70560

Основы построения АСУ

Конспект

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Управление воздействие на объект для реализации заранее принятых целей оно осуществляется на основании анализ в получаемой информации об объекте и окружающей его внешней среде. Принцип преобразования информации Преобразователи – устройства использующиеся в преобразовании величин...

Русский

2014-10-22

1.81 MB

8 чел.

Основы построения АСУ

При постановке какой-либо задачи из окружающего мира выделяется множество взаимосвязанных элементов, которые объединяются общим решением работы, и предназначаются для выполнения общих для всех элементов целей. При этом каждый элемент в отдельности или их частные комбинации выполняет свои частные цели. Это объединение элементов выполняет какие-либо преобразования тех или иных общих форм существования материи из одних видов в другие.

Система – совокупность элементов, связанных между собой общими режимами работ для достижения общих целей преобразования видов материи при некотором отличии целей и свойств всей системы от целей и свойств отдельных её элементов или частичных комбинаций.

Управление – воздействие на объект для реализации заранее принятых целей, оно осуществляется на основании анализ в получаемой информации об объекте и окружающей его внешней среде.

Управляемая система – система, являющаяся объектом управления, управление осуществляется для того, чтобы обеспечить надлежащее функционирование управляемой системы.

Управляющая система – система, осуществляющая функции управления.

Система управления – это термин, употребляемый иногда взамен термина "управляющая система". Однако чаще всего более строго  он трактуется как система, объединяющая две подчиненные системы: управляющую и управляемую. В дальнейшем этот термин будет  использоваться именно в этом смысле (например, станок с ЧПУ, электронный блок).

Принцип преобразования информации

Преобразователи – устройства, использующиеся в преобразовании величин одной физической природы в другую и обратно.

Датчики – устройства, вырабатывающие дискретный сигнал в зависимости от кода технологического процесса или воздействия на них информации.

Информация и способы её преобразования

Информация должна обладать следующими свойствами:

1. Информация должна быть понятной в соответствии с принятой системой кодирования или её представлении.

2. Каналы передачи информации должны быть помехозащищенными и не допускать проникновение ложной информации.

3. Информация должна быть удобной для её обработки.

4. Информация должна быть удобной для её хранения.

Для передачи информации используются каналы связи, которые могут быть искусственными, естественными, смешанными.

АСУ – человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и переработку информации, необходимой оптимизации управления устройств технологических процессов или информационных потоков.

АСУ технологического процесса – АСУ для выработки и реализации управляемых воздействий на технологический объект управления в соответствии с принятым критерием качества управления.

В таких системах обеспечивается реализация законов управления и как следствие эффективное  ведение технологического процесса. При этом качество выпускаемой продукции не зависит от квалификации обслуживающего персонала, достигается высокий уровень качества, обеспечивается высокий уровень загрузки  оборудования  и должен обеспечиваться минимум приведенных затрат.


Группы АСУТП

1. АСУТП обеспечивающая стабилизацию заданного или оптимального технологического режима, т.е. таких технологических  параметров, на которые действующие возмущения оказывают существенное влияние.

2. АСУТП обрабатывающие с установленной точностью заданные или непрерывно выдаваемые изменения технологических процессов. Системы следящего программного или следящего управления.

3. АСУТП самостоятельно вырабатывающие наилучший технологический режим и обеспечивающие его поддержание автоматически вырабатывающие наилучшую траекторию ведения процесса.

Комплексные АСУТП имеющие взаимные связи с узловыми АС, связанные информационными узлами и обеспеченные АС переработки информации, образующую систему управления предпр-ем.

Все системы АСУ имеют иерархическую структуру в которой можно проследить ход управляющего воздействия от центрального органа управления к управляемому органу.

Основный принцип, по которому строится АСУ это объектная ориентация, т.е. комплекс средств объединяется в один модуль или объект, который выполняет свои функции строго при определенном воздействии. Это воздействие может быть сигналом от управляющей системы более высокого уровня.

В последние годы при разработке АСУТП стремятся сократить количество связей с применением прямого цифрового управления.

Получение информации о технологическом объекте управления

Функционирование АС неразрывно связано с переработкой потока технологической информации. В процессе управления оператор передает управляющему устройству исходную информацию, а объект управления преобразовывает её текущую информацию. Управляющее устройство информирует оператора о принятых решениях и передает управляющему объекту воздействие.

Структурная схема АСУТП:

1 – блок внешней информации;

2 – процессор;

3 – устройство связи с объектом;

4 – объект управления;

5 – датчики технологических параметров;

6 – блок текущей информации;

7 – пульт управления;

x1. x2, x3 – внешние параметры технологического процесса;

h1, h2, h3; y1. y2, y3 – информация о ходе технологического процесса.

Характерные особенности современных АСУТП является высокая производительность обработки информации при неограниченном объеме памяти. Эта особенность базируется на применении средств вычислительной технологии, в данной схеме это процессор. Наиболее широко используются программные контроллеры, которые являются мини ЭВМ с объемом памяти, с набором входных устройств приема информации и набором выходных устройств, вырабатывающих управляющие воздействия. Применение этих устройств позволяет сделать автоматизированную систему гибкой, универсальной, т.е. вычислительная система не привязывается к конкретному технологическому процессу. Перестройка технологии производства сводится к очистке памяти управляющей программы и ввода с носителя новых данных. Даже для самых громоздких не превышает 10 сек. Информационная функция автоматизированных систем заключается в сборе технологической информации, преобразование этой информации и хранение информации в состоянии технологического объекта.

Управляющая функция АСУТП имеет своей целью выработку решений и осуществление управляющих воздействий. В исполнении задачи информационной и управляющей функции принимает участие процессор 2, совмещающий переработку, хранение и выработку управляющей информации, передаваемой в виде управляющего воздействия  по каналам устройств связи. В блок внешней информации 1 управляющего устройства входит внешнее и оперативное запоминающее устройство. Для длительного хранения вводится априорная информация об объекте и технологические инструкции. Априорная информация вводится с пульта управления. Априорная информация является  неизменной в процессе функционирования АСУТП в заданном режиме. Текущая информация  о технологическом процессе принимается с помощью технологических датчиков 5 и вводится в блок текущей информации 6. Основным узлом управляющего устройства (УУ) является процессор, имеющий логические и арифметические блоки, в которых априорная, исходная и текущая информация преобразуются в управляющие команды. Эти команды передаются на реагирующие органы технологической установки. Это может быть магнитные пускатели, контакторы, электромагнитные задвижки и прочее. На выходе управляющего устройства могут устанавливаться устройства связи с объектом, предназначенные для преобразования управляющих команд в управляющие воздействия достаточной мощности для срабатывания реагирующих элементов.

Сложность элементов внутренне структуры АСУ находится в тесной связи с характером технологического процесса. Если процесс можно рассматривать детерминированным (неизменным во времени и пространстве), то модель этого процесса достаточного просто описывается с помощью простых алгоритмов, но если процессы являются совокупностью случайных факторов подлежащих учету тем сложнее математическая модель процесса и, соответственно, внутренняя структура АСУ. Во внешней структуре АСУ выделяют системы различных уровней или подсистем, отвечающих конкретным целям и задачам.

Подсистемы АСУ разделяются по функциональному и структурному принципу. Если функции системы ограничены одним механизмом, то эта система называется локальной. Если механизмы, управляющие локальными системами тесно связаны между собой то их взаимная координация осуществляется узловой АСУТП. Объединение локальных систем осуществляется по территориальным или  функциональному признакам. Более высокий уровень автоматизированных


АСУ это комплексные АСУТП. Как правило, комплексные АСУТП дополняются узлами и автоматизированными система переработки информации. Такой принцип построения систем называется иерархический.

Иерархия автоматизированной системы определяет порядок подчинения взаимосвязанных подсистем с общей системой управления.

Каждым видом оборудования осуществляет управление автоматизированная система АСУТП 1-го уровня.

Автоматизированные системы 1-го уровня могут быть связаны между собой и вырабатывают управляющее воздействие  на оборудование в зависимости от взаимного взаимодействия оборудования.

АСУТП (комплексное) осуществляет управляющее воздействие только управление установкой по минимуму воздействующих факторов.

В последние годы при разработке АСУТП рамки иерархий сокращается, в связи с применением прямого цифрового управления. Происходит замена структурной иерархии арифметической.

Таким образом, АСУ представляет собой комплекс средств технического, информационного, математического и программного обеспечения.

Существует прямая связь, когда оператор вводит в управляющее устройство априорную или исходную информацию, содержащую информацию о цели и программе функционирования технологического агрегата. К этой информации относятся различные постоянные и числа определяющие режим. Исходная информация содержит сведения, касающиеся данного вида продукции и исходная информация физически может быть представлена только на каком-либо магнитном носителе. Эта информация с одного носителя на другой в виде импульсов тока и напряжения. Сам процесс переноса информации в пространстве называется передачей информаций по каналам связи.

Обратная связь – это та, которая служит для информирования оператора о ходе, механического процесса и о принятых управляющих решениях. Обратная связь может быть постоянной или периодической по запросу.

