Спроектировать передающее устройство системы телеуправления

1. Содержание

 

 

2. Введение

Автоматика и телемеханика являются важным звеном научно-технического прогресса.

Автоматика – техника управления и контроля в пределах небольших расстояний.

Телемеханика – техника управления и контроля при наличии больших расстояний, для преодоления которых применяют специальные средства.

Телеуправление - управление на расстоянии, осуществляемое средствами телемеханики. Устройства телеуправления предназначены для работы по проводным воздушным линиям и кабельным линиям связи, а также по уплотненным высокочастотным каналам и телефонным каналам радиорелейных линий.

Системы телеизмерения предназначены для передачи на расстояние значений различных электрических и не электрических величин. Телеизмерение представляет собой разновидность дистанционного измерения, при котором передача значения измеряемой величины осуществляется не непосредственно, а путем преобразования этой величины в другую, вспомогательную величину, более удобную для передачи по каналу связи на значительные расстояния, и последующего преобразования этой вспомогательной величины с показания прибора, установленного на пункте управления.

В первой части задания необходимо спроектировать передающее устройство системы телеуправления, служащее для образования многоэлементных (многоимпульсных) сигналов (команд) телеуправления и передачи их в линию связи. С помощью многоимпульсных команд вида «включить» - «отключить» осуществляется управление двухпозиционными объектами. Предусматривается последовательная передача каждого элемента сигнала (команды) в линию связи, т.е. применяется временной метод разделения элементов сигнала.

Согласно второй части задания необходимо спроектировать передающее устройство системы телеизмерения (ТИ), служащее для преобразования измеряемых величин в кодовые телеизмерительные сигналы и передачи их в линию связи.

Здесь также предусматривается последовательная передача элементов каждого кодированного сигнала в линию связи, т.е. применяется временной метод разделения элементов сигнала.

Для образования кодовых комбинаций используется амплитудный импульсный признак.

 

3. Техническое задание

1. Спроектировать передающее устройство системы телеуправления, обеспечивающее передачу N = 10 команд (кодовых комбинаций).
2. Рекомендуемый вид кода – код Хемминга (кратность обнаружения искажения r=2, кратность исправления искажения s=1).
3. Кодовые комбинации (команды) передаются по каналу связи с заданной полосой частот ∆ .
4. В передающем устройстве используется временной метод разделения элементов сигнала.
5. Вид импульсного признака – амплитуда, количество импульсных признаков, используемых для составления кодовых комбинаций m=2.
6. Вид синхронизации (циклическая или пошаговая) и импульсивного признака для синфазирующего импульса выбрать самостоятельно.
7. Рассчитать:

• количество элементов комбинации и составить их;

• избыточность выбранного кода;
• время передачи одной команды;
• электрические схемы одного из узлов передающего устройства (синфазирующий импульс).

8. Начертить:

• структурную схему передающего устройства;
• принципиальную схему передающего устройства;
• временную диаграмму работы передающего устройства.

9. Спроектировать передающее устройство системы телеизмерения, обеспечивающее передачу измеряемого параметра в диапазоне с погрешностью дискретности .

10. Рекомендуемый вид кода – двоичный.
11. Передача измеряемых параметров осуществляется по каналу связи с заданной полосой частот .
12. В передающем устройстве - временной метод разделения элементов канала.
13. Для составления кодовых комбинаций измеряемых параметров используется амплитудный импульсный признак, количество импульсных признаков m=2.
14. Синхронизация циклическая.
15. Тип аналого-цифрового преобразователя - время импульсного типа.
16. Рассчитать:

• число уровней и шаг квантования измеряемого параметра, подлежащего передаче;

• код и его параметров;
• параметры кодирования сигнала телеизмерения;
• электрические схемы одного из узлов устройства (генератор пилообразного напряжения, схема сравнения);

17. Начертить:

• структурную схему передающего устройства;
• принципиальную схему передающего устройства;
• временную диаграмму работы устройства телеизмерения.

 

4. Расчетная часть для системы телеуправления

1. Выбор кода и его параметров

В передающем устройстве передаваемые команды управления (дискретные сообщения вида «включить» - «отключить») представляются в виде помехозащищенных кодов. По заданию 1 для передающего устройства рекомендуется использовать код Хэмминга (кратность обнаружения искажения τ=2, кратность исправления искажения s=1).

Для одновременного обнаружения и исправления искажений минимальное кодовое расстояние (минимальное число несовпадающих элементов комбинаций) выбирается по формуле

      (4.1)

Минимальное кодовое расстояние для кода Хэмминга с обнаружением двойных искажений (τ=2) и исправлением одиночных искажений  (s=1).

