ref-14803 (Кодоимпульсные ТИС)

Телеизмерение

Из трех основных телемеханических функций (телеуправление, теле-сигналйзация и телеизмерение) телеизмерение (ТИ) является наиболее сложным, что обусловлено требованием передачи информации с большой точностью. Разнообразие телеизмерений велико. Однако в последние годы наблюдается тенденция в сторону преимущественного применения кодо-импульсных ТИ, что выявляется при анализе современных систем телеме­ханики (см. гл. 15 и 16). Вследствие этого уменьшается использование систем ТИ, основанных на других принципах; так, перестали применять системы интенсивности. В то же время появились новые адаптивные теле­измерения.

Основные понятия

Телеизмерение — получение информации о значениях измеряемых параметров контролируемых или управляемых объектов методами и сред­ствами телемеханики (ГОСТ 26.005—82). В том же ГОСТе даются опре­деления таких понятий.

Телеизмерение по вызову—телеизмерение по команде, посылаемой с пункта управления на контролируемый пункт и вызывающей подключение на контролируемом пункте передающих устройств, а на пункте управления—соответствующих приемных устройств.

Телеизмерение по вызову позволяет использовать одну линию связи (канал телеизмерения) для поочередного наблюдения за многими объек­тами телеизмерения. Диспетчер с помощью отдельной системы телеуп­равления может подключать к каналу телеизмерения желаемый объект телеизмерения. На пункте управления показания можно наблюдать на общем выходном приборе. Если показания имеют различные шкалы, то измеряемые величины подключаются к разным приборам. При телеизмере­нии по вызову можно применять автоматический опрос объектов теле­измерения циклически по заданной программе.

Телеизмерение по выбору—телеизмерение путем подклю­чения к устройствам пункта управления соответствующих приемных приборов при постоянно подключенных передающих устройствах на контролируемых пунктах.

Телеизмерение текущих значений (ТИТ) — получение информации о значении измеряемого параметра в момент опроса устрой­ством телемеханики.

Телеизмерение интегральных значений (ТИИ)— получение информации об интегральных значениях измеряемых величин, проинтегрированных по заданному параметру, например времени, в месте передачи.

Последние два определения даются в ГОСТ 26.205—83.

Телеизмерения имеют особенности, отличающие их от обычных электрических измерений, которые не могут быть применены для измере­ния на расстоянии вследствие возникновения погрешностей из-за измене­ния сопротивления линии связи при измерении параметров окружающей среды — температуры и влажности. Даже если бы указанные погреш ности находились в допустимых пределах, передача большого числа показаний потребовала бы большого числа проводов. Кроме того, в неко­торых случаях (передача измерения с подвижных объектов —самолетов, ракет и др.) обычные методы измерения принципиально не могут быть использованы. Методы телеизмерения позволяют уменьшить погрешность при.передаче измеряемых величин на большие расстояния, а также много­кратно использовать линию связи.

Сущность телеизмерения заключается в том, что измеряемая вели­чина, предварительно Преобразованная в ток или напряжение, дополните­льно преобразуется в сигнал, который затем передается по линий связи. Таким-образом, передается не сама измеряемая величина, а эквивалент­ный ей сигнал, параметры которого выбирают так, чтобы искажения при передаче были минимальными. Структурная схема .телеизмерения приве­дена на рис. 13.1. Измеряемая величина х (например, давление газа) преобразуется с помощью датчика (первичного преобразователя) / в электрическую величину z (ток, напряжение, сопротивление, индуктив­ность или емкость). Далее происходит вторичное, телемеханическое преоб­разование: электрическая величина в передатчике 2 преобразуется в сиг­нал С|, который передается в линию связи. На приемной стороне (в прием­нике 3) снова производится преобразование принятого сигнала Сч (он может несколько отличаться от переданного сигнала Ci за счет воздейст­вия помех в линии связи) в значение тока или напряжения, которое экви­валентно измеряемой величине и воспроизводит ее на выходном приборе ВП. Совокупность технических средств, необходимых для осуществления телеизмерений (рис. 13.1), включая датчик / и показывающий прибор 4, называют телеизмерительной системой (СТИ).

Характеристики систем телеизмерения и предъявляемые к ним требо­вания. Главное требование, предъявляемое к СТИ, заключается в том, что она должна обеспечить заданную точность телеизмерения. Поэтому основной характеристикой СТИ является точность. Точность характери­зуется статической погрешностью, или просто погрешностью.

Погрешность — степень приближения показаний приемного прибора к действительному значению измеряемой величины. Погрешность телеизме­рения определяют как максимальную разность между показаниями выход­ного прибора на приемной стороне и действительным значением телеизме-ряемой величины, определяемым по показаниям образцового прибора.

