возбуждаются триггеры запрета и запрещают срабатывание реле РИ в конце серии. В устройстве ТС подается сигнал «Сбой ТУ».

Защита от рассинхронизации работает, если при возбужденном ТЗД [отрицательный потенциал на входах 3 и 14 формирующих схем 11 (16) и 11 (1)] приходит разделительная пауза. При этом на диодных входах 6 и 10 схем 11 (16) и 11 (1) появляется положительный потенциал (+ П), вызывающий разряд конденсаторов на входы ТЗП1 и ТЗП2. Триггеры срабатывают. Если устройство работает нормально, триггеры ТЗП не возбуждаются, так как при сбросе ТЗД на сверхдлинном импульсе положительный потенциал появляется на резисторных входах 3 и 14 схем 11 (16) и 11(1) раньше, чем на диодных. Сигнал при разряде конденсаторов через резисторы не достаточен для возбуждения ТЗП.

Защита от прихода сверхдлинного импульса в середине серии работает аналогично. Защита по четности основана на подсчете удлиненных импульсов в серии, приходящих после выбора КП. В начале каждой серии (в момент прихода нулевого импульса) триггер 10 (Г6, Г8) приводится в исходное состояние формирующей схемой 16 (2). В процессе приема командной серии он переключается по счетному входу при каждом срабатывании инвертора 14 (Г1) -- на им пульсах выбора операции, объекта, группы и сверхдлинном. Если число удлиненных импульсов оказалось четным (четыре), то на выходе Г8 триггера будет отрицательный потенциал, разрешающий работу РИ. При нечетном числе их триггер ТЗЧ блокирует вход инвертора 15 (Г7), запрещая работу РИ.

Наряду с группой защит от ложной работы при сбоях в устройстве теле управления предусмотрены защиты, реагирующие на наиболее опасные неисправности: повреждение триггеров КП1, КП2 и ТПП и залипание герметизированных контактов (герконов). При пробое левого на схеме транзистора хотя бы одного из триггеров КП1, КП2 и ТПУ возможен прием ложной команды. Для защиты в этом случае служат инвертор 15 (Г5) и диодная схема 8 (6). При пробое одного из упомянутых транзисторов на одном из входов (11 или 22) инвертора 15 (Г5) появляется положительный потенциал. Выходной транзистор инвертора закрывается, разрешая работу диодной схемы 8 (6). При приеме командной серии на 1-м выходе распределителя появляется отрицательный потенциал, поступающий на вход 21 диодной схемы 8 (6). На выходе Г8 триггера ТПП также отрицательный потенциал, поэтому конденсаторы формирующих схем Ф4 (1, 2) заряжаются. При переключении распределителя во 2-ю позицию на его 1-м выходе появляется положительный потенциал, вызывающий срабатывание формирующих схем, возбуждающих триггеры запрета.

Защита от залипания герконов выполнена на транзисторах 77 и Т2. Первый из них нормально открыт, второй закрыт. На входах И, 15 и 16 собрана схема ИЛИ. При залипании контакта реле выбора операции Вк или От потенциал + Е_р поступит соответственно на входы 15 или 16 схемы защиты. Закроется транзистор 77 и откроется 72. Реле РЗК, включенное в коллекторную цепь Т2, возбудится. Его контакт в схеме И1 (рис. 6) замкнется и подаст напряжение на резистор R. Схема И1 возбуждает триггер ТЗП1 на третьем такте любой серии (холостой или командной), если на остальных диодных входах ее будут отрицательные потенциалы.

Принципиальная схема устройства ТУ КП

Рис. 3: Выходные цепи устройства ТУ КП.

В процессе приема команды в нормальных условиях (ни один из герконов не залип) хотя бы на одном из диодов обязательно имеется блокирующий положительный потенциал: или от инвертора 13 (Г5) после срабатывания обоих триггеров выбора КП, или от триггера ТПП в интервале между двумя командными сериями, или от реле времени 15 (ГЗ) в течение выполнения команды исполнительными реле.

