ФАЖТ РФ
Иркутский Государственный Университет Путей Сообщения
Кафедра: “Электроснабжение железнодорожного транспорта”
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине:
“Автоматизация технических систем”
Разработка передающего комплекта ТУ
Выполнил:
студент гр. ЭНС-07-2
Проверил:
Худоногов И.А.
Иркутск, 2009 г.
Содержание
Реферат
Введение
Исходные данны
1. Выбор рационального способа кодирования сообщений
2. Определение расчетной частоты мультивибратора полукомплекта.
3. Определение наибольшей, возможной удаленности пункта приема сообщений.
4. Структурная схема проектируемого устройства
5. Работа передающего полукомплекта телеуправления ТУ-ДП.
6. Временная диаграмма для случая формирования передачи приказа
Библиографический список
Реферат
В данном курсовом проекте выбран наиболее рациональный способ кодирования сообщений, определена частота мультивибратора, составлена структурная схема проектируемого устройства, разработана функциональная схема для заданного передающего полукомплекта, временная диаграмма работы полукомплекта в заданном режиме, определена наибольшая дальность устройства.
Введение
Автоматика и телемеханика являются важным звеном научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте, их внедрение существенно повышает технико-экономическую эффективность электротяговых устройств.
Автоматика – техника управления и контроля в пределах небольших расстоянии.
Телемеханика – техника управления и контроля при наличии больших расстояний, для преодоления которых применяют специальные средства.
Массовая телемеханизация устройств электроснабжения была начата в 1959 – 1960гг. внедрением электронных систем БСТ – 59 и БТР – 60. В 1961г эти системы уступили место системе ЭСТ – 62. В 1976г начали внедрять на железной дороге система телемеханики ”Лисна”
Система телемеханики “Лисна” состоит из подсистем с частотным и временным разделением каналов. В её состав входят устройства телеуправления, телесигнализации, телеизмерения, определение мест короткого замыкания в контактной сети и высоковольтных линий автоблокировки (ВЛ СЦБ), а также аппаратура частотных каналов связи, рассчитанная на 16 каналов в тональном диапазоне частот, симплексные и дуплексные усилители для повышения дальности передачи, диспетчерский щит и пульт манипулятор со столом диспетчера.
Устройства телеуправления предназначены для работы по проводным воздушным линиям и кабельным линиям связи, а также по уплотненным высокочастотным каналам и телефонным каналам радиорелейных линий.
В системе телемеханики “Лисна” использованы помехоустойчивые, логические и функциональные блоки на кремниевых транзисторах. Переход от релейно-контактных к электронным системам позволили уменьшить габариты аппаратуры, площади диспетчерского пункта и самое главное расход кабеля уменьшился в 6 раз.
В настоящее время система телемеханики “Лисна” заменяется современной системой телемеханики МСТ – 95.
Исходные данные
| Полукомплект телеуправления |
– передающий полукомплект. |
||||||
| Несущая частота канала связи |
– 1350 Гц |
||||||
| Пропускная способность линии |
– 23 имп/сек. |
||||||
| Режим, для которого строится временная диаграмма |
– передача приказа |
||||||
| Вид модуляции |
– частотная |
||||||
| Тип линии связи |
– кабель, диаметр жил 1,2 мм |
||||||
| Уровень помех |
– (– 6) Нп |
||||||
| Затухание сигнала, вносимое аппаратурой канала |
– 0,3 Нп/км |
||||||
| Число объектов на КП |
– 60 |
||||||
| Допустимое время передачи |
– 2,5 сек. |
||||||
| Число серий при передачи приказа |
– однократная |
||||||
| Число КП |
– 15 |
||||||
1. Выбор рационального способа кодирования сообщений
Передача команд телеуправления осуществляется по одному общему для всех контролируемых пунктов каналу связи, т.е. устройства телеуправления имеют один общий передающий полукомплект и индивидуальные приемные.
Импульсный признак – временной.
Кодирование сообщений осуществляется с учетом следующих требований:
Помехоустойчивость;
Малое число элементов для передачи сообщений;
Простой способ для получения кодов;
Удовлетворительные параметры передачи (скорость передачи).
