Телеуправление и телесигнализация

ГЛАВА 15. СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕХАНИКИ

 

Телеизмерения

По общепринятой классификации все телеизмерительные устрой­ства подразделяются по характеру величин, передаваемых по ка­налу связи, на две группы: интенсивные и импульсные. В свою очередь, каждая из групп подразделяется на свои составные ча­сти, представленные на рис. 15.1.

Интенсивные системы обеспечивают измерение тока и напря­жения и передачу информации на небольшие расстояния в связи с потерями в каналах связи.

Можно осуществлять телеизмерение тока как постоянного, так и переменного. Однако информация передается преимущественно на постоянном токе, что исключает индуктивное сопротивление и емкостные проводимости каналов связи. Обычное измерение тока с помощью трансформатора Тр — задача простая (рис. 15.2) и методы ее решения позволяют передавать информацию на расстояние в несколько десятков метров (расстояние определяется Параметрами канала связи). При разработке схемы телеизмере­ний тока следует учитывать возможность значительного увеличения измеряемого тока (особенно если в цепи

есть двигатели с короткозамкнутым ротором или при коротких замы­каниях в измеряемой це­пи). С целью предотвра­щения возможности уве­личения тока и повыше­ния напряжения в кана­ле связи применяют про­межуточный насыщаю­щийся трансформатор (ПНТ) (рис. 15.2, б). При нормальных (расчетных) токах транс­форматор работает в ненасыщенном режиме (прямолинейный отрезок кривой намагничивания на рис. 15.2, в), а при токах пе­регрузки — переходит в режим насыщения и вследствие этого существенно ограничивает рост вторичного тока и напряжения. В этом случае дальность действия системы также значительно увеличивается.

К интенсивным системам относятся также телеизмерения не­электрических величин, осуществляемые с помощью реостатных датчиков. Устройства, измеряющие неэлектрические величины (уровнемеры, манометры, динамометры и т. д.), механически сое­диняют с реостатным датчиком (рис. 15.3). Полное сопротивление реостатного датчика R при изменении положения измерителя неэлектрической величины на угол также изменяется на пропорциональную величину r, что вызывает соответственно изменение напряжения U, подаваемого в канал связи, т. е.

Ток, идущий в линию связи и в устройство измерения (например, в миллиамперметр), будет равен

,

где r_б — балластное сопротивление; r_л — сопротивление канала связи; r_и — сопротивление устройства измерения.

Если напряжение U_o — const, то ток в устройстве измерения зависит только от угла и, следовательно, устройство измерения может быть проградуировано на значение величины, изме­няемой первичным измерителем. Однако принятое соотношение U=Ur/R справедливо только при отсутствии тока. Появление тока изменяет это соотношение и вносит искажение в измерение. Уменьшить искажение можно за счет уве­личения r_б. Балластное сопро­тивление уменьшает также по­грешность от изменения r_л— сопротивления канала связи.

Балансные (компенсацион­ные) телеизмерительные си­стемы напряжения строятся по принципу преобразования из­меряемой величины в напря­жение, которое подается в ка­нал связи и измеряется на приемной стороне путем встречного включения балан­сирующего напряжения, рав­ного измеряемому. Вследствие полной компенсации напряже­ний ток в линии связи исче­зает, благодаря чему ликвидируется источник погрешности. Наиболее совершенными устройст­вами, автоматически компенсирующими измеряемое напряжение, являются электронные автопотенциометры. Автопотенциометры осуществляют точные измерения с одновременной регистрацией данных измерений, так как энергия для передвижения движка потенциометра, а следовательно, и для измерения напряжения не потребляется от контролируемого источника напряжения, а берется на месте измерения от сети.

Структурная схема автопотенциометра (рис. 15.4) состоит из нулевого органа, где происходит сравнение измеряемого и ком пенсирующего напряжений; усилителя У, усиливающего разность напряжений; двигателя Д, перемещающего реохорду потенциометра и Ш-Р до момента равенства измеряемого и компенсирующего напряжений. Положение датчика при этом указывает на шкале значение измеренного напряжения.

Балансная система телеизмерения тока представляет собой устройство, где производится сопоставление двух параметров - измеряемого и компенсиру­ющего. Например, вращаю­щий момент, создаваемый измерительным прибором пропорционально измеряе­мой величине, уравновеши­вается моментом, создавае­мым рамкой с током в по­стоянном магнитном поле (рис. 15.5).

Основным элементом ба­лансной системы тока яв­ляется регулятор тока, ав­томатически изменяющий ток при изменении враща­ющего момента первичного измерителя (ПИ). При по вороте стрелки первичного измерителя на угол а закручивается спиральная пружина П,создающая на оси вращения рамки с током момент М, поворачивающий эту ось на угол _к. Соединен­ный с осью регулятор тока РТ усиливает ток, идущий в рамку и создает противодействующий момент М_к.

