Разработка системы телемеханики

ПЕНЗЕНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

КАФЕДРА  « А И Т»

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему: «Разработка системы телемеханики»

по предмету: «Передача данных»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ ГР. 963АС1

 

                                                                    АТАЕВ А.С.

 

 

      ПРИНЯЛ ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

 

                                                                               СТРОГАНОВ М.П.

 

 

 

ПЕНЗА

 

2000 Г.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение.

 

            К характерным особенностям современной техники относится широкое внедрение методов и средств автоматики и телемеханики, вызванное переходом на автоматизированное управление. Непрерывно усложняются функции выполняемые системами автоматизированного управления, а относительная значимость этих систем в процессе производства непрерывно растет.

   В основе любой технической  системы управления лежат информационные  процессы связанные с первичным отбором, сбором, предварительной обработкой информации, ее передачей, хранением, распределением, отображением, регистрацией, считыванием и исполнением команд управления.

   С увеличением сложности  системы, функции, выполняемые  отдельными устройствами все более дифференцируются. Появляются специализированные устройства сбора, передачи, исполнения команд управления. Комплекс этих устройств с передачей информации на расстояние представляет собой систему телемеханики. С укрупнением систем управления и все большей автоматизацией процессов переработки информации системы телемеханики перерастают в крупные автоматизированные информационные системы. Развитие их идет по двум направлениям. Первое связано с постепенным усложнением систем телемеханики за счет как усложнения структур так и увеличения удельного веса процессов обработки информации, второе с внедрением вычислительной техники в управление производством.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Общие исходные данные.

1. Число управляемых и контролируемых объектов на каждом контролируемом пункте (КП) равно 10 а именно:

2 - для телеизмерения (ТИ)

3 – для телесигнализации (ТС)

5 – для телеуправления и телесигнализации (ТУ И ТС)

2. Система телемеханики может работать в режимах ТС, ТУ, ТИ.

Работа в любом  режиме начинается с посылки пунктом управления (ПУ) кодовой комбинации общего адреса состоящего из адреса номера КП и адреса режима.  

3. Передача команд ТУ производится только по вызову. После вызова нужного КП                     телеуправление осуществляется пятью ключами выбора объектов и двумя ключами (кнопками) для включения или отключения объекта. Ключи выбора объектов и кнопки являются общими для всех КП.
4. Приём сигналов ТС и ТИ производятся или по вызову или путём циклического опроса. Одновременно сигналы ТС и ТИ не передаются.
5. Для приёма сигналов ТС предусмотрены сигнальные лампы, ключи квитирования (для ТУ-ТС) и общая кнопка квитирования (для ТС).
6. Для приёма сигналов ТИ по вызову предусматриваются два ключа вызова (общие для всех КП).

ТИ №1 – всегда воспроизводится  в аналоговой форме;

ТИ №2 – всегда воспроизводится  в цифровой форме.

7. Подключение каждого КП к ПУ при непрерывном циклическом опросе на нужное число циклов осуществляется с помощью счетчика и распределителя или счетчика и дешифратора.
8. При работе системы по вызову циклический опрос отменяется и происходит групповой вызов КП. Группы состоят из двух или трех КП.
9. При передаче сигналов ТУ в одном цикле с ПУ посылаются символы кодовой комбинации выбора объекта и характера операции.

           10. При выполнении режимов ТС или режима ТИ передача осуществляется двумя      разными кодами: адрес КП одним кодом, адрес режима другим. 

                               11. Как при циклическом опросе так и при опросе по вызову система должна рабо                       тать во всех  трех режимах.

 Без вмешательства  диспетчера система работает  в режиме ТС с автоматическим циклическим опросом одного КП за другим. Диспетчер может перевести систему из режима ТС в режим ТИ при той же циклической работе системы.

При работе системы по вызову,  диспетчер  может вызвать любой КП в любое  время и работать с ним в любом режиме столько времени, сколько сочтет нужным. Поэтому должны быть предусмотрены индивидуальные ключи или кнопки для того чтобы после вызова группы КП можно было поочередно подключать каждый КП. 

                              12. Представление информации одного ТИ производится путем цифрового отсчета     с помощью цифрового индикатора.

Представление информации второго ТИ осуществляется в аналоговой форме с использованием цифро-аналоговых преобразователей.

 

 

3. Индивидуальные исходные данные.

Число КП – 4

ТС  осуществляется при помощи бесконтактной  схемы светлого щита.