Для повышения помехоустойчивости за счет выбора из общего возможного числа комбинаций, таких, которые отличаются друг от друга не менее, чем двумя элементами. Число сочетаний из n
элементов по m
определяется по формуле:
, где
n
– общее число элементов;
m
– число элементов отличающихся от других (n
-
m
) своим признаком или местом в общем порядке элементов.
Число контролируемых пунктов 15 – кодируем кодом:
Таблица 1.1 Импульсы выбора контролируемых пунктов
| Номер контролируемого пункта |
|||||||||||||||
| Номер импульса |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
| 2 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
| 3 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
| 4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
| 5 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
| 6 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
| 7 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
Операции кодируем кодом
Таблица 1.2 Импульсы выбора характера операции
| Номер импульса |
Операции |
|
| Откл |
Вкл |
|
| 8 |
1 |
0 |
| 9 |
0 |
1 |
Число объектов на контролируемом пункте – 60.
Разбиваем объекты на группы, получаем 15 объектов в одной группе. Четыре группы. Кодируем КП кодом:
Таблица 1.3 Импульсы выбора объектов в группе
| Номер импульса |
Номер объекта в группе |
|||||||||||||||
| 1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
||
| 10 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
| 11 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
| 12 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
| 13 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
| 14 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
| 15 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
| 16 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
| 17 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
| 18 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
| 19 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
| 20 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
| 21 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
lspan="2"> 0 |
|
| 22 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
| 23 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
| 24 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
Кодируем группы кодом
Таблица 1.4 Импульсы выбора группы
| Комбинация |
Номер группы |
|||
| 1 |
2 |
3 |
4 |
|
| 25 |
1 |
0 |
0 |
0 |
| 26 |
0 |
1 |
0 |
0 |
| 27 |
0 |
0 |
1 |
0 |
| 28 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Для обеспечения заданного объема телемеханизации необходимое число выходов распределителя в полукомплекте телеуправления должно быть не меньше:
,
где: N – суммарное число выходов;
Nкп
– число выходов, необходимых для выбора контролируемого пункта;
Nоб/гр
– число выходов, необходимых для выбора объекта в группе;
Nоп
– число необходимых выходов для выбора характера операции;
Nгр
– число выходов необходимых для выбора группы;
3 – число служебных выходов.
Принимаем пятиразрядный двоичный счетчик по условию m
больше n
, где m – число выходов распределителя, создаваемое определенным числом разрядов счетчика (р
). Так как счетчик распределителя составляется из бинарных триггеров (триггеров со счетным входом), имеющих два устойчивых состояния (0 и 1), то есть в основу счета импульсов положена двоичная система. Общее число импульсов, отсчитываемых счетчиком за цикл можно определить по формуле:
,
где 2 – основная система исчисления;
р – число разрядов счетчика (всегда целое).
,
то есть 32 больше 30, значит, пятиразрядный двоичный счётчик нам вполне подходит.
2. Определение расчетной частоты мультивибратора полукомплекта
Общее число импульсов в серии определяется по формуле:
Число длинных импульсов в кодовой серии определяется как сумма чисел элементов во всех сочетаниях, используемых при образовании кода с увеличением этой суммы в полукомплекте телеуправления на три импульса (служебные).
.
Число коротких импульсов в кодовой серии:
.
Число тактовых импульсов мультивибратора
,
где 3 – коэффициент перевода числа длинных импульсов в число тактовых импульсов мультивибратора
.
По найденному числу тактовых импульсов N
такт
, необходимому для образования кодовой серии, и длительности цикла передачи Тц
= 2,5 сек определяется расчетное значение частоты мультивибратора:
,
где k – коэффициент, учитывающий отношение периода колебаний мультивибратора передающего полукомплекта к периоду колебаний мультивибратора приемного полукомплекта k = 1.
,
так как при расчете мультивибратора, работающего совместно с триггером делителем частоты, расчетное значение его частоты удваивается и составляет 38,4 Гц.
Рассчитаем время передачи импульсов команды:
,где
f – пропускная способность линии связи f = 23 имп/сек.
сек
Расчетное время передачи 2,09 сек. меньше допустимого значения 2,5 с. Значит, условие выполняется.