Согласно ГОСТ 26.205—83, классы точности каналов телеизмерения должны быть установлены для устройств и комплексов при цифровом и аналоговом воспроизведении измеряемых параметров из следующего ряда: 0,15; 0.25; 0,4; 6,6; 1,0; 1,5; 2,5.

Абсолютная ос новная погрешность канала теле­измерения устройства (комплекса) — наибольшая разность выходной величины, приведенной к входной в соответствии с градуировочной харак­теристикой, и входной величины:

=у-х, (13.1) где  - абсолютная погрешность. Значения величин у н х ясны из рис. 13.1.

Относительная погрешность 6' — отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины, выра­женное в процентах.

Приведенная погрешность 6—отношение абсолютной погрешности к величине диапазона шкалы измерений (Хтаи~Хп,щ):

6=/(Xmax - Xmin). (13.2)

Абсолютная дoполнительная погрешность канала телеизмерения устройства —наибольшая разность значений входной (выходной) величины при нормальных условиях и при воздействии влияющего фактора (ГОСТ 26.205—83).

Дополнительные погрешности вызываются различными отклонениями от нормальных условий работы, например изменением температуры окру­жающей среды, изменением напряжения питания за допустимые пределы, появлением помех, внешних магнитных полей и т. п.

Согласно ГОСТ 26.205—83, допускается отклонение напряжения пита­ния от плюс 10 до минус 15% (класс устройств АСЗ) и от плюс 15 до минус 20 % (класс устройств АС4) от номинальных параметров пита­ния. Номинальные параметры питания устройств от электрических сетей переменного тока частотой 50 Гц должны быть следующие: напряжение однофазной сети — 220 В; напряжение трехфазной сети — 220/380 В. Допускается отклонение частоты 50 Гц от плюс 2 до минус 2 % (класс 3) и от плюс 5 до минус 5 % (класс 4). Устройства (кроме телеизмеритель­ных устройств систем интенсивности) должны выполнять заданные функ­ции при отклонении уровня сигнала на входе приемного устройства на плюс 50 и минус 50 % от номинального значения входного сигнала.

Телеизмеряемые величины должны воспроизводиться аналоговым или цифровым способом на указывающих или регистрирующих приборах в абсолютных значениях измеряемых величин. Это значит, что если передаваемая величина выражается в тоннах, то, несмотря на все промежуточ­ные преобразования этой величины, неизбежные при передаче, прибор на приемной стороне должен быть отградуирован в тоннах. Лишь в особых случаях допускается воспроизведение телеизмерений в процентах.

Суммирование измеряемых величин. Необходимость суммирования возникает при наличии многих источников одной и той же информации на приемной стороне. В этом случае суммирование осуще­ствляют на передающей стороне. При сильно рассредоточенных объектах и большом числе контролируемых пунктов суммирование телеизмеряемых величин осуществляют на приемной стороне.

Суммируются вспомогательные величины у, в которые преобразуются измеряемые величины х. Поэтому существуют методы суммирования (сло­жения) токов, напряжений, импульсов, магнитных потоков, вращающих моментов, угловых и линейных перемещений, параметров электрических цепей (сопротивлений, емкостей, индуктивностей).Условия суммирования записывают в виде

(13.3.)

 yi = K  xi.

Классификация систем телеизмерения.

Наиболее распространена классификация по параметру, т. е. методам, с помощью которых передается значение из­меряемой величины (рис. 13.2). При такой классификации системы телеиз­мерения делятся на импульсные и частотные. Общей для этих групп являет­ся частотно-импульсная система.

Все эти системы могут быть одноканальными, когда по одной линии связи передается только одно измерение, и многоканальными, когда по од­ной линии связи передается много измерений (классификация по числу измеряемых величин). Многоканальность достигается теми же методами, что и в телеуправлении, т. е. с помощью частотного и временного способов разделения сигналов. Многоканальная система позволяет вести наблюде­ния за показаниями многих измеряемых величин одновременно в отличие от систем, использующих телеизмерение по вызову, в которых наблюдение показаний различных объектов телеизмерения происходит поочередно.

По методам воспроизведения измеряемой величины системы телеизме­рения подразделяют на аналоговые и цифровые.

В аналоговых системах используются непрерывные (аналоговые) сиг­налы. Параметр аналогового сигнала является однозначной непрерывной функцией измеряемой величины. К аналоговым относятся сигналы, моду­лированные с помощью непрерывных модуляций и таких импульсных модуляций, как широтная, фазовая и частотная. В аналоговых системах может применяться квантование по времени, но отсутствует квантование по уровню.

