Телемеханика в энергоснабжении промышленных предприятий - Шифраторы и дешифраторы

Назначение шифратора состоит в том, чтобы подать на вход телемеханического устройства сигнал или код, который был бы удобен, с одной стороны, для введения в устройство, например с помощью ключей, кнопок или вспомогательных контактов соответствующих реле, а с другой — для дальнейшего преобразования телемеханическим устройством в систему сигналов для передачи через линию связи.
Для передачи дискретных сообщений типа да — нет, включить — отключить, включено — отключено, открыть — закрыть и т. п., определяемых, как правило, состоянием ключей управления на ДП или датчика- Ми сигнализации в виде вспомогательных контактов электрических аппаратов на КП, применяются простейшие схемы шифраторов.
При передаче непрерывных сообщений, например, при телеизмерениях, входной сигнал предварительно квантуется, т. е. превращается в дискретное сообщение,
которое затем с помощью шифратора преобразуется в кодовую комбинацию.
Назначение дешифратора состоит в том, чтобы выделить на своем выходе только одно определенное сообщение из всей совокупности поступающей информации.

Рис. 11. Диодная матрица.
Дешифратор имеет ряд входов, на которые поступают кодовые сигналы, и ряд выходов, по которым эти комбинации распределяются.
Для примера рассмотрим широко применяемые в бесконтактных телемеханических устройствах диодные дешифраторы, или, как их еще называют, диодные матрицы (рис. 11). Диодная матрица состоит из перекрещивающихся горизонтальных и вертикальных шин. Вертикальные и горизонтальные шины соединены при помощи полупроводниковых диодов. Горизонтальные шины обычно являются входными, а вертикальные — выходными. При этом сопротивления в схеме подбираются таким образом, чтобы R1>R2. В случае отсутствия управляющего потенциала на горизонтальных шинах (контакты управляющего аппарата а — е разомкнуты), диоды, 
связывающие каждую горизонтальную шину с вертикальной, открыты, и ток проходит по цепи: плюс—R1—диод—R2 — минус. Напряжение в выходной цепи (на обмотках реле PI—Р8) при этом близко к нулю. При подаче управляющего потенциала «плюс» на любую горизонтальную шину с помощью контактов а— с соответствующие диоды запираются, так как в этом случае потенциал на горизонтальной шине выше потенциала на вертикальной шине. Таким образом, на требуемом выходе (на обмотке реле) появляется рабочее напряжение.
Различное сочетание состояния контактов а—е обеспечивает необходимое срабатывание соответствующих реле PI—Р8. Матричные схемы могут быть выполнены не только на диодах, но и на магнитных элементах с прямоугольной петлей гистерезиса, на транзисторах и на ячейках, сочетающих в себе как полупроводниковые, так и магнитные элементы.
Промышленные устройства телемеханики. В настоящее время промышленностью выпускаются различные телемеханические комплексы. Многие из этих комплексов имеют специальное назначение, другие получили широкое распространение в разных отраслях народного хозяйства страны.
В данном разделе приводится перечень наиболее распространенных комплексов телемеханики, имеющих общепромышленное назначение, и в качестве примера даются краткие описания некоторых из этих систем.
Основные параметры промышленных устройств приведены в табл. 1. Некоторые из этих устройств ныне уже сняты с производства, однако они получили наиболее широкое распространение в нашей стране и явились родоначальниками серии различных телемеханических комплексов. Кроме того, рассмотрение в одной таблице устройств телемеханики устаревших и современных конструкций позволит читателю оценить существующий технический уровень и определить целесообразность замены одного типа устройства другим.
Устройство типа ТМЭ-1—бесконтактное устройство телеуправления и телесигнализации, выполняет следующие телемеханические функции:
телеуправление с ДП двухпозиционной  коммутационной аппаратурой и оборудованием, установленным на КП (включение-отключение управляемых объектов);

         Таблица1. Промышленные телемеханические устройства

Продолжение табл. 1

Продолжение табл. 1

Продолжение табл. 1

* В модификациях устройства MKT-1 учтена замена 1ТИ на 7ТС, и наоборот, а в устройстве MKT-2 — 1ТИ на 8TC, и наоборот. ** Устройство рассчитано на подключение к одному ПУ до 32 радиальных линий при подключении до трех КП. *** Производственно-статистическая информация может передаваться с любых  КП.
Примечания: I. ДП — комплект  пункта;  2. В графе Емкость  приведено максимальное количество телемеханических функций.

непрерывная автоматическая телесигнализация с КП на ДП о положении двухпозиционных объектов телесигнализации (в том числе и телеуправляемых);
вызов телеизмерения, т. е. подключение передающей и приемной аппаратуры телеизмерения к отдельному каналу связи;
телерегулирование с ДП объектов, с одновременным телеизмерением регулируемого параметра.
Для выполнения указанных телемеханических функции требуется наличие проводной линии связи (кабельной или воздушной), связывающей иол у комплекты устройства, установленные на ДП и КП, и синхронные и синфазные источники питания промышленной частоты на обоих концах линии связи.
Устройство выпускается в трех модификациях, отличающихся емкостью по телеуправлению и телесигнализации положений двухпозиционных объектов (модификация А—ТУ 12 объектов и ТС 13—14 объектов; модификация Б—ТУ 26 объектов и ТС 27—28 объектов; модификация В — ТУ 40 объектов и ТС 41—45 объектов).

Рис. 12. Магнитный элемент с прямоугольной петлей гистерезис. а — кривая намагничивания: б — схема магнитного элемента.
Блочный принцип построения, принятый в устройстве, позволяет без нарушения структуры схемы образовывать в пределах каждой модификации модели устройства, отличающиеся друг от друга емкостью по числу объектов ТУ, ТС, TP и ВТИ.
Устройство построено на магнитных элементах с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ). Принцип действия магнитных элементов с ППГ основан на свойствах материала сердечников этих элементов оставаться в одном из двух устойчивых состояний: +В0 или — В0 (точки / и 0 циклической  петли гистерезиса магнитного элемента на рис. 12,с) после снятия внешнего питания. Значительное изменение магнитной индукции (ЛВ=2В0) сердечников происходит тогда, когда знак подведенного к сердечнику питания противоположен знаку остаточной индукции. При этом элемент перемагничивается, и в его обмотках наводится э. д. е., соответствующая «рабочему» импульсу.
Минимальное число обмоток магнитного элемента три: обмотка питания wu обмотка подготовки хю2 и выходная рабочая обмотка w3 (рис. 12,6). Начало обмоток обозначено точкой. Кроме того, принято, что для подготовки элемента необходимо подать импульс тока в обмотку подготовки от конца обмотки к началу. Во время подготовки элемента импульсы тока в других обмотках заперты выпрямителями.
Для срабатывания элемента необходимо подать импульс тока в обмотку питания по направлению от начала к концу. В этом случае возникает рабочий импульс тока в выходной обмотке элемента. Питание элементов с ППГ осуществляется полуволнами, полученными в результате однополупериодного выпрямления переменного тока промышленной частоты.
Импульс в обмотку подготовки элемента поступает в момент отсутствия импульсов питания (т. е. в тот момент, когда цепь питания этого элемента оказывается запертой вентилем). Это достигается либо питанием управляющего и управляемого элемента полуволнами противоположных знаков, либо включением в цепь питания этих элементов фазосдвигающих цепочек, состоящих из конденсатора и сопротивления, как это и сделано в распределителях данного устройства.
Наряду с магнитными элементами с ППГ, нагрузкой которых являются цепи обмоток подготовки других элементов с ППГ, в схеме данного устройства используются магнитные элементы, воздействующие на выходные электромагнитные реле. Этот вид магнитных элементов представляет собой магнитные усилители релейного действия или бесконтактные магнитные реле, выполненные по дроссельной схеме с внутренней обратной связью. В качестве выходных реле в устройстве применены электромагнитные реле типов РКН на ДП и МКУ-48 на КП.
Структурная схема устройства ТМЭ-1 представлена на рис. 13. Устройства ДП (рис. 13,о) и КП (рис. 13,6) соединяются двухпроводной линией связи, по которой осуществляется двусторонняя передача импульсов (ТУ в одном и ТС в другом направлении). Подключение этой линии к телеизмерительным устройствам производится через передающие узлы и ключи управления (или вспомогательные контакты контролируемых объектов), подключающие выходы соответствующих элементов распределителя к линии связи. Количество импульсов, посылаемых в линию связи, и их местоположение в импульсном цикле находится в точном и однозначном соответствии с положением ключей или вспомогательных контактов.
Импульсы поступают в узел приема того или другого полукомплекта устройства, который в зависимости от наличия или отсутствия в линии связи импульсов на том или ином такте через узел избирания направляет выходной импульс элемента распределителя либо в обмотку включения, либо в обмотку отключения соответствующего исполнительного реле на КП или индивидуального реле телесигнализации на ДП. Последние срабатывают и производят необходимую операцию ТУ, ВТИ или ТС.

Рис. 13. Структурная схема устройства ТУ —ТС типа ТМЭ-1.
с — полукомплект ДП; б — полукомплект КП; РИ — распределители импульсов, состоящие из элементов: Oi, 02, In; УЗ — узел запуска; ПД - передающие узлы; ПР — приемные узлы; ИЗ — узлы избирания; ТС — индивидуальные реле телеуправления, телеизмерения; 1НИ, 2ИИ - - реле, осуществляющие подготовку исполнительных реле РИВ, РИО, БР, МР\ КУ и КМ — защитные узлы при телеуправлении и телеизмерении; СП — узел контроля, сигнализирующий повреждение устройства; кТ— ключи и кнопки объектов телеуправления и вызова телеизмерения; ВК — вспомогательные контакты объектов телесигнализации. СЩ — цепи символов объектов телесигнализации на мнемосхеме щита; ИЦ — измерительные цепи объектов телеизмерения.
В схеме устройства предусмотрены защитные и контрольные узлы, обеспечивающие синхронную работу распределителей, контролирующие включение только одного индивидуального реле на КП и запрещающие исполнение новых приказов в процессе выполнения предыдущего приказа (при телеуправлении), а также узел обеспечивающий сигнализацию при различных повреждениях устройства.
В устройстве применен циклический метод синхронизации распределителей. Каждый из распределителей питается от собственного генератора импульсов, а синхронизация осуществляется один раз за цикл. В качестве генератора импульсов используется синхронная сеть переменного тока частотой 50 Гц. Поэтому необходимым условием работы схемы является наличие синхронных и синфазных источников переменного тока на ДП и КП. Запуск распределителя на КП осуществляется автоматически при подаче на схему напряжения.
Распределитель КП выполнен по замкнутой кольцевой схеме, благодаря чему он работает, непрерывно повторяя циклы.
Распределитель ДП не замкнут в кольцо. Его запуск осуществляется от синхронизирующего импульса, поступающего с КП и воздействующего на первый элемент распределителя ДП. На КП каждый раз при срабатывании первого элемента распределителя в линию связи посылается указанный синхронизирующий импульс.
После запуска распределителя ДП оба распределителя совершают синхронно один цикл, после чего на первом шаге распределителя КП в линию связи вновь посылается синхронизирующий импульс, воздействующий на первый элемент распределителя ДП. Так осуществляется непрерывное и синхронное движение обоих распределителей.
Каждый из указанных распределителей является приемопередающим и связан в цепях передачи с ключами управления на ДП и вспомогательными контактами управляемой аппаратуры на КП, а в цепях приема — с исполнительными реле.
Движение распределителей импульсов на ДП и на КП, а также передача приказов и -прием импульсов сигнализации производятся на противоположных полупериодах. Поэтому передача команд ТУ и ВТИ и сигналов ТС может производиться одновременно.
Избирающим признаком для выбора объектов ТУ, ВТИ и TP является наличие импульсов одной и той же полярности, а для выбора объектов ТС — наличие или отсутствие импульсов другой (противоположной ТУ, ВТИ и TP) полярности.
Диаграмма цикла импульсной серии в линии связи приведена на рис. 14. Цикл импульсной серии состоит из п периодов переменного тока, соответствующих числу «шагов» распределителя, причем нечетные полупериоды занимаются импульсами телесигнализации ТС, синхронизирующим импульсом СИ (полярность которого противоположна импульсам ТС) и импульсом КИ, контролирующим нормальную работу устройства.

Рис. 14. Диаграмма цикла импульсной серии в линии связи устройства ТМЭ-1.
ГС —импульс телесигнализации; ТУ — импульс телеуправления; СИ - синхронизирующий импульс; КИ — контрольный импульс; ВТИ. РИМ — импульсы вызова телеизмерения; РИВ — импульсы разрешения исполнения операции включения: РИО — то же операции отключения; TP, BP, MP импульсы телерегулирования; Ш, 2ИИ импульсы защиты от неправильного выбора объекта ТУ.
Четные полупериоды используются для передачи приказов с ДП на КП, причем полярность импульсов РИВ (разрешающего выполнение операции включения объекта) и РИО (то же для операции отключения), входящих в импульсную серию при телеуправлении, противоположна полярности импульсов ТУ.
Наличие импульсов ТС в импульсной серии соответствует включенному положению объектов ТС, а отсутствие — отключенному. Количество импульсов ТС в импульсной серии телесигнализации меняется в зависимости от положения контролируемых объектов.
Импульсная серия телеуправления на включение или на отключение объекта содержит три импульса, причем импульсная серия на включение управляемого объекта содержит импульсы 2НИ, ТУ и РИВ, а на отключение— импульсы 1НИ, ТУ и РИО. В результате приема на Д77 этих импульсов происходит включение реле У и РИВ (при включении объекта) или реле У и РИО (при отключении объекта).
Импульсная серия «вызова телеизмерения» ВТИ определяется наличием двух импульсов: одного, соответствующего вызываемому объекту телеизмерения (импульс ВТИ), и другого — импульса РИМ, осуществляющего включение реле М и РИМ.
Наличие в серии телеуправления импульсов 1НИ и 2НИ обеспечивает защиту от неправильного выбора объекта ТУ при рассинхронизации движений распределителей ДП и КП.
Импульсный цикл в линии связи всегда содержит синхронизирующий импульс СИ и контрольный КИ независимо от того, передается приказ или телесигнализация.
Дальность действия устройства составляет 15 км при использовании для телепередачи сигналов проводной кабельной линии связи со следующими параметрами: сопротивление постоянному току не более 20 Ом/км; индуктивность не более 0,7 мГн/км; рабочая емкость между проводами не более 0,05 мкФ/км; сопротивление изоляции не менее 500 МОм/км. В случае использования воздушной линии связи суммарное сопротивление проводов не должно превышать 3 кОм, а суммарное сопротивление изоляции между проводами должно быть не менее 100 кОм.
Использование «земли» в качестве провода не допускается. Продолжительность передачи сигналов зависит от емкости данного устройства и от момента образования кодирующей цепи по отношению к шагу работы распределителя. Например, для модели В, имеющей максимальную емкость, она не превосходит 1,88 с.