3. Определение наибольшей, возможной удаленности пункта приема сообщений
Определение наибольшей, возможной удаленности пункта приема сообщений при отсутствии устройств, для ретрансляции сигналов сводится к определению дальности действия передатчика телемеханического устройства по проводным линиям связи.
Эта дальность действия определяется наибольшим перекрываемым затуханием (bдоп
), при котором уровень сигнала в месте приема превышает уровень помех (Рпом
) на некоторую величину (Роп
).
Дальность действия передатчика в километрах определяется:
,
где: bдоп
– наибольшее перекрываемое затухание линии, допустимое при данной мощности передатчика и данном уровне помех, Нп;
– километрический коэффициент затухания, Нп/км;
n¢ – приведенное число промежуточных пунктов на 1 км линии;
bn
– затухание вносимое одним промежуточным пунктом, Нп/км.
Наибольшее перекрываемое затухание линии, допустимое при данной мощности передатчика (Рдп
) и данном уровне помех (Рсп
) определяется:
,
где: Рдп
– абсолютный уровень мощности передатчика, ограничиваемый допустимым влиянием на соседние каналы и зависящий от числа передатчиков, Нп (для телемеханических каналов ограничивают величиной Рдп
= 0,6 Нп для воздушных линий и Рдп
= 1,1 Нп для кабельных линий; в обоих случаях при одном передатчике);
Рпом
– абсолютный уровень помехи, Нп;
Рсп
– превышение абсолютного уровня полезного сигнала над абсолютным уровнем возможной помехи, Нп (зависит от вида модуляции: при частотной Рсп
принимается более 2 Нп, при амплитудной Рсп
– более 2,5 Нп);
,
где: Nкп
– число контролируемых пунктов;
L – среднее расстояние между тяговыми подстанциями (принимаем равным 50 км).
= 42,9*10-3
дБ/км из (1)*0,115=0,0049335 Нп/км
км
4. Структурная схема проектируемого устройства
Рис. 1 Структурная схема полукомплекта телеуправления ТУ-ДП
Передающее устройство телеуправления состоит из генератора тактовых импульсов (ГТИ); логического блока (ЛБ); распределителя; блока кодирования (БК); шифраторов выбора пункта, операции, группы и объекта; блока управления передачей (БУП); ключей управления (КУ); передатчика (ЧМП).
Блок управления передачи состоит из триггера начала передачи (ТНП), триггера ограничения передачи (ТОП), усиления общего сброса (УОС).
Функции элементов структурной схемы: ГТИ создает прямоугольные импульсы заданной частоты; ЛБ осуществляет совмещение импульсов тактовой частоты – серии импульсов ГТИ и импульсов, поступающих с блока кодирования, а также служит для образования сверхдлинного импульса; БК служит для формирования в сериях данных импульсов. В холостой серии блок кодирования формирует длинный импульс только в конце серии. Шифратор выбора контролируемого пункта и операции зашифровывает сигналы с кнопок управления.
5. Работа передающего полукомплекта телеуправления ТУ-ДП
Передающее устройство телеуправления предназначено для кодирования информации на диспетчерском пункте и передачи этой информации на контролируемые пункты.
При подаче напряжения в устройство ТУ- ДП генератор тактовых импульсов вырабатывает серию прямоугольных импульсов , поступающей на входы диодной логической схемы И(10;4) и ИЛИ(15;25), подключенной к элементу И-НЕ(1;Г3) и образующей с его входом 18 схему ИЛИ-НЕ, выход 20 которой связан со счетным входом первого триггера счетчика распределителя (СЧР) и через диод ТУЗ с входом передатчика ЧМП. Импульсы на выходе рассматриваемой схемы ИЛИ-НЕ (модули 15 и 1) могут появиться в том случае, если на входе 25 модуля 15 попеременно будут появляться сигналы 0 и 1, а на входе 18 модуля 1 будет сигнал 1.
Если команда ТУ не посылается , то есть кнопки «Вк» и «От» и объектовые кнопки не замкнуты , то до 30-го импульса на выходе 21 триггера кодирования имеется низкий потенциал, поступающий на входы 25 ИЛИ – НЕ (15) и 18 ИЛИ – НЕ (1), образующий его в сигнал 0 на выходе (1, Г3), который подается на первый вход счетного триггера СЧР. Пятиразрядный счетчик переключается из позиции в позицию и через выход линейного блока (ЛБ) – (1, Г3) воздействует на передатчик ЧМП. При этом в линию связи поступают частотные сигналы холостой серии. Как только СЧР переключится в 30 – е положение, сработает схема кодирования, 30 – й импульс удлинится, воздействуя на ЧМП, и будет равен по длительности пяти тактовым элементам серии. Аналогично удлинится и 31-й импульс. В линию связи при этом поступает частота, соответствующая частоте длинного импульса. Заполнение паузы между 30 и 31 импульсом возможно благодаря схеме заполнения, состоящей из диодной схемы «И» 30 выхода (11, 4) и схемы НЕ (1, 15). Схема заполнения поддерживает низкий потенциал на входе передатчика в течении 30 импульса и паузы после него. Таким образом, в холостой серии имеется 30 коротких тактовых импульсов и один сверхдлинный.
Для посылки командной серии необходимо нажать две кнопки на пульте управления. Одна из них относится к матрице М1 и выполнена западающей, вторая является объектовой и должна быть нажата в течение времени передачи командной серии. При замыкании западающей кнопки подготавливается схема для кодирования двух длинных импульсов выбора КП и одного длинного импульса выбора импульса.
Потенциал Uк поступает через контакты этой кнопки и диоды М1 на резисторы схем трех выходов СЧР, на которых при отсутствии запрещающего потенциала от триггера начала передачи (НП) и переключения СЧР будет появляться сигнал 1. Триггер НП перестанет подавать запрещающий сигнал, когда переключится в положение 1. Для этого необходимо нажать одну из объектовых кнопок. Тогда на соответствующем выходе дешифратора появится сигнал 1, который с помощью схемы ТЗк1 (9, Г6) воздействует на вход 16 группового триггера (модуль 12) и переключит его в положение 1. Этот сигнал поступает также на вход 23 схемы ИЛИ-НЕ (6), которая воздействует на ТК, если НП находится в положении 1.
В свою очередь, с правого коллектора группового триггера (Г6),находящегося в положении 1, отрицательный потенциал поступит на резистор схемы 25 выхода, снимая с него блокировку. При переключении группового триггера в положение 1 на выходе схемы ИЛИ-НЕ (10;11) появляется сигнал 1, который поступит на вход схемы (8,22). Тогда НП переключатель переключится в положение 1 при первом импульсе следующей серии если триггер ограничения передачи (ТОП) при этом находится в положении 1.
Как только НП переключится в положение 1 при замкнутых кнопках (кнопка М1 и объектовая кнопка), в линию связи начнут поступать частотные сигналы, соответствующие командной серии, с НП (7, Г5) на диод 8 (1,4) поступит сигнал 1, в результате чего снимается блокировка с большой шинки кодирования, подключенной через разделительные диоды 1-9 и 25-29-м выходах СЧР.
На 0 выходе СЧР появится сигнал 1, как только счетчик перейдет в нулевое положение. Этот сигнал поступит на общую выходную шинку 1-22 и элементами ТЗк1 и ИЛИ-НЕ (15;25) будет преобразован в сигнал 0, который поступит на коллектор ТК (вход Г4). ТК переключится в положение 1, начнет работать схема кодирования и первый импульс серии на входе ЧМП из тактового преобразуется в длинный.
На шинках схем двух выходов, относящихся к выходу КП, также появится сигнал 1 при дальнейшем переключении СЧР, если замкнутые контакты кнопок М1. Два импульса серии соответствующей этим положениям СЧР преобразуются в длинные. Удлинится также импульс, отведенный в серии для выбора операций, так как на шинке соответствующего выхода СЧР появится сигнал 1, воздействуя на схему кодирования через разъединительные диоды М1.
Замкнутые контакты незападающей кнопки подключат одну из схем 9-24 выходов СЧР к схеме кодирования. В результате этого удлиняется один импульс, соответствующий одному из положений счетчика, отведенный для выбора объекта. Удлинится также импульс, отведенный в серии для выбора группы. Групповой триггер снимает блокировку с соответствующего выхода с 25 по 29 и на его шинке появляется сигнал 1, который поступит на схему кодирования, сверхдлинный фазирующий импульс образуется также как и при холостой серии, передача командной серии повторится, так как триггер повторной передачи блокирует усилитель сброса.