Большее значение имеет форма представления информации (способ кодирования). Большинство датчиков оперируют сигналами представляющих импульсы тока или потенциальные уровни напряжения. Для информации не переб. операт реакции используются приборы аналогового типа. Для информации, на основании которой принимается операторной воздействие целесообразно использовать её цифровое преобразование, согласующееся с цифровым вычислительным устройством. При управлении от управляющих вычислительных машин необходимо согласовать выходы управляющего устройства и входы исполнительных органов.

Преобразование технологической информации

Материальным носителем технологической информации является сигнал, который помимо информации несет некоторую энергию. Сигналы текущей информации, выработанные датчиками должны обеспечивать необходимую простоту и высокую достоверность преобразования. Может оказаться так, что природа и параметры полученного сигнала не пригодны для передачи его по каналам связи. В этом случае необходимо преобразование сигнала. При всех преобразованиях сигнала смысл сообщения полученного при считывании не должен изменится. При преобразовании сигнала существует два аспекта:

1. преобразование  природы, формы и параметров сигнала. Это происходит с помощью модуляции или квантования. Установление однозначного соответствия между отдельными видами сигналов и состояниями управляющего объекта. Как правило, это кодирование "состояние-сигнал", перекодирование "сигнал-сигнал", декодирование "сигнал-состояние".

Квантование сигналов сводится к замене текущих значений непрерывного сигнала к конечному.

Непрерывный сигнал у(t) в результате квантования заменяется ступенчатой фикцией Ψ(t) при разности уровней Δy.

Δy – разрешающая способность сигнала или шаг квантовая. Пока сигнал не изменился на величину Δy преобразователь повторяет предыдущее значение. Только после достижения сигналом нового уровня преобразователь переключает новое значение. Шаг квантования определяется требуемой точностью измерения и обеспечивается разрешающей способностью преобразователя, чем она выше, тем меньше шаг квантования. Шаг квантования зависит от допустимой относительной погрешности измерения δ:

Число уровней квантования:

Квантование непрерывного сигнала по уровню позволяет ограничить конечным числом бесконечное число бесконечное множество измерений. В этом случае система в большей степени защищена от помех, амплитуда которых должна меньше шага квантования по уровню.

Элементная база автоматизированных систем управления

Элементная база технических средств строится на элементах промышленной электроники с высокой степенью интеграции.

Интегральная микросхема (ИМС).

Это микро элементные изделия, выполняющие функции преобразования и обработки или накапливания информации. ИМС имеет высокую плотность упаковки  эл. соединительных элементов, которые с точки зрения эксплуатации соединены в единое целое.

Любая ИМС имеет внутренние и внешние элементы.

Внешние элементы необходимы для питания микросхем, изменения внутренних и внешних связей и изменения режима работы микросхем.

Термин интегральная означает сумму (интеграл) большого числа простых элементов. Кристалл, с помощью которого выполняется МИС, представляет собой пластину из полупроводникового материала на котором сформированы элементы, межэлементные соединения и контактные площадки.  К контактным площадкам микросваркой присоединяются проводники, которые являются выводами доступными пользователю. Большинство микропроцессорных схем  заключаются в пластмассовый или нержавеющий корпус.

Микросхемы:

1. цифровые

2. аналоговые.

Цифровой сигнал – сигнал в цифровом коде.

Аналоговый – сигнал в виде непрерывно изменяющегося потенциала напряжения или тока.

Количество элементов микропроцессорной схемы определяет её сложность и характеризуется степенью интеграции – k.

n – число элементов в микросхеме. К первой степени интеграции относятся ИМС с числом элементов до 10; ко 2-ой до 100; к 3-ей до 1000; к 4-о1 до 10000 и более.

Для цифровых ИМС комплексную меру сложности определяет число логических элементов. Под логическим элементов понимают устройство, выполняющее простейшие операции булевой алгебры, как правило, эти операции выполняются в двоичном коде.

Цифровые ИМС

Переменные х и  функции от них можно принимать только два фиксированных значения 0 или 1, которым соответствуют определенные уровни напряжения и тока.

Наиболее распространенные функции: и, и-не, или-не.

Степень интеграции таких элементов, как правило, 1 или 2. У более сложных  функциональных узлов (счетчики, регистраторы, дешифраторы: степень интеграции k=2;3).

Более сложные устройства (запоминающие, арифметические и логические устройства (АЛУ), микропроцессорные) k=4 и более.

Цифровые ИМС выпускаются сериями и объединяются по функциональному признаку в группы, логические элементы, счетчики и прочее.

ИМС одной серии имеют одинаковые напряжения питания, одинаковые уровни 0 и 1 и конструктивно аналогичны.

Сложные логические функции выполняются с использованием простых элементов, которые связываются в единый комплекс устройства. Базовые логические элементы выполняют простейшими логические операции: и-не, или-не. По принципу действия логические элементы делятся:

1. ДТЛ – диодно-транзисторная логика;

2. РТЛ – резистивно-транзисторная логика;

3. ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика;

4. ЭСЛ – эмиттерно-связанная логика.

В последнее время широко используется элементы КМДП структур, на которой используется элементы со структурой металл-диэлектрик-полупроводник. Также широко используются элементы на биполярных транзисторах.

Схема базового логического элемента типа ТТЛ

- функция 2И-НЕ

В этой схеме 3 каскада:

- входной каскад на транзисторе VT1, реализующий функцию и;

- 2-ой каскад – фазоразделительный на транзисторе VT2 и два выходных каскада VT3 и VT4.

Если на все входы х1 и х2 подать напряжение или сигнал высокого уровня соответствующий 1, то эммиторный переход транзистора VT1 окажется закрытым. При этом ток, протекающий через R1 и коллекторный переход транзистора VT1, откроет транзистор VT2; падение напряжения на R4 будет достаточным для открывания транзистора VT4. Напряжение на коллекторе VT2 таково, что оно закроет транзистор VT3 в результате на выходе элемента установится напряжение низкого уровня, соответствующее логическому 0. Если хоть на один из входов подать напряжение низкого уровня или соединить его с землей, то эммиторный переход транзистора VT4 откроется и зашунтирует базовый переход транзистора VT2. Транзистор VT2 закроется, это приведет к закрыванию VT4 и открыванию VT3. На выходе установится напряжение  высокого уровня. В логическом элементе выполняется функция 2и-не. Транзистор VT1 называется многоэммитерным. Количество эмиттеров определяет количество  входов, участвующих в операциях и. Для ИМС типа ТТЛ 0 и 1 считаются соответственно при напряжении источника 5 В. Сигнал 0 не более 0,4 в и сигнал 1 не менее 2,4 В.

Уровни напряжения зависит от нагрузки на выходе, поэтому, как правило, микросхема нормируются величиной входов других элементов, присоединенных к входу, как правило, нагрузочная способность не более 10. Если нагрузочная способность большая – это микросхемы более мощные источники.

Схема базового логического элемента типа КМDП

КМDП – на металлическую подложку напыляют п/п, которые выполняют функцию транзисторного перехода.

КМDП транзистор является идеальным переключателем.

При подаче на вход напряжения высокого уровня n-канальный транзистор открывается, р-канальный транзистор закрывается. Если хотя бы на один из входов будет подано напряжение низкого уровня, то закроется n-канальный транзистор VT1 и VT2, а на выходе устройства установится высокий уровень напряжения.

Достоинства схемы: 0 не отличается от 0, а 1 соответствует Uип и они выпускаются на U=3,5,15 В. Выходное сопротивление достигает десятков и более МОм, соответственно у него неограниченная нагрузочная способность, очень малое потребление, высокое сопротивление и высокое быстродействие. Под быстродействием понимают время установления сигнала на выходе при изменении его на входе.

Примеры графического изображения микросхем

Работу любой микросхемы можно описать  либо  уравнением булевой алгебры, либо таблицей истинности в которой приводятся все возможные комбинации входных сигналов и соответствующие им значения функции выхода.

2И-НЕ

 

х1

х2

х3

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

2ИЛИ-НЕ

х1

х2

у

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

Аналоговые ИМС

К ним относят операционные усилители, стабилизаторы напряжения, стабилизаторы тока, перемножители сигналов, компараторы, цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи.

Особенности аналоговых ИМС по сравнению с цифровыми:

1. большое число  параметров, требуемых для их правильного использования.

2. аналоговые микросхемы чувствительны к изменению внешних параметров питания и нагрузки. Они более сложны, более дорого, и чаще всего требуют питания двух напряжений + и -.

Операционный усилитель применяется для выполнения различных аналоговых операций усиления, фильтрации или арифметические операции с аналоговым сигналом, как правило, это усилитель постоянного тока с обратной связью, сигнал на выходе определяется параметрами обратной связи.

Существуют следующие схемы операционных усилителей:

 1 схема – инверсное включение операционного усилителя

К – коэффициент усиления:

R2 – сопротивление обратной связи;

R2 – сопротивление на входе.

 2 схема – инвертирующий сумматор

Функция сложения сигналов:

 3 схема – дифференциальное включение или дифференциальный усилитель.

