Передача ТИ—ТС
В телеинформационных системах (ТИС) используется принцип временного разделения канала связи для передачи информации от множества датчиков ТИ и ТС, сосредоточенных на данном контролируемом пункте.
Телеизмерительная информация передается кодоимпульсным методом, причем датчики ТИ опрашиваются либо поочередно, либо по определенной программе. Каждая величина ТИ передается n-разрядным кодовым словом, содержащим, как правило, 8 информационных разрядов (информационный байт). Контрольные разряды могут передаваться в составе каждого слова или в конце группы слов (кодового блока).
Кодовое слово вместо информации ТИ может нести информацию ТС. В простейшем случае каждый информационный разряд ставится в соответствие положению одного двухпозиционного объекта ТС, т. е. одно кодовое слово обычно содержит до 8 двухпозиционных сигналов ТС, образующих одну группу ТС.
Различают следующие способы передачи информации ТИ—ТС в ТИС.
а) Циклическая передача ТИ—ТС. В каждом цикле производится опрос всех датчиков ТИ и ТС и передача результатов опроса в виде последовательности кодовых слов. Информация ТИ и ТС передается в канал связи непрерывно циклически. Цикл передачи отделяется от предыдущего так называемым маркерным сигналом (или сигналом начала цикла). Как правило, любое кодовое слово может содержать информацию об одном ТИ или группе ТС. Устройства ТИС могут быть использованы и как устройства чистого ТИ (без ТС), и как устройства ТС (без ТИ).
Для передачи информации циклическим методом требуется лишь однонаправленный (симплексный) канал связи, поскольку информация непрерывно посылается с КП на ДГ1, осуществляя постоянную проверку канала связи и всего устройства в целом. Метод циклической' передачи допускает опрос и передачу информации от датчиков с разной частотой в пределах одного цикла (так называемые ТИС с индивидуальными циклами).
б) Циклическая передача ТИ и спорадическая передача ТС. При отсутствии изменения состояния объектов ТС цикл передачи включает только информацию ТИ.
При изменении положения одного или нескольких объектов ТС цикл ТИ дополняется циклом ТС, в течение которого передается состояние либо всех объектов, либо только той группы, в которой произошло изменение состояния. При этом циклы ТИ и ТС передаются до тех пор, пока с ДП на КП не придет квитирующий сигнал, подтверждающий прием ТС на ДП. Для реализации данного метода необходим двусторонний канал связи, по которому осуществляется диалог между ДП и КП. Кроме посылки квитирующих сигналов этот диалог включает в себя запросы по желанию диспетчера о состоянии ТС, а также автоматические запросы при сбоях приема информации. Спорадическая передача ТС требует введения дополнительных адресных слов, указывающих на состав передаваемой информации: адрес ТИ, адрес ТС (целиком или по группам).
в) Адаптивная передача ТИ-ТС. Передача информации по каналу связи зависит от самого контролируемого процесса: в результате анализа поведения контролируемого процесса принимается решение о необходимости его передачи в соответствующий момент времени. Существуют различные алгоритмы адаптивной передачи ТИ. Наиболее простой алгоритм — контроль выхода параметра на заданные пределы (апертуру), устанавливаемые вокруг последнего переданного значения параметра, и поочередная передача значений параметров ТИ, нарушивших апертуру. Широко распространены также алгоритм передачи наиболее отклонившегося от ранее переданного значения параметра ТИ, алгоритм с автоматическим изменением границ апертуры в зависимости от абсолютного значения ТИ и т. п.
Информация ТС передается только при изменении состояния контролируемого объекта, т. е. спорадически. При этом широко используются различные приоритеты передачи сообщений в зависимости от их важности в данной ситуации.
Адаптивные методы передачи требуют наличия адресов у каждого ТИ или группы ТС и двусторонней (дуплексной) связи между КП и ДП. Для реализации адаптивных ТИС используются микропроцессорные программируемые системы телемеханики или микроЭВМ.
Адаптивные методы передачи снижают избыточность передаваемых сообщений и тем самым повышают эффективность использования каналов связи и мини-ЭВМ ОИК АСДУ, обрабатывающих телеинформацию.
г) Передача по методу "запрос—ответ”. Информация ТИ—ТС передается с КП по запросу, посылаемому с ДП. Запросы посылаются непрерывно циклически и содержат адреса КП и характер запрашиваемой информации. Естественно, метод ’’запрос—ответ” требует двустороннего канала связи. Ответная информация может передаваться с использованием любого из перечисленных выше методов: циклически от всех датчиков ТИ и ТС; циклически только от датчиков ТИ, а от датчиков ТС — только при изменении состояния объектов; спорадически от датчиков ТИ и ТС в соответствии с принятыми адаптивными алгоритмами передачи. В последнем случае при отсутствии на КП новой информации формируется короткий ответ - квитанция запроса.
Диалог между КП и ДП обеспечивается обменом сигналов, фиксирующих начало и окончание передачи информации с данного КП. Инициатива диалога может принадлежать как КП, так и ДП: при наличии изменения информации на КП он сам может потребовать посылки запроса со стороны ДП, в результате которого новая информация будет передана на ДП.
