Xreferat.com » Рефераты по технологии » Разработка системы телемеханики

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)

  1. 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.

  1. 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.

  2. Приём сигналов ТС и ТИ производятся или по вызову или путём циклического опроса. Одновременно сигналы ТС и ТИ не передаются.

  3. Для приёма сигналов ТС предусмотрены сигнальные лампы, ключи квитирования (для ТУ-ТС) и общая кнопка квитирования (для ТС).

  4. 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.

  1. Подключение каждого КП к ПУ при непрерывном циклическом опросе на нужное число циклов осуществляется с помощью счетчика и распределителя или счетчика и дешифратора.

  2. При работе системы по вызову циклический опрос отменяется и происходит групповой вызов КП. Группы состоят из двух или трех КП.

  3. 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.

В нашем случае «светлый щит» построен по схеме с двумя лампами, причем при отключенном объекте горит лампа управляемая цепью «сигнализация 1», а лампа управля-

емая цепью «сигнализация 2» погашена. При изменении состояния управляемого объекта горящая лампа гаснет, а вторая лампа начинает мигать до тех пор пока ключ квитирования (КК) не установится в положение соответствующее состоянию управляемого объекта. Верхнее положение КК соответствует включенному, а нижнее - выключенному состоянию объекта управления.

Рассмотрим работу схемы управления. Пусть ключ квитирования установлен в верхнее положение и из объекта управления приходит сигнал, что он находится в включенном состоянии. В этом случае триггер 1 и триггер 10 будут находиться в одинаковом единичном состоянии (при наличии разрешения прохождения сигнала квитирования уровнем логической 1). При этом на выходах элементов 15 и 16 уровень логического 0 и следовательно на выходе элемента 17 уровень логического 0, т.е. сигнал «несоответствие» отсутствует. С выхода элемента 18 логическая 1 поступает на входы элементов 6 и 8, а логическая 1 с прямого выхода триггера 1 на входы элементов 6 и 7. Таким образом на выходе элемента : появляется логическая 1,которая через элемент 11 поступает в усилитель 21, где усиливается и подается в цепь «сигнализация 2» зажигающая лампу свидетельствующую о включенном состоянии объекта управления.

Если состояние объекта управления изменилось «отключено» ,то приходит сигнал на вход R триггера 1 и он устанавливается в нулевое состояние. При этом на выходах элементов 15 и 16 образуются уровни логической 1. На выходе элемента 17 формируется сигнал «несоответствие» уровнем логической 1.

С выхода элемента 18,уровень логического 0 поступает на вход элемента 6,на его выходе формируется 0. Уровень логического 0 с прямого выхода триггера 1 формирует 0 на выходе элемента 7. Таким образом на выходе элемента 11 уровень 0 и цепь «сигнализация 2» устанавливается в 0,лампа в этой цепи гаснет. Вместе с тем логический 0 с выхода элемента 18 формирует 0 на выходе элемента 8,а логическая 1 с инверсного выхода триггера 1 разрешает прохождение низкочастотных импульсов с генератора НЧ,которые проходя через элемент 12 и усилитель 14 вызывают мигание лампы в цепи. При установке ключа квитирования в нижнее положение «отключено» триггер 10 устанавливается в нулевое положение, что приводит к появлению 0 на выходах элементов 15, 16, 17 и снятия сигнала «несоответствие».

Появление логической 1 на входе элемента 8 формирует на его выходе логическую 1, которая через элемент 12 и14 устанавливают цепь «сигнализация 1» в состояние логической 1,что соответствует зажиганию лампы стоящей в данной цепи.


Схема синхронизации распределителей импульсов.

В системе применена циклическая схема синхронизации распределителей.