Синхронизация распределителей – циклическая.

Линия связи – цепочная.

Код адреса КП – инверсный.

Код режима КП – Хемминга с исправлением одной  ошибки.

Код для  передачи сигнала ТУ – Хемминга.

Циклический код для передачи сообщений ТИ и ТС с КП и ПУ – код с  обнаружением 2-х ошибок.

Погрешность телеизмерения – 1%

Тип аналого-цифрового  преобразования для ТИ – в код  Грея перемещением

Тип цифрового  индикатора одного ТИ – с формированием  цифр из элементов в процессе считывания.

Тип цифро-аналогового  преобразования второго ТИ – с  весовыми значениями резисторов для суммирования токов.

 

4. Выбор и расчет кода.

 

Разработку  системы телемеханики следует начинать с построения временной диаграммы, которая является графическим представлением временных соотношений между разными фазами работы системы.

Временная диаграмма позволяет оценить  основные принципы построения системы  и её работу в целом.

Данные  полученные из временной диаграммы  являются исходными для дальнейших расчётов, а также для построения структурных и функциональных схем системы.

Временная диаграмма приведена на рис. 4. 1а. В начале работы системы, т.е. в начале цикла с пункта управления (ПУ) на все контролируемые пункты (КП) посылается синхрокомбинация (СК), которая синхронизирует и синфазирует работу распределителей на КП с распределителями на ПУ.

После этого следует посылка общего адреса, который предназначен для  вызова необходимого КП, установления требуемого режима работы.

На  рис. 4. 1б показаны тактовые импульсы, которые поступают с генератора импульсов на распределитель для его переключения. Длительность одного импульса и одной паузы, следующей за импульсом составляет одну временную позицию (t1, t2, t3, … tn). В данном случае длительность импульса равна длительности паузы.

Для определения  длительности цикла в течении  которого может быть передана и принята вся служебная и полезная информация необходимо определить число временных позиций (ВП), требуемых для передачи каждого сообщения.

Для обеспечения  синхронной и синфазной работы в  начале каждого цикла передается синхрокомбинация занимающая три временных позиции. Затем с ПУ на КП посылается общий адрес, причем в начале следует посылка кодовой комбинации для выбора требуемого КП. Так как число КП равно длина кодовой комбинации обычного двоичного кода не должна превышать трех разрядов. Например для вызова КП 1 посылается код 001, а для вызова КП 4 код 100.

Так как  комбинация должна пересылаться инверсным  кодом, то длина комбинации составит шесть разрядов, т.к. в этом случае в линию посылается удвоенное  число символов по сравнению с двоичным кодом, причем если в исходной комбинации четное число единиц, то добавляемая комбинация повторяет исходную, а если нечетное, то добавляемая комбинация инвертируется по отношению к основной. Таким образом, например, для вызова КП 1 в инверсном коде посылается комбинация 001110, а для вызова КП 3 – 011011.

Передача  адреса режима защищается кодом Хемминга с исправлением одной ошибки. Используем для передачи адреса режима три двоичных разряда и в этом случае для  формирования кода Хемминга необходимо добавить ещё три контрольных символа, таким образом общее число временных посылок будет 6.

Таким образом для передачи общего адреса необходимо 12 временных позиций, а  всего для передачи служебной  информации необходимо 15 временных позиций.

Для определения  числа временных позиций необходимых  для передачи полезной информации необходимо рассчитать, сколько требуется ВП для передачи каждого вида сообщений (ТУ, ТС, ТИ). Наибольшее число этих позиций и является искомым числом, т.к. в адресной системе телемеханики сообщения передаются поочередно.

 

Передача сигналов ТУ.

Для передачи сигналов ТУ для пяти объектов управления необходимо три разряда двоичного  кода, а т.к.

передача  ведется кодом Хемминга, то необходимо соответственно 6 разрядов. Две позиции отводятся для указания характера операции (включить/выключить), сигналы следуют после сигналов о выборе объектов ТУ (итого 8 ВП).

После посылки команды диспетчер должен получить известительную сигнализацию о выборе объекта. Известительная сигнализация ведется распределительным кодом: 1 лампочка – выбор объекта; 5 лампочек – сигнализация о переключении объектов. Итого это составляет 6 разрядов, что при защите кодом Хемминга составит еще 4 контрольных разряда, всего получается 10 разрядов.

Так как сигналы ТУ защищаются еще и разрешающей обратной связью, то необходимо отвести две временные позиции для сигналов «переспрос» и «продолжение». При их защите их кодом Хемминга число ВП возрастает на три контрольных разряда, итого до 5 ВП.