Общее число комбинаций кода Хэмминга N при числе элементов в каждой комбинации n и dm = 4 и n общее число комбинаций кода Хэмминга N определяется формулой:

      (4.2)

Определить общее число элементов в каждой комбинации n при N=10.

;  n = 8

Число информационных элементов по каждой комбинации определяется по выражению:

N = 2nо;     (4.3)

10 = 2nо;  n0 = 4

Число контрольных элементов:

к = n – n0 = 8 – 4 = 4

В качестве контрольных элементов выбираем элементы 1,2,4,8, а в качестве информационных элементов 3,5,6,7.

Избыточность кода Хэмминга определяется следующей зависимостью:

,    (4.4)

где   N = 2nо – количество используемых комбинаций кода Хэмминга;

N = 2n – максимальное возможное число комбинаций двоичного кода;

n0 – число информационных элементов каждой комбинации кода Хэмминга;

n   – Общее число элементов каждой комбинации кода Хэмминга.

Контрольные элементы заполняются следующим образом. Производится к (к – число контрольных элементов) проверок по четности. При этом для заполнения первого контрольного элемента проверяется четность числа единиц в тех элементах комбинации, двоичные записи которых имеют единицы в первых разрядах. Для заполнения второго контрольного элемента проверяется четность числа единиц в тех элементах комбинации, двоичные записи которых имеют единицы во вторых разрядах, и т.д.

В ходе проверки, если число единиц в проверяемых элементах четное, в соответствующем контрольном элементе записывается 0, если нечетное, записывается 1. После заполнения всех контрольных элементов получаем все комбинации кода.

Сначала на информационных элементах (столбцах) 3,5,6,7 всех 10 кодовых комбинаций записываются 10 различных комбинаций из состава всех комбинаций числового кода, затем заполняются контрольные элементы 1,2,4,8 всех 10 комбинаций.

Ниже представлена таблица, в которой указаны 10 комбинаций, зашифрованных кодом Хэмминга с кратностью обнаружения искажения τ=2 и кратностью исправления искажения s=1 (Таблица 4.1).

 

Таблица 4.1

Номер комбинации	Элементы комбинации
	8	7	6	5	4	3	2	1
0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	1	0	0	0	0	1	1	1
2	1	0	0	1	1	0	0	1
3	0	0	0	1	1	1	1	0
4	1	0	1	0	1	0	1	0
5	0	0	1	0	1	1	0	1
6	0	0	1	1	0	0	1	1
7	1	0	1	1	0	1	0	0
8	0	1	0	0	1	0	1	1
9	1	1	0	0	1	1	0	0
10	1	1	0	1	0	0	1	0

 

2. Выбор параметров сигнала телеуправления

Дискретные сигналы телеуправления составляются с помощью многоэлементных кодовых комбинаций. Рассмотрим случай, когда для образования элементов кодовых комбинаций используется амплитудный импульсный признак с числом признаков m = 2.

а) Минимальная допустимая длительность элементов (импульсов) кодовой комбинации.

Как известно, для нормальной передач сигналов по каналу связи с меньшими искажениями всегда должно выполняться условие:

∆fc  ≤ ∆fk       (4.5)

где  ∆fc – ширина спектра сигнала;

       ∆fk – полоса частот канала связи.

Если по каналу связи передается элемент кодовой комбинации в виде прямоугольного импульса, то ширина его спектра:

       (4.6)

где  tи – длительность импульса;

        к – 1,2,3,4  и  т.д.

 

Часто, учитывая реальные возможности каналов связи и других импульсов аппаратур, коэффициент к выбирают небольшим и равным единице (к = 1). При этом ширина спектра прямоугольного импульса будет определяться выражением

      (4.7)

Для нормальной передачи

      (4.8)

Следовательно, минимальную допустимую длительность импульса кодовой комбинации  tиmin можно определить из условия

.      (4.9)

Заданный канал связи имеет полосу частот 120 Гц, то

б) Вид синхронизации.

Согласно заданию в передающем устройстве используется временной метод разделения элементов сигнала. При временном методе разделения наиболее важной задачей является обеспечение синхронной и синфазной работы распределителей. Существует несколько способов синхронизации распределителей. В системах телемеханики чаще всего используется циклические и пошаговые синхронизации.

При циклической синхронизации распределители передающего и приемного устройства управляются местными генераторами, построенными на равные частоты. В реальных условиях между местными генераторами всегда будет иметь место фазовая ошибка, которая со временем  может возрастать и привести к большому рассогласованию положения распределителей. Для устранения накопления рассогласования в начале (или конце) каждого цикла по линии связи посылается синфазирующий импульс, который устанавливает оба распределителя в исходное положение.

При пошаговой синхронизации распределители передающего и приемного устройств управляются одним общим генератором. Генератор непосредственно управляет одним распределителем, а через линию связи – другим.