Главная Минимаркер Железнодорожный транспорт Минимаркер Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте (АТС) Минимаркер Системы автоматики и телемеханики

Системы автоматики и телемеханики

Общие сведения о системах автоматики и телемеханики

Увеличение провозной и пропускной способностей железных дорог, повышение безопасности и интенсивности движения, грузовых и пассажирских поездов, обусловили необходимость создания специальных систем управления перевозочным процессом.

Отрасль науки и техники об автоматически действующих системах и устройствах носит название автоматики. При этом управление объектом и контроль его работы осуществляется в пределах сравнительно небольших расстояний. Для выполнения тех же функций на больших расстояниях применяются устройства телемеханики.

Телемеханика – отрасль науки и техники, которая охватывает теорию и технические средства контроля и управления различными объектами на расстоянии.

В автоматической системе все функции управления технологическим процессом, являющимся объектом управления, осуществляются без участия человека. Структурная схема такой системы показана на рисунке 1.

Структурная схема автоматической системы управления

Рис. 1 Структурная схема автоматической системы управления

Основой управления является получение и обработка информации о состоянии объекта и внешних условий его работы, для определения воздействий, которые необходимо приложить к объекту, чтобы достичь цели управления.

В нашей схеме от объекта управления (ОУ) поступает информация о его состоянии. Для сбора этой информации применяют контрольно-измерительные приборы (КИП) – датчики, чувствительные элементы, различные измерительные приборы. Затем собранная информация поступает в управляющее устройство (УУ), там она обрабатывается. После обработки информации выясняется необходимость вмешательства в режим работы управляемого объекта и характер управляющих воздействий. Чтобы сделать вмешательство в режим работы управляемого объекта управляющее устройство выдает информацию, которая поступает к объекту управления и используется для изменения режима его работы с помощью исполнительных устройств (ИУ).

Если управляющее воздействие в результате переработки информации осуществляется с участием человека, систему управления называют автоматизированной. Примером системы автоматики на железнодорожном транспорте служит система электрической централизации, предназначенная для управления регулирования движения поездов на станции.

Если технологический процесс рассредоточен на большой площади, то информацию, собранную контрольно-измерительными приборами, необходимо передать в управляющее устройство, которое может располагаться на значительном расстоянии от исполнительных устройств. Такая передача информации называется телесигнализацией (ТС) или телеизмерением (ТИ) и осуществляется системой телемеханики (СТМ). Структурная схема телемеханической системы приведена на рисунке 2.

Структурная схема телемеханической системы

Рис. 2 Структурная схема телемеханической системы

В этой системе управление процессом возлагается на диспетчера, который по данным телесигнализации или телеизмерения принимает решения и в виде команд телеуправления (ТУ) передает их на исполнительные устройства, используя систему телемеханики. Примером таких систем на железнодорожном транспорте являются системы диспетчерской централизации.

Все системы автоматики и телемеханики являются системами переработки, передачи, воспроизведения, хранения и доставки информации.

Процесс обмена информации и ее переработка имеет очень сложный характер, и осуществляется в несколько этапов. Информация подвергается различным преобразованиям таким, как шифрование, перекодирование, запоминание.

Что же такое информация? В общем виде информацией считается совокупность сведений о событиях, объектах или явлениях. Для передачи и переработки информация представляется в некоторой форме с использованием различных знаков (символов). Совокупность знаков, содержащих ту или иную информацию, называют сообщением. Сообщение может иметь различное содержание, но всегда отображается в виде сигнала. Сигнал – средство передачи информации в пространстве и времени.

В системах железнодорожной автоматики и телемеханики обычно используются электрические сигналы (ток, напряжение). Сигналы формируются изменением (модуляцией) тех или иных параметров (амплитуды, фазы, частоты) по закону передаваемых сообщений.

Для обеспечения возможности извлечения сообщений из сигнала последний должен формироваться по определенным правилам. Построение сигнала по определенным правилам называется кодированием.

Сигнал – это функция времени. Если сигнал представляет собой функцию U(t), принимающую только определенные дискретные значения (например, 1 или 0) его называют дискретным. Таким же образом и сообщение, принимающее только некоторые дискретные значения, называют дискретным. Если же сообщение (сигнал) может принимать любые значения в некотором интервале времени, его называют непрерывным или аналоговым.

В современных системах автоматики и телемеханики используют дискретные сигналы, поэтому эти системы являются дискретными. В целом системы железнодорожной автоматики и телемеханики являются весьма сложными по структуре и содержат большое число дискретных устройств. Так управляющие устройства автоматики и телемеханики, а также электронных АТС представляют собой управляющие комплексы с использованием микропроцессоров и микро-ЭВМ.