Общее число ВП необходимых для передачи сигналов ТУ составляет 23 ВП.

 

Передача сигналов ТИ.

Определяем  количество разрядов необходимых для  передачи сообщений ТИ с погрешностью 1%.

Так как  код двоичный, то

2ⁿ=1/q=1/0,01=100

n=log₂100=lg100/lg2=2/0,301=6,645

 

n принимаем  равным 7, т.е. для передачи сообщений  ТИ  необходимо 7 ВП. Для передачи ТИ используется циклический код с обнаружением 2-х ошибок.

Для определения  количества разрядов кода находим кодовое  расстояние d:

d = r+1 = 2+1 = 3,

2 –  число обнаруживаемых ошибок.

Отсюда  необходимое число контрольных  символов

{log₂[(n+1)+E”log₂(n+1)]}

Символ Е’’ означает округление до целого большего числа

{log₂[(7+1)+E”log₂(7+1)]}=E”2{log₂[8+E”log₂8]}=7

 

Общее число ВП кода равно 14. Сообщения  телесигнализации передаются на тех  же ВП что и для передачи сигналов ТИ, для передачи будет использовано тоже кодирующее и декодирующее устройство. Таким образом передача сигналов ТУ требует наибольшего числа ВП и следовательно общее число ВП составляет 38, из них 15 отводится для передачи служебной информации и 23 – полезной информации.

 

 

5.Синтез структурной схемы.

 

Структурная схема ПУ приведена на рис 5.1.

Блок задания режимов работы (БРР) совместно с генератором тактовых импульсов (ГТИ) и распределителем тактовых импульсов (РИ) формирует все сигналы и синхронизирующие импульсы, преобразует коды и вырабатывает контрольные символы для кодовых комбинаций, передаваемых в КП, контролирует работоспособность аппаратуры. Команды, заданные на пульте диспетчера (ПД) через блок передачи сигналов ТУ (БПдТУ), БРР и линейный усилитель (ЛУ) выдаются в линию связи и далее поступают на КП. Сигналы телесигнализации поступающей от КП через линию связи и приемную часть  

ЛУ  поступают в блок приема телесигнализации (БПрТС) где обрабатываются, проверяются на отсутствие ошибок и далее передаются на ПД или щит сигнализации диспетчера. Сигналы телеинформации поступают в блок приема сигналов ТИ (БПрТИ) обрабатываются там код управлением сигналов с БРР и в зависимости от типов сигналов выдаются в цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и далее на аналоговый указатель или в устройство отображения ТИ (УОТИ) и далее на цифровой индикатор.

Схема КП приведена на рис.5.2.

Информация  поступающая из линии связи через  ЛУ поступает в блок задания режимов работы (БРР) и генератор тактовых импульсов. ГТИ под управлением сигналов ПУ вырабатывает сигналы управления РИ. В БРР под действием сигналов РИ происходит обработка адресов и информации поступившей из линии связи. При совпадении поступившего адреса и адреса данного КП в зависимости от вида поступивших сигналов (ТУ, ТИ, ТС) в соответствующий блок приема. При поступлении сигналов ТУ информация поступает в блок приема сигналов ТУ (БПрТУ) и далее в объекты телеуправления включая или выключая их. При обращении в блок передачи сигналов ТС (БПдТС) происходит опрос состояния датчиков ТС и передача информации о их состоянии через БРР и ЛУ в линию связи и далее на ПУ. При обращении в блок приема сигналов ТИ (БПрТИ) код управления этого блока происходит опрос состояния датчиков ТИ, преобразование аналоговой информации из ТИ 1 с помощью АЦП в цифровую форму и передача данной информации через БРР и ЛУ в ПУ. 

  

6. Синтез функциональной схемы системы.

Функциональная  схема показывает взаимодействие устройств, блоков, узлов и элементов системы  в процессе её работы.

Функциональная  схема выполняется на уровне блоков, которыми являются распределители, регистры, дешифраторы, генераторы и т.д.

Рассмотрим  отдельные узлы функциональной схемы.

На  рис.6.1 приведена бесконтактная схема  управления «светлым щитом». В общем  случае «светлый щит» представляет собой  щит со светящимися лампами сигнализации, воспроизводящий сообщение о  состоянии каждого объекта световым сигналом лампы. Несоответствие указывается миганием лампы положения или включением специальной лампы.