Многоканальные системы телеметрии

Современные системы телеметрии используют одну и ту же линию связи для различных каналов передачи ТУ, ТИ и ТС, что резко снижает стоимость передачи информации, хотя и сопряжено с аппаратным усложнением и снижением скорости получения обобщенной информации об объекте управления.

Характерная особенность многоканальной структуры — объединение на передающем конце и разделение на приемном конце сигналов, относящихся к разным каналам. Каналы, по которым сигналы передаются только в одном направлении, называются симплексными, каналы, по которым сигналы передаются одновременно в обоих направлениях, называются дуплексными. Наиболее распространен двусторонний канал связи тональной частоты, обычно называемый телефонным и работающий в диапазоне частот от 300 до 3400 Гц.

По характеру взаимодействия источника и потребителя информации каналы связи разделяются на прямые (некоммутируемые) и коммутируемые.

Прямые каналы связи постоянно включены между двумя пунктами. В отличие от них, коммутируемые каналы для установления связи между абонентами требуют ряда предварительных операций по их соединению. После окончания передачи коммутируемая связь автоматически прерывается.

Наиболее распространены каналы, использующие проводные линии связи. При этом применяются как специально выделенные линии, так и линии, имеющие другое назначение. Например, для передачи телеинформации широко используются воздушные ЛЭП 35—500 кВ. Поскольку воздушные ЛЭП имеют высокий уровень помех (высшие гармоники тока промышленной частоты, коронирование, атмосферные влияния и т. д.), передача информации осуществляется в высокочастотном диапазоне (свыше 30 кГц).

Упрощенная схема канала связи по ЛЭП при присоединении высокочастотной аппаратуры по схеме «фаза—земля» представлена на рис. 5, где приняты следующие обозначения: АВЧС — аппаратура высокочастотной связи; ФП — фильтр присоединения; КС — конденсаторы связи; К — высокочастотный коаксиальный кабель с малым затуханием для токов высокой частоты; Р — разрядник; 3 — заземляющий нож; ВЧЗ — высокочастотные заградители. Высоковольтный разделительный конденсатор и разрядник необходимы для отделения аппаратуры телемеханики от высокого напряжения ЛЭП. Заземляющий нож шунтирует аппаратуру при ремонте. Высокочастотные заградители предотвращают растекание сигналов высокой частоты в стороны от линии связи. Сопротивления R, L, С высокочастотных заградителей подбираются таким образом, чтобы общее сопротивление их току промышленной частоты было незначительным.

Рис. 5. Использование ЛЭП для высокочастотной связи.

Широко распространены радиоканалы передачи информации, в частности, для сигналов телеметрии в АСУ энергосистем — радиорелейные каналы, работающие на ультракоротких волнах. Получают развитие волоконно-оптические линии связи, не подверженные влиянию электрических и магнитных полей и обеспечивающие большую емкость по количеству каналов.

В многоканальных системах передачи информации (рис. 6) происходит объединение каналов линии связи. Чтобы сигнал каждого источника мог попасть в соответствующий приемник, тракты всех сигналов должны быть определенным образом разделены, т. е. должно быть осуществлено разделение каналов (сигналов). В блоке объединения каналов (БОК) сигналы от различных источников объединяются в один.

где п — количество объединенных сигналов; g_M (?) — сигнал (развертка во времени) от источника /.

На приемном конце в блоке разделения каналов (БРК) происходит выделение (фильтрация) сигнала /'-го приемника из общего сигнала.

В зависимости от способа фильтрации различают несколько способов разделения сигналов. Рассмотрим наиболее часто встречаемые.

Рис. 6. Многоканальная телеметрия.

1. Частотное разделение. Для различных каналов отводятся непересекающиеся участки Af_h Д/₂, …, Д/" на частотной шкале/ На рис. 6 приводится схема соответствующей многоканальной системы. Сигнал, поступающий от источника И" модулируется на частоте/ в спектре Дf и, проходя через фильтр Ф" попадает в линию связи Л С. На приемном конце осуществляется демодуляция ДМ, выделенного в соответствующем фильтре информационного сигнала.

Частоты, используемые для передачи сигналов телеметрии, принято делить на следующие диапазоны: а) от 0 до 300 Гц (подтональный диапазон для передачи телеграфных сигналов); б) от 300 до 3400 Гц (тональный диапазон для телефонной связи); в) от 3500 до 6000 Гц (надтональный диапазон для фототелеграфной связи); г) выше 6000 Гц для высокочастотного телефонирования.

2. Временное разделение. Сигналы от различных источников g_M (?) передаются в определенные интервалы времени Дне пересекающиеся между собой. Таким образом, источник информации И, и соответствующий ему приемник П, должны подключаться к каналу связи синхронно. На рис. 7 показана многоканальная система с временным разделением, где Р — распределитель; Д, — датчик /-го канала; И, — информационный параметр.

Рис. 7. Условное временное разделение каналов.

В такой системе каждый источник как бы выходит на связь циклически через равные промежутки времени после опроса всех остальных источников.

3. Кодовое разделение. Тот или иной приемник присоединяется на основании некоторой кодовой комбинации, означающей адрес приемника. Полезная информация следует за разделяющим кодом. Система позволяет производить опрос источников в любом порядке.

Существуют и другие, в том числе более сложные и комбинированные способы разделения сигналов, которые здесь не рассматриваются.

Если рассмотреть все этапы движения информации в многоканальной системе телеметрии, то можно выделить три основных источника погрешности первичной информации, поступающей в КВС (комплекс вычислительных средств):

• 1) датчик телеметрии вместе с преобразующим оборудованием подключения измерительных органов;
• 2) аналого-цифровое преобразование, осуществляющее квантование информации по уровню с погрешностью (±КДх);
• 3) временное разделение каналов и циклический опрос источников, которые приводят к несинхронному появлению информации о разных параметрах. Измеренные величины рассматриваются как представители одного электрического режима, хотя на самом деле они представляют множество промежуточных режимов.

На этапе модуляции, демодуляции и движения информации по КС благодаря применению помехозащищенных кодов (кроме редких ситуаций) погрешность не вносится.