Транзистор – используются для усиления, используется как ключевой элемент для управления исполнительным устройством, как правило, устройство постоянного тока.

Тиристор  используется как ключевой, управляющий элемент в преобразовательных устройствах, регулирует  величину тока, протекающего через него.

Диод – используется как неуправляемые выпрямители, как коммутаторные  и могут выполнять защиту от перенапряжения.

Оптроны – (оптико-электрические) – выполняют гальваническую развязку цепей преобразования сигналов и датчиков.

Информационное обеспечение АСУ ТП

Банк данных – это свод сведений о данных и смежных технологических процессах. В нем описывается физика протекающих процессов, список параметров подлежащих измерению, характеристики технологического оборудования и способы управления процессом. Вся эта информация находится в виде уравнений, коэффициентов; вся информация строго определена  по адресам. Банк снабжается пакетом обслуживающих программ, которые позволяют осуществлять допуск к различным разделам банка в соответствии с требованиями , так же позволяет производить  корректно внутренней информации и вывод информации в удобном для использования виде.

Первичные измерительные преобразователи

Первичные измерительные преобразователи – это датчики технологических параметров.

Получение информации о состоянии объекта осуществляется с помощью датчиков, вырабатывающих сигнал, несущий измерительную информацию в форме удобной для использования АСУТП. Все датчики подчиняющиеся измерительному кодастру. Кодастр содержит свыше 2000 измерительных величин и охватывает все отрасли промышленности, включая и энергетику. Он объединяет физические величины, которые определяют состояние технологических объектов. К ним относятся величины пространства (перемещение, смещение), времени, механических величин (давление, упругости), электрические, магнитные, акустические и световые.

Измерительный  преобразователь – это устройство предназначенное для выработки сигнала, обработки и хранения.

Преобразователь не доступен для пользователя, т.е. сигнал на выходе не индицируется.

Различают измерительные преобразователи с естественными выходом сигнала и унифицированным.

К естественным относятся:

1. термоэлектрические преобразователи;

2. термометры сопротивления;

3. дифференциально-транзисторные датчики.

Такие преобразователи применяются в локальных устройствах контроля и автоматизации.

Измерительные преобразователи с унифицированным выходом имеют на входе сигнал, предусмотренный кодастром, а на выходе должны быть сигналы постоянного тока 0-5 мА, 0-20 мА, или напряжение от 0 до 10 В, на переменном токе от 0 до 2 В; частота от 0 до 10 МГц или частота от 4 до 8 кГц.

Структуры измерительных систем

Название

Структура

Статистическая характеристика

Прямое однократное преобразования

К1 – коэффициент передачи или усиления преобразователя;

δ1 – погрешность элемента.

Последовательное прямое преобразование

Дифференциальная

    - элемент сравнения при суммировании

Схема с обратной связью или компенсационная схема

Сигнал обратной связи чаще всего отрицательный, но может быть и положительным

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП)

ЦАП являются элементами аналогово-цифрового преобразователя. В ЦАП входным сигналом является цифровой ход в различных системах исчисления. Выходным является соответствующее значение аналоговой величины в виде например постоянного тока на некотором временном интервале. Комплексно связь между входной цифровой величиной N(ti) и её аналога А(ti) характеризует алгоритм преобразования.

Аналоговая величина определяется:

 ΔA – аналоговый эквивалент единицы младшего разряда кода;

 δА – погрешность преобразования.

Процесс цифро-аналогового преобразования состоит в суммировании эталонных значений напряжения, соответствующих разрядам входного кода.

Слагаемые берутся для разрядов, имеем единичное значение.

Выходное напряжение определяется:

 Uэ – эталонное напряжение;

В1, В2, …,Вn – коэффициент двоичных разрядов, принимающих нулевое или единичное значение.

ЭК – блок электронных ключей.

Источники питания для ЦАП является источник эталонного напряжения.

Погрешность ЦАП зависит от погрешности эталонного напряжения и от устойчивости характеристик эталонной матрицы.

Схема с двумя последовательными сопротивлениями (дорисовано) работает более устойчиво, т.к. умножается нагрузка на каждый элемент.

Аналоговый цифровой преобразователь АЦП

Комплексная связь между аналоговой величиной A(ti) и соответствующей цифровой N(ti) и определяется алгоритмом:

ΔА – шаг квантования

δN(ti) – погрешность преобразования на i-том шаге.

Схемное решение и состав АЦП определяется методом преобразования.

Наибольшее распространение получили три схемы:

1. последовательного счета;

2. поразрядного кодирования;

3. параллельного кодирования.

Метод последовательного счета основан на уравновешивании входных величин суммой одинаковых и минимальных по величине эталонов.

Метод поразрядного кодирования предусматривает несколько эталонов пропорциональных степени числа 2, при этом производится сравнение эталонной и аналоговой величины. Начиная с эталона старшего сигнала, при параллельном методе входная величина сравнивается одновременно со всеми эталонами.

Метод последовательного счета – преобразователи, реализующие этот метод имеют несколько разновидностей преобразования аналогового сигнала в цифровой код:

1. схема последовательного счета с обратной связью. С началом работы преобразователя на вход счетчика СТ поступают импульсы тактовой частоты fт от генератора G, благодаря чему растет код  на входе ЦАПа, в результате повышается напряжение UЦАП на входе. Это напряжение поступает на схему сравнения СС, которая представляет собой компаратор и сравнивается сигнал с ЦАПа со входным напряжение. При равенстве UЦАПа=Uвх компаратор срабатывает, и работа счетчика прекращается. На выходе счетчика устанавливается код, являющийся цифровым эквивалентом входного сигнала.

При неравенстве начинается переходный процесс пока Uвх не будет равно UЦАП. Таким образом, АЦП следит за входным сигналом и отслеживает его. Погрешность в этой схеме зависит от погрешности  ЦАП, от ошибки компаратора при сравнение Uвх и UЦАП.

Недостатки: малое быстродействие.


Метод поразрядного кодирования

 Код результата преобразования формируется в n разрядном регистре, состоящем из группы триггеров. По команде «пуск» схема управления, в качестве которой используется сдвигающий регистр, последовательно приводит триггеры, начиная со старшего разряда, в единое состояние. При этом на вход ЦАП последовательно поступают единицы соответствующих разрядов от триггеров. Например, на входе ЦАП сравнивается при помощи компаратора с аналогичным кодом. В первом такте работы к компаратору подается U и Uцап, который соответствует 1 старшего разряда.

 Если U  Uцап, на выходе компаратора появляется сигнал и триггер старшего разряда сохраняет единичное состояние. В результате преобразование Uвх уравновешивается суммой эталонных напряжений.

 а - коэффициенты равные 0 или 1 в разрядах выходного кода.

 Достоинства: большое быстродействие по сравнению с предыдущей схемой.

Схема, реализующая параллельный метод преобразования

Входящая аналогичная величина Uвх сравнивается при помощи компаратора с эталонными уровнями, например, резистивного делителя. При равенстве входного и сигнала эталонного результата делителя СС переводит RC триггер в соответствующее единое состояние. В результате на индикаторе CD собирается код будущего входного кода. Шифратор преобразует код слева соответствующий уровню, например в цифровой код. Шифратор преобразовывает информацию, соответствующую уровням, например в цифровой код.

Устройства хранения и переработки информации

Это запоминающие устройства, предназначенные для записи, хранения, считывания информации в двоичном коде. Запоминающее устройство только с возможностью считывания данных называется постоянным запоминающим устройством (ПЗУ).

Память любой вычислительной системы имеет иерархическую структуру, состоящую из запоминающих устройств различного быстродействия, емкости и аппаратной реализации. Регистровая память реализуется в качестве интегральной мк схемы или центрального процесса.

Оперативная память (ОЗУ), как правило, входит в состав процессора, и объем оперативной памяти может быть наращен за счет дополнительных элементов в виде отдельных интегральных микросхем.

ПЗУ используются как элементы оперативной памяти, но чаще используются в качестве носителя для текстовых программных продуктов.

Внешняя память реализуется на гибких или жестких дисках. Микросхемы памяти строятся на основе матриц, столбцы и строки которых являются адресами. На пересечении столбца и строки находится одна или несколько ячеек памяти.

Для ОЗУ, ячейка памяти представляет собой триггер или конденсатор, заряженный до уровня 0 или 1. ПЗУ, строятся на основе диодов, а также биполярных или полевых транзисторах. ПЗУ делят на одно или многократные программированные устройства.

ПЗУ перепрограммируемое называется РПЗУ или ППЗУ.

В однократно программируемом ПЗУ при изготовлении или настройке происходят необратимые изменения в ячейках. Например, объединяют базы транзистор с землей или шиной питания, иногда пережигают перемычки с землей или питанием нужных элементов, поэтому при каждом считывании обращении из ПЗУ выделяется одна и та же информация.