В аналоговых системах воспроизведение сигнала осуществляется в аналоговой форме, т. е. в виде электрической величины (тока или напря­жения), которая измеряется обычным электроизмерительным прибором.

В цифровых системах используются дискретные, квантованные по уровню сигналы, как правило, кодовые комбинации, представляющие со­бой определенное значение измеряемой величины. Такими системами являются кодоимпульсные системы телеизмерения. Системы с цифровым отсчетом измеряемой величины получают все большее распространение из-за точности показаний и удобства считывания.

Системы телеизмерения можно классифицировать также по виду про­граммы, по которой они работают. Подавляющее большинство СТИ рабо­тают по жесткой программе, по которой передаются все измеряемые сооб­щения независимо от того, несут ли они информацию получателю или являются избыточными, не представляющими ценности, загромождаю­щими канал связи и средства, по заранее заданной программе и в какой-то мере изменяющие ее по команде. Начали выпускать адаптивные телеизме­рительные системы, автоматически изменяющие программу работы в зависимости от изменения, характеристик передаваемых сигналов и внеш­них условий.

Кроме указанных на рис. 13.2 систем ТИ существуют также системы интенсивности, на которые были даны ссылки в ГОСТ. В системах интен­сивности измеряемая величина после преобразования ее в ток или напря­жение в дальнейшем, как указывалось на рис. 13.1, в сигнал не преобра­зуется. Преобразователь измеряемой величины в ток или напряжение включен непосредственно в линию, а на приемной стороне к этой же линии подключается прибор, измеряющий ток или напряжение.

Погрешность телеизмерения систем интенсивности вследствие измере­ния сопротивления линии связи в пределах 2—3%. Дальность передачи на воздушных линиях связи ввиду большого и непостоянного значения (в зависимости от метеорологических условий) проводимости изоляции (утечки) не превышает 10 км. При использовании кабельных линий связи, в которых утечка практически отсутствует, дальность передачи достигает 25 км.

Указанные недостатки сузили сферу применения этих устройств, И их производство прекращается.

Кодоимпульсные (цифровые) системы

В кодоимпульсных системах (КИС) измеряемая величина передается в виде определенной комбинации импульсов (кода). Предварительно она квантуется по уровню и по времени. Далее осуществляется кодоимпульс-ная модуляция (КИМ).

Кодоимпульсные системы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими системами телеизмерения. Главными из них являются:

1) большая помехоустойчивость и, как следствие этого, возмож­ность передачи телеизмерения на большие расстояния, особенно при ис- , пользовании помехозащищенных кодов;

2) большая точность телеизмерения. Погрешность в кодоимпульсных системах возникает при преобразовании измеряемой величины в код. Точ­ность преобразователей, преобразующих измеряемые величины в код, мо­жет быть меньше 0,1 %,т. е. выше точности преобразователей других теле­измерительных систем, которая лежит в пределах 0,5—1,5 %;

3) лучшее использование канала связи в случае применения специаль­ных кодов, статистически согласованных с передаваемыми сообщениями;

4) получение информации в цифровой форме, что позволяет:

а) без сложных преобразований вводить информацию в цифровые вычислительные машины и устройства обработки данных;

б) осуществлять цифровую индикацию показаний, обеспечивающую меньшую погрешность при считывании и простоту цифровой регистрации данных.

Однако кодоимпульсные системы значительно сложнее других устройств ТИ. Поэтому их целесообразно использовать только в много­канальном исполнении.

Преобразование измеряемой величины в код

Преобразование непрерывной аналоговой величины в цифровой экви­валент — код — осуществляется с помощью аналого-цифровых преобра­зователей (АЦП). Как и в предыдущих импульсных устройствах ТИ, изме­ряемая величина может быть представлена в виде механического переме­щения (углового или линейного) либо в виде электрической величины.

Преобразование перемещений в код. В основу преобразователей этого типа [5] положены два метода: метод пространственного кодирования и метод последовательного счета. При методе пространственного кодиро­вания кодирующее устройство представляет собой маску, воспроизводя­щую требуемый код. Маска перемещается вместе с контролируемым объектом относительно считывающего устройства вращательно или поступательно. Выполнение маски и процесс считывания с нее показаний были рассмотрены в гл. 3. При методе последовательного счета подсчитывается число элементарных линейных перемещений, кото­рое затем представляется в виде кода. Схема преобразователя перемеще­ния в коде различением знака в зависимости от направления перемещения представлена на рис. 13.10. Два источника света падают на фотоэлементы Л и 5 (рис. 13.10, а). Контролируемый механизм в виде линейки с темными и светлыми участками, пропускающими свет, может передвигаться влево и вправо.