Способы управления удаленными объектами

В зависимости от степени удаления объекта от пункта управления применяют три способа управления: местный, дистанционный и телемеханический.

При местном способе управления на пункте управления располагаются органы управления и источник энергии для питания объектов. На контролируемом пункте находятся управляемые объекты. Пункт управления и контролируемый пункт соединяются между собой линией связи (рис. 3)

Схема местного способа управления

Рис. 3 Схема местного способа управления

Достоинствами местного способа является его простота, а именно отсутствие какой-либо дополнительной (вспомогательной) аппаратуры. Этот способ называют еще прямопроводным управлением. Он отличается высокой надежностью по передачи информации и высокой помехоустойчивостью. Например, если выйдет из строя один канал связи (провод), то управление другими объектами не нарушится.

При местном способе производится центральное питание объектов. Это значит, что вся энергия, требуемая для включения объектов управления, передается по линии связи из центра управления. Поэтому у местного способа есть два значительных минуса: малая дальность управления (связана с потерями энергии в линии связи) и многопроводность (многоканальность). Именно из-за этого местный способ управления используется на малых расстояниях (10 – 100 м) при небольшом числе объектов (около 10 объектов).

В железнодорожной автоматике местный способ управления используют в системах ЭЦ с центральным питанием. Органы управления (стрелочные рукоятки, сигнальные кнопки) находятся на специальном пульте-табло на посту ЭЦ. Управляемые объекты (светофоры и стрелки) располагаются в горловине станции и связаны с постом ЭЦ кабелем.

Чтобы увеличить дальность управления используют дистанционный способ. При этом на контролируемом пункте в линию связи включаются дополнительные промежуточные линейные реле, через контакты которых производится управление двигателями. Центральный источник энергии осуществляет питания промежуточных реле, а управляемые объекты (двигатели) будут иметь местное питание от местного источника энергии. Такой способ дает возможность повысить дальность управления, поскольку по линейным проводам передается ток для включения реле, который примерно в тысячу раз меньше тока, потребляемого двигателями (рис.4).

Схема дистанционного способа управления

Рис. 4 Схема дистанционного способа управления

Дистанционный способ кардинально отличается от местного тем, что в нем по линии связи осуществляется передача информация о том, какой объект надо включить, а не энергия для включения этого объекта. Однако эта информация не является кодированной и поэтому многоканальность, как недостаток в данном способе сохраняется. Дистанционный способ используется на средних расстояниях (100 км) при небольшом количестве объектов (10 объектов).

Данный способ используется в системах ЭЦ с местным питанием (рис. 5). При этом в горловине станции расположен релейный шкаф, в котором находятся промежуточные реле и другая аппаратура.

Структурная схема ЭЦ с местным управлением

Рис. 5 Структурная схема ЭЦ с местным управлением

Чтобы избавиться от многоканальности как недостатка системы управления нужно закодировать передаваемую информацию (телемеханический способ управления). Он используется при достаточно больших расстояниях и значительном числе управляемых объектов. Главная цель телемеханического способа сделать, чтобы число каналов связи было намного меньше числа управляемых объектов. В большинстве случаев применяется только один канал связи. Дальность управления определяется чувствительностью и мощностью приемо-передающей аппаратуры и в принципе почти неограниченна.

В общем виде системы телемеханики содержат источник сообщений (ИС), кодирующее устройство (КУ), передатчик (ПЕР), линии связи (ЛС), приемник (ПР), декодирующее устройство (ДУ) и исполнительное устройство (ИУ) (рис. 6)

Структурная схема телемеханического способа управления

Рис. 6 Структурная схема телемеханического способа управления

Источник сообщения генерирует сообщение А, им могут быть контрольные реле или измерительные датчики (в системах ТС и ТИ), кнопки в пультах или управляющие устройства (в системах ТУ и ТР). Кодирующее устройство (кодер) формирует из сообщения А сигнал, который в передатчике преобразуется в вид, удобный для передачи по линиям связи – физической среде, по которой передаются сигналы. Такой средой может быть специальный электрический кабель, радиоканал, оптическое волокно, линия энергоснабжения. Приемник преобразует сигнал из линии связи в первоначальный вид, а декодирующее устройство (декодер) формирует из сигнала сообщение В, воздействующее на исполнительное устройство. Цель системы – эта передача сообщения от источника к получателю, будет считаться выполненной, если сообщение В, принятое получателем, полностью соответствует переданному сообщению А. При передаче от источника к получателю сообщение подвергается искажениям (под воздействием помех). Под помехой понимается постороннее возмущение в системе телемеханики, действие которого приводит к несоответствию передаваемого и принятого сообщений.