Схема защиты работает аналогично при залипании герконов групповых реле (потенциал + Е_р поступает на входы 15 или 16 через резистор R1, диоды Д схемы искрогашения и залипший контакт) и реле выбора объекта (потенциал + Е_р поступает на вход 11 через R1, соответствующий диод Д, обмотку реле и залипший контакт).

Для исключения ошибок при особо ответственных операциях предусмотрена возможность запрета операции включения отключенных объектов без предварительного снятия блокировки. С этой целью предусмотрена специальная команда блокировки (включение 16-го объекта 3-й группы). Контакт реле включения 16 об подает -- Е_б на вход инвертора 1 (ГЗ), к которому подключена так же диодная схема 27-го выхода СчР. На 27-м такте на выходе инвертора появляется сигнал 0, вызывающий возбуждение реле Р12 и запирание инвертора 1 (Г5). При переходе распределителя в 28-ю позицию инвертор 1 (ГЗ) закрывается. Однако реле Р12 остается возбужденным, получая + Е_к с выхода вновь открывшегося инвертора 1 (Г5) через контакт самоблокировки. Контакт реле Р12 включен последовательно с контактом Вк (рис. 3) и, пока Р12 возбуждено, ни одна команда на включение не будет выполнена.

Для включения объектов в этом случае необходимо послать команду на отключение реле Р12. Контакт реле От подает + Е_к на вход 15 инвертора 1 (Г5). На выходе инвертора появляется отрицательный потенциал и реле Р12 обесточивается. Одновременно этот же контакт От подает + E_K на шинку питания реле Вк, что предотвращает одновременный выбор двух операций.

6.Временная диаграмма для случая приёма приказа

Схемы блоков приема команды разных пунктов отличаются лишь подключением к приемному распределителю триггеров выбора пункта (КП1 и КП2) и логических схем “И” (В9.1-В9.4), осуществляющих через соответствующие формирующие схемы Ф (В10.1-В10.4) сброс триггера приема телеуправления ТПУ (В5).

При подключении триггеров выбора пункта КП1 и КП2 и формирующих схем Ф следует руководствоваться приведенной выше таблицей 1.

На том пункте, куда передается приказ, вслед за ТПУ от 2-го выхода приемного распределителя со 2-ой и по 5-ю позицию на остальных пунктах (1,3 - 1,5) срабатывает хотя бы одна формирующая схема Ф и срабатывает свой триггер приема управления ТПУ. Поэтому приема приказа на этих пунктах не происходит.

На том пункте, куда передается приказ, вслед за ТПУ от 2-го выхода приемного распределителя АЧ-2 через логическую схему “и” (В1.2) срабатывает выбора контролируемого пункта КП, а затем от 4-го выхода КП2. Схемы сброса триггера приема управления от формирующих схем Ф (В10.1-В10.4) не срабатывают, так как переключение распределителя в соответствующие позиции совпадает с приходом короткого импульса (запрет от А10).

Таким образом, к моменту появления длинного импульса выбора операции, объекта в группе и группы на том пункте, куда передается команда, оказываются возбужденными триггеры ТПУ, КП1 и КП2, что при отсутствии запрета от устройств защиты позволит срабатывать этим реле.

Триггеры ТПУ, КП1 и КП2 срабатываются в конце командной серии от логической схемы “И” (В11) на 32-й позиции распределителя в момент окончания сверхдлинного импульса, но на 1-й серии запрет на исполнение приказа следует от триггера повторного приема ТПП, находящегося в это время в возбужденном состоянии. В начале второй командной серии триггеры ТПУ, КП1 и КП2 срабатывают как и в начале первой.