Так как момент М пропорционален углу закручивания пружи­ны М=К₁(-_к), а противодействующий момент рамки пропорционален току М_к=К₂i, то при равновесии выполняются соотношения

М=М_К; К₁(- _к)=К₂i

Регулятор тока конструируется так, что при малых значениях угла ак ток увеличивается до I_n. Вследствие этого можно записать

i=(K₁/K₂)=K

т.е. при равновесии ток в рамке, а следовательно, и на приемном приборе зависит только от угла поворота первичного первичного измерителя.

Число-импульсные системы телеизмерения основаны на преобразовании измеряемой величины в пропорциональное ей число импульсов, которое передается в канал связи или периодически через определенные промежутки времени, или же при изменении измеряемой величины (рис. 15.6, а). На рис. 15.6, б в качестве примера представлена схема телеизмерения уровня по число-импульсной системе. При изменении уровня поплавковый датчик включает правые (ПК) или левые (ЛК) контакты. При этом в канал связи посы лаются положительные либо отрицательные импульсы соответ­ствующие изменению уровня на вполне определенную величину. На приемной стороне установлено трехпозиционное поляризован-ное реле (ПР), которое в зависимости от полярности импульса замыкает то один, то другой контакт. При этом замыкается цепь одного из двух электромагнитов (ЭМ), которые поворачивают стрелку показывающего прибора в одну или другую сторону

В число-импульсном методе каждый импульс соответствует определенному значению измеряемой величины, которое выражает­ся как цена импульса.

b=A_H/N_H,

где A_H —номинальное значение измеряемой величины; N_H —соот­ветствующее этому значению число импульсов.

Кодоимпульсный методу телеизмерения основан на передаче значений измеряе­мой величины, определенны­ми комбинациями импуль­сов с различными качест­венными признаками. Наиболее часто применяются два качественных импульсных призна­ка, с помощью которых создаются два вида импульсов, отлича­ющихся 'друг от друга. Отличие может производиться измене­нием времени (длительности) импульса (паузы), изменением по­лярности импульса или его амплитуды. Отличие может быть произведено и просто передачей паузы, т. е. импульсом с ампли­тудой, равной нулю. На рис. 15.7 импульсы, отличающиеся от обычных,заштрихованы независимо от их качественного при­знака.

Время-импульсный метод телеизмерения основан на преоб­разовании измеряемой величины в импульсы, продолжительность которых пропорциональ­на измеряемой величине (рис. 15.8). Время между началом соседних импульсов обычно не из­меряется.

Частотно - импульсный метод телеизмерения ос­нован на преобразовании измеряемой величины в ряд импульсов, частота следования которых про­порциональна измеряе­мой величине (рис. 15.9). Время импульса и время паузы обычно равны между собой, на приемной стороне частота импульса преоб­разуется в пропорциональную величину тока, который и изме­ряется показывающим прибором.

Телеуправление и телесигнализация

 

При телеуправлении обычно исключается возможность непосред­ственного наблюдения за результатами посылаемых приказов, и поэтому телеуправление всегда сопровождается те­лесигнализацией, что и от­мечается символом ТУ—ТС. Задачей техники ТУ — ТС является уплотнение линии связи для передачи по ней как приказов управления, так и приказов контроля (сигнализации), а также формирование команд при­казов с отличительными признаками и их избирание. В технике ТУ — ТС имеется четыре основных метода избирания: качест­венный, качественно-комбинационный, распределительный и распределительно-комбина­ционный.

Качественное избирание (рис. 15.10) имеет пять отличитель­ных признаков: амплитудный (а), полярный (б), временной (в), фазовый (г) и частотный (д).

Амплитудный метод построен на принципе различных по ве­личине амплитуд импульсов. Для четкого избирания импульсов их амплитуды должны отличаться по величине не менее чем в два раза. На практике получили распространение устройства с токами двух разных ве­личин. На рис. 15.11 представлена схема ТУ— ТС с качественным избиранием по амплитудному признаку (1 — передаю­щая часть, 2 — приемная часть).

Приемные аппараты (реле управления) выби­раются на разные токи срабатывания и соединя­ются последовательно. Тогда при посылке при­каза «включить» контак­тор К включается при включении реле РВ. Ре­ле отключения РО при этом токе не срабаты­вает. Оно сработает лишь при нажатии кнопки Откл.,т. е. при большей величине тока. Одновре­менно с телеуправлением срабатывает и телесигна­лизация (лампа ЛC засвечивается при включении контактора К и гаснет при отклю­чении).

Полярный признак используется в системах постоянного тока и имеет отличительные признаки в виде положительного и отри­цательного направления тока. На рис. 15.12 представлена схема на полярном признаке.

Временной, фазовый и частотный методы избирания решаются аналогичным образом, только в качестве отличительных призна­ков подаваемых команд используются различные по времени, фа­зе и частоте импульсы.