Многократно программируемые ПЗУ допускают определенное число циклов при перезаписи. Сохраняют информацию при отключении питания в течении длительного времени (десятки тысяч часов) принцип их действия основан на заряде конденсатора ячейки памяти при программировании. За счет высокого качества изоляции этот заряд может сохраняться очень долго. Считывание информации производится специальным моптранзистором, с плавающим затвором, который имеет малое потребление и не разряжает конденсаторы при считывании. Стирание информации производится ультразвуковыми лучами через специальное окно, которое за счет ионизации промежутков конденсатора снимает накопленный заряд. Основная характеристика запоминающих устройств это объем и организация памяти.

Объем – это элементарных ячеек памяти, измеряется в битах. Бит- это 1 ячейка памяти.

1кб= 21010=1024 (бит).

Разрядность соответствует количеству выводов данных интегральных микросхем.

Организация- это объем запоминающего устройства в словах.

256 бит до 16 кбайт.

Каждое слово занимает 256 бит, а общее количество 16 кбайт.

Регисторные запоминающие устройства выполняются на триггерах, имеют небольшой объем с одним словом из разрядов.

Разделяют следующие функции запоминающего устройства:

Регисторные - временное хранение данных и операций над ними.

ПЗУ – долговременное хранение данных, это константы, коды букв, программы запуска системы.

АЗУ – для хранения промежуточных результатов и временное хранение программ.

Внешнее запоминающее устройство на носителях- для долговременного хранения результатов, банков данных, набора программ и библиотек.

Устройство переработки преобразования информации

Арифметические, логические, операции сдвига, инверсия, пересылки информации, операции преобразования кода. Эти операции реализуются программно, а физически они выполняются с помощью соответствующих устройств.

Триггер- это элемент, обладающий двумя устойчивыми состояниями. Различают их по способу записи информации, по способу синхронизации, по способу организации логических связей.

 RS триггер (асинхронный триггер).

Триггер имеет два входа: R и S, с помощью которых можно устанавливать триггер соответствующий в 0 и 1; 2 выхода: Q и

Триггер строится на двух элементах: и-не; или-не.

Работа: допустим в исходном состоянии на выходе . На входах, R и S по 1. Если на вход S подать 0, то по логине работы элемента D1 независимо от сигнала на втором входе, на выходе Q установится 1. Тогда на обоих входах элемента D2 окажется 1, а на выходе Q будет 0. Логический 0 поступает на второй вход элемента D1 и подтверждает Q-1. Сигнал 0 можно снять с S входа при этом состояние триггера не изменится. Если эту операцию произвести с R входом триггер вернется в противоположно устойчивое состояние. Когда S и R=0, Q и =1- состояние неопределенности, поэтому комбинация R и S=0 запрещена. Аналогично работает RS триггер на элементе 2 или-не (запрещающая операция R и S входы 1).

Таблица истинности.

R

S

Q

Решение

1

1

1

0

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

0

0

1

1

Хранение

Хранение

Запись «1»

Запись «0»

Запрет

 D триггер:

Имеет 2 входа: D – информационный вход;

 C - вход синхронизации.

 D-триггер реализован на 4 элементах И-НЕ. Работает при 0 сигнале на вход C. Состояние триггера определяется выходом Q и не изменяется. Когда на вход C падала 1, триггер переходит в состояние определенное сигналом на входе D.

Диаграмма работы:

Дешифратор – это устройство, выполняющее операцию преобразования n – разрядного слова в N - разрядное слово. Количество входов – n, количество выходов – N.

В нем использованы все комбинации входящего двоичного кода.

Количество комбинаций: N = 2n

Используется в совокупности с индикаторами. Он преобразует двоичный код, собранный на выходах. Применяется в телевизорах. Иногда дешифратор применяется для преобразования двоичного кода в десятичный при управлении устройством индикации.

Мультиплексор – это устройства управляемые двоичным кодом, осуществляющие передачу данных с одного из входов на один выход.

Применяется при вводе информации от различных источников данных.

В ШД столько проводников, сколько разрядная система.

Демультиплексор производит обратную операцию с одного входа распределения на один из выходов

Регистр - это устройство для записи и хранения данных. Могут выполнять операции сдвига, операции преобразования данных из параллельной формы в последующую и наоборот.

Разрядность регистра определяется количеством триггеров.

Регистр хранения на асинхронном RS триггерах:

Вход R позволяет установить регистр хранения в нулевое состояние, при этом все триггеры от T1 до Tn переходят в 0 состояние.

 При подаче 1 на вход записи C данные переходят через элементы 2 И-НЕ и устанавливают соответствующие триггеры в 1.

Если на входе любого разряда 0, то состояние соответствующего триггера не изменяется. После снятия 1 с входа C в регистр записывается слово, которое хранится до зануления.

Регистр сдвига – это устройство, осуществляющее сдвиг данных в ту или иную сторону под действием тактовых импульсов.

Тактовый сигнал сдвига – C информационный вход – D.

Асинхронизационный сигнал установки 0- R. Запись информации осуществляется с младшего разряда под действием коротких тепловых импульсов 1 на вход C. 1 перемещается слева направо в последующий триггер.

Регистр имеет входы Q, с любого из которых можно снимать параллельно код. Наоборот, принимая в регистр параллельно информацию от Q входов она может быть преобразована в последовательный вход с D входом. Используется широко в модемной связи.

Счетчики – это устройство, выполняющее подсчет импульсов и запоминание этого числа в определенном коде. Счет может быть как в прямом, так и в обратном направлении.

Схема нереверсивного двойного счетчика на D триггерах.

Счет осуществляется следующим образом: на входе R производится зануление всех разрядов. При поступлении на вход с импульсов такт частоты состояния триггеров в разрядах будет изменяться с частотой вдвое меньшей предыдущего разряда.

Структура средств измерения

 x – измеряемый сигнал;

 y – измеренный сигнал;

 z1zn – внешние факторы;

 g1+gn – внутренние факторы.

Различают системы измерения прямого и уравновешенного преобразования. Уравновешенные системы позволяют изменить параметры системы в соответствии с изменением внутренних  и внешних факторов. Измерительные системы могут быть разомкнутыми или замкнутыми.

Разомкнутые системы

ИП – измерительный преобразователь

Параллельная система измерения.

 

Скомпенсированная система измерения.

К – коэффициент прямого преобразователя;

  - коэффициент обратного преобразователя;

 Y – сигнал на выходе.

Y = ХК

Х1=Y

Х=Х-Х1

Автоматические системы управления и регулирования (АСУР)

Непрерывный сигнал:

Квантовый сигнал, характеризуется уровнем и длительностью.

Дискретный сигнал:

Средства дискретной и управляющей техники

Микропроцессор (м) – это программа управляемого устройства, осуществляющая обработку цифровой информации, управление ей и передача информации к элементам вычислительной системы. Микропроцессор управляет короткими словами (46 разрядов). Микропроцессор в совокупности с другими ИМС представляет собой микропроцессорный комплект (мк). Они различаются по быстродействию, по разрядности, количеству и возможностям функциональных преобразователей. МК- КМ580, К 1816 (микрокалькуляторах).

АЛУ (арифметическое логическое устройство)- 8-ми разрядное, выполняет семь операций:

  1.  Сложение байт
  2.  Логические операции (и, или, или логическое сравнение если)
  3.  Инкримент (увеличение на единицу)
  4.  Фекримент (уменьшение на единицу)
  5.  Инверсия (с 1 на 0 и наоборот)
  6.  Сдвиг влево и вправо
  7.  Десятичная коррекция
  8.  

Командоконтролеры (КК)

ЦП - центральный процессор;

ШД - шина данных;

ША - шина адресов.

Специальное устройство – устройство, поддерживающее работу процессора. ШД производит считывание данных со входа. ШД поддерживает ША, дает точный адрес откуда взять и куда положить информацию ПЗУ являющуюся программоподдерживающим устройством.

В ОЗУ хранятся данные о состоянии на входах.

ЦП обрабатывает всю информацию. Выходы (выходные модули) управляют исполнительными устройствами. Входы (входные модули) служат для приема сигнала от входных логических элементов (кнопки управления, тумблеры, конечные выключатели, датчики, контакты исполнительных реле). При использовании этих элементов применяется гальваническая развязка входных цепей и их фильтрация от внешних помех. Входные модули применяются на 24 входа и представляют собой устройства, вставляемые в прейд командоконтролера. Выходные модули преобразуют полученную информацию от ЦП или модули памяти сигналы, управляющие работой входных силовых элементов. Это могут быть промежуточные реле, усилители, пускатели, ЭМ и т.п.

Несколько типов выходных модулей: на 8 или 24 выхода. У каждого модуля своя коммутирующая способность и свое направление в зависимости от исполнения на транзисторах, симисторах, тиристорах или электромагнитном реле. Индикация состояния выхода выполняется с помощью светодиодов по каждому выходному каналу. В некоторых используются совмещенные модули входов и выходов.

Процессор – определяет практически все основные параметры контролера. Процессор выполняет операции считывания и обработки команд, следит за порядком выполнения программы, управляет процессами считывания и записи памяти, распределяет информацию в выходные модули. Процессоры: однобитовые (работают с одним видом информации) или многобитовые.