Классификация систем телемеханики

Телемеханические системы по роду выполняемых функций и характера передаваемой информации делятся на:

  • системы телеуправления (ТУ), которые применяются для управления положением или состоянием дискретных и непрерывных объектов;
  • системы телесигнализации (ТС), осуществляющие получение информации о состоянии контролируемых и управляемых объектов;
  • системы телерегулирования (ТР), производят передачу из пункта управления управляемому объекту сигналов установки некоторых параметров, имеющих непрерывное множество состояний;
  • системы телеизмерения (ТИ), осуществляют на расстоянии контроль значений различных параметров управляемых объектов;
  • системы передачи данных (СПД) – обмен на расстоянии цифровой или другой информацией для использования ее в вычислительных или управляющих комплексах;
  • комбинированные системы, объединяют некоторые из перечисленных систем в единый комплекс (системы ТР-ТИ, ТУ-ТС, ТУ-ТС-ТИ и другие).

Обычно в телемеханической системе имеется один пункт управления и множество контролируемых пунктов, которые соединены в телемеханическую сеть, которая представляет собой совокупность устройств системы телемеханики и объединяющих их каналов связи. Структура сети, показанная на рис.7,а, является простейшей, ее обычно называют «соединение пункт-пункт».

Более сложной  является многоточечная структура телемеханической сети, которая имеет два и более контролируемых пункта. Наиболее распространенные структуры данного типа приведены на рис. 4,б,в,г,д. В радиальной структуре (рис. 7,б) пункт управления соединен с каждым из контролируемых пунктов отдельным каналом связи. Это обеспечивает независимость работы контрольных пунктов друг от друга при повреждении каналов связи. Такая структура используется на крупных станциях для телемеханического управления объектами в удаленных горловинах с помощью специальной системы станционной кодовой централизации.

В цепочной структуре (рис. 7,в) множество контролируемых пунктов соединяются с пунктом управления общим каналом связи. Это обеспечивает наиболее эффективное использование канала связи, но при этом возникают проблемы при повреждениях канала связи и проблемы регламентации работы контролируемых пунктов. Цепочная структура применяется в диспетчерских централизациях. Часто при организации крупных диспетчерских центров (например, в масштабах железной дороги) применяются комбинации из радиальной и цепочной структур (рис. 7,г). Для повышения надежности соединений в телемеханической сети применяют кольцевую структуру (рис. 4,д), в которой канал связи образует кольцо и передача сообщений между пунктом управления и каждым из контролируемых пунктов может осуществляться по двум направлениям. Кроме того, различают системы телемеханики для управления подвижными объектами: кранами и другими

Структуры телемеханических сетей

Рис. 7 Структуры телемеханических сетей

Передача сообщений между пунктом управления и контролируемыми пунктами организуется с помощью определенных правил – протоколов обмена. В системах железнодорожной телемеханики используют, в основном, четыре принципа обмена информацией и их сочетания. Спорадический принцип предполагает передачу только новой информации в момент ее возникновения (нажатие кнопки оператором, изменение состояния контролируемого объекта и т.д.). Его достоинством является минимальная загрузка каналов связи, но при этом возможна потеря информации из-за помех, сбоев и отказов аппаратуры.

При циклическом принципе осуществляется последовательное поочередное подключение к каналу связи всех контролируемых пунктов и выделение временного интервала для обмена информацией. Этот принцип требует синхронизации работы пункта  управления и контролируемых пунктов. При использовании принципа «по запросу» вся текущая информация накапливается на контролируемых пунктах и передается только тогда, когда на данный контролируемый пункт поступает команда запроса из пункта управления. Принцип приоритета устанавливает неравноправие между различными контролируемыми пунктами, а также между различными сообщениями.

Для сравнения и оценки систем телемеханики используют следующие показатели:

  • информационная емкость – число объектов управления и контроля, включенных в систему телемеханики;
  • быстродействие системы – это промежуток времени с момента появления события на передающем пункте телемеханической системы до момента представления информации о нем на приемном пункте;
  • достоверность передачи информации – вероятность потери или искажения информации. С этой точки зрения телемеханические комплексы делятся на три категории (табл.1).

Таблица 1

Вероятностная характеристика

Вероятность события, не более, для категорий помещений

 

1

2

3

Вероятность потери команды

10-14

10-10

10-7

Вероятность потери контрольной информации

10-8

10-7

10-6

Вероятность искажения команды

10-14

10-10

10-7

Вероятность искажения контрольной информации

10-8

10-7

10-6


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика