Диспетчеризация и АСУ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Тутевич В.Н. Телемеханика: Учеб. пособие для студентов вузов спец. «Автоматика и телемеханика». – 2-е изд., перераб. и доп. – М.:

Высш. шк., 1985. С. 178-213.

2.Руденко В.С. и др. Основы промышленный электроники. – К.:

Высш. шк., 1985. С. 211-228, 233-237, 262-270.

3.Горбачёв Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1988. с. 134 – 160.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ С ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ СИГНАЛОВ

Цель работы - исследование устройства и работы отдельных узлов системы телеуправления на интегральных микросхемах и изучение системы в целом.

2.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Уровень интеграции современных микросхем позволяет строить узлы и системы телемеханики по блочно-модульному способу. Обычно используют адресно-многоканальную систему передачи информации. При этом разделение сигналов реализуется либо временным, либо частотным способами. В данной работе рассматривается временное разделение сигналов.

Сущность временного (распределительного) метода избирания заключается в том, что цепь связи поочередно предоставляется для передачи сигналов каждого канала (рис. 2.1). Функцию коммутации каналов выполняют распределители Р, управляющие ключами К. Распределители Р1 и Р2 должны работать синхронно и синфазно. Для передачи по одному временному каналу нескольких сигналов, например, команды «включить» или «отключить», применяются дополнительные средства кодирования и декодирования. Тем самым реализуется комбинационно-распределительный метод избирания.

Согласование работы распределителей обеспечивают часто посылкой синхроимпульсов в начале каждого цикла. Для кодирования

11

сигналов на пункте управления (ПУ) необходим шифратор (на рис. 1 обозначен Д), а на контролируемом пункте – дешифратор (ДШ).

Контактный распределитель импульсов можно построить с помощью набора реле или применив шаговый искатель. Для построения бесконтактного распределителя импульсов можно использовать последовательный регистр (регистр сдвига), соединив его в кольцо. В этом случае для получения n временных позиций требуется регистр из n триггеров. Меньшие материальные затраты будут при построении распределителя с помощью счетчика и дешифратора. Двоичный счетчик на n триггерах имеет 2n состояний. Следовательно, на таком счетчике, дополнив его дешифратором, можно построить распределитель на 2n позиций.

2.2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

На рис. 2.2 приведена принципиальная схема пункта управления (ПУ), а на рис. 3 – контролируемого пункта (КП) системы телеуправления (ТУ), рассчитанной на управлении шестью объектами. На каждый объект можно послать одну из 2-х команд: «включить» или «выключить». Генератор G1 вырабатывает прямоугольные импульсы с частотой около 12,5 кГц. Счетчик на микросхеме D 2.2 работает в качестве делителя частоты на 8. Следовательно, в контрольной точке на выходе этого счетчика сигнал «U1» должен иметь частоту около 1,56 кГц. Счетчик на микросхеме DD2.1 и дешифратор на микросхеме D3 образуют распределитель P1. При использовании счетчика с четырьмя разрядами можно было бы получить распределитель на 16 позиций. Однако в установке используются только 6 позиций.

Частоту генератора G1 можно изменять за счет емкости С 1. В установке предусмотрен набор конденсаторов (1800, 220, 430, 620 и 820 пф), которые переключаются переключателем SA8 таким образом, что емкость С 1 приобретает значения 1800, 2020, 2230, 2420 пф. Выключатели SA1-SA6 являются командными. Их включение должно вызывать включение соответствующих управляемых объектов на КП.

Цепочки R3C2…R8C7 служат для укорочения импульсов при выключенных выключателях. На рис. 2.4. приведены диаграммы импульсов рассматриваемой системы ТУ.

Напряжение U1 представляет собой прямоугольные импульсы положительной полярности. Длительность импульса и длитель-

12

ность паузы между собой равны. Счетчик на микросхеме DD 2.1 меняет состояния своих четырех выходов в соответствии с двоичным счетом.