6. Временная диаграмма для случая формирования передачи приказа
Временная диаграмма
Командная серия образуется при нажатии двух кнопок на пульте управления: первой (с фиксацией) – выбора КП и операции, второй (без фиксации, удерживаемой до момента окончания команды) – выбора объекта и группы.
Во время холостой серии ТНП (В2), ТОП (В1) и групповые (В7.1–В7.5) сброшены и на их инверсных выходах Q имеет место сигнал «1».
После нажатия кнопки выбора КП и операции никаких изменений в состоянии схемы не наблюдается.
Переключения начинают после нажатия кнопки выбора объекта и группы. Пусть это будет кнопка К18, т.е. кнопка выбора 18-го объекта, находящегося во второй группе. Здесь следует помнить, что допускающая передача приказа лишь на один пункт и на один объект.
Когда распределитель RG (А5) переключится в 11-ю позицию, на его выходе А5-11 появится сигнал «1», который через замкнутую кнопку К18 попадает на шинку второй группы шГ2 и далее – когда в цепи А8 сигнала «0». Кратковременный сигнал «1» с выхода В8.2 поступает на динамический инверсный вход J-триггера второй группы ТГ2(В7.2) и на вход логической схемы «И» (В10.2).
Схема В10.2 заблокирована сигналом «0» с инвертора В3, который получает сигнал «1» с инверсного входа Q триггера ТНП (В2), и поэтому ее выходной сигнал «0» не меняется. В момент окончания сигнала «1», чем снимается блокировка с логической схемы «И» (В6).
При переключении распределителя RG (А5) в последнюю позицию на его входе 32 появляется сигнал «1» и через схему В6 сигнал «1» поступает на динамический инверсный вход J-триггера ТНП (В2).
При переключении распределителя RG (А5) в первую позицию на его 32-ом выходе сигнал «1» сменяется сигналом «0», что через схему В6 вызывает возбуждение триггера ТНП (В2) по динамическому инверсному входу, на его прямом выходе Q появляется сигнал «1», а на инверсном Q – «0». С этого момента начинается передача командной серии.
При возбуждении ТНП возбуждается по своему динамическому инверсному входу J-триггер ограничения передачи ТОП (В1), блокируя своим инверсным входом Q логическую схему «И» (В6). Кроме того, при возбуждении триггера ТНП на вход инвертора В3 подается сигнал «0», а на его выходе появляется сигнал «1», снимая блокировку с логическим схем «И» (В10.1–В10.5).
При передаче командной серии происходит удлинение следующих импульсов: первого (начала передачи), двух из последующих пяти (выбор КП), одного из двух (выбор операции), одного из 15-ти (выбор объекта в группе), одного из пяти (выбор группы). Серия заканчивается фазирующим сверхдлинным импульсом.
Здесь рассмотрено образование длинного импульса, соответствующего выбору объекта в группе.
Во время подготовительной серии, предшествующей началу передачи команды, замыкание кнопки К18 приводит на 11-ой позиции распределителя к срабатыванию от времязадающего элемента В8.2 триггера второй группы ТГ2(В7.2), а логическая схема «И» (В10.2) заблокирована сигналом «0» и инвертора В3.
В начале передачи командной серии этот инвертор снимает блокировку с логических схем. Поэтому при переключении распределителя в 11-ю позицию во время командной серии при появлении «1» на выходе элемента В8.2 этот сигнал через логическую схему «И» (В10.2) попадает на логическую схему «ИЛИ» (В11) и далее на вход логической схемы «ИЛИ» (А11), вызывая через инвертор А12 возбуждение триггера кодирования ТК(А13).
Библиографический список
1. Методические указания: “Автоматизация системы электроснабжения. Функциональные схемы устройств автоматики и телемеханики системы электроснабжения”.
2. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине “Автоматизация систем электроснабжения”. Составители: канд. техн. наук А.Д. Родченко, В.Ф. Кудряшов; 1998.
3. Автоматизация систем электроснабжения. Под ред. Н. Д. Сухопрудского. – М.: Транспорт, 1990. – 359 с.
Принципиальная схема передающего комплекта ТУ