На рис.6.2 представлена циклическая схема синхронизации распределителей. Питание распределителей на ПУ и КП осуществляется от генераторов (Г) частота генерации которых должна быть одинаковой. Т.к. практически невозможно сделать два генератора, которые генерировали бы строго одинаковую частоту, то следовательно через некоторое время после включения импульсы распределителей на ПУ и КП не будут совпадать. Во избежании этого в начале каждого цикла с одного из распределителей (ведущего) обычно замкнутого в кольцо и непрерывно (циклически) работающего посылается синхронизирующих сигнал (СС) на другой распределитель (ведомый). Ведомый распределитель запускается в начале цикла и останавливается в конце. В следующем цикле он вновь запускается СС и так каждый цикл. Синхронизация распределителей в каждом цикле делает надёжной их работу и является основным преимуществом циклической синхронизации. Однако в этом случае стабильность частоты генераторов должна быть такой, чтобы рассогласование их частот не привело к несовпадению импульсов в пределах одного цикла. Вероятность рассогласования возрастает с увеличением числа элементов распределителя. Во избежании рассогласования частот генераторов в цикле целесообразно использовать дополнительное синфазирование по импульсам.

На рис.6.3 представлена функциональная схема формирования импульсов, а на рис.6.4 временные диаграммы её работы, схема работает следующим образом. По сигналу Пуск триггера 2 и 5 устанавливаются в 1. Триггер 5 формирует передний фронт СИ, а триггер 2 разрешает прохождение тактовых импульсов с задающего генератора 1.через схему 3 на делитель частоты 4 с коэффициентом деления «К».

С появлением первого импульса от делителя триггер 5 устанавливается в нулевое состояние в результате чего формируется СИ. Тактовые импульсы ТИ предназначенные для управления работой распределителя импульсов поступают с частотой f/К на выход через схему 6. Цикл формирования СИ и ТИ завершается при поступлении сигнала «Сброс» на вход R триггера 2.

В приёмном устройстве блок синхронизации состоит из анализатора длительности импульсов и формирователя тактовых импульсов. Анализатор выделяет синхроимпульсы и запускает формирователь тактовых импульсов (ТИ) обеспечивающий синхронную работу приёмного и передающего распределителей.

Функциональная схема анализатора длительности импульсов (АДИ) и формирователя тактовых импульсов показана на рис.6.5, а временные диаграммы её работы на рис.6.6.

Схема работает следующим образом. Импульсы поступают на вход одновибратора 1 и запускают его своим передним фронтом. Одновибратор вырабатывает импульсы, длительность которых соответствует длительности синхроимпульсов. Формирователи 2 и 3, в качестве которых используются дифференцирующие цепи, выделяющие задние фронты (срезы) всех поступающих на их входы импульсов. Очевидно, что на входе схемы 4 получается сигнал только в случае поступления СИ на вход АДИ. Выделенный сигнал устанавливает триггер 5 в единицу, которая разрешает прохождение импульсов от задающего генератора 6 через схему 7 на вход делителя частоты 8.

Выходные ТИ управляют работой распределителя импульсов. На последнем такте работы триггер 5 сбрасывается в 0.


Аналого-цифровой преобразователь (см. рис.6.7).


Согласно заданию для системы должен быть разработан преобразователь перемещения в код Грея. Число разрядов преобразователя при погрешности преобразования 1% определено в разделе и составляет 7 разрядов двоичного кода. Количество разрядов двоичного кода и кода Грея совпадают, следовательно преобразователь 7-ми разрядный. Разрабатываем фотоэлектрический преобразователь перемещений в код Грея построенный по методу считывания. Функциональная схема такого преобразователя приведена на рис.6.7.

В фотоэлектрических преобразователях в качестве задающего элемента используется оптическое стекло, на которое нанесена кодовая маска в виде сочетаний прозрачных и не прозрачных участков. В качестве чувствительных элементов применяются фотоэлементы.

Свет от источников проходит через оптическое устройство, формирующее луч считывания и кодовый диск и попадает на фотоэлементы. Если между источником света и фотоэлементом находится прозрачный участок диска, то фотоэлемент будет находится в проводящем состоянии, что соответствует наличию 1 в данном разряде кода. Если между источником света и фотоэлементом находится непрозрачная площадка, то последний не будет проводить и это состояние будет соответствовать 0. Далее через усилитель сигналов код пересылается для записи в запоминающее устройство.