Рабочий цикл любого процессора состоит из 3-х этапов:

  1.  Загрузка в память состояния спрашиваемых входных модулей;
  2.  Последовательная обработка состояний в соответствии с программой и запоминания промежуточных результатов;
  3.  Передача результатов вычислений в выходные модули.

Работа программируемого контроля происходит циклически с повторением рабочих циклов без дополнительных условий запуска.

Элементы памяти определяют возможности и характеристики контролера.

2 вида памяти:

  1.  Служебная;
  2.  Рабочая;
  3.  для хранения программы и управления работой КК (недоступна для пользователя);
  4.  для хранения программ и информации пользователя.

По месту нахождения памяти:

  1.  внутренняя ПЗУ- ROM;
  2.  внешняя ОЗУ- RAM;
  3.  для обеспечения автономной работы КК (ПЗУ);
  4.  для обеспечения отладки программ, а также для их хранения (ОЗУ).

ПЗУ трех видов:

1. собственная ROM

2.

3.

2 типа: EPROM с ультрафиолетовым стиранием, EAROM с электромагнитным стиранием.

  1.  Программируется на заводе изготовителя
  2.  Пользователь записывает программу один раз
  3.  Многократно программируемое ПЗУ RAM- память данных, в нее можно много раз записывать и считывать информацию в этих элементах памяти содержится массив контакт.

Языки программирования

Все многообразие команд можно свести к двум группам:

  1.  Базовая – логические инструкции алгебры и логики.
  2.  Функциональная – команды считывания информации, преобразование результата и передача информации на выход.

2 типа языков:

  1.  РКС – релейноконтактная схема. Язык РИЗ отображает 5 категорий логического уравнения:

а) оперант – в виде замыкающего контакта

б) функция – в виде нагрузки релейной цепи

в) инверсия – в виде размыкающего контакта

г) логическое умножение – последовательное соединение

д) параллельное соединение

Условное обозначение

Назначение

Условное обозначение

Назначение

−||−

Проверить вкл-ое состояние

Замыкающий контакт

−||−

Проверить вкл-ое состояние цепи

Размыкающий контакт

Начало ветвления

Соединение (узел)

Конец ветвления

Соединение

−( )−

Возбудить выходную функцию

Обмотка исполнит. механизма или реле

Исходным документом для программирования является принципиальная электросхема.

Как правило, схема вычерчивается с некоторыми ограничениями функциональных y=(x1+x3) возможностей КК, а также с ограничением функциональных возможностей программатора, в котором все цепи выстраиваются в горизонтальной линии с пересечением, ветвлениями и исполнительными элементами. Для программирования используется программатор с графическим дисплеем.

1 RDX1 – необходимо запросить состояние оперант X1;

2 ORX3 – логическое сложение (или);

3 AND NX2 – логическое умножение (и);

4 WRY – записать или послать на выход результат логической операции.

Рассмотрим работу КК по этой программе.

 Rб – буферный регистр, состояние которого определяется состоянием входа, в команде RD;

 R0 – однобитовый регистр.

При выполнении ORX3 в Rб считывается значение входа X3, которое из Rб пересылается в АЛУ. Из R0 значение X1 пересылается в АЛУ, где реализуется функция «или» (логического сложения) и результат пересылается обратно в R0.

С входа X2 считывается состояние в Rб, а в R0 (X1+X3) (предыдущая операция). На вход АЛУ подается два сигнала   и  (X1+X3), которые логически умножаются и результат пересылается в R0. По команде WRY осуществляется запись содержимого регистра R0 в выходной модуль.


Автоматизация электротехнологических процессов

Автоматизация работы ДСП

ПК – программируемый контролер

АР – автоматический регулятор мощности.

Для каждого интервала плавки вводится заданная ступень регулятора напряжения конечного транзистора. Как правило, режимы плавки задаются во времени и в зависимости от технологии плавки различают 1-а, 2-х, 3-х стадийные процессы плавки.

Одностадийный – жидкий металл, заливается в печь, доводится до заданного химического состава и температуры.

Двухстадийный – первая стадия – расплав, вторая стадия – доводит металл по химическому составу.

Трехстадийный – первая стадия – расплав, вторая – окисление, третья – рафинирование.

На каждой стадии технологического процесса (ТП) вводятся различные мощности, в период окисления – меньшая, а при рафинировании вводится мощность, компенсирующая тепловые потери в ДСП

1 – устройство управления переключением отпаек ПТ.

2 – датчик тока, преобразующий аналоговый  сигнал в цифровую форму. Аналоговый сигнал в цифровую форму может преобразовываться АЦП командоконтролера.

3 – измеритель напряжения в короткой сети ДСП, фиксирующий работу регулятора мощности.

4 и 5 – датчик P и Q печи соответственно. Они представляют собой АЦП или электронные счетчики АР – работает как интегрирующий фильтр в котором Uвых определяется:

Uвых = to (Pd-Pэл )dt-to Qd·dt

Pd, Qd – активные и реактивные мощности дуги;

Pэл – эл.потери мощности.

При работе ДСП в режиме max полезной мощности соответствующие правые части примерно равны и сигналы Uвых  отсутствуют, и регулятор AP выставляет электроды на max длины дуг. В случае отклонения от режима max мощности равенство нарушается, появляется  сигнал Uвых , который  поступает на усилитель AP и положение электродов изменяется т.о., чтобы режим был оптимальным.

6 и 7 – датчик и преобразователь, через который информация о положении электродов передается в ПК.

8 – преобразователь, который обрабатывает сигналы от датчиков температуры (свода, пара, стен ДСП) с помощью этих датчиков контролируется тепловой режим.


Автоматические и автоматизированные системы управления

и регулирования

Структура средств измерительной техники

При разработке АСУ необходимо определить параметры сигналов и их математическое описание. Для математического описания используется аппарат разложения сложенных сигналов на сумму элементарных, для которых случайная или детерминированная величина может быть представлена как сумма элементарных функций

Ak- коэффициент разложения;

k – элемент функции разложения, используют в функции отвечающей следующим условиям.

Условие ортогональности:

k=1, 2,…,N

n=1, 2,…,N

k – ортонемированная функция, если для нее выполняется условие:

Для тригонометрического разложения используется система комплексных величин:

корреляционная функция

специальная плотность

Корреляционная функция характеризует вероятностную связь между двумя величинами через некоторый промежуток запаздывания, т.е. это набор коэффициентов взаимной корреляции случайных величин с некоторым интервалом запаздывания. S – это распределение дисперсий случайной величины по частотам протекания процессов.

 1 – на этой частоте дисперсия  max, т.е. существует  max разброс. Получение характеристики, измеряемой величины полагают правильно выбрать способы преобразования сигналов и их измерения.

Способы модуляции

Модуляция- разложение сложных сигналов на более простые.

  1.  Амплитудная модуляция

частота – const; амплитуда – возрастает.

  1.  Частотная модуляция

амплитуда – const; частота – меняется.

  1.  Фазовая модуляция

  1.  Амплитудно – импульсная модуляция

Ширина импульсов и интервал между ними одинаковы.

  1.  Частотно – импульсная модуляция

Импульсы очень короткие.

  1.  Время- импульсная модуляция

  1.  Счетно- импульсная модуляция

  1.  Кодо – импульсная модуляция

Предпочтительно производить при детерминировании. Модуляция на фоне sin выполняется тогда, когда сама величина является sin.

Структура систем автоматического управления

Примеры АСУ, используемых в промышленности.

  1.  Разомкнутая система

УУ- управляющее устройство

ОУ- объект управления

  1.  Разомкнутая с замкнутой цепью воздействия.

υ – воздействие является параметрическим показателем, с помощью которого технологический процесс либо ведется, либо корректируется.

  1.  Замкнутая система

Наиболее распространена

AP- автоматическое регулирующее устройство

PO- регулируемый объект

λ(t) - параметрический показатель регулирования технологического процесса

υ(t)- внешнее воздействие на ход ТП

U(t)- измеряемый показатель

μ(t)- регулирующий показатель

ε(t)- контролируемый показатель

х(t)- регулирующее воздействие

Все динамические системы делятся на следующие типы:

  1.  Безинерционные - для них значение выходного сигнала зависит только от входного сигнала в тот же момент времени.
  2.  Инерционные - действуют с некоторым запаздыванием Т, которое необходимо учитывать при управлении ТП.
  3.  Детерминированные - характеризуются однозначным соответствием входных и выходных сигналов.
  4.  Вероятностные - противоположные по значимости- результат работы этих систем является величиной случайной, зависящей от некоторого сочетания случайных параметров
  5.  Одномерные- входящие и выходящие сигналы являются скалярными
  6.  Многомерные- входящие и выходящие сигналы являются векторными.
  7.  Стационарные- характеризуются постоянством закона преобразования в течении времени.

Каналы связи (КС)

КС называется совокупность технических средств, предназначенных для передачи информации в виде сигналов различной природы на расстояние линии связи (ЛС) – предусматривают наличие передатчика, линии, приемника.

ЛС - это среда, в которой передаются сигналы, одна ЛС может быть использована для образования многих КС. В этом случае к одному передатчику подключается несколько источников сообщения. На приемной стороне производится разделение сигналов и передача их в соответствующую измерительную систему.

Число каналов, размещаемых в одной линии, определяется полосой пропускания линии, полосой несущих частот, спектром сигналов и уровнем помех в линии.

Структурная схема ЛС

  1.  Радиальная

ПУ- пункт управления

КП- контролируемый пункт

  1.  Лучевая (менее продуктивная) частота обработки информации высокая.

  1.  Радиально- магистральная (древовидная)

 Дорогая. Применяется, когда объекты производства рассредоточены по территории промышленного предприятия.

В зависимости от конструкции ЛС и КС принимаются решения и о структуре системы управления. Допускается использование занятых телефонных пар для передачи информации, путем подключения телефонной аппаратуры или создания искусственных цепей на занятых линиях. В качестве ЛС может использоваться ЛЭП, путем передачи сигналов с помощью частотного  умножения или разделения.

Проводные ЛС

Являются самым дешевым способом передачи информации. Для передачи телемеханической информации используются телефонные кабели, причем сети телемеханические и телефонные выполняются совмещенными, чтобы при использовании выделенных телефонных пар взаимное влияние было сведено к min, токи и напряжение в кабелях ограничиваются.

Параметры

~I 50Гц

I импульсный f [имп/сек]

1-2 имп/сек

До 11 имп/сек

12-50 имп/сек

U max, B

I max, мА

80

20

80

50

80

50

60

30

Для надежной передачи информации по линиям связи необходимо согласование параметров линии с входными и выходными параметрами приемников и передатчиков информации. Согласование параметров линии осуществляется на основании первичных и вторичных параметров линии.

 Первичные параметры:

  1.  удельное сопротивление линии

-удельное сопротивление материала  

При ненормальных условиях (t отличается от 200С)

  1.  Индуктивность линии

a – расстояние между центрами проводов (мм)

r – радиус проводов (мм)

μcu=1

μal1.52

Mстали140

k – коэффициент учитывающий поверхностный эффект

При повышенной частоте

  1.  Емкость линии

Е – относительная диэлектрическая проницаемость

Евоздуха=1

G=C tg – проводимость для КЛ

tg  - угол диэлектрических потерь.

 Вторичные параметры:

  1.  Волновое сопротивление

При t10 кГц:

  1.  Постоянная передачи – изменение мощности ЭМ волны при ее распространении

Искусственные цепи для передачи информации

Совершенные средства позволяют осуществить многократное использование выделенной линии связи. Это достигается либо распределением передачи во времени, либо путем уплотнения или искусственных цепей (ИЦ)

Образование ИЦ оправдано в тех случаях, когда передача информации и телефонная связь осуществляется одновременно.

Схема с дифференциальным трансформатором

ПУ – передающее устройство;

КП – контролирующее устройство;

Р – реле.

Уплотнение канала создается путем включения на обоих концах линии ДТ, которые подключаются к передающему устройству ПУ и принимающему КП. При равенстве сопротивления линейных проводов КС, в обоих половинах обмоток ДТ протекают равные токи, которые разветвляются на соответствующие направления противоположно. ЭДС в первичных обмотках ДТ наводиться не будет, т.к. полуобмотки сегментированы, следовательно, помеха для телефонной связи отсутствует. Передача информации по данной ИЦ  осуществляется импульсами, хотя возможна передача информации током. Схема обладает повышенной  чувствительностью к нарушению симметрии сопротивления обмоток ДТ, и неравенству сопротивления проводов и изоляции относительно земли. Это может вызвать взаимные помехи. Для устранения этих помех применяются фильтры для срезания высших гармоник. Другой недостаток – это незащищенность от блуждающих токов. Минимально допустимое сопротивление изоляции для этой схемы должно составлять 1.5 мОм/км. При наличии двух проводных каналов можно создать ИЦ по принципу «провод - провод» - такие схемы называются  - фантомные.

В обоих схемах образуется дополнительный третий канал, для которого линия 1 служит прямым, а линия 2 обратным проводом.

При полной симметрии помех не возникает.

Схема 1 создает дополнительный канал для передачи информации на токе, схема два на постоянном токе.

      

  1.       2.

Схема совместной передачи на постоянном и переменном токе

Эта схема осуществляет передачу информации на постоянном и переменном токе одновременно. Цепь LC'L являться фильтром составляющей, а цепь C"C" является фильтром постоянной составляющей.

Частотные каналы связи (ЧКС)

К ЧКС относятся каналы связи с частотой больше 50 Гц, в которых используется частотное разделение информации. Принцип частотного разделения предусматривает использование для различных КС различной несущей частоты. Для разделения информационных каналов используется принцип амплитудной модуляции.

Для передачи информации используют частоты:

  1.  Подтональный диапазон

f  300 Гц (для передачи дискретных каналов к исполнительным устройствам)

  1.  Тональный диапазон

F=3003400 Гц (для передачи телефонной информации; называется диапазон телефонирования)

  1.  Надтональный диапазон

F=35006000 Гц (для обмена импульсной информацией)

Виды каналов связи

Стальные телефонные линии могут быть использованы на частотах от 3 до 25 кГц. При более высоких f резко затухает сигнал в стальных проводах, что ограничивает длину линий связи.

Наибольшей пропускной способностью обладают коаксиальные. Они работают на f= от 60 до 12000 кГц. Однако стоимость этих кабелей очень высока.

Для передачи свыше 6000 кГц используют высокочастотные каналы,  по которым передается информация от вычислительной техники.

В качестве КС можно использовать воздушные ЛЭП.

ВПС – высокочастотные посты связи, предусматривающий преобразование не информации в высокочастотном колебании с заданной частотой и обратное преобразование;

ФП – фильтр присоединения, фильтрующий частоты отличные от несущей;

КДС- конденсатор связи;

ВЧС – высокочастотный загродитель;

ВК – высокочастотный кабель.

Для высокочастотной связи используют f от 30 до 500 кГц, применение частот менее 30 кГц ограничивается высоким уровнем помех, связанных с коронированием проводов, разрядами на поверхности изоляторов, коммутационными помехами.

Наиболее широкое распространение получило присоединение ВЧ аппаратуры к ВЛ по схеме «фаза- земля», хотя используют еще схему «фаза-фаза». КДС – наиболее важный элемент, выполняется на полное напряжение ВЛ. Емкость КДС составляет 22002400 пФ. Эта емкость представляет наибольшую сопротивляемость тока с частотой 50 Гц.

ВЧЗ представляет собой RLC фильтр, настроенный в резонанс с несущей частотой ВЧ канала.


Системы телеуправления (ТУ)

телесигнализации (ТС)

ТУ – это управление объектами посредством технических средств и КС на расстоянии.

ТС – информационная связь объекта управления с пультом управления.

Системы ТУ и ТС взаимосвязаны, отдельно не используются.

ППУ – первичное преобразующее устройство;

ДП – диспетчерский пункт;

ПУ – пульт управления.

Т.к. ПУ и ТС неразрывно связаны между собой в них используются одинаковые методы и средства преобразующие информации и ее передачи и объединения в единую систему. Наиболее распространенным является частотновременное и кодоимпульсное распределение сигнала.

В основе систем ТУ и ТС лежат следующие принципы:

  1.  Временное разделение сигналов, когда каждый сигнал поступает в канал связи в строго определенный промежуток времени.
  2.  Циклическая передача, когда для надежности за один цикл может передаваться не более одной команды
  3.  Двухступенчатый выбор объекта, когда в начале выбирается объект от него поступает сигнал ответа после чего вырабатывается команда уже из ПУ.

Частотные системы ТУ и ТС

Х12,…,Хn- управляющее воздействие, в виде сигнала постоянного или переменного тока, который может передаваться с кнопок, ключей, реле и т. д.

М12,…,Мn- модулятор преобразующий сигнал Х в модулируемый сигнал заданной частоты

Г12,…,Гn- генераторы фиксирования частоты

Д12,…,Дn- де- модулятор, преобразующий модулируемый сигнал в сигнал = или тока

ВП1,ВП2,…,ВПn- исполнительное устройство

ПФ1,ПФ2,…,ПФn- фильтр полосной

Ширина выделяемого для каждого канала диапазона частоты определяется нестабильностью работы генератора и чувствительностью фильтра ПФ (пропускает сигналы в определенном диапазоне частот).

Системы с частотным разделением является наиболее простыми. Они применяются для управления удаленными объектами электроснабжения, а также тепло и водоснабжение. «+» один канал применяется для передачи нескольких переменных.

Для получения сигнала о выполнении команды или об изменении состояния объекта необходимо наличие двух систем. Одна для ТУ другая для ТС. Так для управления 5-ю объектами генераторы ТУ должны использовать 5 частот (f1 по f5), а генераторы ТС должны быть настроены на частоты с f6 по f10. Это существенно повышает информационный поток в линии связи. Для его снижения используют 2-х частотный код с последовательной или посылкой частот.


Структурная схема

ЛС – линия связи;

Г-генератор;

У- усилители;

Ф- фильтры;

Ш- шифраторы;

ДШ- дешифраторы;

ВИУ- выходные исполнительные устройства.

При поступлении сигнала от органа управления (1k,2n,…,nk), Ш выделяет одну из несущих частот, которая формирует сигнал на выходе шифратора, далее сигнал усиливается (У) и отправляется в ЛС. В конце линии сигнал воспринимается У,  калибруется (усиливается или ослабляется до заданного значения несущей частоты) и подается на пакет фильтра, где отфильтровывается и поступает на ДШ, после которых сигнал отправляется на ВИУ. Через ответную реакцию объекта управления производства обратный процесс передачи информации через Ш, У, ЛС, У, Ф, ДШ, подается на внутреннюю индикацию.


Временные системы

ПД основан на поочередном синфазном и синхронном подключении  КС к индивидуальным командным и сигнальным сетям.

ПДУ- передающее устройство управления;

ПРУ- приемное устройство управления;

ПРС- приемное устройство сигнализации;

ПДС- передающее устройство сигнализации;

Р1n- реле управления;

О1- Оn- объект управления;

ГТИ- генератор тактовых импульсов;

АЗ- автоматизированный запуск;

РИ1, РИ2- разделители импульсов;

ДС- датчики сигнализации;

БСИ- блок синхронизации импульсов.

Разделители импульсов играют роль переключающих устройств в соответствии с тактовой  частотой от ГТИ, АЗ блокирует сигнал от других источников. Высшая помехоустойчивость достигается за счет синхронизации ГТИ с синхронизированным импульсом от БСИ. БСИ подстраивает сигнал таким образом, чтобы оба ГТИ были синфазны. Блок АЗ фиксирует признаки соответствующего устройства. Допустим требуется выключить объект О1. Диспетчер переключает К1 в положение “отключено”. Возникает несоответствие между командой и положением от чего загорается лампа HL1, сигнал на который пришел от прежнего состояния через КС и РИ. Объект ЭО1 отключается, срабатывает датчик ДС1 и сигнал поступает на диспетчерский щит, после чего лампа HL1 гаснет, это является сигналом выполненной команды. Для увеличения надежности работы временной системы, используется схема развязки в виде блоков запирания, отключающих все остальные устройства в данный момент времени.

Системы телеизмерения

ТИ - получение информации о значении измерительных параметров контролируемых или управляемых объектов. ТИ может осуществляться по 2 принципам.

  1.  По вызову, когда по команде с пульта управления на контролируемый объект посылается вызывающий сигнал и на контрольном пункте передающее устройство выдает требуемую информацию. Такой способ передачи позволяет использовать одну ЛС для поочередного наблюдения за многими объектами или параметрами.
  2.  По выбору. Когда ТИ производится путем поочередного подключения к устройствам пульта управления соответствующих приемников при постоянном подключении передающих устройств. Такой принцип требует большого количества КС и используется реже.
  •  Текущее ТИ
  •  Интегральное ТИ
  •  Ведется при ведении режима тепла или электричества
  •  Применяется при определении расходов различных электрических носителей.
  •  

Структурная система ТИ

1-первичный преобразователь;

2-преобразователь типа «параметр-сигнал» (вторичный параметр);

4-приемник;

5-выходной прибор;

А- измеряемый параметр;

А'- электрический сигнал, в котором преобразуется измеряемая величина с помощью первичного преобразования;

С1- сигнал вторичного преобразователя;

С2- сигнал с помехами КС;

А"- электрическая величина измеряемой вне.

На крупных промышленных предприятиях механических, химических, нефтехимических, требуются измерения большого числа различных параметров. Как правило, ТИ этих параметров производится с помощью единой многоканальной системы с одним прямым и одним передающим устройством. Унифицированным параметром для передачи информации служит либо постоянное напряжение, либо постоянный ток с нормированными пределами измерения.

Измерения могут производиться дискретно или непрерывно. Одной из основных характеристик системы ТИ является погрешность, которая характеризует отличие показаний воспроизводящего прибора от фактических значений параметра.

Характеризует разность (max отличие) выходящего параметра А11 от фактического параметра А. Самый точный прибор КT-0.15

Типы систем ТИ:

  1.  Токовые системы (несущий сигнал ток)
  2.  Системы напряжения (несущий сигнал напряжение)
  3.  Частотные системы (несущий сигнал частота)
  4.  Временные системы(несущий сигнал время)
  5.  Цифровые системы (несущий сигнал в виде цифрового кода)

1,2 – плохо защищены от помех, поэтому сейчас используются 3,4,5. Они характеризуются преобразованием информации в соответствующие коды.


Частотно- импульсные системы (ЧИС)

В импульсной системе перенос сигнала осуществляется импульсами, на которые накладывается информация об измеряемой величине с помощью различных способов импульсной модуляции.

1-датчик постоянного тока, преобразующий параметры в величину постоянного тока;

2-преобразователь постоянного тока в переменный ток;

3-усилитель переменного тока;

4-выпрямитель;

5- преобразователь постоянного тока в частоту импульсов;

6-устройство обратной связи;

7-приемник импульсной информации;

8-выходной прибор.

Фотоэлектрический преобразователь частотно-импульсного

устройства (расходомера)

1-расходомер;

2-вращающийся диск с прорезями;

3-источник света (лампа);

4-линза (увеличивающая);

5-фотоэлемент;

6-усилитель и формирователь импульсов;

7-частотомер;

8-выходной прибор.

Во всех частотных системах основным элементом является частотомер, подсчитывающий либо частоту, либо число импульсов, либо их интенсивность.

Принципиальная схема конденсаторного частотомера

На вход ПР из ЛС подаются импульсы от передающего устройства. Импульсная последовательность моделируется по частоте.

При появлении первого импульса ПР переключается и конденсатор С1 заряжается по цепи +,С1, R2, П. После приращения импульса контакт ПР переходит в исходное положение и ток идет по R1, С2, П; и конденсатор С1 разряжается на R1, таким образом проходящий импульс вызывает 2х кратное протекание тока через п. ток, протекающий через прибор имеет импульсный характер со сглаживающими фронтами тока заряда. Прибор (П) покажет среднее значение тока:

С- емкость= С1= С2;

U- напряжение источника;

Т- интервал следования импульсов.

В таких измерителях  используются емкости, т.е. с малым разбросом параметров и используется стабилизированный источник питания, т.к. изменение питающего напряжения приводит к погрешности преобразования. Для снижения погрешности при малых частотах и уменьшения колебания напряжения используют RC фильтр.


Схемы защиты линий

Устройство SPAC 801.01

Устройство защиты является универсальным. Модификации этих устройств включают в себя отличия, связанные со спецификацией присоединений и набора защит.

Защита трансформаторов включает: МТЗ, ТО и ДЗ.

Устройство SPAC не позволяет изменить программу контроллера, которая является жестко заданной, а позволяет изменить лишь файл констант или установок защиты. Устройство позволяет использовать ТТ на 5 и 1 А. Эти комплекты защиты могут быть использованы в любых РУ выше 1 кВ.

Транзисторноконденсаторные частотомеры

Приходящие из ЛС импульсы открывают транзистор VT2 и при это закрывается VT3. Конденсатор C1 заряжается через конденсатор C2, диод VD1 и резистор R2 до пробоя стабилитрона VD. Пробой VD открывает VT1 и закрывает VT2. VT3 открывается и конденсатор C1 разряжается через VT3 и диод VD2. Преимущества данного вида частотомера – показание выходного прибора не зависит от изменения параметров в ЛС. Используем импульсы постоянного тока в f не более 30 Гц.

Время-импульсные системы

Во ВИС-ах измеряемый параметр преобразовывается в импульсы постоянного тока, продолжительность или место положение которых зависит от значения измеряемого параметра. В первом случае такие системы называются широкоимпульсными, во втором случае фазоимпульсными. В ВИС имеет место погрешность за счет искажения фронтов импульсов при передаче их по КС. Наиболее эффективным способом исключения погрешности является передача информации не одним длинным импульсом, а двумя короткими измеряемому параметру. Этот способ передачи требует применения широкополосных каналов. В современных преобразователях, которые используются в ВИС, лежат принципы динамической компенсации.

ПР- преобразователь

НО- нуль-орган

ГПН- генератор ни обр. напр.

А- сигнал (измеряемый)

ПР преобразует А в эквивалентное напряжение Иэ. НО проводит непрерывное сравнение Иэ с уравновешивающим напряжением Иу. При равенстве Иэ и Иу изменяется направление тока. И если “НО” является поляризованным прекращается подача импульсов в ЛС. Приемное устройство ВИС осуществляет преобразование импульсов, модулированных по длительности в аналоговую  величину пропорциональную tn.

Кодоимпульсные системы (КИС)

В этих системах измеряемый параметр передается в виде определенной комбинации импульсов, т.е. кода. В основе КИС лежит многоэлементное комплексное кодирование, при котором каждому квантовочному уровню соответствует определенная кодовая комбинация. Эта кодовая комбинация отличается от всех других числом и порядком следования элементов с определенным признаком.