Передача цифро-буквенной информации
Цифро-буквенная информация передается методом ’’запрос—ответ”. При наличии ЦБИ на стороне передачи (на КП или ДП) передатчик посылает кодовое слово ’’заявка ЦБИ”, означающее, что передатчик готов передать блок ЦБИ. При готовности приемника он отвечает словом готовности принять ЦБИ, в результате чего передатчик посылает блок ЦБИ. Блок ЦБИ содержит кодовые слова: ’’начало” ЦБИ, число кодовых слов в блоке, кодовые слова ЦБИ, контрольную сумму ЦБИ в блоке и ’’конец” ЦБИ. Все кодовые слова блока ЦБИ передаются, как правило, в формате кодовых слов ТИ—ТС, т. е. содержат по 8 информационных бит, которыми передаются все множества цифр, знаков и букв алфавита. Блок ЦБИ может временно прерываться кодовыми словами ТИ—ТС, имеющими более высокий приоритет. После передачи информации ТС—ТС возобновляется передача блока ЦБИ на прерванном месте.
Критерии сравнительной оценки методов передач ТИ—ТС
Критерии сравнительной оценки предназначаются для сравнения адаптивных методов передач ТИ—ТС с простейшим циклическим методом. Эти критерии представляют собой коэффициенты, равные отношению соответствующих показателей качества циклического и адаптивных методов передачи. Превышение коэффициента над единицей отражает выигрыш адаптивной системы по сравнению с циклической по соответствующему параметру сравнения. Совокупность коэффициентов образует многокритериальную систему оценок методов передачи.
Критерии сравнительной оценки подразделяются на основные и вспомогательные. Вспомогательные критерии могут быть выражены через основные.
Основные критерии. а) Коэффициент координатного сжатия
(2-3) где Nц, Na — числа отсчетов непрерывного случайного процесса при циклической и адаптивной передачах, обеспечивающих заданную СКО аппроксимации δ. Поскольку при циклическом методе число отсчетов N определяется лишь постоянной частотой опросов независимо от величины контролируемого параметра, а при адаптивном методе число отсчетов при прочих равных условиях учитывает изменяемость контролируемого параметра, то Na<Nц. Однако для правомерности сравнения методов следует учитывать, что при этом должно обеспечиваться равенство СКО аппроксимации δ. Как показывают расчеты [29], коэффициент
зависит от отношения ширины апертуры Н при адаптивном методе передачи к шагу квантования h при циклическом методе передачи
.
При любом значении
оказывается больше единицы.
Поэтому коэффициент характеризует уменьшение загрузки канала связи, передающих и приемных устройств при передаче и восстановлении ТИ параметра с заданной точностью.
б) Коэффициенты сравнения СКО передачи ТИ и запаздывания дискретных сообщений при заданной полосе пропускания канала связи ΔF:
Эти коэффициенты в случае, если они больше единицы, показывают, во сколько раз может быть снижена СКО передачи ТИ δ (или среднее запаздывание дискретных сообщений 5) при использовании адаптивных методов передачи по сравнению с циклическим методом при заданной ширине полосы пропусканий.
Коэффициенты
оказываются больше единицы вследствие того, что адаптивные методы при заданной полосе пропускания канала связи, т. е. при заданной скорости передачи, обеспечивают меньшее среднее время между обслуживанием реальных заявок за счет отсутствия избыточного обслуживания несущественных заявок.
В качестве примера вспомогательных критериев приведем коэффициент полезного обслуживания. Обслуживание заявок в циклических системах происходит независимо от их наличия, так сказать, профилактически. Интервал обслуживания, равный времени цикла Гц, выбирается на основании априорных статистических сведений о процессе по максимальной интенсивности заявок от самого быстро меняющегося параметра. Поскольку контролируемые процессы с различными динамическими характеристиками обслуживаются с одинаковым циклом, неизбежны избыточные обслуживания, которые выражаются в том, что по каналу связи передаются значения параметров, не несущие новой информации. Если среднее число избыточных обслуживаний, приходящихся на одно полезное обслуживание, обозначить Т, то коэффициент полезного обслуживания
(2.6)
показывает, какую часть общего числа обслуживаний составляет полезное обслуживание. Для параметров с разными динамическими характеристиками коэффициенты η различны.
При адаптивном методе передачи обслуживание производится лишь при наличии заявки, т. е. избыточное обслуживание в принципе отсутствует (rа=0). Заметим, что при условии равенства СКО передачи ТИ в циклической и адаптивных системах (δа=δц) коэффициент полезного обслуживания есть не что иное, как величина, обратная коэффициенту координатного сжатия (2.3).
Коэффициент сжатия частотной полосы канала связи при заданных СКО ТИ и запаздывании дискретных сообщений
(2-4), (2.5) где ∆F — частотные полосы пропускания канала связи при циклическом и адаптивных методах передачи, необходимые для обеспечения заданной СКО δ ТИ или среднего запаздывания дискретных сообщений 5. (При сравнении предполагается одинаковость методов модуляции сигналов в канале связи.) Коэффициенты (2.4) и (2.5) определяют выигрыш в повышении эффективности использования частотной полосы канала связи при применении адаптивных методов передачи.
Действительно,
где
— среднее число избыточных обслуживаний на один полезный отсчет.
