Глава вторая
ТЕЛЕМЕХАНИЧЕСКИЕ СООБЩЕНИЯ
И ИХ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
- ТЕЛЕМЕХАНИЧЕСКИЕ СООБЩЕНИЯ И ОБСЛУЖИВАНИЕ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ
Телемеханические сообщения - это содержание передачи телемеханических систем: сведения о значениях контролируемых параметров (телеизмерения) , о состоянии коммутационной аппаратуры (телесигнализация), приказы на включение или отключение выключательной мощности (телеуправление), сведения о величине уставок для регуляторов мощности, напряжения и т. п.
Сообщения от автоматических датчиков или от человека-оператора поступают в передающее устройство телемеханики, преобразующее сообщение в сигнал, передаваемый по каналу связи. Сигнал — это физический процесс (например, последовательность электрических импульсов) , однозначно соответствующий данному сообщению.
Сообщение — это объект передачи, а сигнал — средство передачи данного сообщения. Выбор вида сигнала определяется типом канала связи, по которому должно передаваться сообщение. Так, при электрической связи сообщение передается с помощью электрических сигналов, при радиосвязи — с помощью радиосигналов, при световой связи — световыми сигналами и т. п.
В телемеханических системах в энергетике используются, как правило, электрические и радиоканалы связи. В последнее время стали применяться световодные каналы, которые по своим параметрам, особенно в части обеспечения высокой помехоустойчивости, превосходят все применявшиеся ранее типы каналов связи.
Основными характеристиками телемеханических сообщений являются:
высокая достоверность сообщений. Передача ложных сообщений должна быть практически исключена, поскольку при этом, особенно при телеуправлении, возможны катастрофические последствия, вплоть до человеческих жертв. Достоверность сообщений оценивается вероятностью обнаружения ошибок при приеме сообщений, вероятностью исправления ошибок, вероятностью приема ложных сообщений и т. п.;
оперативность передачи сообщений. Телемеханические сообщения должны передаваться в темпе контролируемого и управляемого процесса. Режим реального времени определяет допустимые задержки и запаздывания при передаче телемеханических сообщений;
высокая эффективность использования канала связи. Телемеханические сообщения должны занимать минимальный объем канала связи, с тем чтобы по данному каналу передавать максимум сообщений. (Как известно, объем канала связи VK определяется произведением ширины частотной полосы канала ΔFΚ, времени занятости канала Тк и отношения мощностей уровней сигнал/помеха: VK = AFKTK х
высокая информативность сообщения. Каждое сообщение должно содержать новые сведения, неизвестные получателю до получения данного сообщения. Именно эти сведения и являются информационным содержанием сообщения. Информация о контролируемом процессе необходима для целенаправленного управления этим процессом.
Обслуживание случайных процессов в телеинформационных системах
Контролируемые процессы, информация о которых передается теле- информационными системами в пункты управления, являются случайными. Процесс получения информации можно рассматривать как обслуживание случайных процессов с целью извлечения из них сведений, наиболее полно отражающих контролируемый процесс. С этой точки зрения передающее устройство телеконтроля является обслуживающим устройством телеконтроля, качество обслуживания которого может характеризоваться понятиями теории массового обслуживания. Контролируемые процессы могут быть условно подразделены на дискретные и непрерывные. Дискретные процессы (например, двухпозиционная телесигнализация) характеризуются моментами появления заявок (изменение состояния объекта ТС), интенсивностью заявок, времени обслуживания заявки, длиной очереди обслуживания, потерей заявок и т. п.
Рассмотрение обслуживания непрерывных процессов (например, телеизмерение текущих значений контролируемых параметров в кодоимпульсных устройствах ТИ) может быть сведено к обслуживанию дискретных процессов.
Под обслуживанием в данном случае понимается квантование по уровню и дискретизация во времени с интервалом T0 случайного процесса у (t), в результате чего он представляется аппроксимирующей функцией U(t), преобразование значений функции U(t) в кодированные сигналы и передача соответствующих кодовых слов в канал связи (на рис. 2.1 в качестве U(t) изображена цифровая ступенчатая функция) . В моменты vj пересечения кривой у(t) соответствующего уровня квантования образуются заявки на обслуживание. Моменты начала обслуживания заявок (передача значений параметра) определяются моментом временной дискретизации процесса на соответствующем уровне квантования. Моменты возникновения и обслуживания заявок в общем случае не совпадают друг с другом, в результате чего имеют место задержки обслуживания, потери и пропуски заявок. На рис. 2.1 отмечены: отрезки si, пропорциональные длительности задержки обслуживания, вызванной периодичностью опросов T0; потерянные заявки (в предположении, что обслуживается только одна заявка, возникшая последней перед очередным моментом обслуживания); избыточные обслуживания, т. е. передача не изменившихся значений параметра; t0 — время обслуживания, т. е. время передачи кодовых сигналов, соответствующих измеряемому параметру ТИ. При обслуживании нескольких случайных процессов одним устройством возникают дополнительные задержки и потери из-за очереди на обслуживание.
Рис. 2.1. Аппроксимация и обслуживание случайных процессов:
Δ - моменты возникновения заявок V., V. о - моменты начала обслуживания t, Λtj+1 . . .; ▲ - потерянные заявки; X - избыточное обслуживание; tο - длительность обслуживания; s - задержка обслуживания; То - цикл обслуживания; i — номер канала (параметра); j — номер заявки
Таким образом, традиционные параметры систем массового обслуживания, такие как средняя длина очереди, среднее время задержки обслуживания, вероятность потерь заявок и др. могут характеризовать и процессы обслуживания в телеизмерительных системах. Однако для более полной их характеристики следует дополнительно к традиционным параметрам обслуживания ввести также точностные показатели, характеризующие качество обслуживания как отдельных заявок, так и всего контролируемого процесса в целом. Так, в момент tj будет передано значение параметра, равное 3 квантам, вместо реального значения y(tj), в момент tj+1 передается параметр U(tj+1), равный 4 квантам, вместо реального значения у (tj+1) и т. д. Показателем точности (качества) обслуживания отдельных заявок (отсчетов) может служить среднеквадратичная ошибка (СКО) е в точке t. Квадрат СКО определяет близость случайных функций в некоторый момент времени t, например в момент начала обслуживания t. или конца обслуживания (tj + t0):
(2.1)
Для характеристики близости случайных процессов на участке длительностью Т необходимо проинтегрировать показатель точности ”в точке” (2.1) в пределах Т, т. е. перейти к интегральному показателю точности
(2.2)
где е2 — квадрат интегральной среднеквадратичной ошибки аппроксимации (СКО).
В дальнейшем изложении выражение (2.2) положено в основу определения СКО аналого-цифрового преобразования в кодоимпульсных системах телеизмерения.