Период повторения цикла счета составляют 16 входных импульсов. Дешифратор DC соединен по несколько необычной схеме: выход 1 счетчика соединен не с входом 1, а с входом 8 дешифратора. В установке используются только выходы счета от «0» до «5». Если проанализировать работу дешифратора по указанной схеме для счета от «0» до «15», то на выходе DC должны были бы появиться положительные потенциалы в соответствии со следующими цифрами десятичного счета: 0, 8, 1, 9, 2, 10, 3, 11, 4, 12, 5, 13, 6, 14, 7, 15. Состояния, соответствующие цифрам более 5, не используются и воспринимаются данной схемой как пауза.

Р и с. 2.1

Р и с. 2.2

13

Р и с. 2.3

Р и с. 2.4.

14

Три логических элемента: DD 4.1; DD 4.2; DD 1.4 – реализуют логическую функцию «ИЛИ» для шести выходов дешифратора. Напряжение U2 включает в себя импульсы со всех выходов DC. Фронты этих импульсов отстоят друг от друга на два периода напряжения U1. Поскольку выход «6» DC не используется, то между импульсом с выхода «5» С и импульсом с выхода «0» DC промежуток составляет 4 периода напряжения U1. На рис. 4 импульсы напряжения U2 пронумерованы соответственно с номерами тумблеров SA1…SA6 (каналов ТУ). Импульсы 1 и 4 показаны короче импульсов 2, 3, 5, 6, так как в качестве примера рассматривается случай, когда включены тумблеры SA2, SA3, SA5, SA6. Для изменения длительности укороченных импульсов предусмотрены переключатели SA7 и набор конденсаторов, обеспечивающие 5 значений С2: 100, 450, 1100, 2300, 3400, пф.

На контролируемом пункте (рис. 2.3) распределитель Р2 переключается командными импульсами, поступающими по линии связи от пункта управления. Дешифратор и счетчик здесь соединены по обычной схеме. У дешифратора используются выходы 1…6. После поступления шестой команды счетчик устанавливается за счет специальной схемы формирователя импульсов возврата ФИВ в ноль.

На время цикла ТУ команды запоминаются триггерами D-типа (микросхемы DD6...DD10). Вместо исполнительных механизмов в лабораторной установке к выходам триггеров подключены светодиоды Н1…Н6. Декодирование командных импульсов по длительности осуществляют схемы ограничителя импульсов по длительности на элементах DD 5.2; DD 5.3, и расширителя импульсов на элементе DD 5.4. При U2=0, на выходе DD 5.2 будет логическая единица, конденсатор С8 заряжен положительно, U3=1 (сигналы U1...U12 трактуем как логические). При поступлении сигнала U2=1 вырабатывается сигнал U3=0. На выходе DD 5.2 формируется ноль, и конденсатор С8 начинает разряжаться. На определенной стадии разряда С8 элемент DD 5.3 переключается и U3=1. Значения R9 и С8 подбираются таким образом, что длительность «отрицательного» импульса U3 меньше длительности «положительного» импульса

U2.

При U3=1 на выходе DD 5.4 будет в исходном состоянии U4=0. При переключении DD 5.3, то есть переход U3 от «1» к «0» формируется =1. Конденсатор С9 быстро разряжается через диод VD 1.

15

Когда заканчивается «отрицательный» импульс U3 конденсатор С9 начинает заряжаться от источника 49 В. На определенной стадии этого заряда на обоих выходах DD 5.4 будут логические единицы, а на выходе – U4=0. Удлиненный импульс U4 должен быть уже, чем командный импульс «включить», но шире, чем командный импульс «выключить».

Рассмотрим командный импульс № 1. Он вызывает единичное состояние на выходе 1 дешифратора DC (U3=1). Напряжение U5 на тактовый вход «С» триггера DD 8.1. На информационные выходы «D» всех триггеров поступает сигнал U2. К моменту наступления переднего фронта U5 сигнал U2=0, следовательно, триггер DD 8.1 установится в состояние U9=0. Аналогично процессы идут при поступлении команды № 4.