Достоинства КИС:

  1.  Большая помехоустойчивость и следовательно возможность передачи телеинформации на большие расстояния. При использовании помехозащищенных кодов погрешности при передаче и приеме не возникает.
  2.  Большая точность ТИ. Погрешность в КИС возникает при преобразовании измеряемого параметра в код и составляет 0.1%, что выше точности преобразования в другой системе.
  3.  Лучшее использование КС, при применении специальных кодов.
  4.  Получение  информации в цифровой форме, что позволяет без сложных преобразований вводить информацию в ЭВМ, устройства обработки данных, а также осуществить цифровую индикацию показаний.

Кодирование происходит двумя способами:

  1.  Когда преобразование осуществляется при помощи промежуточного параметра.
  2.  Непосредственное преобразование информации.

Схема: напряжение – частота – число - код

Измеряемая величина Их подается на вход частотноимпульсного преобразователя (ЧИП представляет собой генератор импульсов, модулируемый по частоте). Их далее преобразовывается в последовательность импульсов с f=(u). Хронометрирующее устройство в ранее заданный интервал времени t открывает элемент «u» и импульсы с ЧИП поступают на счетчик СТ2. Кол-во импульсов, поступающих на СТ2, зависит от их частоты. Погрешность преобразования определяется нестабильностью и нелинейностью характеристики f= U(И). В энергетике широкое распространение получил компенсационный принцип преобразования аналоговых величин в код, заключающийся в сравнении вырабатываемой кодовой комбинации с входящим аналоговым сигналом.

Частотные системы

ПД: основан на том, что контролируемый измеряемый параметр модулирует, т.е. изменяет f переменного тока, передаваемого по ЛС, в  зависимости от своей величины. В качестве переменного тока используется синусоидальный ток, который при передаче по ЛС практически не изменяется по своему основному показателю f.

Основные особенности применения частотных сигналов:

  1.  Частотный сигнал является аналоговым сигналом, т.е. осуществляет квантование измеряемого параметра (по уровню и по времени).
  2.  Частота сигнала при прохождении его по КС, в отсутствии помех, не искажается, поэтому частотные системы ТИ относятся к системе дальнего действия.
  3.  Передача частотного сигнала производится, как по проводам ЛС, так и по радиоканалам.
  4.  Частота сигнала кодируется с большой точностью, что позволяет осуществлять цифровой отсчет измеряемого параметра и ввод в ЭВМ.

Для характеристики частотных устройств ТИ в зависимости от диапазона частот в КС используют  коэффициенты     измеряемой частоты.

fmax и fmin max и min частоты сигналов в КС.

- ширина КС (полоса частот)

Структурная схема частотного устройства

А – измеряемый параметр

ПР преобразующее устройство, которое преобразует А в пропорциональную ему частоту sin колебаний (fu) посылаемых в ЛС.

Ч- частотомер, преобразующий полученный sin сигнал в сигнал = тока

П- прибор, который измеряет сигнал = тока существуют 2 типа частотных систем:

  1.  НЧ системы (1-300 Гц)
  2.  СЧ системы (свыше 300 Гц) средне

В ЧИС основными узлами преобразователя измеряемого параметра в частоту тока является генератор sin- mx колебаний и первичный измеритель, воздействующий на частоту колебаний вырабатываемых генератором.

Принципиальная схема преобразователей

1) емкостной преобразователь  2) информационный преобразователь

ГИ – генератор частоты;

В- выпрямитель.

1. Первичный измеритель соединен с переменным конденсатором «С», положение ротора который зависит от измеряемого параметра. Положение ротора конденсатора «С» определяет частоту генератора переменного тока.

2. Частота генератора может изменяться при изменении индуктивности контура, который в свою очередь, зависит от тока датчика. Измеряемая величина Uизм подается сначала на выпрямитель, а затем на обмотку, при этом в контуре будет меняться индуктивность, т.е. в собственное поле обмотки вносится подмагничивание исследуемого инд.ум.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33533. Отражение истории в судьбе Г.Мелехова (по роману М.Шолохова «Тихий Дон») 14.64 KB
  Григорий Мелехов – это главный герой романа. На войне герой возмужал заслужил четыре георгиевских креста и четыре медали стал офицером поддержал казачью честь и славу но стал злым. После знакомства с большевистской философией герой чувствует себя зрячим. Трех коней убили под Григорием в пяти местах продырявлена его шинель но геройство оказывается напрасным – поток Красной армии затопляет Донскую землю.
33534. Проблематика и жанровые особенности романа М.Шолохова «Тихий Дон» 16.39 KB
  Действительно Шолохов в отличие от автора “Войны и мира†не дает в романе теоретического обоснования своей исторической концепции несмотря на то что его трактовка исторических событий нередко отличается от главенствовавшей тогда в исторической науке. В своем романе Шолохов рисует жизнь русского донского казачества. В этом романе Шолохов освещает проблемы связанные с войной и революцией начала 20 века. Но есть в романе и другое.
33535. Политическая лирика В.Маяковского 18.44 KB
  Февральская и Октябрьская революции явились для Маяковского началом реального воплощения его идей о новом свободном человеке и счастливом мироустройстве. Отныне романтический индивидуализм присущий лирическому герою Маяковского уступил место соборности единению с миллионами я сменилось на мы конфликт личности и общества был снят самой историей. Футуристическая эстетика Маяковского сменилась доктриной коммунистического футуризма и Левого фронта искусств с его идеями искусства как жизнестроения. Знаменитые Окна РОСТА регулярно...
33536. Идейно-тематические особенности рассказов М.Зощенко. Герои, конфликты 15.7 KB
  Несмотря на то что герой не считает себя удачливым в жизни так как выходит ему время от времени перетык и прискорбный случай он философствует Жизнь штука не простая а сложная имеет на все свои взгляды: и на мужицкую жизнь блекота и слабое развитие техники и на культуру иностранную которую он знает. Я всегда стремился к изображению положительных сторон жизни. которые проповедовали свободу искусства от политики изображали действительность исходя из фактов жизни быта. Главным фактом в то время была революция которую...
33537. Повесть В.Распутина «Прощание с Матерой» как итоговое произведение «деревенской» прозы 17.11 KB
  Жанр повести можно определить как философскую притчу. Таким образом один из основных философских смыслов повести заключается в том что не нами начинается жизнь на земле и не нашим уходом заканчивается. В повести двадцать две главы в которых воспроизводится быт жителей Матеры в последние три месяца их пребывания на острове. Трагическая развязка повести проявляет авторскую позицию.
33538. «Матренин двор» А. Солженицына как начало второго этапа развития «деревенской прозы. Особенности этого этапа 17.23 KB
  Хозяйка дома Матрена одинокая женщина лет шестидесяти. Матрена Васильевна избу не жалела ни для мышей ни для тараканов ибо в шуршании мышей непрерывном как далекий шум океана шорохе тараканов не было ничего злого не было лжи. Матрена отличалась трудолюбием: вставала в четырепять утра тихо вежливо стараясь не шуршать топила русскую печь ходила доить козу по воду ходила и варила в трех судочках . Матрена никому не могла отказать: без нее ни одна пахота не обходилась.
33539. Основные конфликты «деревенской» прозы 50-х гг 15.2 KB
  Деревенская проза ведет свое начало с 50х годов. Очеркистыдеревенщики 50 60х годов не позволяли себе сомневаться в необходимости колхозов не поднимали руку на то как осуществлялось партийное руководство ими но показывали сколько вреда наносят бездумные директивы галочная система. 50е ГОДЫ – овечкинский этап – МОМЕНТ ПРОЗРЕНИЯ после лакировочнобесконфликтного наваждения 40х годов. Овечкинское направление в литературе 50х годов было: резкой реакцией на литературную мифологию 40х годов; возвращением деревенской прозы...
33540. «Василий Теркин» А.Твардовского. Образ героя, художественные особенности 20.78 KB
  Твардовский возобновил работу над образом Василия Теркина которую он начал еще в 1940 г. Твардовский развертывает биографию Теркина как судьбу многих бойцов как обобщение тяжелого и славного пути всей Советской Армии. Создавая образ Теркина автор типизировал массовые явления действительности и прямо указывал на распространенность таких героев: Парень в этом роде В каждой роте есть всегда Да и в каждом взводе. Твардовский по его признанию освобождал ее от всего что сводит книгу к какойто частной истории мельчит ее лишает ее той...
33541. Тип героя и конфликты в рассказах В.Шукшина 16.71 KB
  Автор настойчиво подчеркивает его чудаковатость которая отличает героя от других правильных людей. Создается проблемная для героя ситуация: тайком присвоить бумажку или объявить всем о находке и отдать ее владельцу ведь она этакая зеленая дурочка лежит себе никто ее не видит. Употребляя по отношению к неодушевленному предмету слово дурочка Шукшин передает нюансы душевного состояния героя: радость от находки и от сознания того что никто кроме него не видит бумажку.