На холостой серии при невозбужденном триггере ТПУ триггер повторной передачи ТПП при переключении приемного распределителя из 30-й в 31-ю позицию периодически получает импульсы по инверсному установочному входу R, фиксирующие его в сброшенном состоянии. После возбуждения триггера ТПУ логическая схема “И” (В2) блокируется и начинает работать счетный вход (J-K), который на первой командной серии при переключении распределителя из 30-й в 31-ю позицию переводит триггер ТПП в возбужденное состояние.

В этом состоянии триггер ТПП своим инверсным входом блокирует работу исполнительных цепей и обеспечивает питание сработавших во времени приема 1-й командной серии по цепям самоблокировки.

Во время второй командной серии триггер повторной передачи при переключении приемного распределителя в 31-ю сбрасывается по счетному входу и снимает блокировку с исполнительных цепей. При этом в случае отсутствия запрета от защиты происходит выполнение приказа.

7.Защита от замыкания контактов

Рис. Выходные цепи устройства ТУ КП.

Защита от замыкания контактов выполнена на модуле ЗК. Она предназначена для регистрации замыкания герконов, как в процессе приема командной серии, так и в случае залипания их после исполнения команды или в любой момент времени при приеме холостой серии. Основой защиты являются дна транзистора VT1 и VT2, первый из которых открыт при отсутствии входных сигналов, а второй -- закрыт. Обмотка реле защиты от залипания контактов РЗК подключена к коллектору транзистора VT2. Контакт реле РЗК подключен к резистору R в схеме И1. Модуль ЗК имеет три входа, выполняющих логическую операцию ИЛИ.

При длительном замыкании (залипании) контакта реле выбора операции Вк или От потенциал +Eр, поступая на вход 15 или 16, закрывает транзистор VT1, что приводит к открытию транзистора VT2 и срабатыванию реле РЗК.

При длительном замыкании (залипании) контактов реле выбора группы 1гр--5гр потенциал +Ер поступает также на вход 15 или 16 по цепи: +Eр--R1 -- общая шина диодной схемы - диод искрогашения VD - залипший контакт реле группы, например 5гр - вход15 или 16. Транзисторы VT1и VT2 переключаются, реле РЗК срабатывает.

При длительном замыкании (залипании) контактов реле выбора объекта 1об-16об потенциал +Ер поступает на вход 11 защиты через резистор R1, диод VD, обмотку выходного реле, например РВ, замкнутый контакт реле, например 15об, и происходит переключение транзисторов VT1 и VT2 и срабатывание реле РЗК.

При длительном замыкании (залипании) контакта реле исполнения РИ потенциал -Ер поступает на вход 11 зашиты, через резистор R2 и диоды на базу VT2, который открывается (при открытом VT1) и происходит срабатывание реле РЗК.

Срабатывание реле РЗК и замыкание его контакта в схеме И1 приводит к подаче потенциала -Еб) на резистор R. На второй позиции распределителя любой серии (холостой или командной) при условии, что на остальных диодах схемы будут отрицательные потенциалы, возбуждается триггер запрета ТЗП1. В процессе приема команды происходит замыкание контактов наборных реле и срабатывание РЗК. Схема И1 при этом заблокирована подачей на один из трех диодов схемы нулевого потенциала: от инвертора 13(Г5) при возбужденных триггерах КП1 и КП2; от триггера ТПП в интервале между двумя командами серии, когда триггеры КП1 и КП2 сброшены; от реле времени 15(ГЗ) и течение времени выполнения команды исполнительными реле.

Функциональная схема приемного комплекта ТУБиблиографический список

1. Методические указания: “Автоматизация системы электроснабжения. Функциональные схемы устройств автоматики и телемеханики системы электроснабжения”.

2. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине “Автоматизация систем электроснабжения”. Составители: канд. техн. наук А.Д. Родченко, В.Ф. Кудряшов; 1998.

3. Автоматизация систем электроснабжения. Под ред. Н.Д. Сухопрудского. - М.: Транспорт, 1990. - 359 с.