Система телеуправления и телесигнализации

Как только счетчик перейдет в состояние 9, на входе УА появится сигнал S9 (передано 9 бит), по которому УА снимает сигнал SN, и передача прекращается. Рабочий цикл заканчивается.

Рисунок 5.15

Управляющий автомат ДП

УА ДП обеспечивает обработку сигналов состояния ОА ДП и выдачу сигналов управления. Алгоритм его работы следующий.

После получения сигнала GO от ждущего одновибратора клавиатуры автомат выходит из начального состояния и переходит в состояние 1, вырабатывая сигнал SN, разрешающий передачу ОА команды ТУ. Далее автомат ждет появления сигнала S9 «передано 9 бит». После получения S9 автомат переходит в состояние 2, формируя сигнал RES сброса ВСК. На следующем такте (состояние 3) автомат ждет приема 9 бит команды ТС. Эту работу выполняет ОА, которому разрешен прием. ОА вырабатывает сигнал R8, который свидетельствует об окончании приема команды TC. Далее УА анализирует сигнал ошибки ER. Если произошла ошибка, то осуществляется переход в состояние 6.

При правильном приеме УА формирует сигнал NЕW, по которому обновляется содержимое регистра команды ТС, и состояние индикаторов меняется на новое. В состоянии 6 формирует сигнал RES сброса ВСК и подготавливается к следующему циклу работы — переходит в начальное состояние. На время обработки принятого кода формируется нулевой уровень сигнала HC, останавливающий передачу тактов на приемный регистр. При наличии ошибки формируется сигнал SE, который высвечивается на светодиоде.

Граф работы УА ДП представлен на рис.

5.16.

Рисунок 5.16

Автомат имеет три внутренние переменные а2, а1, а0. Запишем функции возбуждения d0, d1, d2:

;

;

Функции выходов:

— разрешение передачи;

— обновление команды ТС;

— ошибка приема;

— сброс ВСК;

— удерживание кода в приемном регистре.

Схема УА ДП представлена на рис.

2.16.

Рисунок 5.17

Функциональная схема ЦА ДП Функциональная схема ЦА ИП представлена на рис.

5.18.

На функциональной схеме приняты следующие обозначения: ВСК — выявитель синхрокомбинации, ОА — операционный автомат, УА — управляющий автомат, G — тактовый генератор, D — дисплей, KEY — клавиатура. Семантический смысл входных и выходных сигналов описан выше.

Рисунок 5.18

Временная диаграмма работы ЦА ДП Временная диаграмма работы ЦА ДП представлена на рис.

5.19.

Рисунок 5.19

Согласованные по времени блок-схемы микропрограмм управляющих автоматов диспетчерского и исполнительного пунктов представлены на рис.

5. 20.

Рисунок 5.20

Работа блока клавиатуры ДП Схема блока клавиатуры ДП представлена на рис.

5.21.

На клавиатуре шесть кнопок адреса ИП (SA13-SA18) и 9 кнопок для команд ТУ (SA1-SA12) и кнопка пуска (SB1). Биты команды (ТУ0-ТУ3) и адреса (А0-А1) передаются на ОА ДП.

Поскольку кнопка «ПУСК» может быть нажата в течение долей секунды, а время передачи команды гораздо меньше, то система может отработать несколько циклов передачи команды ТУ. Для предотвращения этого можно воспользоваться ждущим мультивибратором К155АГ3 (6). C выхода RS-триггера, предотвращающего дребезг, передний фронт импульса от кнопки запускает мультивибратор, параметры (C (и R () которого подобраны так, чтобы длительность выходного импульса была равна 2−3 периодам тактовых импульсов УА. Тогда УА гарантировано успеет его заметить. С другой стороны к моменту окончания работы УА ДП импульс закончится, и система не перезагрузится. Пусть (вых = 0,2 мс. Согласно (6) (вых = 0,45(С ((R (. Тогда при С (= 0,22 мк

Ф определим из ряда стандартных R (= 2,2 кОм.

Рисунок 5.21

Индикатор ошибки собран на RS-триггере. Сигнал SE, приходящий от УА при возникновении ошибки приема команды ТС, устанавливает триггер в единичное состояние, в котором он и находится. Его сброс происходит при нажатии кнопки «ПУСК». При этом отрицательный импульс, приходящий с инверсного входа мультивибратора, устанавливает триггер в ноль и подготавливает его к приему нового возможного сигнала ошибки.

Конструкция диспетчерского пункта Пульт управления (пульт диспетчера) представляет собой панель, на которой находятся табло отображения информации и кнопки команд ТУ и адресов ИП.

Указание адреса одного из 4 ИП и 8 команд ТУ осуществляется с помощью кнопок. На панели также размещены выключатель питания ДП «СЕТЬ» и кнопка начала работы системы ТУ «ПУСК».

При обнаружении ошибки в принятой команде ТС зажигается светодиодный индикатор «ошибка приема» в верхней части пульта управления. Адрес ответившего ИП и команда ТС высвечиваются на светодиодных знаковых индикаторах.

Внешний вид панели ДП представлен на рис.

5.22.

Рисунок 5.22

Проектирование линейного окончания Структура и функции линейного окончания Линейное окончание (ЛОК) производит физическое согласование аппаратуры ДП и ИП с линией связи, осуществляет модуляцию и демодуляцию ФМ сигнала и фильтрацию сигнала на входе приемника.

Линейное окончание одинаково как для исполнительных, так и для диспетчерского пункта. Т. е. ЛОК только передает и принимает сигналы, не зависимо от их смыслового значения.

Передающая часть ЛОК должна на основе сигнала от цифровых автоматов сформировать ЧМ сигнал и выдать его в линию связи, а также согласовать выход передающего устройства с линией.

Приемная часть ЛОК должна иметь высокое входное сопротивление во время ожидания сигнала. Усилитель приемника должен усилить сигнал до необходимого уровня.

На окончаниях линии связи необходимо предусмотреть сопротивление, равное волновому, для исключения появления отраженных волн.

Передающая часть ЛОК выдает в линию сигнал при высоком уровне сигнала разрешения передачи SN.

Приемная часть ЛОК всегда находится в режиме приёма.

Структурная схема ЛОК представлена на рис. 6.

1.

Структурная схема ЛОК

Г- генераторы несущей частоты;

ПФ, — полосовые фильтры;

У — усилитель;

УСЛ — устройство согласования с линией связи;

ИИ, ПИ — источник, приемник информации.

Рисунок 6.

1.

6.

2. Генератор несущей частоты

Типовая схема задающего генератора системы описанная в (7) представлена на рис. 6.

2. Основные достоинства этого генератора заключаются в простоте устройства и высокой стабильности частоты.

Задающий генератор Рисунок 6.2

Частота генерируемых колебаний определяется используемым кварцевым резонатором, стабильность частоты которого и определяет стабильность всей схемы.

6.3 Фазовый модулятор

Фазовый модулятор выполним на одиночном колебательном контуре, перестраиваемом по частоте по закону передаваемого сообщения.

Схема модулятора изображена на рис. 6.

3.

Рисунок 6.3

Манипулятор может быть выполнен на перемножителе сигналов или на ключевой схеме, одна из которых показана на рис. 6.

3. К выводам 2 и 4 ключей подводятся противофазные колебания несущей частоты от генератора, выполненного на элементах DD1.1 и DD1.

2. Манипулирующий сигнал B (T) подается на управляющий вход 13 непосредственно и на управляющий вход 5 через инвертор. При B (T) = 1 замыкается контакт 1, 2, и на выход ключа поступает колебание одной фазы. При этом контакт 3, 4 разомкнут. Если жеB (T) = 0, то наоборот, замыкается контакт 3, 4, а контакт 1, 2 — разомкнут, и на выход ключа поступает колебание несущей частоты противоположной фазы. Так осуществляется ФМН на 180°.

6.

4. Устройство согласования передатчика с линией связи Схема УСЛ передатчика (усилителя мощности с согласующим трансформатором) представлена на рис.

6.4.

Рисунок 6.4

Усилитель мощности с трансформатором Т и коммутатором КР590КН9 предназначен для выдачи гармонического сигнала с заданным уровнем в линию связи во время передачи. При проектировании следует учесть волновое сопротивление кабеля (Zв = 162,6 Ом), поскольку передатчик должен быть согласован с линией передачи.

Исходные данные для расчета:

амплитуда входного напряжения Uвх = 1,5 В;

сопротивление нагрузки Rн = Zв / 2 = 81,3 Ом (равно половине характеристического сопротивления кабеля, поскольку на передачу включен только один передатчик);

выходная мощность рпер = -14 дБм.

Найдем величину эффективного выходного напряжения:

т.е. получаем Uвых = 56,89 мВ, а амплитуда выходного напряжения равна Uвых. m = 80,55мВ.

Амплитуда выходного тока равна:

т.е. Iвых. m = 0,99 мА.

В качестве коммутатора К используем микросхему типа КР590КН9 (7). Это аналоговый ключ с малым сопротивлением в открытом состоянии (менее 10 Ом) и с током коммутации до 10 мА. В одном корпусе содержатся два ключа.

В качестве линейного трансформатора Т используем импульсный трансформатор ТИМ146 с соотношением витков обмоток 2:2:1:

1. Последовательно соединенные 2-я и 3-я обмотки образуют первичную обмотку понижающего трансформатора Т с коэффициентом трансформации k = 1/3.

Выходная обмотка трансформатора нагружена на сопротивление R15, которое подбирается так, чтобы выходное сопротивление передатчика было равно Rн, что необходимо для оптимального согласования передатчика с линией связи.

В качестве усилителя используем быстродействующий операционный усилитель (ОУ) К140УД10 (7), включенный по неинвертирующей схеме, с граничной частотой усиления 15 МГц, что значительно больше Fнес. Номинальное напряжение питания (5…16 В. ОУ обеспечивает работу на нагрузку не менее 2 кОм. Для предотвращения генерации (7) применяются внешние цепи коррекции С9 и R12 (для увеличения скорости нарастания выходной величины).

Выберем R14 равным 5 кОм. Найдем R15, при котором выходное сопротивление передатчика равно 81,3 Ом.

Заменим трансформатор его эквивалентной схемой, а сопротивление R15 — приведенным в первичную обмотку сопротивлением R15' = R15/ k2. Тогда выходное сопротивление передатчика равно параллельному сопротивлению R14 и R15' и равно приведенному сопротивлению нагрузки Rн':

.

Отсюда получим:

т.е. R15 = 81,3(5000/(5000 — 81,3(32) = 95,2 Ом;

R15' = R15/k2 = 857 Ом.

Найдем амплитуду напряжения на выходе ОУ Uоу. m, учитывая, что напряжение на R15' должно быть равно удвоенному напряжению на нагрузке Rн, приведенному в первичную обмотку:

.

Отсюда получаем:

.

т.е. Uоу. m = 2(3(0,064((5000+857)/857 = 2,62 В.

Номинальный коэффициент усиления усилителя равен .

С другой стороны, коэффициент усиления неинвертирующего ОУ равен:

.

Отсюда Roc/R10 = 0,75. Из соображения баланса входных токов ОУ:

.

Получаем:

875 Ом;

Ом.

Резистор R16 = 160 Ом подключается перемычкой 1−2 на ДП и последнем ИП.

Из ряда Е24 выбираем R15 = 100 Ом; R10 = 1,2 кОм; R11 = 750 Ом; переменный резистор R13 = 200 Ом. Резистор R13 служит для установки на входе линии уровня -14 дбм.

Устройство согласования приемника с линией связи Усилитель приема постоянно подсоединен к линии связи и должен обладать достаточно высоким входным сопротивлением Rвх > 100(Zв. Тогда 3 параллельно включенных усилителя (2 ИП и 1 ДП) не окажут влияние на сопротивление линии. Усилитель должен обладать малым коэффициентом шума и иметь достаточно большой коэффициент усиления.

Согласно диаграмме уровней мощностей сигнала рпр = -50,84 дБм, тогда эффективное напряжение на входе усилителя:

и составляет Uвх. у = 81,8 мк

В.

Выберем коэффициент усиления Ку = 1000

Усилитель приема реализуем на широкополосном малошумящем ОУ типа КР1407УД2, включенном по дифференциальной схеме (рис.

3.5).

Рисунок 6.5

Параметры ОУ КР1407УД2 (8):

напряжение питания — (5(0,5 В; Коэффициент усиления — >10 000; входной ток — (10 мк

А; разность входных токов — (2 мк

А; граничная частота — 3МГц; КОСС — >86 дБ напряжение шума Uш.н. — <5 нВ/(Гц Для обеспечения высокого входного сопротивления Rвх >100(Zв = 16,3 кОм выберем R10 = R11 = 18 кОм.

Конденсаторы С10 и С11 гальванически развязывают входы ОУ и линию. Выберем их номиналы равными 0,01 мк

Ф. Конденсатор С12 предназначен для частотной коррекции ОУ, и в соответствии с рекомендациями по применению этого ОУ С12 = 4,7 пФ.

Коэффициент усиления усилителя находится как:

.

Выберем R20 = 180 кОм, R21 = 7,5 кОм, R22 = 75 Ом, тогда Ку = 1000.

Для обеспечения баланса ОУ по входным токам и для ослабления влияния синфазной помехи выбираем R19 = R20 = 180 кОм.

Эффективное напряжение на выходе ПФ равно Uвых. = Uвх. у (Ку = 11,5 мВ.

Амплитуда этого напряжения 16 мВ.

Расчет полосовых фильтров Фильтр должен иметь минимальную полосу пропускания несущей частоты несущая 2048 кГц. Для расчета воспользуемся программой FilterCAD.

Рисунок 6.6

6.

7. Фазовый демодулятор Для восстановления исходной информации необходимо преобразовать ФМ-сигнал в последовательность нолей и единиц.

Рисунок 6.7

НАДЕЖНОСТЬ ПО ВНЕЗАПНЫМ ОТКАЗАМ.

При расчете надежности допущен ряд оговорок, приведенных ниже:

Каждый элемент может находится в рабочем или нерабочем состоянии;

отказы ЭРА случайные, независимые и образуют поток отказов;

Вероятность безотказной работы описывается экспоненциальным законом;

Интенсивность отказов является постоянной величиной;

Параметрические отказы не учитываются;

Учет влияния условий эксплуатации и режимов работы производится с помощью поправочных коэффициентов.

Тип аппаратуры — «П» (полевая, стационарная), tокр=50(С. Схема надежности — последовательная, т. е. отказ любого элемента приводит к отказу всей системы.

Расчет приведем для ИП, находящегося в более тяжелых условиях.

Рраб — вероятность безотказной работы в течении ti часов

Пусть ti=1000 ч.

Коэффициенты:

(микр = 0.37 * 10−6 1/ч

n = 30оа + 11уа + 8вск + 12лок = 61

(рез = 0.05 * 10−6 1/ч

n = 5оа + 3уа + 2вск + 31лок = 41

(конд = 0.09 * 10−6 1/ч

n = 0оа + 0уа + 1вск + 9лок = 10

(инд = 0.09 * 10−6 1/ч

n = 0оа + 0уа + 0вск + 8лок = 8

P = 0,9 995 041

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанной работы разработана система телемеханики, которая обеспечивает передачу 8 команд телеуправления 4 исполнительным пунктам, а также прием от исполнительных пунктов 8 команд телесигнализации. В системе предусмотрена индикация ошибочного приема команд телесигнализации на диспетчерском пункте.

Тутевич В. Н. Телемеханика: Учеб. пособие для студентов вузов специальности «Автоматика и телемеханика». -

2-е изд. — М.: Высш. шк.,

1985. — 423 с.

Телемеханика: Задания и методические указания к выполнению курсового проекта / Составители: Иванов В. И., Радкевич И. А. — Челябинск: ЧПИ, 1989. — 68 с.

Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник / Под ред. Н. И. Белоруссова. — 5 изд. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 536 с.

Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. — 2-е изд. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. — 304 с.

Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / Под ред. С. В. Якубовского. — М.: Радио и связь, 1990. — 496с.

Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / Под ред. С. В. Якубовского. — М.: Радио и связь, 1990. — 496с.

Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. 2-е изд. — Челябинск: Металлургия, Челябинское отд., 1989. — 352 с.

Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / Под ред. С. В. Якубовского. — М.: Радио и связь, 1990. — 496с.

ЮУрГУ — К.

210 152.

000.ПЗ. Изм Лист № Докум. Подп. Дата Разработал Пушкарев М. В. Лит. Масса Масштаб Провер.

л Радкевич И. А. Лист 2 Листов 69 ПС — 462

ЮУрГУ — К.

210 152.

000.ПЗ Лист 4 Изм Лист № Докум. Подп. Дата

ЮУрГУ — К.

210 152.

000.ПЗ Лист 3 Изм Лист № Докум. Подп. Дата

-(0/2

(0/2

t

A

ИП

ИП

ИП

ИП ИП ДП