Для команд № 2, 3, 5, 6 передний фронт напряжений на тактовых входах соответствующих триггеров возникает при единичных уровнях на входах «D» (U2=1). Поэтому триггеры DD 8.2; DD 8.3;

DD8.5; DD 8.6 установятся в единичные состояния.

Счетчик DD 6.2 управляется импульсами от генератора G2.

Частота генератора G2 устанавливается такой, чтобы за время между двумя командными импульсами счет не достигал цифры 4, т.е. на выходе «4» DD 6.2 не появляется положительный импульс. За время паузы Тп (между командами № 6 и № 1) счет достигает цифры 4 и на резисторе R11 формируется положительный импульс U13, устанавливающий счетчик DD 6.1 в ноль.

В генераторе G2 предусмотрен набор конденсаторов, переключаемых переключателем SА9. Емкость С11 генератора G2 принима-

ет значения 3500, 5300, 6800, 8200, 10300 пф.

Для наблюдения за соотношениями длительностей импульсов и их взаимным расположением необходим двухлучевой осциллограф.

2.3.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Ознакомление с органами управления осциллографа и со стендом. Запись показателей осциллографа – чувствительности по напряжению, диапазоны частоты.

2.Настройка системы ТУ. Посмотреть по осциллографу сигна-

лы U1, U2, U3 и U4. Определить частоты генераторов G1 и G2 для всех положений переключателей SA8 и SA9. Определить длительности команд при исходной частоте генератора G1 при выключенном и включенном тумблере SA1. После этого рассчитать, при ка-

16

ких частотах генераторов G1 и G2 и при каком положении SA7 должны получиться нужные соотношения длительностей, соответствующие рис. 2.4. Опробовать систему, добиться надежной работы

системы ТУ.

3. Вычерчивание диаграммы импульсов U1...U13 отлаженной системы. Запись частот генераторов G1 и G2, длительностей и уравнений импульсов. Определение величин расстроек, нарушающих нормальную работу системы. Например, при заданной длительности τ4 импульсов U4 и частоте f1 генератора G1 определить допуски по длительностям импульсов τ2вкл и τ2стк по условиям передачи команд.

При фиксированной частоте генератора G1 определить частоты генератора G2, при которых нарушается синхронная работа распределителей Р1 и Р2.

2.4.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.Схемы ПУ и КП системы ТУ.

2.Диаграммы импульсов и расчеты для всех стадий отладки систе-

мы.

3.Диаграммы импульсов отлаженной системы.

4.Характеристики используемого осциллографа.

2.5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.В чем сущность распределительного метода избирания?

2.Как с помощью счетчика и дешифратора можно построить распределитель импульсов?

3.Как в рассматриваемой системе происходит кодирование команд «включить» и «выключить»?

4.С какой целью в схеме распределителя Р1 выход 1 счетчика соединен со входом 8 дешифратора?

5.Назначение, работа и настройка отдельных блоков ПУ.

6.Назначение, работа и настройка отдельных блоков КП и системы ТУ в целом.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Соскин Э.А., Киреева Э.А. Автоматизация управления промышленным энергоснабжением. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – С.91-98, 100-103.

2.Тутевич В.Н. Телемеханика. – М.: Высш. шк., 1985. – С.423.

3.Ильин В.А. Телеуправление и телеизмерение. – М.: Энергоиздат, 1982. – С. 268-289, 410-413, 431-434.

17

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И АНАЛИЗ ГРАФИКА НАГРУЗКИ С ИХ ПОМОЩЬЮ

Цель работы – исследование современных измерительных преобразователей, применяемых в системе телемеханики, а также анализ с их помощью графика нагрузки.

3.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Средства телеизмерения позволяют диспетчеру АСУ энергоснабжением предприятия осуществлять постоянный контроль за состоянием энергетического хозяйства. Обычно контролируются как электрических величин: токи, напряжения, мощности, энергия; так и теплотехнические величины: давления, температуры, расходы жидкостей и газов, уровни и т.д.

Вкачестве первичных датчиков электрических величин следует рассматривать трансформаторы тока и напряжения, имеющие на выходе соответственно ток 1 и 5А и напряжение 100 В.

Вгосударственной системе приборов (ГСП) датчики, преобразователи, вторичные приборы и другие средства работают с унифицированными уровнями входных и выходных сигналов. К унифицированным уровням выходов датчиков и преобразователей относятся: постоянный ток 0-5 или 0-20 мА, напряжение постоянного тока 0-5, 0-10 или 0-20 В, частота 4-8 кГц. Наибольшее распространение имеют преобразователи серии Е, выпускаемые Витебским заводом электроизмерительных приборов. Класс точности большинства преобразователей серии Е 0,5. Преобразователи частоты типа Е-858 имеют класс 0,2. Потребляемая преобразователями серии Е мощность составляет от одного до 10 ВА. Для телеизмерения расхода электрической энергии обычно используют индукционные счетчики со встроенными датчиками импульсов. С помощью ЭВМ можно осуществить интегрирование по времени показаний ваттметра и получить значения расходов энергии за интересующие отрезки времени.

Связь ЭВМ с измерительными преобразователями осуществляется с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП).

18

Погрешности преобразователей подразделяются по способу выражения (абсолютные, относительные, приведенные), по влиянию на зависимость погрешностей от измеряемой величины (аддитивные и мультипликативные погрешности), по условиям определения (основные для нормальных условий и дополнительные для условий, отличных от нормальных), на статические и динамические, систематические и случайные.

Соотношение пределов допускаемой абсолютной погрешности образцового прибора и поверяемых амперметров, вольтметров и ваттметров должно быть не более 1:4 при проверке приборов классов точности 1,0-5,0.

Абсолютная погрешность – это разность между показанием Х и действительным значением Хд:

= Х−Хд

(3.1)

Относительная погрешность обычно выражается в процентах:

δ =	Х−Хд	100	(3.2)
	Хд

Приведенная погрешность определяется по отношению к некоторому нормирующему значению ХN :

γ= Х−Хд 100 (3.3)

ХN

Вкачестве нормирующего значения часто применяют верхний предел измерения преобразователя.

Номинальной статической характеристикой называют зависимость выходной величины от входной при нормальных условиях и медленных измерениях входной величины. Число точек такой характеристики обычно определяется числом числовых отметок поверяемого прибора. Для каждой такой отметки определяют погрешности при увеличении и при уменьшении входной величины. Для достаточной надежности оценки среднеквадратической погрешности σ число замеров должно быть не менее 15-30.

На рис.1 приведена характеристика погрешности (х). Точками показаны измеренные погрешности. Линейная аппроксимация этих точек позволяет выделить аддитивную составляющую 0 погрешности и коэффициент пропорциональности γS для мультипликативной составляющей.

19

Р и с. 3.1.

Для любой точки шкалы можно оценить абсолютную погрешность

= 0 +γS X

(3.4)

и относительную погрешность

	δ =	0	+γS	(3.5)
		X

Среднеквадратическая погрешность σ определяется для приведенного значения γ из соотношения

σ =	1 ∑n	γi2	(3.6)
	n −1 i=1

Информационное значение погрешности находят через энтропийный коэффициент К, который, в первом приближении, можно принять равным:

γЭ = Kσ

(3.7)

Величина γЭ в процентах определяет класс точности прибора. При малом числе точек проверки требуют, чтобы в каждой точке погрешность не превышала допустимую данным классом точности. Пусть проверяемый преобразователь имеет класс точности КП, предел измерения ХП, а образцовый прибор имеет N0 делений шкалы при пределе измерения Х0. Тогда в делениях шкалы образцового прибора погрешность в каждой точке не должна превосходить

20