Применение в данном типе преобразователя кода Грея определяется следующими соображениями. При применении обычного двоичного кода из-за технологических погрешностей (перенос задающего элемента, неточность нанесения маски) могут возникать большие погрешности из-за возможного неодновременного изменения цифр в отдельных разрядах двоичного числа во время перехода от одного числа к другому. Причем ошибка может быть как минимальной, если она возникает в младшем разряде, так и максимальной, если она возникает в старшем разряде кода.

Для устранения этого недостатка и применяется код Грея, т.к. в этом коде при переходе от одного числа к другому комбинация изменяется только в одном разряде, а не в нескольких, как в двоичном коде. Причем кодовая маска составлена так, что изменение (в старшем или младшем – безразлично) может дать погрешность только на единицу, т.е. в весе младшего разряда.


Цифро-аналоговый преобразователь.


ЦАП второго ТИ строится по методу суммирования токов с весовыми значениями резисторов (см. рис.6.8). ЦАП состоит из последовательно-параллельного регистра, преобразующего последовательный код в параллельный, источников тока I1 – In, ключей коммутации К1 – Кn, декодирующей сетки, выходного усилителя. При поступлении последовательного кода, он преобразуется в параллельный, который поступая на управление ключами коммутации заменяет соответствующие из них. На входе выходного усилителя формируется напряжение в соответствие с поступившем кодом. Декодирующая сетка с весовыми резисторами для преобразования кода в напряжение по методу суммирования токов состоит из последовательно соединённых резисторов, сопротивления которых пропорциональны весам двоичных разрядов. Все источники тока дают одинаковое значение тока и имеют бесконечно большое внутреннее сопротивление. на выходе сетки представляет собой суммарное падение напряжения на цепочке резисторов. Если замкнуть только ключ Кn, то ток источника In протекает по всем сопротивлениям схемы и

Uвых = IR∙2 n-1.

Если все ключи замкнуты, то на выходе возникает максимальное значение напряжения:

Uвых = IR∙ (2 n-1 + 2 n-2 + … + 21 + 20).

Это значит, что выходное напряжение является функцией преобразуемой кодовой комбинации при условии, что сопротивление и источники тока идеальные.


Цифровая индикация.


Для отображения цифровой информации полученной с выхода АЦП в системе используется устройство цифровой индикации с формированием цифр в процессе считывания. В нашем случае применяем индикаторы на светодиодных матрицах, в которых формирование цифры происходит из семи полосок, так называемые семисигментные индикаторы. Такие индикаторы требуют специальное устройство для их управления, которое называется дешифратором двоичного кода в код управления семисигментным индикатором. Одна декада такого семисигментного индикатора с дешифратором изображена на рисунке 6.9. В качестве индикатора используется семисигментный индикатор АЛС 321, а в качестве дешифратора интегральная микросхема 514 ИД 2. Например, при поступлении на вход дешифратора кода соответствующего четырем, т.е. 0100, открываются ключи выходам дешифратора 514 ИД 2 и начинают светиться сегменты 2,3,6,7, образуя цифру 4.


Преобразователь двоичного кода в инверсный.


В качестве кода адреса КП используется инверсный код. Инверсный код по сравнению с двоичным кодом имеет удвоенное число символов, причем вторая половина группы символов совпадает с первой, если число 1 в исходной группе чётное и добавляемые разряды инвертируются, если число 1 в исходной группе нечётное. Схема, выполняющая данную функцию приведена на рис.6.10.

Работает схема следующим образом. Исходная комбинация поступает на вход устройства анализа чётности 1, на входы инверторов 2-4 и первый канал коммутатора 5. Выходы инверторов подключены ко второму каналу коммутатора. При наличии в исходной комбинации чётного числа 1, на выходе анализатора чётности формируется логический 0, и данные с канала 1 коммутатора в прямом коде выдаются на выход коммутатора. Если число 1 – нечётно, на выходе схемы 1 формируется 1

Похожие рефераты: