книги / Телемеханика и связь
..pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пермский государственный технический университет»
Е.В. Аристов
ТЕЛЕМЕХАНИКА И СВЯЗЬ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Издательство Пермского государственного технического университета
2010
ELIB.PSTU.RU
Стр. 1 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |
ÓÄÊ 621.398 À81
Рецензенты:
êàíä. òåõí. íàóê И.Я. Сальников (ЗАО «Энергосервис»);
êàíä. òåõí. íàóê Р.А. Сажин (Пермский государственный технический университет)
Аристов, Е.В.
А81 Телемеханика и связь: учеб. пособие / Е.В. Аристов. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010. – 120 с.
ISBN 978-5-398-00539-4
Рассмотрены вопросы устройства и принципов работы одноканальных
èмногоканальных систем телемеханики и связи с различными принципами разделения сигналов. Излагаются способы преобразования, кодирования
èфильтрации сигналов. Приводятся принципы работы основных интерфей сов передачи данных, протоколов передачи данных и промышленных сетей систем телемеханики.
Предназначено для студентов очного и очно заочного обучения специ альности «Электропривод и автоматика производственных установок и тех нологических комплексов».
ÓÄÊ 621.398
ISBN 978-5-398-00539-4 |
© ГОУ ВПО «Пермский |
|
государственный |
|
технический университет», 2010 |
ELIB.PSTU.RU
Стр. 2 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................... |
5 |
ГЛАВА 1. СООБЩЕНИЯ И СИГНАЛЫ ..................................................... |
11 |
1.1. Основные понятия .................................................................... |
11 |
1.2. Преобразование непрерывных сообщений |
|
в дискретные сигналы..................................................................... |
12 |
1.3. Преобразования сигналов ........................................................ |
16 |
1.4. Спектры сигналов..................................................................... |
19 |
1.5. Амплитудная модуляция (АМ)................................................ |
24 |
1.6. Частотная модуляция (ЧМ)...................................................... |
26 |
1.7. Фазовая модуляция (ФМ)......................................................... |
28 |
ГЛАВА 2. КОДИРОВАНИЕ.......................................................................... |
30 |
2.1. Основные понятия. Передача кодовых комбинаций .............. |
30 |
2.2. Системы счисления и математические |
|
операции с двоичными числами..................................................... |
32 |
2.3. Непомехозащищенные коды ................................................... |
37 |
2.4. Помехозащищенные (корректирующие) коды....................... |
39 |
2.4.1. Коды с обнаружением ошибок.............................................. |
44 |
2.4.2. Коды с обнаружением и исправлением ошибок .................. |
47 |
ГЛАВА 3. ФИЛЬТРЫ..................................................................................... |
58 |
3.1. Основные теоретические положения ...................................... |
58 |
3.2. Фильтр нижних частот ............................................................. |
61 |
3.3. Фильтр верхних частот............................................................. |
64 |
3.4. Полосовые фильтры ................................................................. |
67 |
3.5. Заграждающие фильтры........................................................... |
70 |
3.6. Фильтры типа Ì ....................................................................... |
71 |
ГЛАВА 4. СИСТЕМЫ СВЯЗИ ...................................................................... |
75 |
4.1. Основные понятия.................................................................... |
75 |
|
3 |
ELIB.PSTU.RU
Стр. 3 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |
4.2. Многоканальные системы связи............................................. |
79 |
4.2.1. Многоканальные системы связи с временным |
|
разделением сигналов..................................................................... |
80 |
4.2.2. Многоканальные системы связи с кодово-адресным |
|
разделением сигналов..................................................................... |
82 |
4.2.3. Многоканальные системы связи с частотным |
|
разделением сигналов..................................................................... |
83 |
4.2.4. Многоканальные системы связи |
|
с частотно-временным разделением сигналов .............................. |
85 |
ГЛАВА 5. ПОМЕХИ И ИСКАЖЕНИЯ В КАНАЛЕ................................... |
86 |
ГЛАВА 6. ИНТЕРФЕЙСЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ................................... |
89 |
6.1. Интерфейс RS-485..................................................................... |
89 |
6.2. Интерфейс RS-232..................................................................... |
93 |
ГЛАВА 7. ПРОТОКОЛЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ |
|
И ПРОМЫШЛЕННЫЕ СЕТИ ....................................................................... |
96 |
7.1. Протокол CAN........................................................................... |
96 |
7.2. Протокол MODBUS .................................................................. |
97 |
7.3. Протокол EtherNet/IP ............................................................... |
98 |
7.4. Промышленная сеть ControlNet............................................... |
99 |
7.5. Промышленная сеть DeviceNet ............................................. |
101 |
ГЛАВА 8. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ |
|
БАЗОВЫХ СТАНДАРТОВ НА УСТРОЙСТВА |
|
И СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕХАНИКИ.............................................................. |
104 |
8.1. Базовые стандарты ................................................................. |
104 |
8.2. Основные положения............................................................. |
106 |
8.3. Интерфейсы (электрические характеристики) ..................... |
109 |
ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ.......................................................................... |
117 |
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ...................................... |
119 |
4
ELIB.PSTU.RU
Стр. 4 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |
ВВЕДЕНИЕ
Термин «телемеханика», введенный в 1905 году французом Э. Бранли, состоит из двух греческих слов: tele – далеко и mechanike
– мастерство или наука о машинах.
Телемеханика – отрасль науки и техники контроля и управления объектами на расстоянии с применением специальных преобразователей сигналов для эффективного использования каналов связи.
Управление объектами обеспечивается командной информацией, направленной к объектам и включающей в себя телеуправление и телерегулирование; контроль над объектами – известительной информацией, направленной от объектов и включающей телеизмерение, телесигнализацию и статистическую информацию.
Âтелемеханике передача информации осуществляется без участия человека или с его участием в пункте управления.
Âтелемеханике при передаче информации возникают следующие проблемы:
достоверности, т.е. передачи информации с малыми искажениями, возникающими как в аппаратуре, так и при передаче по линии связи из-за помех;
эффективности, т.е. нахождения способов лучшего использования аппаратуры и линии связи при передаче большого количества информации;
экономичности, т.е. построения простых и дешевых устройств телемеханики, обеспечивающих наибольшее количество передаваемой информации при наименьшей затрате средств.
Прежде чем перейти к классификации систем телемеханики, дадим ряд определений.
Телемеханический пункт управления – это пункт, с которого осуществляется управление объектами контролируемых телемеханических пунктов и контроль их состояния. При частичной автоматизации в пункте управления находится диспетчер.
5
ELIB.PSTU.RU
Стр. 5 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |
Контролируемый телемеханический пункт – место размещения объектов, контролируемых или управляемых средствами телемеханики.
Устройство телемеханики – совокупность технических средств телемеханики, расположенных на телемеханическом пункте управления или контролируемом телемеханическом пункте.
Комплекс устройств телемеханики – совокупность устройств пунктов управления и контролируемых пунктов, предназначенных для совместного применения в телемеханических системах.
Телемеханическая система – совокупность устройств пунктов управления и контролируемых пунктов, периферийного оборудования, необходимых линий и каналов связи, предназначенных для совместного выполнения телемеханических функций.
Приведем классификацию систем телемеханики.
1. По выполняемым функциям.
Система телеизмерения (ТИ) – система, осуществляющая передачу непрерывных измеряемых величин. Например, требуется передача данных с большой точностью об уровне продукта (солярового масла, бензина), находящегося в емкости.
Система телесигнализации (ТС) – система, осуществляющая передачу различных дискретных величин, которые могут вводиться в ЭВМ или сообщать диспетчеру о состоянии контролируемых объектов с помощью звуковой и световой сигнализации.
Система телеуправления (ТУ) – система, осуществляющая передачу информации в виде команд на включение или отключение различных механизмов. Эти команды или посылаются диспетчером с ПУ, или подаются с ЭВМ на изменение уставок в регуляторах. При этом, если объекты управления находятся вблизи диспетчера, необходимость в обратной сигнализации отпадает: диспетчер визуально наблюдает за исполнением посланных команд. Примером такой системы является система ТУ строительным краном: оператор, стоящий на земле, подавая команду, непосредственно наблюдает за движением крана. Однако сфера применения подобных систем ТУ ограничена. Обычно управляемые объекты находятся вне поля зрения диспетчера, и нужен сигнал о том, включились или отключи- лись они после подачи команды. Для этого требуется соединение системы телеуправления с системой телесигнализации.
6
ELIB.PSTU.RU
Стр. 6 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |
Наряду с рассмотренными простейшими системами имеются системы, выполняющие все или почти все телемеханические функции.
2. По характеру используемой линии связи.
Линия связи – физическая среда, по которой передаются сигналы. Для передачи телемеханической информации могут быть использованы следующие линии связи: проводные; электроснабжения; световодные; радиотракт.
В системах телемеханики передается на дальние расстояния большое количество сообщений от многих источников или ко многим приемникам. Например, в системах ТУ происходит передача информации от одного источника (диспетчера) ко многим приемникам (объектам), а в системах ТС – от многих источников (объектов) к одному приемнику (диспетчеру). Кроме того, системы телемеханики могут передавать информацию на многие километры. Потому, чтобы не удорожать весь комплекс телемеханики прокладкой линий связи между многими источниками и приемниками, целесообразно использовать линию связи многократно. При этом по одной линии связи, например по одной паре проводов, передается много сообщений одновременно. Это достигается применением так называемых каналов связи.
Канал связи – совокупность технических средств, обеспечи- вающих независимую передачу сообщений по линии связи. В настоящее время понятие канала связи расширилось и в него часто включают характеристики передаваемых сообщений. Применяются такие термины, как телеграфный, телефонный или телемеханический канал. Каждый такой канал характеризуется определенной полосой частот, необходимой для неискаженной переда- чи данного типа сообщений. Если передаются непрерывные сообщения, то канал связи называется непрерывным, если дискретные сообщения – дискретным.
Методы образования телемеханических каналов по указанным линиям связи рассматриваются далее.
3. По расположению управляемых объектов.
Принцип действия и конструкция названных систем телемеханики зависят также от того, как расположены объекты контроля и управления. Имеет значение, собраны ли объекты в одном месте,
7
ELIB.PSTU.RU
Стр. 7 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |
т.е. находятся недалеко друг от друга, или рассредоточены на большой территории. Здесь существуют две разновидности систем.
Система телемеханики для сосредоточенных объектов – система, имеющая один пункт управления и один контролируемый пункт. Типичным примером такого объекта является строительный кран, где на малой площади расположено 5–6 двигателей, которыми нужно управлять, а также электрическая подстанция, где в одном помещении находится большое количество масляных выключателей, включаемых и отключаемых с телемеханического пункта управления.
Система телемеханики для рассредоточенных (распределенных) объектов – система, в которой есть один пункт управления и несколько контролируемых пунктов. Типичным примером таких объектов являются вытянутые на сотни километров газо- и нефтепроводы, в которых нужно контролировать давление, расход и другие параметры, управлять компрессорными и насосными установками, а также насосные установки на нефтепромыслах, разбросанные на большой территории. Сюда же можно отнести шахты, заводы и комбинаты, если управление технологическими агрегатами осуществляется с одного диспетчерского пункта.
Очевидно, устройства телемеханики и линии связи (каналы связи) на нефтепроводах, нефтепромыслах или комбинатах будут расположены по-иному, вследствие чего и системы телемеханики будут, в свою очередь, отличаться друг от друга. Это различие определяется структурой телемеханической сети.
Телемеханическая сеть – совокупность устройств телемеханики и соединяющих их каналов связи.
Многоточечная структура телемеханической сети – структура телемеханической сети, в которой два (или более) устройства контролируемых телемеханических пунктов соединяются каналами связи с устройством телемеханики на телемеханическом пункте управления.
Цепочечная структура телемеханической сети (рис. В, à) – многоточечная структура телемеханической сети, в которой устройства контролируемых телемеханических пунктов соединены общим каналом связи с устройством телемеханического пункта управления. Такая структура характерна для систем телемеханики, обслуживающих нефтепроводы.
8
ELIB.PSTU.RU
Стр. 8 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |
Радиальная структура телемеханической сети (рис. В, á) – многоточечная структура телемеханической сети, в которой устройство телемеханики на телемеханическом пункте управления соединено отдельным каналом.
Радиально-цепочечная структура телемеханической сети (рис. В, á) – комбинация из радиальной и цепочечной структур телемеханической сети с использованием устройства телемеханики на телемеханическом пункте управления.
Кольцевая структура телемеханической сети – цепочечная структура телемеханической сети, в которой канал связи образует кольцо и телемеханический пункт управления при этом может быть связан с каждым контролируемым телемеханическим пунктом двумя различными путями.
Древовидная структура представлена на рис. В, â.
ELIB.PSTU.RU
Стр. 10 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |