Глава 1
ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
1.1.	Принципы управления и задачи, решаемые автоматизированными системами
Автоматизированная система управления (АСУ) производственным процессом для эффективного решения задач управления использует современные автоматические средства обработки и передачи информации, математические методы и новые организационные методы управления.
Управление представляет собой процесс преобразования информации об объекте управления (ОУ), в котором управляющая система (УС) воспринимает информацию об объекте управления, перерабатывает ее в соответствии с функцией управления, результатом чего является управляющее воздействие на объект управления (рис. 1.1)
Основными принципами управления являются: поддержание или перевод объекта в требуемое состояние; информация об объекте управления; управляющее воздействие на ОУ; информация об объекте, перерабатываемая с целью управления и воздействия на ОУ.
Процесс управления протекает в определенной последовательности. Если в нем исключить хотя бы один из этапов, то управление станет невозможным. Поток информации от управляющей системы к объекту (управляющие воздействия) представляет прямую связь, обратный поток (информация об ОУ) — обратную связь. Управление является замкнутым, если между ОУ и УС есть прямая и обратная связь, и разомкнутым, если существует только одна связь. При наличии только прямой связи управление может осуществляться по заранее составленной программе — программное управление', если же имеется только обратная связь, то можно осуществлять только контроль за состоянием объекта.
По видам информации, используемой для формирования управляющего воздействия на объект, можно выделить следующие способы управления:
—	по следствию, когда управляющая система реагирует на отклонение состояния ОУ от заданного, т.е. на следствие, а не на причину, вызвавшую это отклонение;
—	по причине, когда управляющее воздействие вырабатывается только на основе информации о возмущающих воздействиях на ОУ при отсутствии обратной связи (принцип компенсации) и на основе информации, задаваемой системой управления в виде программы (принцип программного управления);
—	комбинированный, представляющий совокупность перечисленных выше способов управления.
По способу организации управление можно разделить на следующие виды: одноцентрическое, при котором принятие решения об управлении осуществляется в одном управляющем органе или центре; многоцентрическое,
Рис. 1.1. Структурная схема системы управления
7
когда решение об управляющих воздействиях на объект формируются во многих управляющих органах.
В последнем случае возможно возникновение недопустимых «конфликтных» ситуаций между управляющими органами. Поэтому при многоцентрическом управлении необходимо согласование действий между управляющими органами, исключающее или сводящее к минимуму «конфликтные» ситуации между ними. Примером такой согласованности является иерархический принцип управления, в соответствии с которым выделяются главный и подчиненный управляющие органы, между которыми распределяются функции управления, чем обеспечивается наиболее эффективное достижение цели управления.
В устройствах тягового электроснабжения наряду с одноцентрическим применяется иерархический принцип управления. Например, главным управляющим органом оперативного управления объектами электроснабжения является энергодиспетчерский пункт, а подчиненными органами — пункты управления на тяговых подстанциях, железнодорожных станциях и постах секционирования.
Задачи управления техническими объектами разделяются на четыре основных типа:
—	стабилизации, которые состоят в поддержании выходных параметров объекта управления в заданных пределах;
—	выполнения программы, которые заключаются в изменении выходных параметров объекта по ранее составленной программе;
—	слежения, которые возникают, если изменение выходных параметров объекта заранее неизвестно;
—	оптимизации, которые состоят в наилучшем выполнении поставленной цели управления при сложившейся ситуации.
В зависимости от целей и задач управления, вида объекта управления и предъявляемых к ним требований и ограничений управление может быть замкнутым и разомкнутым, автоматическим и автоматизированным. Соответственно системы при этом называются замкнутыми и разомкнутыми, автоматическими и автоматизированными.
Различают автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) и автоматизированные системы организационно-экономического управления (АСУ ОЭ). Для АСУ ТП объектами управления являются машины, устройства, технологические процессы; для АСУ ОЭ — предприятия (АСУП) и отрасли хозяйства (ОАСУ).
Применяемые в различных отраслях промышленности АСУ ТП существенно отличаются как по характеру выполняемых ими функций, так и по составу используемых технических средств, но в общем виде АСУ ТП любой отрасли можно представить структурной схемой, приведенной на рис. 1.2.
Принципиальная особенность любой АСУ ТП состоит в том, что она является неотъемлемой частью автоматизированного технологического процесса. Текущая информация о состоянии объекта управления (управляемой системы) поступает через устройство сбора и обработки информации в управляющую систему. Собранная информация контролируется и сравнивается с имеющимся заданием. Результаты сравнения анализируются управляющей системой, затем подготавливаются и принимаются решения, которые в виде управляющих воздействий передаются на исполнительные механизмы.
Важную роль в сборе и перера-
Рис. 1.2. Структурная схема управления в АСУ ТП	ботке информации выполняет человек
8
как элемент системы управления. Соотношение действий, осуществляемых человеком и автоматическими устройствами, определяется аппаратурной системой управления и зависит от конкретных условий. Потоки информации, которые надо переработать в системах, обычно настолько велики, что превышают возможности человека. В связи с этим для переработки информации дополнительно привлекаются средства вычислительной техники.
1.2.	Автоматизация управления системой электроснабжения
Хозяйство электроснабжения железных дорог можно рассматривать как совокупность различных технологических процессов, объединенных решением задачи бесперебойного снабжения потребителей электроэнергией соответствующего качества. При этом должно быть экономичное расходование электроэнергии и уменьшение потерь, возникающих в процессе передачи и преобразования.
Основной целью создания автоматизированной системы управления электроснабжением (АСУЭ) является совершенствование управления устройствами электроснабжения и их эксплуатацией на основе автоматизации производственных процессов поддержания оптимальных режимов в системе тягового электроснабжения. Наряду с задачами оптимального управления технологическими процессами в АСУЭ решаются также задачи, связанные со сбором, обработкой информации, планированием и прогнозированием технологического процесса и состояния оборудования.
Как любая сложная система АСУЭ имеет иерархическую структуру, состоящую из отдельных подсистем (рис. 1.3), имеющих самостоятельные цели управления и общую для всей автоматизированной системы цель. Эти подсистемы находятся на разных уровнях иерархии, взаимодействуют между собой и имеют внешние связи с питающими районными энергосистемами и другими подсистемами АСУЖТ.
Подсистема является частью автоматизированной системы, выделенной по определенному признаку, отвечающему конкретным целям и задачам управления. В рамках этих задач подсистема может рассматриваться как самостоятельная система.
Определение структуры системы управления является одной из важнейших задач, возникающих при разработке системы в каждом конкретном случае. Правильно составленная структура АСУЭ позволяет наиболее точно определить требуемый объем, содержание и потоки информации; обеспечить последовательное решение очередных задач на базе предыдущих; исключить необходимость переделок в процессе развития АСУЭ.
На рис. 1.3 представлена структурная схема АСУЭ, построенная по функциональному признаку. Система осуществляет управление всем комплексом
Рис. 1.3. Структурная схема АСУЭ дистанции электроснабжения
9
электроснабжения железнодорожного транспорта. Управление в пределах дистанции электроснабжения включает три уровня: первый уровень управления реализует ручное и автоматическое децентрализованное управление оборудованием и режимами; второй уровень управления предусматривает местное оперативное (дистанционное) и автоматическое централизованное управление оборудованием тяговых подстанций, постов секционирования и т.д.; третий уровень управления реализуется автоматизированной системой диспетчерского управления (АСДУ) и на нем осуществляется оперативно-диспетчерское централизованное управление тяговыми подстанциями, постами секционирования и другими пунктами, элементами и режимами.
От вышестоящих энергодиспетчерских пунктов четвертого и пятого; уровней управления, соответственно службы электроснабжения дороги и Департамента электрификации и электроснабжения МПС (ЦЭ МПС), на энергодиспетчерский пункт дистанции электроснабжения поступает нормативная и оперативно-управляющая информация, координирующая режимы работы дистанций электроснабжения в пределах железной дороги. Энергодиспетчерский пункт службы электроснабжения дороги учитывает основные показатели работы дистанций электроснабжения, выполняет все виды планирования в масштабах дороги, обменивается информацией с энергодиспетчерскими пунктами ЦЭ МПС и районных энергосистем.
Автоматизированная система диспетчерского управления (АСДУ) обеспечивает автоматизированный сбор и обработку информации, необходимую диспетчерскому персоналу для непрерывного централизованного контроля и управления.
Задачи оперативного управления, решаемые АСДУ, определяются режимом работы системы электроснабжения.
В нормальном режиме происходит регулирование режима электроснабжения, его корректировка при отклонениях для выполнения требований по качеству электроэнергии и надежности ее подачи; отключение оборудования для ремонта и резервирования и ввод его в работу из ремонта и резерва; сбор, обработка и документирование информации о работе дистанции электроснабжения.
В аварийном режиме срабатывают автоматические устройства первого уровня (релейная защита). В этом случае оперативно-диспетчерский персонал производит необходимые отключения устройств электроснабжения в случае их отказа. Однако, из-за низкого быстродействия качество управления ухудшается.
В послеаварийном режиме решаются задачи восстановления нормальной схемы электроснабжения потребителей, заданного качества электроэнергии, ввод в работу отключившегося неповрежденного оборудования, принятия мер по устранению причин аварии и ремонту поврежденного оборудования.
Решение задач оперативно-диспетчерского управления (ОДУ) предусматривает максимальное использование опыта и знаний энергодиспетчера. В зависимости от сложившейся ситуации он может располагать различным временем для принятия решений, которые вырабатывает практически единолично. В аварийных ситуациях объем информации резко возрастает, а время для принятия решения снижается до нескольких минут или секунд. Для обработки всей этой информации используются электронно-вычислительные машины (ЭВМ), ускоряющие принятие энергодиспетчером правильных решений по управлению.
ЭВМ являются технической основой АСУЭ наряду с местными системами автоматики и устройствами телемеханики, состоящими из аппаратуры телеуправления, телесигнализации и телеизмерения. Они выполняют расчетные и информационные функции, собирают и обрабатывают информацию, выдают соответствующие рекомендации, осуществляют технико-экономические и планово-производственные расчеты.
Подсистема третьего уровня осуществляет оперативно-диспетчерское централизованное управление пунктами, объектами и режимами электроснабжения, обменом информацией с энергодиспетчерскими пунктами энергосистем и службой управления
10
дороги, работой поездного диспетчера отделения дороги (ДНЦ). Подсистемы учета, планирования и прогнозирования оптимального управления могут размещаться на энергодиспетчерском пункте дистанции электроснабжения или же являться общими для дистанций в пределах железной дороги и размещаться на центральном энергодиспетчерском пункте службы электроснабжения (ЦДПЭ).
1.3.	Информация в системах управления электроснабжением железных дорог
Общие понятия и определения. Во всех автоматических устройствах, системах телемеханики, вычислительных машинах от одних частей и узлов к другим осуществляется передача сведений о происходящих в них процессах и явлениях, т.е. информации.
Информация представляет собой сведения, содержащиеся в сообщении, заранее неизвестные получателю.
Сообщение — это сведения о некотором событии или явлении, которые необходимо передать от источника сообщений к получателю сообщений. Сообщения передаются
с помощью сигналов по каналам связи.
Сигнал — физический процесс, определенные параметры которого соответствуют некоторому сообщению. Сигнал всегда порождается некоторым фактом, событием или явлением и имеет независимую от него физическую природу. Между сигналом и сообщением существует условное соответствие, как между деталью и ее чертежом.
Сигналы существуют в пространстве и во времени независимо от тех событий, которыми они были порождены. Читая книги, рассматривая фотографии, получая информацию по радио и телевидению, мы узнаем о событиях, давно прошедших или происходящих сейчас (прямое включение с места событий) рядом с нами или
на значительном расстоянии.
В процессе передачи и приема сигнала осуществляются его многократные преобразования из одной формы в другую. Например, принимаемый радиосигнал преобразуется в электрический, который в свою очередь — в звуковой или световой. При передаче сигналов происходит обратное преобразование.
Сигналы могут взаимодействовать друг с другом, образуя новые сигналы и сообщения, причем смысл нового сообщения будет отличен от смысла сообщения каждого
из взаимодействующих сигналов.
Система передачи информации (рис. 1.4) состоит из источника сообщения (ИС), кодирующего устройства (КУ), преобразующего сигнал в вид, удобный для передачи по каналу связи (КС), состоящему из передатчика — модулятора (ПМ), линии связи (ЛС), приемника-демодулятора (ПД), преобразующего сигнал в первоначальный вид, декодирующего устройства (ДУ), преобразующего сигнал в сооб
щение, получателя сообщений (ПС).
Канал связи представляет собой совокупность технических средств, с помощью которых обеспечивается независимая передача различных сообщений по одной линии связи. В процессе передачи сигнала по каналу связи на него могут воздействовать помехи.
Помеха — это любое мешающее воздействие, возникающее в процессе передачи
сигнала. Различают аппаратные помехи и помехи от внешних воздействий. Помехи могут частично или полностью исказить передаваемое сообщение А в сообщение Б, при-
нятое получателем ПС. Задача передачи информации по каналу связи будет выполнена, если сообщение Б, принятое ПС,
Рис. 1.4. Структурная схема передачи информации
точно соответствует переданному сообщению А.
11
По своему характеру информация, передаваемая в системах управления устройствами электроснабжения, может рассматриваться как оперативная, предназначенная для постоянного контроля за состоянием системы электроснабжения и непосредственного управления ею с диспетчерского пункта; статистическая, предназначенная для обработки, обобщения и анализа результатов эксплуатации системы электроснабжения, планирования и нормирования производственных процессов; отчетная, используемая для составления отчетных документов.
По назначению информация в системе электроснабжения делится на распорядительную (об управлении и регулировании режимов работы электроустановок); сигнальную (о положении и состоянии контролируемых объектов); измерительную (о величине контролируемых параметров).
Количество сообщений и количество информации. Каждое событие или явление может иметь N различных состояний. Сигнал, описывающий это событие, должен также иметь N состояний. Пусть требуется передавать на диспетчерский пункт информацию о состоянии четырех (п = 4) выключателей на контролируемом пункте. Каждый выключатель имеет два состояния: «включен» и «отключен» (т = 2). Обозначим отключенное состояние выключателя «О», включенное — «1» и запишем все возможные сообщения о состоянии четырех выключателей.
Таблица 1.1
Сообщения о состоянии выключателей
Номер сообщения	Состояние выключателей				Номер сообщения	Состояние выключателей			
	1	2	3	4		1	2	3	4
1	0	0	0	0	9	1	0	0	0
2	0	0	0	1	10	1	0	0	1
3	0	0	1	0	11	1	0	1	0
4	0	0	1	1	12	1	0	1	1
5	0	1	0	0	13	1	1	0	0
6	0	1	0	1	14	1	1	0	1
7	0	1	1	0	15	1	1	1	0
8	0	1	1	1	16	1	1	1	1
В табл. 1.1 перечислены все возможные сообщения о состоянии четырех выключателей от первого (все выключатели отключены) до шестнадцатого (все выключатели включены). Нетрудно убедиться, что между числом сообщений (N= 16), количеством объектов (п = 4) и числом их состояний (т = 2) существует зависимость 16 — 24, которую можно при произвольных тип записать как
N=m.	(1.1)
Число возможных сообщений является некоторой мерой информации. Однако пользоваться этой мерой неудобно, так как существует степенная зависимость между количеством сообщений и числом объектов, о которых необходимо передавать эти сообщения. В системе телеуправления «Лисна-Ч» можно передавать сообщения о 126 объектах тяговых подстанций (п = 126). Количество сообщений, которое при этом может быть передано (7V= 2126), определяется числом 1038.
Для измерения информации более удобна логарифмическая мера, которая позволяет получить линейную зависимость между количеством информации и числом объектов или числом элементов в сигнале, с помощью которого передается информация:
7 = loga N-n\oga т,	(1.2)
где а — основание логарифма, может быть любым, но более удобно принять а = 2.
При т = 2 выражение (1.2) можно записать
1 = log2 TV = nlog2 2-п.	(1.3)
12
За единицу количества информации принимают информацию, содержащуюся в сообщении об объекте, имеющем два состояния. Сигнал, который описывает данное событие, имеет также два состояния. Единица количества информации носит название бит от сокращения английских слов (двоичная единица).
Таким образом, если двоичный сигнал состоит из одного элемента, он несет один бит информации и с его помощью может быть передано только два сообщения типа «да-нет» (включено-отключено, 1-0)
Выражение (1.2) определяет наибольшее количество информации, которое может содержаться в передаваемом сигнале. Фактическое значение количества информации I может быть значительно меньшим.
При прохождении сигналов по каналам связи передаются определенные сообщения. В них кроме полезных могут быть заранее известные или бессмысленные сведения. Истинное значение информации в сообщении определяется лишь полезными сведениями.Разница между истинным и наибольшим значением информации представляет собой избыточную информацию. Уменьшая избыточную информацию в реальных сообщениях, можно канал связи использовать более эффективно. Повседневно мы осуществляем сокращение избыточной информации, не думая о понятии «информация». Например, посылая поздравительную телеграмму, мы опускаем в тексте знаки препинания, предлоги, отдельные слова, имея в виду, что получателю и так будет понятен смысл сообщения.
Однако в ряде случаев избыточная информация может быть полезной, помогая восстанавливать информацию при ее искажении помехой. Для повышения гарантии получения переданной информации без потерь нередко передают избыточную информацию. Так, например, в телеуправлении команда «Включить»-«Отключить» передается два раза, полное совпадение двух кодовых серий гарантирует отсутствие искажений команды.
Непрерывные и дискретные сигналы. Сигналы как и сообщения бывают непрерывные и дискретные. Непрерывные сигналы могут отличаться друг от друга на очень малую величину. Дискретные сигналы представляют собой позиционные команды «Включить-Отключить», «Открыть-Закрыть» и т.п. Непрерывные сигналы используются в системах телеизмерения, а дискретные — в устройствах телеуправления и телесигнализации.
Типичным примером дискретных сообщений и сигналов является передача информации о состоянии выключателей на подстанции. Сигнал при этом состоит из импульсов, параметры которых, соответствующие включенному состоянию выключателей, существенно отличаются от параметров импульсов, несущих информацию об отключенном состоянии выключателей. Между этими двумя значениями сигнал, как и само состояние выключателей, промежуточных значений не имеет (невозможно представить, что выключатель включен или отключен частично).
Передача дискретных сигналов имеет ряд преимуществ перед передачей непрерывных сигналов. Чтобы передать непрерывное сообщение, представленное непрерывной функцией времени X(f), ее разбивают на ряд дискретных значений. Замену непрерывного сообщения дискретным называют квантованием {дискретизацией). Квантование сигнала осуществляют либо по амплитуде, либо по времени. Замена непрерывного сигнала дискретным приводит к дополнительной погрешности. Однако это не существенно, если она не велика по сравнению с погрешностями, вызванными другими причинами.
На рис. 1.5 представлено квантование сигнала по амплитуде. При квантовании по амплитуде кривую X{t) разбивают на равные интервалы ДХ по вертикали и заменяют ступенчатой характеристикой X{t) Интервал ДХ называют шагом квантования. При заданном шаге квантования число дискретных значений сигнала (разрешенных уровней) в пределах изменения функции X{t) от Хтах до равно
у _ у
ft - max л min	/1
ьх '	1 ’ 7
13
Рис. 1.5. Квантование сигнала на амплитуде
Если мгновенное значение функции попадает внутрь интервала, то оно заменяется ближайшим разрешенным. Переход с одного уровня на другой происходит в момент, когда значение функции находится в середине интервала квантования, так как именно в этот момент абсолютная погрешность квантования оказывается наибольшей.
Погрешность квантования определяется выражением
б = ± — ’100,%.	П q
Из выражений (1.4) и (1.5) видно, что с уменьшением ДХ и увеличением N погрешность уменьшается.
При квантовании по времени кривую X(t) разбивают на равные интервалы по горизонтали и передают только те значения сигнала, которые совпадают с началом (или концом) каждого интервала. Следовательно, при квантовании по времени передача сигналов происходит в определенные фиксированные моменты времени.
Теоретически скорость передачи информации по каналу связи, определяющая пропускную способность канала, может быть выражена формулой
с = &FK log2 (1 + -^), бит/с,	(16)
р где АТК — ширина полосы канала связи (полоса частот, которую пропускает канал); — — отношение мощности сигнала к мощности помехи.
р
" Если в секунду передается с бит информации, то за время работы канала связи Тк можно передать количество информации
4 = log2 (1 + ^), бит.	(! 7)
Мощность сигнала Рс не может быть больше мощности Рк, допустимой в канале. Приняв Рс= Рк, получим выражение, определяющее наибольшее количество информации в канале:
4 =	4 * * * * * Iog2 (1 + у)’ бит.	(1.8)
Р	”
Обозначив log2(l + — ) = Нк, получим объем канала
"	Ик = бит,	(1.9)
где Як — динамический диапазон канала связи.
По аналогии можно записать выражение объема сигнала:
Vc = FCTCHC, бит,	(1.10)
где Fc — ширина полосы частотного спектра сигнала; Тс — длительность сигнала; Нс — динамический диапазон сигнала
Необходимым условием передачи сигнала по каналу связи является VK > Vc, но при этом должны быть выполнены и достаточные условия: FK > Fc; Тк > Тс; Нк > Нс.
Сигналы и их спектры. Телемеханические сигналы, передаваемые по проводным линиям и радиоканалам, представляют собой электрическую величину, изменяющуюся во времени.В последние годы начинают широко применяться оптические сигналы, передаваемые по волоконно-оптическим кабелям.
14
Различают сигналы непериодические и периодические. Первые являются непериодической функцией времени, в простейшем случае — это одиночные импульсы произвольной формы (рис. 1.6, а). Вторые являются периодической функцией времени и представляют собой бесконечную временную последовательность импульсов с одинаковой
а
б
формой и периодом повто-
рения Т (рис. 1.6, б).	Рис. 1.6. Непериодические (а) и периодические (б) сигналы
Любая периодическая
функция времени F(t) может быть представлена в виде суммы ряда синусоидальных колебаний (ряда Фурье) с определенными амплитудами начальными фазами фу и частотами со. Следовательно, любой периодический сигнал можно представить в виде ряда
/(/) = Aq + AiSin((oH-9|) + y42sin(2(o/ + ф2) + Л3(Зсо + ф3) +.., (1.11)
где Ло— постоянная составляющая (амплитуда нулевой гармоники); А\, Л2, Л3— амплитуда соответственно гармоник 1,2,3; со = 2л/ — угловая частота первой гармоники; f = — — частота первой гармоники в Гц; Т— период повторения импульсов, с.
На рис. 1.7 представлен результат процесса разложения прямоугольных импульсов (рис. 1.7, а) на гармонические составляющие (рис. 1.7, 6). Так как амплитуда гармоник,
Т
номера которых кратны отношению — при /и < ?п у
при = /п — = 2 т.е. гармоники, номера кото-
рых кратны 2 (четные), обращаются в нуль. По этой причине на рис. 1.7, б отсутствуют четные гармоники. Амплитуда гармоник по мере возрастания частоты (номера) снижаются. На рис. 1.7, в показана последовательность, полученная в результате сложения нулевой Aq, первой, третьей и пятой гармоник. Кривая наглядно показывает, что чем больше гармоник суммируется, тем ближе синтезированная последовательность совпадает с исходной (рис. 1.7, а).
Чтобы при передаче сигнала, состоящего из последовательности прямоугольных импульсов, не произошло искажений, нужно передать по каналу весь бесконечный ряд гармоник в соответствии с вырадением (1.11). Практически осуществить это невозможно, так как потребовался бы канал с бесконечной полосой пропускания. Обычно допустимы некоторые искажения формы сигнала, что позволяет ограничиться передачей конечного числа гармонических составляющих.
Т
или — при /п < ги обращаются в нуль, то
Рис. 1.7. Разложение прямоугольных импульсов на гармонические составляющие: а — последовательность прямоугольных импульсов; б — гармонические составляющие; в — синтезированная последовательность импульсов
15
Рис. 1.8. Структуры периодической последовательности прямоугольных импульсов при различных длительностях импульса /и и паузы /п
(1.12) j
Рис. 1.9. Одиночный прямоугольный импульс (а) и его спектральная плотность (б)
Амплитуды гармонических составляют графически представляются в координатах Ак и в виде отдельных спектральных линий (где к номер гармоники). Совокупность амплитуд Ак гармонических составляющих представляет собой спектр амплитуд, который называют линейчатым, т.к. он состоит из отдельных спектральных линий. ‘ На рис. 1.8 приведены спектры амплитуд пос- • ледовательностей прямоугольных импульсов одинаковой длительности, но с различными периодами Т. Амплитуды гармоник с частотами, крат-ными —, обращаются в нуль, т.к. номер первой
'** - Т /	7\
гармоники с нулевой амплитудой — (или —), а
1 Т _ 1	1» {п
ее частота г' Г -
г * hi
Если нет специальных оговорок относительно величины искажения импульсов при передаче, то достаточно ограничиться передачей только тех гармоник, частоты которых лежат между началом координат и частотой первой гармоники из числа тех, амплитуды которых равны нулю (первый «лепесток» спектра).
В этом случае ширина спектра сигнала или
необходимая для передачи полоса канала связи определяется выражением
Af = — при/и < tn или
А/= 7- при/„>/„. *П
Из приведенных формул видно, что полоса пропускания канала связи обратно пропорциональна длительности наиболее короткого элемента сигнала (импульса или паузы).
Непериодические сигналы можно рассматривать как периодические с периодом повторения, равным бесконечности. На рис. 1.8 приведены спектры периодической последовательности прямоугольных импульсов одинаковой амплитуды и длительности, но с разными периодами повторения. Из приведенных спектров видно, что при увеличении периода Т частотное расстояние между спектральными линиями уменьшается, а количество линий увеличивается. Нетрудно представить, что при увеличении периода до бесконечности спектральные линии сближаются настолько, что сливаются между собой, а их число увеличивается до бесконечности на любом конечном интервале частот. В этом случае нет необходимости говорить об отдельных гармонических составляющих сигнала, и поэтому вводят понятие спектральной плотности S(f) как функции частоты. График спектральной плотности одиночного прямоугольного импульса показывает, что огибающая кривая обраша-к
ется в нуль при частотах ~, где к = 1, 2, 3 и т.д.
Для передачи сигнала используют предельно малую ширину спектра, но такую, чтобы в ней была сосредоточена основная энергия сигнала. Из рис. 1.9 видно, что наи-
16
большая энергия сигнала сосредоточена в пределах первого «лепестка» спектра. Отсюда необходимая для передачи полоса канала связи определяется выражением
Д/ = Р	(1.13)
которое совпадает с выражением (1.12) для последовательности прямоугольных импульсов.
1.4.	Модуляция
Для передачи информации по каналу связи необходимо иметь переносчик сигналов, в качестве которого может быть использован любой физический процесс, способный распространяться в пространстве. Переносчиками информации могут быть, например, звуковые волны, свет и т.д. В автоматизированных системах в качестве переносчика сигналов используют электрический ток, способный практически мгновенно распространяться по проводам на большое расстояние. Для нанесения сигнала на переносчик (электрический ток) необходимо воздействовать на параметры переносчика с целью их изменения во времени по заданному закону.
Модуляция — процесс нанесения информации на переносчик, а параметры переносчика, на которые воздействуют при нанесении информации, называются качествами (признаками) электрического тока.
В качестве переносчика информации может быть использован постоянный ток, переменный синусоидальный ток или периодическая последовательность импульсов. При модуляции постоянного тока можно воздействовать на его амплитуду (тока или напряжения) (рис. 1.10, а). Гармонические колебания переменного тока характеризуются амплитудой, частотой и фазой (рис. 1.10 б, в, г), а периодическая последовательность импульсов — амплитудой, шириной (временем) импульсов, частотой повторения, фазой и полярностью (рис. 1.10 д, е, ж, з, и).
Рис. 1.10. Признаки электрического тока:
а — амплитудный при постоянном токе; б, в, г — амплитудный, частотный и фазовый при гармоническом колебании; д, е, ж, з, и — амплитудный, временной, частотный, фазовый и полярный при несущей периодической последовательности импульсов
г-6086
17
К признакам электрического тока предъявляют следующие основные требования: возможность получения большого числа состояний признака; простота образования и обнаружения признака; возможность независимой передачи в одной физической среде, например, в линии связи; способность противостоять помехам и воздействиям линии связи и аппаратуры.
Наиболее универсальным является частотный признак, который может иметь неограниченное число состояний и позволяет одновременно передавать по одной линии несколько состояний. Амплитудный, признак больше подвержен действию помех, чем частотный.
Вид модуляции определяется переносчиком и его параметром (признаком), на который воздействуют при нанесении информации. При постоянном токе в качестве переносчика возможна амплитудная модуляция (AM).
Гармоническое колебание характеризуется амплитудой, частотой и фазой, и может быть описано выражением
а(0= ^osin(co0/ + ф0),
(1-14)
где Aq, cd0, <р0— соответственно амплитуда, частота и начальная фаза несущего колебания.
Амплитудная модуляция (AM) представлена на рис. 1.11. На рис. 1.11, а показан изменяющийся во времени сигнал F(f), который необходимо нанести на амплитуду Aq гармонического колебания, при этом амплитуда получит некоторое приращение ДА.
АЛ
Амплитуда модулированного колебания равняется Ло(1 ± та), где та ----глубина
Л
модуляции (рис. 1.11, б). Чтобы не произошло искажения передачи, приращение ДА не должно быть больше Ло. При ЛА — Aq имеем т0= 1 (рис. 1.11, в). Дальнейшее увеличение ДА приводит к тому что та > 1 (рис. 1.11, г), и при этом возникают искажения. Как видно из рис.1.11, амплитуда модулированного колебания меняется во времени по закону изменения сигнала F(t), наносимого на гармоническое колебание:
ЖО = Aofl + maF(t)].
(1.15)
Следовательно, модулированное колебание не является гармоническим и должно раскладываться на гармонические составляющие. Разложение AM-колебаний в спектр
Рис. 1.11. Амплитудная модуляция гармонического колебания: а — управляющий сигнал; б, в, г — модулированные колебания при ma< 1, та= 1 и /и„>1 а
показывает, что в нем содержится несущее колебание с частотой со0, а также колебания верхних и нижних боковых частот. В простейшем случае, если модуляция осуществляется синусоидальным низкочастотным сигналом с частотой £2, в спектре имеется несущее колебание с частотой ю0, верхняя боковая гармоника с частотой со0 + Q и нижняя — с частотой (Oq + Q.
Для уменьшения полосы частот широко используют однополосную амплитудную модуляцию, при которой в канал связи передают только одну из боковых частот без несущей. Уменьшение полосы частот канала и повышение мощности гармоник, несущих информацию, позволяет повысить помехоустойчивость.
При частотной модуляции (ЧМ) по закону меняющегося сигнала F(f) изменяется частота несущего колебания:
со(0 = со0 + ДшГ(/),	(1.16)
где Д<о — девиация частоты, т.е. наибольшее отклонение ее от ojq (обычно Ды<< ы0).
18
• ю0+дю j ю0 ; ю0— Дю ; h/wwvw
гармонического колебания: a — при прямоугольном разнополярном сигнале; б — при прямоугольном однополярном сигнале
Рис. 1.13. Фазовая модуляция гармонического колебания:
а — при прямоугольном разнополярном сигнале; б — при прямоугольном однополярном сигнале
Наиболее наглядно можно представить частотную модуляцию при модулирующем сигнале в виде последовательности разнополярных прямоугольных импульсов (рис. 1.12, а). В этом случае передаче положительного импульса соответствует частота (о0+Дсо, передаче отрицательного импульса — частота cdq—Дш, а при паузе передается несущая частота <jJq.
При передаче однополярных импульсов (рис. 1.12, б) импульс передается частотой о)0+До), пауза — частотой сод—Дев. Несущая частота при передаче отсутствует, она равна средней арифметической между частотой импульса и паузы.
Спектр ЧМ-колебания состоит из гармоник несущей частоты и боковых полос (верхней и нижней). Число гармоник в каждой боковой полосе бесконечно даже при модуляции синусоидальным сигналом (в отличии от ДМ, при которой в этом случае имеется по одной боковой гармонике с каждой стороны). Полоса частот при ЧМ значительно шире, чем при AM, и это является недостатком ЧМ. Однако, при ЧМ обеспечивается существенно большая помехоустойчивость, чем при AM.
При фазовой модуляции (ФМ) по закону управляющего сигнала изменяется фаза несущего колебания. На рис. 1.13, а показана модуляция гармонического колебания разнополярным прямоугольным сигналом. Угол, на который изменяется фаза, называется углом модуляции, который на рис. 1.13, а составляет 180° (от 00 +90° до 00 —90°). При однополярных импульсах передаче импульса соответствует фазовый угол <р = 0°, а паузе — <р=180° (рис. 1.13, б)
Установлено, что при равной ширине полосы частот и скорости передачи наибольшую помехоустойчивость обеспечивает фазовая модуляция, наименьшую— амплитудная, частотная занимает промежуточное положение.
При импульсной модуляции в качестве несущего колебания используют периодическую последовательность импульсов. По закону изменения управляющего сигнала F(t) (рис. 1.14,а) модулируют один из параметров переносчика a(t) (рис. 1.14, б).
Различают следующие виды импульсной модуляции: амплитудно-импульсную (АИМ) (рис. 1.14, в); широтно-импульсную (ШИМ) (рис. 1.14, г); частотно-импульсную (ЧИМ) (рис. 1.14, б); фазо-импульсную (ФИМ) (рис. 1.14, ё); полярно-импульсную (ПИМ) (на рис. 1.14 отсутствует).
Частоту следования импульсов несущего колебания^ выбирают по теореме В.А. Котельникова, согласно которой число значений п модулирующего сигнала с шириной спектра Д77, которое надо передать за время Т, определяется формулой
n = 2bFT.	(1.17)
19
Рис. 1.14. Импульсная модуляция: а — управляющий сигнал; б — несущая последовательность импульсов; в, г, д, е — соответственно АИМ, ШИМ, ЧИМ и ФИМ
Отсюда следует
Г П ПЛ г
=	(1.18)
В этом случае трудно выделить сигнал из импульсно-модулированного колебания, так как наивысшая частота модулирующего и частота модулируемого колебаний очень близки по величине. Поэтому частоту модулируемого колебания выбирают в 2-3 раза больше, чем следует из выражения (1.18)
Кроме простых видов модуляции, рассмотренных выше, широко применяют и сложные, в которых одновременно осуществляется модуляция нескольких параметров или двух различных несущих колебаний (периодическая последовательность импульсов и гармоническое колебание). Например, АИМ-АМ представляет собой модуляцию управляющим сигналом по методу АИМ периодической последовательности импульсов, а полученным
сигналом модулируется по амплитуде несущее гармоническое колебание.
Широко применяется также особый способ преобразования сигнала, называемый кодо-импульсной модуляцией (КИМ), смысл
которой заключается в квантовании непрерывного сигнала и передаче его дискретных значений кодовой комбинацией импульсов.
1.5.	Демодуляция
Демодуляция — процесс, обратный модуляции, который заключается в выделении сигнала из модулированного колебания с помощью нелинейных элементов.
Рис. 1.15. Схема диодного детектора AM-колебаний (а) и его характеристика (б)
Простейшим видом демодуляции может служить детектирование (выпрямление) AM-колебаний с помощью полупроводникового диода VD (рис. 1.15, а). Источник AM-колебаний вырабатывает ЭДС E(t) с переменной амплитудой. Диод VD пропускает только положительные полуволны напряжения (7ВЫХ. Огибающая этих полуволн является сигналом, представляющим собой низкочастотное колебание Uq(/).
Для выделения низкочастотных колебаний из выпрямленного напряжения С/вых применяют фильтры нижних частот, примером которых может служить RC-фильтр, показанный на рис. 1.15, а. Емкость конденсатора С выбирают такой, чтобы его сопротивление Хс на несущей частоте было значительно меньше сопротивления нагрузки, а для низкочастотного сигнала, наоборот, значительно больше сопротивления нагрузки. На положительной полуволне ток протекает через VD и происходит заряд конденсатора до амплитудной величины напряжения. Во время отрицательной полуволны конденсатор частично разряжается на резистор R, но так
20
Рис. 1.16. Схема простейшего демодулятора ЧМ-колебаний (а) и его характеристика (б)
как длительность отрицательной полуволны очень маленькая, то напряжение на конденсаторе практически сохраняется. Если амплитуда следующей положительной полуволны возрастает, то напряжение на конденсаторе (а значит и на выходе детектора) растет, при снижении амплитуды напряжение на выходе снижается. Изменение напряжения Uq(0 происходит по закону огибающей полуволны, т.е. по закону изменения сигнала, который был нанесен на переносчик.
При демодуляции ЧМ-колебаний предварительно их преобразуют в AM-колебания, после чего их демодулируют AM-детектором, рассмотренным ранее (см. рис. 1.15).
Простейшим преобразователем (дискриминатором) ЧМ-колебаний в АМ-коле-бания является одиночный колебательный контур LC (рис. 1.16, а). Резонансная частота <jjq контура должна быть сдвинута относительно несущей частоты со0 ЧМ-колебания таким образом, чтобы весь спектр сигнала от со0 — Ао> до w0 + До) размещался на одном из спадов резонансной характеристики UK —fia) контура (рис. 1.16, б). Тогда при поступлении от источника ЧМ-колебаний с частотой со0 — Дш напряжение на LC-контуре будет иметь амплитуду (/к], а при частоте со0 + До? амплитуда снижается до значения С/к2. Таким образом, на выходе преобразователя имеем напряжение (7ВЫХ, которое представляет собой АМ-колебание.
Чтобы преобразование происходило без искажения, спад характеристики Л/к=У(ш) должен быть линейным.
Демодуляция ФМ-колебаний, модулированных прямоугольными импульсами, заключается в сравнении ФМ-сигналов с некоторым опорным напряжением, имеющим
частоту, равную частоте несущего колебания ФМ-сигнала (синхронное напряжение). В простейшем случае фаза опорного колебания должна совпадать с фазой импульса или паузы.
Существует много методов создания опорного напряжения, имеющих те или иные недостатки. Еще в 1933 г. ученый А.А. Пистолькорс предложил схему преобразования ФМ-сигнала в AM-сигнал (рис. 1.17, а)
Удвоение частоты сигнала, манипулированного по фазе на 180°, приводит к устранению манипуляции. Напряжение удвоенной частоты, полученное в результате выпрямления, пропускают через узкополосный фильтр. На выходе фильтра появляется гармоника с удвоенной частотой. После делителя частоты получаем аналог исходного несущего колебания, которое является опорным напряжением. Из диаграммы (рис. 1.17, б) видно, что результатом слежения ФМ-сигнала с опорным напряжением на выходе де-

после выпрямления
после
фильтра
на выходе делителя частоты
AM на выходе схемы сравнения
Рис. 1.17. Структурная схема демодулятора ФМ-колебаний (а) и диаграмма его работы (6)
а
№
21
лителя частоты является AM-колебание на выходе схемы сравнения, которое затем детектируется ранее рассмотренным способом (рис. 1.15).
Недостатком данной схемы является трудность в создании опорного напряжения, частота и фаза которого должны оставаться стабильными во времени. Существует опасность так называемой «обратной работы», когда вместо сигнала «1» принимается сигнала «О» и наоборот.
1.6.	Кодирование
Кодирование — процесс преобразования дискретных сообщений в дискретные сигналы в виде кодовых комбинаций символов, составленных по определенному закону. Кодирование нашло широкое применение в современных системах передачи информации для зашиты ее от помех.
Код — это закон или правило, по которому осуществляется кодирование. Кодовые комбинации составляются из символов, заданная совокупность которых называется алфавитом, а закон, по которому составляются эти комбинации, называется языком сообщений. Например, в обыденной жизни сообщение может быть составлено на русском, английском, немецком или другом языке и записано с помощью русского, латинского или другого алфавита. Кодовые комбинации могут быть записаны буквами, цифрами либо другими символами.
Числовые коды. В технике широкое применение нашли коды, построенные на основе систем счисления. Количество символов или цифр системы называется основанием кода т системы счисления. По основанию кода т системы счисления бывают двоичные (т = 2), троичные (т = 3) и т.д. В широко применяемой десятичной системе т = 10. В ней используются цифры от 0 до 9. В двоичной системе имеется только две цифры 0 и 1. Число символов, образующих кодовую комбинацию, называется длиной кода н. Место цифры в кодовой комбинации называется разрядом. Значение (вес) разряда определяется основанием т и порядковым номером разряда. В десятичной системе в первом разряде (крайнем правом) содержатся единицы, во втором — десятки, в третьем — сотни и т.д. В двоичной системе первый разряд также содержит единицы, второй — двойки, третий — четверки, четвертый— восьмерки и т.д. Таким образом вес цифры при переводе ее из одного разряда в другой более высокий увеличивается в т раз (см. табл. 1.2).
Таблица 1.2
Ряд десятичных и соответствующих им двоичных чисел
Число		Число	
Десятичное	Двоичное четырехразрядное	Десятичное	Двоичное четырехразрядное
0	0000	8	1000
1	0001	9	1001
2	0010	10	1010
3	ООН	11	1011
4	0100	12	1100
5	0101	13	1101
6	ОНО	14	1110
7	0111	15	Ь	1111
При кодировании каждому сообщению присваивается определенная комбинация числового кода. Так, сообщения о состоянии четырех выключателей на контролируемом пункте были рассмотрены в табл. 1.1.
При передаче по каналу связи каждому символу соответствует свой сигнальный признак. Например, при двоичном коде цифре 1 соответствует импульс, а цифре 0 — пауза. Можно цифру 1 передавать длинным импульсом, а цифру 0 — коротким или передавать эти символы разными частотами (табл. 1.3).
22
Таблица 1.3
Передача кодовых комбинаций с помощью сигналов
№	Кодовая	Примеры реализаций в сигнале	
комбинации	комбинация		
		Случай 1	Случай II
0	0 0 0 0		Ш Ш [Ж
1	0 0 0 1	। j j?	т т т МЛ
2	0 0 10	* , (	
3	0 0 11		т т \ША \ША
		—	
При десятичном коде должно быть десять состояний сигнала, например, десять сигнальных частот.
Полное число сигналов, образуемых числовым кодом, определяется выражением
N=mn,	(1.19)
где т — основание системы счисления; п — число разрядов (элементов сигнала).
Наиболее широкое применение в технике нашел двоичный код, так как он соответствует двоичной природе многих сообщений («да-нет», «включено-отключено»). Операции с двоичными числами достаточно просты. Выражение (1.19), определяющее полное число возможных сигналов, принимает вид 7V= 2й.
Кроме простых числовых кодов применяются составные, имеющие два основания и более. Наибольшее распространение из них получили единично-десятичные и двоично-десятичные коды.
Единично-десятичный код характеризуется тем, что каждая цифра десятичного числа записывается одними единицами. Например, число 325 запишется как 111-11-11111. В двоично-десятичном коде каждая цифра десятичного числа от 0 до 9 записывается четырехразрядным двоичным кодом. Такой код позволяет образовать №=& =16 различных комбинаций, десять из которых могут быть использованы для обозначения десяти цифр десятичной системы. Наибольшее применение нашел код, в котором десятичная цифра представлена ее точным двоичным числом. Такой код иногда обозначают 8 - 4 - 2 -1 по весу двоичных цифр в каждом разряде. Например, число 325 в двоично-десятичном коде имеет следующий вид: 0011-0010-0101. Передача разделительных знаков между четырехразрядными группами (тетрадами) не обязательна, так как каждый разряд содержит одинаковое число символов, равное 4.
По числу элементов в кодовых комбинациях коды делятся на равномерные (комплектные) и неравномерные (некомплектные). Кодовые комбинации комплектных кодов имеют одинаковую длину (число символов в коде), некомплектных — разную. Комплектность кода позволяет несколько повысить его помехоустойчивость, так как при этом возможно контролировать число элементов в кодовых комбинациях. Так, число 325 в комплектном единично-десятичном коде записывается в следующем виде: 0000000111-0000000011-0000011111.
По наличию избыточности коды делятся на избыточные (помехоустойчивые) и нёизбыточные (непомехоустойчивые). К последним относится все коды, в которых замена в комбинации одного символа другим (например, 1 на 0 или 0 на 1) приводит к ошибке. Числовые коды, в которых используются все возможные комбинации (коды на все сочетания), являются непомехоустойчивыми. Искажение хотя бы одного символа в передаваемой комбинации приводит к появлению новой комбинации, соответствующей другому сообщению. Однако, несмотря на низкую помехоустойчивость, эти коды широко применяют в тех случаях, когда влияние помех при передаче несущественно.
23
Комбинаторные коды основаны на математической теории соединений: перестановок, размещений и сочетаний.
Коды, построенные по закону перестановок, содержат п символов в каждой комбинации. Отдельные комбинации отличаются друг от друга только порядком следования символов. Общее число возможных комбинаций определяется выражением
N= Рп =1x2x3 х...х п = п !,	(1.20)
где Рп — число перестановок.
Коды, построенные по закону размещений, представляют собой комбинации из и элементов по т символов, отличающихся символами или порядком их следования. Число возможных комбинаций определяется выражением
л’
2У=47=п(и-1)(и-2)х...х(л-т+1) = ----21)
(и-m)!	'	'
Например, имеем п - 3 (а, б, в) и т = 2, тогда число возможных комбинаций 2 1x2x3 ,
Р/ - А —-—— = 6	ба> ав> ва’ бв, вб).
Коды, построенные по закону сочетаний, представляют собой комбинации по т символов из п возможных, отличающиеся только символами. Число возможных комбинаций определяется выражением
Л7	и(и-1)х...х(и-т + 1) А"' и!
/V = С„ =------—---------= — =-----------,	(122)
1х2х...хт Рт т*х(п-т)\	'	'
Например, имеем и = 4 (а, б, в, г) и т = 2, тогда число возможных комбинаций 4x3
N - С; =---= 6 (аб, ав, аг, бв, бг, вг). Такие коды называют кодами на одно сочетание.
1x2
Код типа С1п при временном разделении элементов сигналов называют распределительным.
Кодом на все сочетания называют код, составленный из заданного числа элементов и и представляющий суммарную комбинацию сочетания:
N=C'+C^+...+ C'’ =2п-1,	(1.23)
Помехозащищенные коды. Рассмотренные выше простые числовые коды при основании системы счисления т и числе разрядов и0 позволяет образовать Nq = т возможных комбинаций. Отсюда минимальная длина кодовой комбинации, необходимая для образования всех Nq комбинаций,
„ _1оё2Ло
"о ~ 1
log2 m
(1-24)
Такой код называют минимальным или безызбыточным. В нем некоторые комбинации могут отличаться друг от друга не более, чем в одном элементе. Для оценки помехозащищенности кода от воздействия помех вводят понятие кодового растояния d — числа разрядов, в которых элементы одной кодовой комбинации отличаются от другой. Так, комбинация 0000 и 0001 отличаются только в одном разряде (d = 1). Это означает, что появление 1 в первом разряде комбинации 0000 или 0 в первом разряде комбинациии 0001 приводит к изменению передаваемого сообщения. Для того, чтобы избежать ошибки в случае одиночных искажений, нужно увеличить кодовое расстояние до d = 2, исключив комбинации только в одном разряде (элементе).
Кодовое расстояние, обозначаемое буквой d, определяется путем сложения двух комбинаций по модулю 2 (mod 2), которое обозначается знаком ® и производится в соответствии с табл. 1.4.
24
Сложение по mod 2
Таблица 1.4
X	У	d = х® у
0 1 0 1	0 0 1 1	0 1 1 0
При суммировании по mod 2 двух комбинаций нули будут в тех разрядах, где символы в обеих комбинациях одинаковы, а единицы — где символы различны. Например, сложение по mod 2 двух пятиразрядных чисел дает следующий результат:
01001
10101
11100
Отсюда d =3.
Для того, чтобы определить кодовое расстояние между различными кодовыми комбинациями, составляют матрицы (табл. 1.5).
Таблица 1.5
Матрица кодовых расстояний
Кодовые комбинации	Кодовые расстояния d			
	0001	0010	0100	1000
0001	0	2	2	2
0010	—	0	2	2
0100	—	—	0	2
1000	-	—	—	0
Нетрудно убедиться, что при любом одиночном искажении комбинации, приведенные в табл. 1.5, не могут переходить одна в другую. Следовательно, при одиночном искажении произойдет появление новой комбинации, по которой можно судить об искажении. Двойные искажения при */т,п= 2 обнаружить нельзя. Для получения еще большей помехоустойчивости необходимо увеличить кодовое расстояние. Так, при dmjn= 3 можно обнаружить любые двойные, а при cfmin= 4 — тройные искажения.
В общем случае получим выражение
^min — гоб + 1’	(1.25)
где гоб — количество ошибок, которое можно обнаружить.
Для построения помехозащищенного кода необходимо разбить все комбинации на две группы: разрешенные (основные) с кодовым расстоянием rZmin > г0^ +1; запрещенные с кодовым расстоянием Jmin < гоб.
Помехозащищенным кодом можно передать меньшее число сообщений, чем кодом, в котором используются все комбинации при одинаковом числе элементов в кодах. При одинаковом числе сообщений в комбинациях помехозащищенного кода приходится затрачивать большее число элементов. Такие коды имеют избыточность, которую оценивают коэффициентом избыточности
R__n~no
«о
(1.26)
где п — число элементов в комбинациях кода с избыточностью; л0 — число элементов в комбинациях неизбыточного кода.
25
При кодовом расстоянии dmin > 2 можно не только обнаружить, но и исправить ошибку. Рассмотрим две кодовые комбинации ООП и 1000, отличающиеся тремя элементами. Допустим, при передаче комбинации 1000 произошло одиночное искажение, получим 0000 1100 1010 или 1001. Можно с уверенностью сказать, что была передана комбинация 1000, т.е. исправить ошибку. Чтобы исправить любое число ошибок ги, минимальное кодовое расстояние нужно определить по формуле
4nin - 2ги + 1.	(1.27)
Отсюда для исправления одиночной ошибки (ги *= 1) Jmin = 3.
Способность кода обнаруживать и.исправлять ошибки определяется минимальным кодовым расстоянием из выражения
4nin = гоб + ги + Ь	(1-28)
где го6 и ги — число обнаруженных и исправленных ошибок при условии гоб > ги.
Среди помехозащищенных кодов различают блочные и непрерывные. К блочным кодам относятся такие, с помощью которых сообщения передаются блоками определенной длины из некоторого конечного числа символов.
В непрерывных кодах нет последовательности информационных символов определенной длины. Между информационными символами по определенному закону размещают проверочные. Для декодирования таких кодов обычно применяют ЭВМ. В системах телемеханики обычйо применяют блочные коды. Их делят на систематические (линейные) и несистематические (нелинейные).
К систематическим относят коды, у которых сумма по mod 2 двух разрешенных комбинаций является комбинацией того же кода. Несистематические коды образуются с помощью нелинейных операций над информационными символами. К несистематическим кодам относится, например, корреляционный код, в котором единица передается символом 10, а нуль — 01. Например, если комбинация в исходном неизбыточном коде имеет вид 1011, то в корреляционном она будет записана как 10 01 1010. Если в таком коде появляется подряд три нуля или единицы, то это свидетельствует об ошибке.
Коды с повторением предусматривают повторение каждой комбинации 2 раза и более. Такие коды могут быть двух вариантов: код с защитным повторением без инверсии и с инверсией. Код с повторением и инверсией более целесообразно применять при несимметричном канале связи, в котором чаще появляются ошибки одного знака.
Для повышения достоверности передачи кодированной информации кроме помехозащищенных кодов применяют также обратную связь (обратный канал) и мажоритарное декодирование. В системах с информационной обратной связью приемник, приняв сообщение, передает его же по обратному каналу. Передающее устройство сравнивает переданное им сообщение с полученным по каналу обратной связи. При совпадении сообщений передается разрешающий сигнал, при несовпадении — сигнал запрета. В таких системах используют обычно двоичный безызбыточный код.
При мажоритарном декодировании в канал связи передается не менее трех одинаковых кодовых комбинаций. Решение о правильности принимается по большинству одинаковых принятых комбинаций («метод голосования»),
Известен^щ других м$$@дов повышения достоверности передачи, основанных'на внесении той или иной избыточности как при посимвольном приеме кодовых комбинаций (определяется достоверность приема каждого отдельного символа по коду передачи), так й при приеме кодовых комбинаций в целом с последующим определением их правильности.	’
Глава 2
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА
2.1.	Транзисторные ключевые устройства
В современных электронных устройствах автоматики и телемеханики функции переключателей выполняют транзисторы. Для этих целей могут быть использованы биполярные транзисторы типов р-п-р и п-р~п и униполярные (полевые) обычно в одном из двух режимов работы: отсечки или насыщения (рис. 2.1.).
В режиме отсечки оба р-и-перехода (эмиттерный и коллекторный) закрыты, и ток транзистора ничтожно мал. В режиме насыщения ток в выходной цепи достигает максимального значения и не управляется током входной цепи. При переключениях транзистор практически мгновенно переходит из режима отсечки в режим насыщения и наоборот. Время переключения транзистора является одной из основных характеристик, определяющей быстродействие электронных устройств.
Ключевые свойства униполярных транзисторов определяются отношением сопротивлений его канала в закрытом и открытом состояниях. Оно несколько ниже, чем у биполярных транзисторов, из-за сравнительно большого сопротивления открытого канала.
На рис. 2.2, а представлена структура МОП-транзистора (металл-окисел-полупровод-ник). Ток канала транзистора управляется полем, возникающим при приложении напряжения между затвором 3 и истоком И. Когда напряжение на затворе равно нулю, ток в цепи сток С — исток И отсутствует, так как эти области транзистора электрически изолированы друг от друга. Под действием напряжения, приложенного к затвору, слой полупроводника под затвором становится токопроводящим каналом между областями истока И и стока С.
У МДП-транзисторов (металл-диэлектрик-полупроводник) затвор отделен от канала диэлектриком и имеет четвертый вывод — подложку П. Подложкой прибора служит кремний толщиной примерно 0,2 мм. В зависимости от полярности напряжения, прикладываемого к затвору и истоку, транзистор может работать в режиме обеднения или обогащения канала основными носителями заряда. Отсюда каналы транзисторов с МОП-структурой по физическим свойствам разделяются на встроенные (обедненного типа) и индуцированные (обогащенного типа). Условное обозначение МОП и МДП-транзисторов показано на рис. 2.2, б.
Рис. 2.1. Условное изображение переходов и транзисторов
Рис. 2.2. Структура (а) и условное графическое обозначение МОП-транзистора с индивидуальным p-каналом (б) и «-каналом (е)
27
Рис. 2.3. Конструкция (а), схема включения полевого транзистора (б) и его стокозатворная характеристика (в)
На рис. 2.3, а приведен полевой транзистор плоской конструкции с затвором в виде р-п перехода и схема его включения (рис. 2.3, б) с общим истоком. Транзистор состоит из пластины кремния с Электропроводностью типа п, представляющей собой канал полевого транзистора, к торцам которого присоединены два металлических контакта — исток И и сток С. Последовательно к этим контактам подключены напряжение источника питания Ес и сопротивление нагрузки RH. Напряжение Ес имеет такую полярность, что поток основных носителей заряда в канале перемещается от истока к стоку. На верхнюю и нижнюю грани кремниевой пластины введены акцепторные примеси, превращающие поверхностные слои в области полупроводника типа р. Соединенные электрически вместе (рис. 2.3, а), эти слои образуют единый электрод — затвор 3. При этом между каналом и затвором образуются два р-п перехода.
Изменяя напряжение на затворе <7ЗИ, можно изменять сечение канала за счет расширения или сужения обедненных слоев переходов, а следовательно, сопротивление канала и проходящий через него ток 1С. При Сзи = 0 ток стока достигает максимального значения Zc нас (ток стока насыщения), наступает режим насыщения транзистора (рис. 2.3, в). При увеличении обратного напряжения 6ЗИ обедненные слои р-п перехода расширяются, уменьшая сечение канала, проводящего ток между истоком и стоком. В результате уменьшается значение тока стока 7С. При напряжении отсечки Ем отс сечение канала уменьшается практически до нуля и ток стока /с также снижается до нуля. Наступает режим отсечки транзистора.
В приборах, имеющих кремниевую подложку типа р, индуцируется (наводится) канал типа п. При подключении положительного напряжения к затвору 3 в поверхностном слое такого прибора изменяется соотношение между концентрациями свободных электронов и дырок (рис. 2.2, а). Когда концентрация электронов превысит концентрацию дырок, на поверхности подложки образуется тонкий инверсионный слой типа п. Этот слой является токопроводящим каналом между истоком и стоком.
Наиболее полно преимущества полевых транзисторов реализуются в микросхемах (МС) при совместном включении МОП-транзисторов с каналами противоположных типов проводимости на одной подложке, причем переключающее напряжение должно подаваться одновременно на затворы обоих транзисторов. Такие структуры называют комплементарными (КМОП или КМДП). Их применение позволяет повысить быстродействие переключающих устройств.
Для надежного запирания МОП-транзисторного ключа достаточно иметь напряжение между затвором и истоком равное нулю (С/Зи = 0). Обратный ток стока /с < 10-8 ... 10“10 А, и можно считать, что напряжение на запертом МОП-транзисторе равно напряжению источника питания Ес. Пороговое напряжение на затворе, при котором МОП-транзистор открывается, составляет 1, 5...3 В. Остаточное напряжение на открытом полевом транзисторе между истоком и стоком находится в пределах от 0,05 до 0, 15 В, т.е. напряжение на его выходе близко к напряжению источника питания.
В логических устройствах МОП-транзисторы используются не только в качестве активных элементов (ключей), но и в качестве пассивных (резисторов).
28
2.2.	Логические элементы
В системах управления устройствами электроснабжения для выполнения логических операций И (конъюнкция), ИЛИ (дизъюнкция), НЕ (инверсия) широкое распространение получили логические элементы на дискретных компонентах (рис. 2.4).
Схема рис. 2.4, а реализует операцию И, т.е. сигнал на выходе (отрицательный потенциал) будет только в том случае, если поступающие на входы 1, 2, 3 сигналы будут иметь отрицательный потенциал. При появлении на одном из входов высокого потенциала на выходе схемы также будет высокий потенциал. С точки зрения обработки информации операция И выполняет логическое умножение. Для положительных сигналов данная схема выполняет операцию ИЛИ.
Схема рис. 2.4, б реализует операцию ИЛИ, т.е. сигнал на выходе (отрицательный потенциал) появится в том случае, если на входе 1 или 2, или 3 будет также отрицательный потенциал. Операция ИЛИ выполняет логическое сложение. Для положительных сигналов схема выполняет операцию И.
На рис. 2.4, в показана схема инвертора на основе биполярного транзистора типа р-п-р с диодной связью, выполняющая операцию НЕ. Схема работает в ключевом режиме. При отсутствии на входе сигнала Uc (отрицательный потенциал) транзистор VT открыт благодаря току базы [+£б—VT—VD1— VD2—R6—(—£б)|, через него высокий потенциал +ЕК поступает на выход. При наличии на входе сигнала Uc с положительным потенциалом транзистор VT закрывается и на его выходе появляется отрицательный потенциал —Ек. Таким образом, полярность напряжений сигналов на входе и выходе схемы противоположная, т.е. операция НЕ выполняет логическое отрицание (инверсию).
Логические элементы в интегральном исполнении. В настоящее время логические элементы выполняются на интегральных микросхемах. В качестве активных элементов микросхем используют как биполярные, так и полевые транзисторы. На биполярных транзисторах чаще выполняют элементы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) и эмит-терно-связанной логики (ЭСЛ), которую еще называют логикой типа ТТЛ на переключателях (ПТТЛ). Инжекционно-интегральная логика (ИИЛ или И2Л) представляет собой дальнейшее развитие транзисторной логики. С помощью схем И2Л удалось преодолеть многие недостатки биполярных интегральных схем и создать микросхемы большой степени интеграции, высокого быстродействия и малого потребления электроэнергии.
Основой микросхем серии ТТЛ является многоэмиттерный транзистор, отличающийся от обычных транзисторов наличием нескольких эмиттерных областей с общими для всего транзистора базовыми и коллекторными слоями. Эмиттеры многоэмитгерного транзистора расположены так, что взаимодействие между ними через разъединяющий их участок базы практически исключается. В связи с этим многоэмиттерный транзистор является совокупностью нескольких транзисторных структур, взаимодействующих между собой только за счет движения основных носителей в общей коллекторной области.
Нагрузкой многоэмитгерного транзистора в серии ТТЛ является простой или сложный инвертор. Схема ТТЛ с простым инвертором на выходе имеет низкую помехоус-
тойчивость и нагрузочную способность. Базовым для схем серии ТТЛ стал элемент со сложным инвертором (рис. 2.5).
Многоэммитерный транзистор VT1 осуществляет логическую операцию И. При наличии на входах 1, 2, 3 и 4 уровня 0 транзистор VT1 находится в режиме насыщения,
Рис. 2.4. Схемы логических элементов И (а), ИЛИ (6) и НЕ (в) на дискретных элементах
29
Рис. 2.5. Схема логического элемента серии ТТЛ, выполняющего операцию И-НЕ
а транзистор VT2 закрыт. Следовательно, закрыты и транзисторы VT3, VT5. Транзистор VT4 и диод VD5 открыты, выходное напряжение соответствует уровню 1. Схема будет находиться в таком состоянии, если хотя бы на одном входе будет уровень 0.
При наличии на всех входах уровня 1 потенциал базы транзистора VT2 возрастает, он открывается. При этом открываются транзисторы VT3 и VT5, а транзистор VT4 и диод VD5 закрываются, на выходе будет уровень 0 через открытый транзистор VT5. Таким образом, элемент выполняет логическую операцию И-НЕ.
Во всех элементах ТТЛ при отрицательным
входном напряжении резко увеличивается входной ток. Поэтому для ограничения отрица-
тельного входного напряжения, возникающего из-за возможных помех, входы шунтируются диодами VD1, VD2, VD3 и VD4.
Когда на одном из входов элемента появится низкий потенциал, соответствующий логическому нулю, соответствующий эмиттерный переход VT1 сместится в прямом направлении, напряжение на нем будет недостаточным для открывания трех переходов: коллекторного VTI и двух эмиттерных VT2 и VT5. Транзистор VT5 будет закрыт и на выходе элемента будет высокий потенциал, соответствующий логической единице.
Сигнал высокого уровня, поданный на все входы элемента, смещает эмит-терные переходы в обратном направлении, устанавливает в транзисторе VT1 режим инверсного усиления. Под действием тока в его коллекторной цепи открываются транзисторы VT2 и VT5, переходя в режим насыщения, что приводит к появ
лению на выходе логического нуля.
Таким образом, элемент серии ТТЛ, схема которого приведена на рис. 2.5, реализует логическую операцию И-НЕ.
Аналогично базовому элементу серии ТТЛ выполняет логическую операцию И-НЕ диодно-транзисторная схема, приведенная на рис. 2.6. Она представляет собой сочетание диодной логической схемы И (в положительной логике) на диодах VD1-VD4 и резисторе R1, простого инвертора на транзисторе VT, резисторах R2, R3 и диоде VD5 (смещающий). В некоторых схемах (см. рис. 2.4, в) для повышения помехоустойчиво
сти применяют два смещающих диода.
Если на все входы подаются высокие потенциалы (логические единицы), то диоды VD1—VD4 смещены в обратном направлении (закрыты). При этом протекает ток по цепи [+С/П—Rl—VD5—VT—(—С/п)], обеспечивающий открывание транзистора VT до режима насыщения. На выходе элемента возникает низ-
1 VD1 £-44-
2 VD2 £-44-
3 VD3 £-44-
4 VD4 ^-14-
Выход
Рис. 2.6. Схема логического элемента И-НЕ серии ДТЛ
о
кий потенциал, т.е. логический нуль.
При появлении на одном или нескольких входах низкого потенциала входной диод открывается, потенциал в точке А снижается до уровня падения напряжения на открытом диоде и становится недостаточным для открывания двух переходов (диод VD5 и база-эмиттер транзистора VT). Транзистор VT закрывается и выходное напряжение возрастает до уровня логической единицы.
Диодно-транзисторная логика имеет ограниченное применение, поэтому данная схема (рис. 2.6) приведена для обеспечения большей наглядности работы логического элемента И-НЕ.
30
Логические элементы серии ТТЛ могут служить основой для создания других устройств, выполняющих более сложные логические операции, например И-ИЛИНЕ (рис. 2.7, а).
Отличительной особенностью этой схемы от схемы на рис. 2.5 является наличие двух многоэмиттерных транзисторов VT1 и VT4, каждый
Рис. 2.7. Схемы логических элементов И-ИЛИ-НЕ серии ТТЛ (а) и НЕ на МОП-структуре (б)
со своими дополнительными транзисторами VT2 и VT3. Нагрузкой многоэмиттерных транзисторов является сложный инвертор (транзисторы VT5, VT6, диод VD, резистор R5).
Для отпирания транзистора VT6 и появления на выходе элемента логического нуля необходимо открыть транзистор VT2 путем подачи на входы 1 и 2 логических единиц или открыть транзистор VT3, подавая логические единицы на входы 3 и 4. При других потенциальных комбинациях на входах транзисторы VT2, VT3 и VT6 останутся закрытыми, а транзистор VT5 — открытым, на выходе будет логическая единица.
Базовым элементом для функциональных устройств КМОП-структуры является инвертор, состоящий из двух встречно включенных МОП-транзисторов с каналами типов р и п (рис. 2.7, б). Транзистор VT1 или VT2 в этой схеме играет роль нагрузки в зависимости от сигнала на входе. Затворы транзисторов VT1 и VT2 соединены между собой и образуют общий вход.
2.3.	Шифраторы и дешифраторы
Шифраторы и дешифраторы являются преобразователями кодов. Основой для их построения являются рассмотренные в п. 2.2 логические элементы И, ИЛИ на полупроводниковых диодах и интегральные схемы И-НЕ, ИЛИ-HE. Шифраторы и дешифраторы могут быть выполнены на контактных элементах релейного типа.
Для передачи информации широко используются комбинаторные коды, основанные на математических сочетаниях. На входе и выходе устройств телемеханики информация довольно часто представляется в виде распределительного кода CXN (каждому сообщению соответствует одна комбинация из множества N).
Шифраторы служат для преобразования распределительного кода C'N в коды двоичный, троичный,..., десятичный, на одно сочетание С'" с произвольными тип.
Шифратор двоичного кода на все сочетания (рис. 2.8, а), преобразующий код С' в трехэлементный (трехразрядный) двоичный код тп (т = 2, п — 3), составлен из трех диодных схем ИЛИ. Выходы логических схем являются выходами шифратора (7, 2, 3). Каждая логическая схема ИЛИ состоит из четырех диодов и резистора R, подключенных к вертикальной шине, являющейся выходом схемы. Диоды схем под
Рис. 2.8. Шифраторы двоичного кода: а — на все сочетания; б — на одно сочетание
ключены к горизонтальным шинам, являющимся входами шифратора. При замыкании одного из семи ключей (SB1 . . . SB7)
31
на соответствующую входную шину подается отрицательный потенциал, который через диоды, соединяющие горизонтальные и вертикальные шины схемы, поступает на один, два или все три выхода шифратора. Отрицательный потенциал на выходе соответствует 1, положительный — 0. Так, при замыкании ключа SB1 сигнал 1 будет только на выходе 1, а на выходах 2 и 3 будет сигнал 0 (+£). При отсутствии информации на входе шифратора (ни один ключ не замкнут) на выходе будет ООО (нулевая комбинация, которая не используется).
Таблица 2.1
Матрица кодовых комбинаций шифратора кода на все сочетания
Ключи	Сигналы на выходах		
	3	2	1
-	0	0	0
SB1	0	0	1
SB2	0	1	0
SB3	0	1	1
SB4	1	0	0
SB5	1	0	1
SB6	1	1	0
SB7	1	1	1
Из таблицы 2.1 видно, что шифратор кода на все сочетания С\ —> 23 (рис. 2.8, а) является преобразователем чисел десятичной системы (номер ключа — десятичное число) в числа двоичной системы (комбинации сигналов на выходах).
Шифратор кода на одно сочетание С'6 —» С?, показанный на рис. 2.8, 6 осуществляет преобразование кода С'6 в код Сд. Он состоит из шести входных ключей (SB 1... SB6) и четырех схем ИЛИ, выходы которых (7, 2, 3, 4) являются выходами шифратора. Исходная комбинация на выходах шифратора 0000 (+Е на всех выходах). При нажатии любого ключа на двух выходах появляются сигналы 1, на других двух — 0. Например, при замыкании ключа SB1 на выходах 7 и 2 будут сигналы 1 и 1, на выходах 3 и 4 — 0 и 0 (кодовая комбинация 1100). Кодовые комбинации шифратора на одно сочетание приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Матрица кодовых комбинаций шифратора кода на одно сочетание
Ключи	Сигналы на выходах			
	1	2	3	4
SB1	1	1	0	0
SB2	1	0	1	0
SB3	1	0	0	1
SB4	0	1	1	0
SB5	0	1	0	1
SB6	0	0	1	1
Если в схемах, приведенных на рис. 2.8, поменять полярность источника питания и подключение диодов, то получим шифраторы инверсного кода соответственно на все и на одно сочетание.
Шифратор двоичного кода на все сочетания, выполненный на микросхемах типа И-НЕ, показан на рис. 2.9. При разомкнутых контактах ключей SB1...SB6 на входы логических схем LI, L2, L3 поступает сигнал 1 (+Е), инверторы этих схем открыты и на выходах I, И, III будут сигналы 0 (комбинация 000). При замыкании одного из ключей сигнал 0 (—Е) поступает на одну, две или все схемы, произойдет переключение инверторов (закроются инверторы схем, на которые поступил сигнал 0) и на выходах будут сигналы 1. Так, при замыкании ключа SB1 сигнал 0 поступит на вход элемента L1,
32
инвертор которого закроется и на выходе будет сигнал 1 (комбинация 001). Комбинации сигналов на выходах при замыкании ключей полностью соответствуют табл. 2.1.
Дешифраторы служат для преобразования кода, поступающего на их входы, в распределительный код C'N- Дешифраторы составляют из логических схем И, количество которых соответствует числу выходов 7V дешифратора. Число входов соответствует числу элементов (разрядов) комбинаций входного кода.
Дешифратор двоичного кода на одно сочетание С42 представлен на рис. 2.10, а. Он состоит из шести диодных логических схем И, каждая из которых имеет два входных диода и резистор. Шины 1, 2, 3 и 4 являются входами дешифратора. К ним подключаются диоды схем И таким об
Рис. 2.9. Шифратор двоичного кода на интегральных элементах И-НЕ
разом, что совпадение сигнала 1 (—Е) при каждой кодовой комбинации возможно только на диодных входах одной схемы И. На выходе этой схемы будет также сигнал 1. При этом на всех других выходах будет сигнал 0. Все входные и выходные комбинации сведены в табл. 2.3.
Таблица 2.3
Матрица кодовых комбинаций дешифратора кода на одно сочетание
Номера комбинаций	Сигналы на входах				Сигналы на выходах					
	1	2	3	4	1	2	3	4	5	6
1	1	1	0	0	1	0	0	0	0	0
2	1	0	1	0	0	1	0	0	0	0
3	1	0	0	1	0	0	1	0	0	0
4	0	1	1	0	0	0	0	]	0	0
5	0	1	0	1	0	0	0	0	1	0
6	0	0	1	1	0	0	0	0	0	1
При подаче на входы дешифратора, например, комбинации № 2 — 1010 сигнал 1 будет на входах 1 и 3, а на входах 2 и 4 — 0. Совпадение сигналов 1 произойдет на диодах схемы И2, на выходе которой будет также сигнал 1. На выходах всех других логических схем будет сигнал 0, так как хотя бы один из диодных входов этих схем подключен к шине 2 или
4 с высоким потенциалом, следовательно, диод этого входа будет открыт.
Дешифратор двоичного кода на все сочетания тп (рис 2.10, б) состоит из восьми логических схем И. Каждому разряду двоичного числа на входе дешифратора соответствуют две кодовые шины: aOwal — разряд I; ЬОи Ы — разряд II; сО и с! — разряд III.
На одну из двух шин каждого разряда подается
а
Рис. 2.10. Дешифратор кодов: а — на одно сочетание; б — на все сочетания
3-6086
33
прямой сигнал, на другую — инверсный. Каждой комбинации кода соответствует определенная диодная схема И и выход дешифратора.
При совпадении отрицательных потенциалов на всех трех входах одной из схем на ее выходе будет также отрицательный потенциал (сигнал I). Если принять, что нулю соответствует комбинация на шинах разряда 10, а единице — 01, то кодовой комбинации 011 на кодовых шинах входов дешифратора будет соответствовать комбинация сигналов 10, 01, 01. При это сигнал 1 будет на шинах al, bl, cl, а сигнал 0 — на шинах аО, Ь0, сО. Совпадение сигналов 1 произойдет на входах схемы И выхода 3, следовательно, сигнал 1 будет на выходе 3. На остальных выходах будут сигналы 0. Работа дешифратора при других комбинациях приведена в табл. 2.4.
Таблица 2.4
Матрица кодовых комбинаций дешифратора кода на все сочетания
Выход дешифратора с сигналом 1	Кодовая комбинация			Выход дешифратора с сигналом 1	Кодовая комбинация		
	Сигналы на кодовы		к шинах		Сигналь	I на кодовых шинах	
	Разряд III	Разряд 11	Разряд I		Разряд III	Разряд II	Разряд 1
0	0	0	0	4	1	0	0
	10	10	10		01	10	10
1	0	0	1	5	1	0	1
	10	10	01		01	10	01
2	0	1	0	6	1	1	0
	10	01	10		01	01	10
3	0	1	1	7	1	1	1
	10	01	01		01	01	01
Разряды
Рис. 2.11. Дешифратор двоичного кода на интегральных микро-
Дешифратор двоичного кода на все сочетания, выполненный на микросхемах типа И-НЕ, представлен на рис. 2.11. Входы микросхем подключены к кодовым шинам по тому же правилу, что и на рис. 2.10, б. При этом на выходах логических схем L0 — L7 будут инверсные сигналы, поэтому в схеме дешифратора предусмотрены дополнительно инверторы L8 — L15.
При совпадении отрицательных потенциалов на всех трех входах логической схемы, например, на выходе L7 будет положительный потенциал, а на выходе L15 — отрицательный. Дешифратор работает в соответствии с табл. 2.4.
В рассмотренном дешифраторе в каждом разряде (I, II, III) для передачи прямого и инверсного сигналов используют две шины. В промышленных интегральных микросхемах с целью уменьшения числа выходов с одного кристалла применяют схемы с одной входной шиной на разряд. Необходимую инверсию осуществляют непосредственно в кристалле (см. рис. 2.12).
С увеличением числа разрядов двоичного кода в каждой схеме И возрастает число входов, а также число выходов дешифратора, т.е. схем И.
Для уменьшения числа входов в одной логической схеме и снижения общего числа схем в дешифраторах с большим числом разрядов применяют многоступенчатые схемы.
На рис. 2.13, а показана структурная схема двухступенчатого дешифратора. Разряды числа или элементы кода разбивают на две равные части при их четном количестве или примерно равные, если их количество нечетное. Выходы дешифраторов первой ступени, число которых N\ у первого дешифратора и A;2 - у второ-
схемах И-НЕ
34
го, являются входами дешифратора второй ступени. Число выходов дешифратора второй ступени N равняется произведению числа выходов дешифраторов первой ступени (N—
Восьмиэлементный двоичный код может быть разбит на две группы: 1—4 и 5—8 элементы. С помощью дешифратора каждая группа двоичного кода преобразуется в шестнадцатеричный код.
На рис. 2.13, 6 приведена принципиальная схема двухступенчатого дешифратора четырехразрядного двоичного кода. На шины аО, al, ЬО, Ы, сО, cl, dO, dl подается сигнал двоичного кода (на каждую пару шин прямой и инверсный сигнал). При этом двоичному нулю соответствует комбинация 10, а дво
Рис. 2.12. Дешифратор двоичного кода с одной входной шиной на разряд
ичной единице — 01. Каждой входной комбинации двоичных сигналов соответствует
определенная комбинация сигналов на выходах дешифраторов первой ступени (двухразрядный четверичный код). На выходе дешифратора второй ступени возникает определенная комбинация кода С11Ь (сигнал 1 на одном выходе, на остальных пятнадцати — сигнал 0).
Пусть на входе дешифратора задана кодовая комбинация 0101 (двоичное число пять). На выходных шинах будет комбинация прямых и инверсных сигналов 10 01 10 01. Так как счет разрядов ведется справа налево, то комбинация 01 будет на шинах дешифратора аО, al (разряд I), 10 — ЬО, Ы (разряд II), 01 — сО, cl (разряд III), 10 — dO, dl (разряд IV).
а
Число выходов N=NlN2=m
Вход чисел с 1-ronote-j разряд
Рис. 2.13. Двухступенчатый дешифратор: а — структурная схема; б — принципиальная схема
35
Разряды 1-й ступени
Рис. 2.14. Двухступенчатый дешифратор на интегральных микросхемах
Таким образом, сигнал 1 (низкий потенциал) будет на шинах al, ЬО, cl, dO, а значит появится на выходах 1 дешифраторов первой ступени 1а и 16. На кодовых шинах дешифратора второй ступени сигнал 1 будет на шинах el и fl, к которым подключены диоды пятой логической схемы, на выходе которой появится сигнал 1, на остальных пятнадцати сохранится сигнал 0.
При использовании интегральных микросхем также целесообразно применять многоступенчатые схемы дешифраторов. Экономия заключается в том, что в последней ступени дешифратора используются двухвходовые элементы И-НЕ. Хотя двухступенчатая схема также позволяет значительно сократить число корпусов микросхем.
На рис. 2.14 приведена принципиальная схема двухступенчатого дешифратора на интегральных микросхемах. Принцип построе
ния дешифратора аналогичен диодному дешифратору на рис. 2.13, б. Рассматривая работу дешифратора при заданной кодовой комбинации 0101 так, как это было сделано выше, нетрудно убедиться, что сигнал 1 появится на пятом выходе дешифратора второй ступени (схема Л^).
2.4.	Триггеры
Триггером называется функциональное устройство, имеющее два устойчивых состояния, в одно из которых под действием входного сигнала может быть установлено это устройство.
Одно из состояний триггера принимается за 0, другое — за 1. Каждое из этих состояний триггер способен сохранять неограниченно долго.
В зависимости от способа управления триггеры делятся на статические и динамические. Триггеры со статическим управлением переключаются при достижении входным сигналом порогового уровня. При динамическом управлении триггеры реагируют на перепад управляющего сигнала. Входы триггеров также делятся на статические и динамические.
По способу ввода информации триггеры делятся на синхронные и асинхронные. Если в асинхронных триггерах ввод информации происходит при изменении входного сигнала, то в синхронных для ввода информации кроме информационных сигналов на входе нужен дополнительный командный импульс, который подается на синхронизирующий (тактирующий) вход. В интервалах между тактовыми импульсами синхронный триггер не реагирует на входные сигналы в том числе и на помехи, что способствует его помехоустойчивости.
Входы триггеров, как и входные сигналы, делятся на информационные и управляющие. Информационные входы RS (с раздельной установкой триггера в 0 и 1), JK(c раздельной установкой триггера в 1 и 0), Т (счетный вход), D (информационный вход D- и DV-триггера) воспринимают поступающую на них информацию. Управляющие входы Г(под-готовительный вход разрешения приема информации), С (исполнительный вход приема информации, вход синхронизации) служат для управления приемом информации.
Асинхронные JK-триггеры с динамическими входами используют емкости в качестве элементов памяти или временной задержки (рис. 2.15) и применяются в системах управления устройствами электроснабжения железных дорог.
Для образования входов / и К к каждому транзистору триггера (рис. 2.15, а) подключены емкостные потенциально-импульсные ячейки (к VT1 — ячейка VD1; Cl; R1,
36
Рис. 2.15. JK-триггер на р-п-р транзисторах:
а — принципиальная схема; б — временная диаграмма работы; в — функциональная схема с двумя входами; г — функциональная схема со счетным входом
к VT2 — VD2, С2, R2). Такие схемы кроме формирования импульсов выполняют также логическую операцию. Заряд емкостей С1 и С2 зависит от выходных сигналов Q и Q, что обеспечивает «запоминание» предыдущего состояния и необходимую блокировку входов на время переключения триггеров.	_
В исходном нулевом состоянии триггера транзистор VT1 закрыт, на его выходе Q сигнал 1 (—Ек), транзистор VT2 открыт, на его выходе Q сигнал О (+£'к), т.е. на выходах триггера сигнал 10. При подаче на вход J отрицательного потенциала происходит заряд конденсатора С2 (+ЕК—VT2—R2—С2—2), триггер готовится к переключению. Если теперь подать на вход J + ЕК потенциал (сигнал 0), произойдет разряд конденсатора С2 на базу транзистора VT2, который закроется. Возникший при этом ток базы транзистора VT1 [+ЕК—VT1—Rc—RK—(—Д^)] откроет транзистор VT1. На выходах Q и 0 появится сигнал 01, соответствующий состоянию 1 триггера, в котором последний будет находиться до следующего переключения. Сброс триггера в состояние 0 осуществляется путем подачи на вход К отрицательного потенциала, что приведет к заряду конденсатора С1 с последующим его разрядом на базу транзистора VT1 в момент подачи на К положительного потенциала. Транзистор VT1 закроется, VT2 — откроется, на выходе будет сигнал 10, соответствующий состоянию 0 триггера.
Для образования счетного входа Т объединяют входы 7 и К обеих импульсных схем. Допустим, что в начальный момент триггер находился в состоянии 1; закрыт транзистор VT2 и открыт VT1. На коллекторе VT1 — £/к1 = +ЕК, VT2 — £/к2 == — Ек (рис. 2.15, б), на входе Т высокий потенциал (—Е*), конденсатор С1 заряжен. При подаче на вход низкого потенциала происходит разряд С1 через VD1 на базу VT1, последний запирается, VT2 отпирается, триггер переходит в состояние 0.
Поступление на счетный вход триггера последовательности прямоугольных импульсов с периодом То, последний будет переключаться с периодом 1\ = 2Т0.
На рис. 2.15, в приведено условное изображение триггера с входами / и К, а на рис. 2.15, г — с входом Т.
Универсальный JK-триггер на транзисторах с одним запоминающим конденсатором используется в системе телеуправления «Лиена» (рис. 2.16).
В исходном состоянии оба входа J, К должны находиться под потенциалом — Ек, т.е. иметь высокий уровень. Диоды VD5 и VD6 закрыты, напряжение на емкости С определяется потенциалами на прямом и инверсном выходах триггера Q и Q. Пусть триггер находится в состоянии логического нуля, т.е. транзистор VT1 закрыт, a VT2 — открыт, на обкладке 2 конденсатора С +ЕК потенциал, а на обкладке 1 — (—Ек), поступающий через R1. Заряд конденсатора осуществляется по цепи [+^—VT2—VD4—С—R1—(— £к) |- Если
37
Рис. 2.16. Универсальный JK-триггер с одним запоминающим конденсатором
на счетный вход Т, образованный путем объединения входов J и К, теперь подать +ЕК (нулевой) потенциал, то потенциал обкладки 1 конденсатора становится примерно равным нулю, а потенциал обкладки 2 конденсатора повышается на величину напряжения заряженного конденсатора С, который через диод VD2 разряжается на базу транзистора VT2. Триггер переключается в состояние 1 (VT2 — закрыт, VT1 — открыт), на выходах Q и Q сигнал ОК
Теперь +ЕК потенциал с коллектора VT1 поступает через диод VD3 на обкладку 1 конденсатора С. Диод VD5 при этом запирается. На обкладке 2 будет потенциал — £к, конденсатор С при паузе (потенциал — Ек на счетном входе Т) заряжается. При очередном импульсе конденсатор разряжается через диод VD1 на базу транзистора VT1. Триггер сбрасывается в состояние 0, на выходах Q и Q триггера сигнал 10. Входы R и S триггера используются для сбора триггера в состояние 0 {reset — сброс) или установки в состояние 1 {set — установка).
Асинхронный RS-триггер на интегральных логических элементах ИЛИ-HE (рис. 2.17, а), либо И-НЕ (рис. 2.17, б) не требует преобразования входной информации, поэтому устройство управления может отсутствовать. Допустим, что в исходном состоянии триггера сигналы на входах R и 5 отсутствуют, т.е. на оба входа подается 0 или 1, тогда на выходе триггера будет сигнал 01 или 10, что определяется только параметрами и внутренними сигналами самого триггера. Такая комбинация называется нейтральной, или режимом сохранения информации, в котором триггер может долго сохранять любое из своих устойчивых состояний. При входных комбинациях, когда переключающий сигнал поступает только на один вход (сигнал 0 или 1) триггер переключается или подтверждает существующее состояние. Если переключающие сигналы подать на оба входа (11 при элементах ИЛИ-HE или 00 при элементах И-НЕ) в схеме может быть нарушен бистабильный режим. Ответная реакция триггера может быть непредсказуемой. Такие комбинации называются запрещенными и они не должны допускаться в процессе работы триггера.
Синхронный RS-триггер на интегральных элементах получается из асинхронного при подключении к входам логических элементов RS-триггера двух схем совпадения и одного синхронизирующего входа С (рис. 2.18, а). Логические элементы 3 и 4 образуют ячейку памяти, а 1 и 2 — простейшую схему управления. При отсутствии синхронизирующего
Рис. 2.17. Принципиальная и функциональная схемы асинхронного RS-триггера на элементах ИЛ И-НЕ (а) и на элементах И-НЕ (6)
Рис. 2.18. Принципиальная {а) и функциональная (6) схемы синхронного RS-триггера на интегральных элементах
38
сигнала на входе С элементы 1 и 2 закрыты, на внутренних выходах д^ и д2 сигнал I, при этом триггер находится в режиме хранения информации. Информация с входов R и S может быть передана в триггер только при сигнале 1 на входе С. Входы R и 5 триггера прямые, а входные сигналы инвертируются элементами 1 и 2.
Синхронные RS-триггеры снабжаются вводами R„ и S а для асинхронного управления элементами 3 и 4, что позволит расширить функциональные возможности триггеров. При синхрон
Рис. 2.19. Принципиальная (а) и функциональная (б) схемы двухступенчатого RS-триггера
ном управлении на входы и RanSa должен подаваться сигнал 1. Функциональная схема синхронного RS-fpHrrepa представлена на рис. 2.18, б.
В триггерах со статическим управлением возможна неоднократная смена состояний за время действия синхронизирующего (тактового) импульса. Такой недостаток
отсутствует у триггеров с динамическим управлением и двухступенчатых триггеров.
RS-триггер с двухступенчатой или MS-структурой представлен на рис. 2.19, а. Принцип MS-структуры (master-slave, т.е. управляющий и управляемый, ведущий и ведомый) широко применяется для выполнения триггеров. При сигнале 0 на входе С информационные входы R и 5 ведущего ТМ-триггера заперты, и он хранит информацию от предыдущего такта. Ведомый TS-триггер, на синхронизирующем входе которого сигнал 1, повторяет состояние ведущей ячейки ТМ. Если на входе С сигнал 1, то в ТМ-триггер заносится информация со входов R и 5, ведомый триггер блокируется на время тактового импульса на входе С инвертором 1, связывающим входы Стриггеров ТМ и TS. По окончании действия тактового импульса информация из первой ступени ТМ перезаписывается во вторую TS. Эти RS-триггеры широко используются в качестве ячеек памяти в оперативных запоминающих устройствах (ОЗУ). Функциональная схема RS-триггера показана на рис. 2.19, б.
Интегральные JK-триггеры обладают универсальными функциональными возможностями. При всех значениях входного сигнала, кроме 1 на входах / и К, они действуют подобно рассмотренным выше RS-триггерам (вход J играет роль 5-входа, а вход К — роль /?-входа). Входной сигнал 1 на входах J и К одновременно не изменяет состояния триггера до поступления тактового импульса, который его переключает. Для реализации этого свойства в JK-триггере используются сигналы обратной связи с выходов Q и Q для блокировки одного из информационных входов в зависимости от состояния триггера в предыдущем такте.
Базовая схема такого JK-триггера (рис. 2.20, а) выполнена на основе двух синхронных RS-триггеров L1-L4 (М-триггер), L5-L8 (S-триггер). Нетрудно убедиться, что сигнал 1 на входах 5 (установка в 1) и R (сброс в 0) проходят только, если одновременно присутствует сигнал 1 и на входе С (См, Cs). При сигнале 0 на входе См М-триггер принимает состояние, зависящее от сигналов на входах / и К. Инверторы L5 и L6 при этом закрыты сигналом 0, поступающим с инвертора L9. При сигнале 0 на входе См закрыты L1 и L2, а состояние L5, L6 и S-триггера зависит от сигналов, поступающих с М-триггера, т.е. происходит перезапись информации с М-в S-триггер.
Допустим, в исходном положении оба триггера находятся в состоянии 0, при этом на инверсных выходах Q и Q' будет сигнал 1 (высокий потенциал), а на прямых выходах Q и Q' — сигнал 0 (низкий потенциал). С выхода Q S-триггера на вход L2 поступает сигнал 0, запирающий L2 независимо от сигнала на его входе К.
Теперь допустим, что на входы Ju С поступает сигнал 1, а на вход К — сигнал 0. Элемент L1 открывается и на его выходе появляется 0, М-триггер переходит в состояние 1 (сигнал 1 на выходе Q'). Элементы L5 и L6 при этом закрыты сигналом 0, с
39
Вход С о ът___
ЛТт______Ш т Ш
Ы 777/77777/А W/77////7A т j
L2 ТТА W7777/77A V777777777A j
L3 77Х	тТТА	I
_____77771. __
L5 V77777777A	У777777777Л_i
МУШ	V77777777A "	j
L7^___________________77	j
Г~7 7^7 i
1ййй%%1 А
ISSSSjSSSl
L8 о
Рис. 2.20. Принципиальна схема (а), временная диаграмма работы (0 и функциональная схема (в) двухступенчатого JK-триггера
t
t
инвертора L9 S-триггер сохраняет состояние 0. Если теперь на вход С поступает сигнал 0, то инверторы L1 и L2 закрываются, а сигнал 1 с выхода L9 поступает на L5 и L6. На входах L5 совпадают сигналы 1, что приводит к его открытию. Сигнал 0 с выхода L5 поступает на L7, S-триггер переключается в состояние 1.
Аналогично триггер работает при поступлении сигнала 1 на входы С и К, а на J — сигнала 0. Если на входах Ju К одновременно присутствует сигнал I, то по входу С триггер работает как счетный: при первом тактовом импульсе он переходит в состояние 0, далее процесс повторяется. Диаграмма работы JK-триггера приведена на рис. 2.20, б, его функциональная схема — на рис. 2.20, в.
D-триггеры с динамическим управлением могут быть выполнены на базе нескольких RS-триггеров (рис. 2.21, а). D-триггер состоит из трех RS-триггеров: основного на элементах L5 и L6; двух вспомогательных на элементах Li, L2 и L3, L4, образующих схему управления.
Переключение D-триггера происходит на переднем фронте тактового импульса, поступающего на синхронизирующий вход С. Информация на вспомогательные триггеры записывается, когда на входе С имеется сигнал 0. При этом инверторы L2 и L3
А
С
D
С71ПЙ й й
D V///7A
Ы V77A_____
И
7S//S//S/SS/SS/SS//S.
Рис. 2.21. Принципиальна схема (а), временная диаграмма работы (б) и функциональная схема (в) динамического D-триггера
40
принудительно заперты, а внутренняя связь между вспомогательными триггерами разорвана. С инверторов L2 и L3 на входы инверторов L5 и L6 основного триггера поступают сигналы 1, и он сохраняет предыдущее состояние. Состояние инверторов L1 и L4 зависит от сигнала на входе D. При сигнале О инвертор L4 закрыт, а инвертор L1 открыт (рис. 2.21, б). При сигнале 1, наоборот, инвертор L4 открыт, так как на его второй вход поступает сигнал 1 с инвертора L3, а ин-
Рис. 2.22. Счетный Т-триггер:
а — функциональная схема на базе D-триггера; б — функциональная схема на базе двухступенчатого RS-триггера
вертор L1 закрыт.
При поступлении на вход С сигнала 1 оба вспомогательных триггера устанавливаются в положение, при котором инверторы L1 и L4 сохраняют свое прежнее состояние. Выходной триггер переключается в новое состояние сигналами с инверторов L2 и L3.
После переключения триггера на переднем фронте синхронизирующего импульса, поступающего на вход С, оказывается выключенным из работы вход D в результате действия связей между вспомогательными триггерами. Если после сигнала 1 на входе С
схема зафиксировалась в состоянии, при котором открыт инвертор L2, то инверторы L1 и L3 закрыты независимо от состояния инвертора L4, а значит, и от сигнала на входе D. Если схема зафиксировалась, когда инвертор L3 открыт, то инвертор L4 будет закрыт при любом сигнале на входе D.
Для любой работы триггера необходимо, чтобы сигнал на вход D поступал несколько раньше, чем сигнал 1 на вход С.
При асинхронном управлении состояние выходного триггера зависит от того, на какой вход подан сигнал 0. Асинхронный сигнал подается также на элементы управляющих триггеров, так чтобы подтверждалось состояние выходного триггера. Например, при сигнале 0 на выходе S блокируется инвертор L1 в течение тактового импульса и на выходе инвертора L2 формируется 0, который в свою очередь блокирует инвертор L3.
Счетный Т-триггер может быть получен путем преобразования из D-триггера с динамическим управлением (рис. 2.22, а) и двухступенчатого RS-триггера (рис. 2.22, б). Общий принцип построения счетных триггеров состоит в том, что подключение обратной связи с выходов на входы сделано так, чтобы обеспечивалась смена сигналов на информационных входах после каждого переключения триггера. В качестве входа Т в обеих схемах используется синхронизирующий вход С.
2.5.	Счетчики илпульсов
Счетчики импульсов предназначены для подсчета импульсов, поступивших на вход, и фиксации их числа, которое отождествляется с некоторым числовым кодом. В счетчиках используются числовые коды с различными основаниями счета ш. Наиболее часто применяют коды двоичные (т = 2), четверичные (т = 4), восьмеричные (т = 8), десятичные (т = 10) и т.д.
Общее число состояний счетчика А называется модулем счета, который определяется по формуле
N—mn,	(2.1)
где п — число разрядов счетчика.
Чтобы отображать все символы числового кода, каждый разряд счетчика должен иметь столько же состояний, сколько цифр в используемой для кодирования системе счисления. Выходы одноразрядного счетчика, его состояния и цифры обозначаются О, 1, ..., т — 1. Символом счетчика на схемах служат буквы СТ (рис. 2.23). Если сигнал 1
41
Рис. 2.23. Функциональная схема одноразрядного счетчика
присутствует на выходе 0, значит счетчик находится в исходном состоянии 0. На остальных выходах при этом будут сигналы 0. При поступлении на вход счетчика одного импульса счетчик переключается в состояние 1, сигнал 1 будет на выходе 1, на остальных выходах — 0.
Счетчики импульсов подразделяются на простые и реверсивные. Простые счетчики могут быть суммирующими (их показания увеличиваются на единицу с поступлением на вход каждого следующего импульса) и вычитающими (их показания уменьшаются на единицу). Реверсивные счетчики могут рабо
тать одновременно как суммирующие и как вычитающие и являются по сути комбина-
циями суммирующих и вычитающих счетчиков.
Двоичные счетчики обычно выполняются на основе JK и D-триггеров и имеют выходной код в двоичной системе счисления. Модуль счета двоичного счетчика N— 2п (л — число триггеров в счетчике).
На рис. 2.24, а представлена функциональная схема простого трехразрядного двоичного счетчика импульсов с последовательным соединением триггеров и комбинированными входами Т и R (вход S не используется). Импульсы поступают на счетные входы Т, которыми соединены триггеры. Входы R триггеров соединены между собой и служат для сброса триггеров в состояние 0.
Пусть в исходном положении все триггеры находятся в состоянии 0 (рис. 2.24, б). При поступлении на 7-вход первичного импульса триггер Т1 переключится в состояние 1 и на его выходе Q\ появится отрицательный потенциал. Входные конденсаторы второго триггера перезарядятся и триггер подготовится к переключению. С приходом на вход счетчика Т второго импульса триггер Т1 переключится в состояние 0, потенциал на его выходе О] снижается до нуля, в результате чего заряженный входной конденсатор начнет разряжаться на базу открытого транзистора триггера Т2, и последний переключится в состояние 1 (код на выходе счетчика 010). Таким же образом происходит переключение счетчика при поступлении на его вход последующих импульсов. После отсчета семи импульсов (код 111) счетчик на восьмом импульсе вернется в исходное состояние 000. Кодовые комбинации счетчика приведены в табл. 2.5.
Таблица 2.5
Матрица состояний и кодовых комбинаций суммирующего двоичного счщчика
Число импульсов	Состояние счетчика	Числовой код		
			0	Q1
0	0	0	0	0
1	1	0	0	1
2	2	0	1	0
3	3	0	1	1
4	4	1	0	0
5	5	1	0	1
6	6	1	1	0
7	7	1	1	1
8	0	0	0	0
Рассмотренный счетчик является суммирующим. Однако если в схеме рис. 2.24, а соединить последовательно не прямые выходы 7, а инверсные — О, то счетчик будет работать как вычитающий.
Начальное состояние всех трех триггеров при снятии потенциалов с инверсных выходов — 111 (семь в десятичной системе). Поступающий на 7-вход импульс переводит триггер Т1 в состояние 0 при неизменном состоянии остальных триггеров, в счетчик
42
Рис. 2.24. Функциональная схема (а) и временная диаграмма работы (б) трехразрядного двоичного счетчика
будет записано двоичное число 110 (шесть в десятичной системе). При поступлении на Г-вход счетчика еще одного импульса число, записанное в нем, уменьшится еще на единицу в соответствии с табл. 2.6.
Таблица 2.6
Матрица состояний и кодовых комбинаций вычитающего двоичного счетчика
Число импульсов	Состояние счетчика	Числовой код		
		0	0 _	2-
0	7	1	1	1
1	6	1	1	0
2	5	1	0	1
3	4	1	0	0
4	3	0	1	1
5	2	0	1	0
6	1	0	0	1
7	0	0	0	0
8	7	1	1	1
Счетчик, который может работать как суммирующий и вычитающий, называется реверсивным. В реверсивном счетчике переключение с прямой работы на обратную (со сложения на вычитание) осуществляется автоматически с помощью специальных схем.
В синхронных счетчиках счетный сигнал Глодается одновременно на входы синхронизации С триггеров всех разрядов (рис. 2.25, а). На входы J, К первого триггера подается сигнал «1». При поступлении на общий вход сигнала 1 информация о состоянии триггеров предварительно запоминается, а вводится при сигнале 0 на входе Т. При работе счетчика в суммирующем цикле в цепях переноса информации используются прямые выходы Q^, Q-±, Qy Временная диаграмма синхронного счетчика (рис. 2.25, б) практически совпадает с диаграммой счетчика на рис. 2.24, б.
Рис. 2.25. Синхронный счетчик на JK-триггерах с MS-структурой:
а — функциональная схема счетчика; б — временная диаграмма работы счетчика
П 12345678
1 2 3 4 5 6 7 8 t
43
Рис. 2.26. Функциональная схема (а) и временная диаграмма работы (б) асинхронного двоичного счетчика на
Т-триггерах
Асинхронный двоичный счетчик на Т-триггерах приведен на рис. 2.26. Входы RS-триггеров счетчика подключаются к шине «Сброс» и используются для перевода триггеров в исходное состояние 0. Принимают в качестве числового кода комбинации логических сигналов на прямых выходах Q^, Q2, Ср В исходном состоянии все триггеры находятся в состоянии логического нуля и комбинация сигналов на выходах ООО. Для связи триггеров использованы инверсные выходы Q, поэтому на информационных входах Т второго Т2 и третьего ТЗ триггеров — логические единицы.
Первый импульс на входе счетчика переключает триггер Т1 в состояние 1. На его инверсном выходе появляется 0, триггер Т2 сохраняет свое состояние 0, следовательно, триггер ТЗ также остается в состоянии 0. На выходах Q3, Q2, Q[ имеется комбинация 001.
Второй импульс возвращает первый триггер в состояние 0, на его инверсном выходе формируется сигнал переноса информации, и триггер Т2 переключается в состояние 1, на выходе счетчика получается комбинация 010. Дальнейшая работа протекает аналогично. Комбинации на выходах счетчика при поступлении на его вход Т импульсов соответствует приведенным в табл. 2.5.
Данный счетчик суммирующий. Для перехода к вычитающему счетчику достаточно в цепи переноса заменить инвертирующий выход прямым. Состояния вычитающего счетчика при поступлении импульсов приведены в табл. 2.6.
Двоичные счетчики с обратными связями являются наиболее экономичными по количеству используемых триггеров. Двоичный счетчик, содержащий четыре триггера, имеет 16 состояний. Используя 10 из них, можно отображать цифры десятичной системы 0, 1 ... 9.
Двоичные счетчики могут быть обращены в недвоичные с модулем счета Ф Т введением дополнительных логических связей. Число разрядов п выбирают таким, чтобы двоичный счетчик обеспечивал ближайшее большее число состояний, чем заданное. Для получения десятичного счетчика, считающего в двоично-десятичном коде, нужно использовать четыре двоичных разряда. При этом счетчик имеет число кодовых комбинаций N = 16, из которых 10 будут использоваться для кодирования цифр десятичной системы.
Двоично-десятичный счетчик на JK-триггерах приведен на рис. 2.27, а. Для ис-в схеме могут быть использованы триггеры, имеющие несколько входов К, объединенных логической схемой И. При поступлении на вход С первых 7 импульсов счетчик работает как рассмотренный ранее двоичный асинхронный. В состоянии 7 (0111) на вход J четвертого разряда поступают две единицы из второго и третьего разрядов (выходы Q2 и Q$), при счете 8 поступает сигнал с выхода Q] на его вход С, триггер переключается в 1. Логический нуль с его инверсного выхода поступает на вход J второго раз
ключения дополнительных логических
Рис. 2.27. Двоично-десятичный счетчик на JK-триггерах: а — функциональная схема; б — временная диаграмма рабоп
44
ряда, удерживая второй и третий разряды в состоянии 0. При счете 9 переключается только триггер первого разряда. На выходах триггеров будет комбинация 1001. При этом четвертый триггер готовится к переключению в состояние 0. Десятый импульс приведет к сбросу в 0 триггеров первого и четвертого разрядов, счетчик вернется в нулевое состояние, на выходах комбинация 0000. Процесс переключений счетчика представлен на временной диаграмме (рис. 2.27, б).
Временные диаграммы также наглядно убеждают, что счетчики импульсов одновременно являются делителями частоты. У каждого
Рис. 2.28. Счетчик-делитель с элементами формирования сигнала сброса:
а — функциональная схема счетчика; б — временная диаграмма работы счетчика
последующего триггера период пе-
реключений в два раза больше, чем у предыдущего, а у первого — в два раза больше периода входного сигнала, так 7^ = 2Т2, Т2 = 27), Т\= 2Т (рис. 2.24, б) Частота же переключений соответственно уменьшается в два раза у каждого следующего триггера по сравнению с предыдущим. Действительно, если частота импульсов на входе первого триггера f = 1/7) то на его выходе на выходе второго/2 =Д/2 третьего /з=/2/2=/1/4=//8ит.д.
Получили широкое распространение и другие счетчики с обратными связями, в схему которых вводится дополнительный логический элемент, исключающий лишние состояния.
На рис. 2.28, а приведена схема счетчика-делителя с логическим элементом И-НЕ, подключенным к выходам Q4 четвертого и второго триггеров. Выход логического элемента подключен к входам R триггеров счетчика. Как видно из временной диаграммы (рис. 2.28, б) счетчик работает как двоичный до достижения определенного состояния триггеров 1010 (10 в десятичной системе), определенного модулем счета NC4. При этом на выходе логического элемента И-НЕ формируется сигнал сброса, который по цепи обратной связи подается на входы R всех триггеров, возвращая счетчики в исходное состояние 0000. Сброс счетчика может быть произведен в любом его состоянии при подаче сигнала «сброс» на логический элемент НЕ.
Кольцевые сдвигающие счетчики применяют при основании системы счета больше двух (т>2). В кольцевом счетчике число триггеров равно числу состояний (основанию счета). При этом единица на каждом тактовом импульсе перемещается в любом состоянии счетчика. Из последнего триггера единица вновь поступает в первый.
Кольцевые счетчики выполняются на D- и JK-триггерах, но на D-триггерах счетчики выполнять более просто. На рис. 2.29, а приведена схема пятиразрядного
а — функциональная схема; б— временная диаграмма работы
45
кольцевого счетчика. При пуске первый триггер переходит в состояние 1, остальные — в 0. Далее при каждом тактовом импульсе на входе С триггер, находящийся в состоянии 1, сбрасывается в 0, переключая при этом следующий за ним триггер в состояние 1. При сбросе пятого триггера с его выхода переключающий импульс поступает на вход D первого триггера, который переключается в состояние 1. После этого цикл переключений повторяется (рис. 2.29, б).
В результате сбоев в состояние 1 могут одновременно переключиться несколько триггеров. Для предотвращения этого в счетчиках применяют специальную схему самовосстановления на логических элементах, блокирующих вход первого триггера до перехода всех триггеров в состояние 0. Благодаря этому работа счетчика при любых сбоях восстанавливается к началу следующего цикла.
Кольцевые счетчики можно использовать в качестве распределителей импульсов при относительно небольшом числе выходных цепей.
2.6.	Распределители импульсов
Распределителем импульсов называется устройство, которое распределяет поступающую на его вход серию импульсов по независимым выходным цепям. При наличии у распределителя N выходов он преобразует временную последовательность импульсов (последовательный единичный код) в код C'N.
Существует многочисленный класс распределителей импульсов, отличающихся как принципом действия так и элементной базой: на электромеханических элементах (шаговые искатели, релейные распределители); на магнитно-диодных и магнитно-транзисторных элементах. Простейшим распределителем импульсов является кольцевой сдвигающий счетчик с числом устойчивых состояний, равным числу распределяемых импульсов (см. рис. 2.29).
При большом числе выходных цепей более рациональным является матричный распределитель, состоящий из многоразрядного счетчика СТ и дешифратора DC (рис. 2.30, а). Дешифратор преобразует кодовую комбинацию сигналов с выходов счетчика в код C'N . По мере поступления импульсов на вход С счетчика СТ на его выходах меняется комбинация сигналов, поступающих на входы дешифратора DC. Сигнал переходит последовательно с одного выхода дешифратора на другой (рис. 2.30, б).
В распределителях могут быть использованы одно- или многоступенчатые дешифраторы. Одноступенчатые дешифраторы в распределителях применяются при числе выходов N< 16 (реже при N= 32). При большем числе выходов в распределителях используются многоступенчатые дешифраторы, позволяющие значительно уменьшить число логических элементов. Так в распределителе с двухразрядным счетчиком применяются дешифраторы с последовательными схемами совпадения И. Принципиальная электрическая схема последовательного логического элемента И приведена на рис. 2.31, а. Схема включает один диод VD и резистор нагрузки RH. По резистору может протекать ток только при одной комбинации входных потенциалов (сигналов): на входе %] низкий
Рис. 2.30. Структурная схема (а) и временная диаграмма работы (б) матричного распределителя
Рис. 2.31. Последовательная логическая схема И: а — принципиальная схема; б—таблица состояний
46
потенциал (сигнал 0), на входе х2 высокий потенциал (сигнал 1). При этом на резисторе RH создается падение напряжения (сигнал 1). Резистор RH является выходным элементом логической схемы. В таблице рис. 2.31, б приведены сигналы на выходе у в зависимости от комбинации сигналов на входах Х] и х2.
Последовательные схемы И включаются между выходами кольцевого счетчика первого разряда (прямой код) и второго разряда (инверсный код) (рис. 2.32). В исходном состоянии счетчика на выходе 0 первого разряда высокий потенциал, а на выходе 0 второго разряда — низкий. Ток протекает через последовательную логическую схему L0, на выходе которой появляется сигнал 1, на остальных (1...15) — сигналы 0. При поступлении на вход распределителя последовательности импульсов с частотой Т) первый разряд переключается. После первого импульса высокий потенциал будет на выходе 1 первого разряда. Через логическую схему L1 пройдет ток (цепь тока показана на рис. 2.32 пунктирной линией).
Второй разряд счетчика переключается с частотой Т2 = \/4F\. Каждый его выход поочередно под
I 00
Инверсный ? код
Кольцевой счетчик (разряд II)
Рис. 2.32. Распределитель с двухразрядным кольцевым счетчиком и последовательным дешифратором
ключается через логическую последовательную схему к выходам первого разряда счетчика. Число выходов распределителя N = где 7Vj и TV2 — число выходов первого
и второго разрядов.
Недостатком рассмотренного распределителя является отсутствие общей точки отдельных логических схем, необходимой для подключения к нулевой шине питания, а значит нельзя применять стандартные логические элементы (транзисторные или интегральные), так как они всегда имеют связь с источником питания. В системах телемеханики ЭСТ-62 и «Лиена» в качестве нагрузок для таких дешифраторов используются обмотки записи тороидальных трансформаторов с прямоугольной петлей гистерезиса.
В современных устройствах телеуправления (например, в системе МРК) в качестве
нагрузок используются светодиоды оптронных элементов, которые гальванически развязаны с источниками питания и могут включаться в последовательную схему совпадения.
Двоичные счетчики с дешифраторами параллельного типа часто используют вместо кольцевых счетчиков. В распределителях систем телемеханики ЭСТ-62 и «Лиена» применяется двухступенчатый комбинированный параллельно-последовательный матричный дешифратор и двоичный многоразрядный счетчик (рис. 2.33, а). Дешифраторы А и Б
Рис. 2.33. Распределитель с дешифратором параллельно-последовательного типа: а — с кодированием на импульсах; б — с кодированием на импульсах и паузах
47
параллельного типа образуют первую ступень, причем дешифратор А работает в прямом, дешифратор Б — в инверсном коде (на его выходах включены инверторы), К дешифратору А подключены П\ низших разрядов счетчика, к дешифратору Б — высшие разряды п — (л — полное число разрядов). С помощью дешифраторов комбинации кодов на входах преобразуются в распределительные: код С^_ (дешифратор А) и (дешифратор Б), где = 2"1, а w2 = 2"”"1. Дешифратор В второй ступени является дешифратором последовательного типа.
В устройствах телемеханики ЭСТ-62, «Лиена» и МРК с целью удвоения числа выходных цепей используют два дешифратора А и А' прямого кода (рис. 2.33, б), подключаемые к счетчику параллельно. Выходы дешифраторов А и А' связаны с дешифратором Б инверсного кода через дешифраторы В и В' последовательного типа. Дешифраторы А и В работают только на импульсах (запрет на паузе), а А' и В' — на паузах (запрет на импульсах) тактовой серии.
2.7.	Операционные усилители
Операционные усилители (ОУ) в интегральном исполнении составляют основу современной электронной схемотехники и находят широкое применение в электронных устройствах. Такие усилители еще использовались для решения оперативных управлений в аналоговых вычислительных машинах и аппаратуре электронной техники первого поколения.
До появления линейных интегральных схем к классу операционных усилителей относили многокаскадные усилители постоянного тока с обратными связями, которые использовались в аналоговой вычислительной технике для выполнения математических операций сложения, вычитания, умножения, деления, дифференцирования, интегрирования, логарифмирования и т.д. Однако усилители постоянного тока на дискретных транзисторах имели многочисленные недостатки.
Появление серийных партий ОУ в виде интегральных микросхем позволило значительно усовершенствовать их технические и эксплуатационные показатели. Все это существенно расширило универсальность и функциональную ориентацию интегральных ОУ.
Основные свойства операционных усилителей. Универсальный ОУ является усилителем постоянного тока с высоким коэффициентом усиления (Ку = 103...106), высокое входное сопротивление (1?вх -> °°) и низкое выходное (7?вых -»0). К основным свойствам идеального ОУ следует также отнести широкую полосу частот, начиная с частоты /= О и постоянство амплитуды усиливаемого сигнала во всем диапазоне частот.
Операционный усилитель (рис. 2.34) обычно имеет дифференциальный вход (два входных зажима, на которые подаются напряжения Ц!Х1 и Ц^?)- Входное напряжение UBX является разностью напряжений UBxi и UBX2- Причем каждое из входных напряжений f7Bxl и UBX2 может быть положительным и отрицательным относительно потенциала общей (заземленной) точки двух источников питания £] и
Большинство стандартных интегральных ОУ имеет один выход. Выходное напряжение Ц!Ь1Х находится в фазе с напряжением и противофазно напряжению UBX^ оно пропорционально дифференциальному напряжению входа U^ — 6^x1 ~ Цзх2-Питание ОУ осуществляется от двух соединенных последовательно источников с одинаковыми постоянными ЭДС Е\ и Е2 или от одного источника со средней точкой, которая заземлена. При использовании делителей напряжения возможно питание ОУ от одного источника, однако это приводит к увеличению потребления энергии и снижению показателей работы ОУ.
Рис. 2.34. Схема операционного
48
Обратная связь (ОС), образованная между входом и выходом ОУ, позволяет получить многие положительные свойства передаточных характеристик между С/вых и С/вх. Пусть часть (7ВЫХ через резистор (или иной элемент) обратной связи R(X., равная РЦ!ЫХ, по~ ступает на вход ОУ. При этом р-коэф-фициент передачи цепи ОС обычно меньше единицы (Р < 1). Коэффициент Р может быть действительной или мнимой величиной.
Рис. 2.35. Структурная схема операционного усилителя: а — трехкаскадного; б — двухкаскадного
При наличии ОС на вход ОУ по-
ступает только часть напряжения, равная Свх = Р{/Вых’ Т0ГДа Цзых ~ ^у^зхО + Р^у)> где Ку — коэффициент усиления ОУ при разомкнутой цепи ОС. В схеме с ОС коэффициент усиления К — UBblx / UBX. Подставив в это выражение {/вых, получим
A7vC7BX(l-bpATv)
К = - у -———Таким образом, коэффиент усиления ОУ с ОС К = Ау(1 + РА'у). При разомкнутой ОС (Р = 0) соотношение между К и будет К = Ку.
Структурные схемы стандартных ОУ приведены на рис. 2.35, на котором показаны схемы трехкаскадного и двухкаскадного ОУ, представляющие собой интегральные усилители соответственно первого и второго поколений. Структурная схема трехкаскадного ОУ приведена на рис. 2.35, а. Первый каскад обычно выполняется по схеме простого дифференциального усилителя (ДУ), имеющего два входа и два выхода. Второй каскад — усилитель напряжения (УН), также выполнен по схеме дифференциального усилителя и обладает значительным коэффициентом усилителя. В УН осуществляется также сдвиг
уровня усиливаемого напряжения с целью согласования выхода этого каскада со входом оконечного усилителя по постоянной составляющей тока. Выходной каскад является усилителем амплитуды (УА) сигнала и состоит из сочетания нескольких каскадов, потребляющих основную часть энергии всего усилителя. Общий коэффициент усиления трехкаскадного ОУ может достигать 100000 и более.
Изменение технологии изготовления интегральных структуру позволило в ОУ второго поколения совместить функции первого и второго каскадов в одном каскаде усиления (ДУ). Промышленная реализация двухкаскадных ОУ (рис. 2.35, б) с удовлетворитель-
ными малосигнальными параметрами и частотными свойствами позволила внедрить сложные дифференциальные каскады, обладающие повышенным коэффициентом усиления. При этом общее усиление двухкаскадных ОУ сохраняется на прежнем уровне.
Принципиальная схема одного из интегральных ОУ приведена на рис. 2.36. Первый усилительный каскад на транзисторах VT1 (прямой вход 10) и VT2 (инверсный вход 9) с генератором стабильного тока /0 на транзисторе VT3 и цепью температурной компенсации на транзисторе VT5. Транзистор VT5 включен по диодной схеме и является источником опорного напряжения базовой цепи транзистора VT3.
Рис. 2.36. Принципиальная схема трехкаскадного операционного усилителя
49
44Ж
Рис. 2.37. Принципиальная схема двухкаскадного операционного усилителя
Второй каскад на транзисторах VT6 и VT4 также выполнен по схеме дифференциального усилителя с симметричным входом и несимметричным выходом. Вывод 4 служит для подключения источника питания Е2 Для цепей эмиттера через резистор R3.
Выходной каскад является сложным эмиттерным повторителем на транзисторах VT7 и VT9 с генератором стабилизированного тока на транзисторе VT8.
К выводу 5, являющемуся выходом усилителя, подключается внешняя нагрузка в цепи обратной связи, а к выво
дам / и 7— источник питания Е). Выводы 2, 3, 12являются контрольными и предназначены для подключения корректирующих цепей.
Значительно лучшие технические параметры имеет двухкаскадный ОУ, схема которого представлена на рис. 2.37. Дифференциальный входной каскад выполнен на транзисторах VT1 и VT2, эмиттерные цепи которых питаются от генератора тока на транзисторе VT7. При идентичности параметров входных транзисторов VTI и VT2 обеспечивается высокая степень симметрии схемы по обоим входам. «Токовое зеркало» на транзисторах VT11, VT7, VT6 используется в качестве источников тока для дифференциального (VT7) и выходного (VT6) каскадов. Известно, что при постоянном напряжении Ебэ транзистор с заземленным эмиттером имеет строго определенный коллекторный ток. Однако он может сильно меняться при колебании температуры окружающей среды. Для компенсации температурных отклонений коллекторного тока параллельно переходу база-эмиттер включается прямосмещенный диод или транзистор в диодном включении (коллектор VT11 объединен с базой). Если транзисторы VT11, VT7, VT6 строго идентичны, то происходит не только точная компенсация температурных изменений, но и точное задание коллекторных токов VT7 и VT6. Если создать ток смещения /см в цепи транзистора VT11, то в коллекторах транзисторов VT7 и VT6 будут такие же токи /к7 = /к6 = /см (происходит как бы зеркальное отражение тока /см в коллекторных токах транзисторов).
Для повышения точности отображения и стабильности в цепи эмигтеров транзисторов иногда дополнительно включают резисторы. Активная нагрузка дифференциального каскада, выполненная на «токовом зеркале» VT12 и VT3, позволяет, с одной стороны, обеспечить в транзисторах VT1 и VT2 постоянные токи, с другой — большее усиление по напряжению выходного каскада ОУ, так как транзистор VT3 имеет значительное входное сопротивление для переменной составляющей сигнала.
Промежуточный усилитель выполнен на составном транзисторе VT4 и VT5. Если на входах ОУ появится дифференциальный сигнал, при котором, например, уменьшится на Д7К ток транзистора VT1 и на столько же увеличится ток транзистора VT2, то на Д/к уменьшается также ток в транзисторе диодного включения VT12, в транзисторе источника тока VT3 и, следовательно, в нагрузке (цепь базы VT4) ток увеличивается на 2Д/К.
Выходной каскад выполнен двухтактным на транзисторах разной проводимости VT8 и VT9. Потенциалы баз одинаково смещенных транзисторов VT8 и VT9 должны различаться на 2(/бэ =1,3 ... 1,4 В, это и обеспечивают диоды VD1 и VD2, включенные между базами транзисторов VT8 и VT9. Для увеличения коэффициента усиления по току выходной транзисторный каскад ОУ состоит из транзисторов VT9 и VT10.
Рассмотренный ОУ может работать с очень низким напряжением питания (ЗВ) и обеспечивает при этом усиление примерно в 104 раз по напряжению.
Многие ОУ имеют существенно более сложные схемы, однако, общие принципы построения их сходны с рассмотренными выше.
50
При
Рассмотрим некоторые часто встречающиеся на практике схемы, в которых применяются операционные усилители. На рис. 2.38 приведены схемы усиления сигналов на основе ОУ. Инвертирующий усилитель (рис. 2.38, а) имеет выходное напряжение, сдвинутое по фазе относительно входного на 180°. Коэффициент усиления такой схемы условно считается отрицательным. Введение отрицательной обратной связи (резистор Ro) позволяет повысить стабильность коэффициента усиления схемы или расширить ее частотный диапазон. Если коэффициент усиления Ку операционного усилителя имеет конечное
U R I
значение, то коэффициент усиления схемы (рис. 2.38, а) К = —= — • -  -^вх	1 + -А-
Цу
---> О получим К = —, тогда [7	= -KU
RtKy	/?,	Rt
R
Отношение — называется масштабным коэффициентом. Если соотношение меж-Л|	у
av и записать в виде С7И„Х = -Rn ——, то получим 6LTV = —R„LV. Это выражение *-*-j 1501Л	1)Л	вых	и D	ВЫЛ	xJ 15Л	г
справедливо при активных, реактивных и комплексных сопротивлениях во входной цепи и цепи обратной связи.
Коэффициент обратной связи неинвертирующего усилителя (рис. 2.38, б) Р = ——J—,
Л
а коэффициент усиления схемы К = 1 +—, т.е. на единицу больше, чем в схеме инвертирующего усилителя (рис. 2.38, а).	1
Чтобы выровнять усиление по прямому и инверсному входам, например, в схеме вычитающего усилителя (рис. 2.38, в), необходимо в цепь прямого входа включить делитель напряжения (резисторы R2 и R3), который уменьшит усиление по прямому входу в 1
' л Раз- В простейшем случае для схемы рис. 2.38, в имеем R2 = R} и = Ro.
' 1+/f
Если в схеме рис. 2.38, б принять Ri=°° или Ro = 0, то К= 1, т.е. получится схема повторителя напряжения (рис. 2.38, г).
Выполнение математических операций аналоговым способом осуществляется с помощью ОУ. Схема рис. 2.39, а представляет собой суммирующий усилитель. Выходное напряжение равно сумме входных напряжений, каждое из которых умножено на свой ..	+ ^о_у + ^у
вх1 ' D vbx2 ‘ D ^вхЗ '
V3
масштабный коэффициент [/выхЕ =
К"'
При R{ = R2 = Л3= R и = К получим СвыхЕ = K(UBxl + UBx2 + Um3), т.е. выходное напряжение пропорционально сумме входных.
Рис. 2.38. Схемы усиления сигналов на основе операционных усилителей:
а — инвертирующего усилителя; б — неинвертирующего усилителя; в — неинвертирующего усилителя с делителем напряжения на прямом входе; г — повторителя уровня напряжения
51
Рис. 2.39. Схемы д ля выполнения математических операции на основе операционных усилителей: а — сумматора; б — интегратора; в — дифференциатора
В схеме рис. 2.39, б выполняется операция интегрирования. Выходное напряжение определяется из выражения;
^вЫХн=-—jUn(t)dt+C.
ВЫЛ Н	Гу fl J ВА х Z
В схеме рис. 2.39, в выполняется операция дифференцирования входного напряже-
ния. Выходное напряжение определяется из выражения: £7ВЫХ =	.
dt
На основе ОУ осуществляются и другие математические операции, например, возведение в квадрат и т.д.
2.8.	Устройства, реааирующие на уровни сианалов
Компараторы (нуль-индикаторы) служат для сравнения напряжения входного сигнала с опорным напряжением или для сравнения двух входных напряжений. Нуль-ин -дикаторы (НИ) имеют два устойчивых состояния, которым соответствуют сигналы на выходе 0 или 1. Для выполнения НИ широко используются операционные усилители. В компараторном режиме цепи отрицательной ОС обычно у ОУ отсутствуют.
Одновходовые компараторы (рис. 2.40, а) используются для сравнения разнополярных входных напряжений Ц и ~U2, поступающих на инвертирующий вход ОУ. При этом напряжение на входе ОУ и его выходе — разнополярны. В зависимости от результатов сравнения напряжений Uy и U2 выходное напряжение принимает значение Ц!ЫХ = +Еу или Ц!Ь1Х = — Е2. При Щ = U2 режим ОУ становится неустойчивым, он может переключиться в любое состояние. Точность сравнения напряжений увеличива-
7?з=—'-2-R+R
ется с увеличением их амплитуд, которые, однако, не должны превышать допустимых уровней. Сопротивление резистора Л3 в цепи неинвертирующего входа определяется
через Ry и R2
Двухвходовые компараторы (рис. 2.40, б) сравнивают сигналы, поступающие на оба входа усилителя. Поэтому полярность выходного напряжения определяется большим по модулю напряжением одного из входов. При равенстве входных напряжений
ОУ выходное напряжение равно нулю.
Стандартные ОУ непосредственно не могут быть использованы в качестве элемента НИ. Это связано с тем, что низкий потенциал на выходе ОУ в режиме переключения равен 2-3 В, в то время как для управления
Рис. 2.40. Функциональная схема компаратора: а — одновходного; б — двухвходного
элементами ТТЛ или КМОП-схемами низкий уровень (сигнал 0) не должен превышать +0,4 В. С другой стороны, высокий потенциал (сигнал 1) на выходе закрытого ОУ превышает допустимый уровень на входах ТТЛ, который обычно не выше 3,5 В.
Для согласования выходных параметров ОУ с входными логических схем применяются специальные схемы в виде простейших
52
нуль-индикаторов, которые переключаются из состояния 0 в состояние 1 и обратно при переходе напряжения на выходе ОУ через среднее напряжение между максимальным и минимальным уровнем. Возможны различные схемы таких НИ.
На рис. 2.41 представле
Рис. 2.41. Схема нуль-индикатора с двумя источниками питания
на схема нуль-индикатора на транзисторной схеме (VT1 и VT2) с заземленным эмиттером. В схеме для питания ОУ, НИ и выходной логической схемы L используются два напряжения Ех и Е2, обычно Е2 = 0,5Ер Схему на рис. 2.42 отличает наличие трех источников питания. Два разнополярных источника Е] и Е2 используются для питания ОУ, а Е3 — для питания НИ и выходной логической схемы L.
Принципиальная схема нуль-индикатора с двумя источниками питания Ej и Е2 приведена на рис. 2.43. Схема включает ОУ на транзисторах VT1—VT6 и выходной усилительный каскад на транзисторах VT7—VT9. Коэффициент усиления такого НИ должен быть достаточно высоким Ку =1О3...1О4, чтобы при небольшой разбалансировке напряжений Е] и Е2 на входах 1 и 2 выходной каскад переходил из полностью закрытого состояния в полностью открытое и наоборот.
Схемы сравнения абсолютных значений электрических величин выполняются на основе НИ. Для сравнения двух напряжений используют двухвходовой НИ (см. рис. 2.40, б), имеющий прямой и инверсный входы. Резисторы R1 и R2 служат для уменьшения входных токов НИ или отображают внутреннее сопротивление источников сигналов (напряжения Ej и Е2).
В схеме (см. рис. 2.40, а) используется для ввода информации инверсный вход ОУ. Если равны по величине входные напряжения Е] и Е2 и входные сопротивления /?] и /?2, то равны и токи /] = /2. В этом случае напряжение на входе ОУ равно нулю. При /Е|/ >/Е2/ на входе ОУ потенциал выше нуля и на его выходе будет напряжение, соответствующее сигналу 0. При /Ej/< /Е2/ на входе ОУ потенциал ниже нуля и на его выходе будет напряжение, соответствующее сигналу 1.
Пороговые устройства являются разновидностью рассмотренных схем сравнения. Они срабатывают при условии, что уровень входного напряжения превышает некоторое наперед заданное значение, называемое порогом срабатывания 1/ср, и возвращаются в исходное состояние при уровне входного напряжения Е^. Отношение напряжения возврата к напряжению срабатывания Еср называют коэффициентом возврата Екуз =	/ Еср.
Для получения Кв < 1 в пороговом устройстве применяют небольшую положительную обратную связь. Коэффициент усиления в активной зоне становится очень большим и устройство из закрытого состояния в открытое и наоборот переходит скачкообразно.
Рис. 2.42. Схема нуль-индикатора с тремя источниками питания
Рис. 2.43. Принципиальная схема нуль-индикатора с двумя источниками питания
53
Рис. 2.44. Однофазное реле переменного напряжения (тока): а — принципиальная схема; б — временная диаграмма работы
Схемы сравнения по уровню переменных напряжений широко используют в устройствах релейной защиты, автоматики и телемеханики. В этих схемах сравнение переменных напряжений по уровню осуществляется как в пороговых устройствах с той лишь разницей, что переменные напряжения предварительно выпрямляют. Переменную составляющую выпрямленного напряжения отфильтровывают с помощью RC-фильтра. Это приводит к снижению быстродействия схемы сравнения из-за того, что выпрямленное напряжение на входе фильтра изменяется медленнее, чем переменное на входе выпрямителя.
Однофазное реле переменного напряжения (тока). Рассмотрим работу такого реле в качестве примера схемы сравнения (рис. 2.44, а). Реле включает в себя: разделительный трансформатор TL; выпрямительный мост VS с емкостным фильтром С; схему образования опорного напряжения (резистор R1 и стабилитрон VDCT); нуль-индикатор VT1 — VT6, охваченный положительной ОС R()C; выходной инвертор L.
На первичную обмотку трансформатора TL подается напряжение Ux(f), являющееся аналогом контролируемой величины (напряжения или тока). Снимаемое с вторичной обмотки трансформатора напряжение выпрямляется мостом VS и поступает на резистор R2, являющийся входом схемы сравнения. К второму входу (с резистором R1) схемы сравнения подводится стабилизированное опорное напряжение, снимаемое со стабилитрона VDCT. В диагональ моста, образованного источником опорного напряжения [/оп и сигнала Uc, а также резисторами R1 и R2, включен дифференциальный каскад нуль-индикатора.
Если С/Оп / Rj > Uc/ R2, то есть Uon ” > Ct, т0 потенциал базы VT1 будет выше, чем потенциал базы VT2. При этом транзистор Vh будет открыт, а транзистор VT2 — закрыт, транзисторы VT5 и VT6 также будут открыты и на выходе Q схемы появляется сигнал 0.
Если же входное напряжение реле Ux(f) возрастет до напряжения срабатывания Ucp (рис. 24.4, б), при котором выполняется условие Uc > Uon то потенциал базы транзистора VT1 становится ниже потенциала базы транзистора VT2 и транзистор VT1 призакрывается, а транзисторы VT2 и VT3 приоткрываются. Высокий потенциал с коллектора VT3 поступает на базу транзистора VT5, последний закрывается вместе с транзистором VT6, на выходе Q появляется высокий потенциал, соответствующий
сигналу 1, и реле срабатывает.
Реле имеет два выхода: прямой О, при использовании которого оно выполняет роль максимального реле; инверсный Q на выходе инвертора L, при использовании
которого получаем минимальное реле.
54
Возврат реле в исходное состояние происходит при напряжении Ux(f) — Z7BO3. Необходимый коэффициент возврата Квоз = UBO3 / t/cp обеспечивается подбором сопротивления резистора обратной связи Roc. Величину срабатывания реле можно регулировать резистором R1. Диоды VD1 и VD2 служат для защиты эмиттерных переходов тран-зисторов VT1 и VT2 от недопустимых напряжений на входе элемента НИ.
2.9.	Времязадаювдие и времяизмеряющие схемы
Формирователи дискретных временных функций широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, где процессы, протекающие обычно в реальном масштабе времени, требуют образования и измерения временных интервалов, сдвига импульсов во времени на заданный интервал. Для формирования дискретных временных функций используют следующие устройства: формирователи импульсов, формирующие короткие импульсы Ц!ЫХ по переднему или Цвых заднему фронту входного импульса <7ВХ (рис. 2.45, о); формирователи временных интервалов (таймеры), формирующие импульсы заданной продолжительности Тимп (рис. 2.45, б) по переднему или заднему фронту входного импульса Um; формирователи временных интервалов (таймеры), запускаемых короткими импульсами (одновибраторы, кипп-реле) (рис. 2.45, в); реле времени, с помощью которых осуществляется задержка срабатывания на время Тср или возврата в исходное состояние (рис. 2.45, г)
Принципы образования временных интервалов в диапазонах от долей миллисекунд до нескольких секунд основаны на использовании переходных процессов заряда, разряда и перезаряда конденсаторов.
Использование заряда конденсатора для образования временного интервала (рис. 2.46). В исходном состоянии ключ SB находится в разомкнутом состоянии, при этом напряжение на конденсаторе С равно нулю (ис = 0). В момент /зам замыкания ключа SB конденсатор С начинает заряжаться (рис. 2.46, а), напряжение ис изменяется во времени по экспоненциальному закону (рис. 2.46, б) в соответствии с выражением:
uc(t) = E„(l-e~),	(24)
где т — RC — постоянная времени цепи заряда.
Когда напряжение u^f) достигнет напряжения срабатывания С7ср, то сработает пороговое устройство, включенное параллельно конденсатору С, на выходе появится напряжение Ц!Ь1Х- Интервал времени от момента замыкания ключа /зам до переключения порогового устройства называется временем срабатывания /ср. Чем больше постоянная времени цепи т, тем более пологая кривая u^t) и тем больше /ср. Время срабатывания зависит также от напряжения срабатывания f7cp, которое должно быть не более (0,5...0,7) Еп, иначе возрастает погрешность /ср.
Если в выражение (2.4) подставить Ц.р и /ср и прологарифмировать его, то получим
= т!п----2—
Рис. 2.45. Временные функции формирователей импульсов: а — коротких по фронту или спаду входного импульса; б— заданной продолжительности по фронту или спаду входного импульса; в — заданной продолжительности, запускаемых короткими импульсами; г — задержанных относительно входного импульса
En-Ucp
Рис. 2.46. Образование временного интервала с использованием заряда конденсатора:
а — принципиальная схема устройства; б — временная диаграмма работы
55
Рис. 2.47. Образование временного интервала с использованием разряда конденсатора:
а — принципиальная схема устройства; б — временная диаграмма работы
Из выражения (2.5) видно, что /ср зависит от напряжения источника питания £п, т.е. при отклонении напряжения источника питания будет меняться tcp, возникнет погрешность, зависящая от напряжения источника питания Еп.
Использование разряда конденсатора для образования временного интервала (рис. 2.47). В исходном состоянии контакты ключа SB2 замкнуты (рис. 2.47, а) и конденсатор С заряжен до напряжения ЕП. В момент tn переключения ключа SB2 (рис. 2.47, б) его контакты размыкают цепь заряда конденсатора С, а контакты SB1 замыкают цепь разряда конденсатора на резистор R. Напряжение ис снижается по экспоненциальному закону в соответствии с выражением:
uc(t) — Ene т,	(2.6)
где т = RC — постоянная времени цепи разряда.
Когда напряжение пс(/) снизится до напряжения срабатывания порогового устройства £ср, последнее переключится и напряжение на его выходе £вых снизится до нуля. Подставив £ср и /ср в выражение (2.6) и прологарифмировав его, получим
£
	(2.7)
ср
Из выражения 2.7 видно, что время срабатывания /ср зависит от напряжения источника питания Ец.
Использование перезаряда конденсатора для образования временного интервала (рис. 2.48). Предварительно заряженный конденсатор С через контакт ключа SB2 (рис. 2.48, а) до напряжения £п в момент времени tn (рис. 2.48, б), соответствующий переключению ключа (контакты ключа SB2 размыкаются, SB1 замыкаются), начинает разряжаться до нуля, а затем заряжается до напряжения источника питания £п. Таким образом, напряжение на конденсаторе изменяется на величину 2£п. Процесс перезаряда можно представить как разряд конденсатора от 2£п до нуля. Нуль-индикатор срабатывает, когда напряжение ис = 0, т.е. экспонента пересекает ось времени, Ucp = Еп. Используя выражение (2.7), можно записать
2Е
tcp = т1п —= т1п 2 = 0,7 т.	(2.8)
£п
Таким образом tc не зависит от напряжения источника питания £п.
Рис. 2.48. Образование временного интервала с использованием перезаряда конденсатора: а принципиальна схема устройства; б— временная диаграмма работы
56
a
Рис. 2.49. Формирователь прямоугольного импульса заданной продолжительности: а — принципиальная схема; б — временная диаграмма работы
б
Формирователь импульсов заданной продолжительности (рис. 2.49). В нем для создания импульсов необходимой длительности используется процесс разряда конденсатора С. В исходном состоянии транзистор внешней управляющей схемы VT1 закрыт (рис. 2.49, а). Транзистор формирователя импульсов VT2 открыт под действием тока в цепи: +£к, переход эмиттер-база, R2, — Ек. На выходе транзистора VT2 появляется высокий (нулевой) потенциал. Конденсатор С заряжается до значения Ек током цепи: +ЕК, эмитгер-база, С, R1, ~ЕК.
В момент времени Zj (рис. 2.49, б) транзистор VT1 открывается, через него потенциал +£к поступает на обкладку 1 конденсатора С, потенциал обкладки 2 выше на Ек, чем потенциал обкладки 1. Этот потенциал поступает на базу транзистора VT2, после-
дний закрывается. Конденсатор С разряжается через резистор R2 и источник питания (частично через резистор R1). В течение времени разряда конденсатора от Ек до нуля транзистор VT2 закрыт, на его выходе потенциал снижается до — Ек и формируется отрицательный импульс длительностью 1ВЫХ~ QJRyC.
После окончания входного импульса длительностью /вх транзистор VT1 закрывается, начинается заряд конденсатора по цепи: +ЕК, эмиттер-база транзистора VT2, конденсатор С, резистор R1, — Ек. Время заряда конденсатора составляет (3...5) тзар, где постоянная времени заряда конденсатора тзар = RjC. После заряда конденсатора формирователь снова готов к действию.
Рассмотренная схема является простейшей из тех, которые позволяют формировать импульсы прямоугольной формы заданной продолжительности. Она используется
для выполнения одновибраторов, реле времени и других времязадающих схем.
Простой транзисторный одновибратор (рис. 2.50). Он занимает промежуточное положение между триггером, имеющим два устойчивых состояния, и мультивибратором, имеющим два временно устойчивых состояния (на время разряда конденсатора). Одновибратор имеет одно устойчивое и одно временно устойчивое состояние. Это обусловлено тем, что между базой транзистора VT1 и коллектором транзистора VT2 имеется резисторная связь с помощью резистора Rc, а между базой транзистора VT2 и коллектором транзистора VT1 — емкостная связь с помощью конденсатора С.
Рис. 2.50. Транзисторный одновибратор: а — принципиальная схема; б — условное графическое изображение
57
В исходном состоянии транзистор VT1 закрыт, а транзистор VT2 открыт и с его коллектора нулевой потенциал поступает на базу транзистора VT1. Конденсатор С заряжен, так как на его обкладку 1 поступает потенциал ~ЕК, а на обкладку 2 — нулевой потенциал через переход эмитгер-база транзистора VT2.
Для запуска одновибратора на вход 1 подается отрицательный потенциал или на вход 2 — положительный. Пусть на вход 1 подан отрицательный потенциал, транзистор VT1 открывается и начинается разряд конденсатора С. Транзистор VT2 закрывается, и отрицательный потенциал с его коллектора будет удерживать транзистор VT1 открытым даже после окончания пускового импульса. Такое состояние сохраняется временно до окончания разряда конденсатора через резистор Rg, после чего транзистор VT2 вновь откроется, а транзистор VT1 закроется, одновибратор вернется в исходное состояние. Конденсатор С начнет заряжаться = (3...5) тзар. После окончания заряда схема готова к действию. В такой схеме длительность выходного импульса может быть существенно больше входного, но так как коэффициент усиления по току одиночного транзистора не может быть очень большим и сопротивление разрядного резистора Rg обычно не превышает 10 кОм, то длительность выходного импульса мала и не превышает нескольких десятков миллисекунд. При этом погрешность длительности выходного импульса при изменении температуры окружающей среды составляет 5—10 %.
Одновибратор на операционном усилителе (рис. 2.51). Такой одновибратор имеет
погрешность длительности выходного импульса при изменении температуры окружающей среды менее 1 %.
В схеме (рис. 2.51, о) использован процесс заряда конденсатора С через резистор R. Для фиксации момента достижения напряжения при заряде конденсатора порогового значения Сп используется компаратор СА на операционном усилителе и транзисторах VT1 и VT2. Схема на транзисторах VT1 и VT2 осуществляет согласование ОУ и выходного триггера Т, так как выход ОУ непосредственно для управления триггером использован быть не может.
В исходном состоянии триггер Т находится в положении 0, транзистор VT3 открыт, конденсатор С разряжен. При поступлении на вход «Пуск» короткого импульса (рис. 2.51, б) триггер Т переключается в положение 1, с его выхода Q поступает нулевой потенциал на вход транзистора VT3 и запирает его. В этот момент начинается заряд конденсатора С. После достижения напряжения на нем, равного напряжению порога срабатывания (wc = £7П), напряжение на выходе ОУ понижается, транзисторы VT1 и VT2 открываются, триггер Т переходит в состояние 0. При этом транзистор VT3 вновь открывается, через него разряжается конденсатор С.
Напряжение порога срабатывания Un определяется сопротивлением резисторов /?] и /?2 и должно быть меньше допустимой разности напряжений на входах ОУ (для современных ОУ оно составляет 5В). При величине напряжении питания Е\ = 10 В, /?] = Т?2- Длительность
Рис. 2.51. Одновибратор с операционным усилителем: а — принципиальная схема; б — временная диаграмма работы
б
При Ef^,SExTK=G,7RC
выходного импульса может быть определена как
Г,=RCln~=0,7RC, т.е.
"	5
7И не зависит от величины напряжения питания.
Величина зарядного сопротивления R в этой схеме в 1О2...1О3 раз больше, чем в схеме одновибратора, приведенного на рис. 2.50. Следовательно, для получения
58
Ш
Рис. 2.52. Помехоустойчивый формирователь импульсов заданной продолжительности: а — принципиальная схема; б, в — временные диаграммы работы
Вход
т
*ср
гж^?
t



импульса заданной продолжительности Ти можно использовать конденсатор значительно меньшей емкости.
Существенным недостатком одновибраторов является их низкая помехоустойчивость, вызванная наличием положительных обратных связей и, как следствие, лавинообразных процессов. С целью повышения помехоустойчивости стремятся использовать схемы формирователей импульсов без положительных обратных связей.
Помехоустойчивый таймер без обратной связи (рис. 2.52). Такой тамер используется для формирования импульсов заданной продолжительности. В исходном состоянии на вход схемы (рис. 2.52, а) подается сигнал 0, инвертор L1 закрыт, а транзистор VT3 открыт и конденсатор С разряжен. На инвертор L2 с компаратора СА поступает сигнал 1 (рис. 2.52, б), а с входа схемы по замкнутой перемычке 1—2 сигнал О и на выходе инвертора L2 появляется сигнал 1.
При поступлении на вход схемы сигнала 1 инвертор L1 открывается, транзистор VT3 закрывается, конденсатор С начинает заряжаться через резистор R. Одновременно сигнал 1 с входа схемы через перемычку 1—2 поступает на вход инвертора L2 и на его выходе появляется сигнал 0. После заряда конденсатора С до напряжения порога (7П компаратор СА срабатывает, открываются транзисторы VT1 и VT2 и на вход инвертора L2 поступает сигнал 0. На выходе инвертора L2 появляется сигнал 1 и заканчивается формирование выходного импульса Tw Длительность входного импульса для работы схемы должна быть больше длительности формируемого импульса Тп.
Реле времени можно получить, разомкнув перемычку 1—2 в схеме (см. рис. 2.52, а). Диаграмма работы реле времени приведена на рис. 2.52, в. Из нее видно, что с выхода компаратора СА на вход инвертора L2 поступает сигнал 1, на выходе инвертора L2 будет сигнал 0.
При поступлении на вход инвертора L1 сигнала 1 начинается заряд конденсатора С, напряжение на нем возрастает до порогового значения Un, при котором срабатывает компаратор СА и переключается выходной инвертор L2. Интервал времени от момента подачи входного импульса до переключения инвертора L2 является выдержкой времени срабатывания реле Тср = 0,7RC (при R\ = /?2)-
Универсальный времязадающий элемент. Такой элемент применяется в устройствах релейной защиты в качестве реле времени и устройствах телемеханики как времяим-пульсный формирователь (рис. 2.53), выполняется на основе микросхем. В качестве компаратора используется гибридная схема на транзисторах VT1, VT2, VT3. Для повышения чувствительности компаратора в качестве коллекторной нагрузки транзистора VT1 применено «токовое зеркало» на транзисторах VT4 и VT5. Транзистор VT5 является источником тока, величина которого выбирается равной сумме максимальных токов транзисторов VT1 и VT2 и лежит в пределах 3—6 мкА. Этот ток задается резистором R1. Напряжение цепи транзистор VT4 — резистор R1 задается падением напряжения на диоде VD. Разность напряжений транзистора VT4 в диодном включении и диода VD составляет
59
Рис. 2.53. Универсальный времязадаюший элемент
примерно 0,15 В и прикладывается к резистору R1. Чтобы получить на выходе «токового зеркала» ток 5 мкА, нужно иметь резистор R1 сопротивлением 30 кОм. При другом напряжении, например 5 или 10 В, потребовалось бы сопротивление в несколько мегаом, что трудно получить в интегральной микросхеме.
Рассмотренная схема работает как реле времени в соответствии с диаграммой (см. рис. 2.52, б). Если
установить внешнюю по отношению к микросхеме перемычку 1—2, то схема будет работать как времяимпульсный формирователь аналогично диаграмме (см. рис. 2.52, в). При этом по-
меха, поступающая на вход, передается через перемычку на выход без изменения длительности. Для предотвращения срабатывания выходных инверторов L3 и L4 под действием крат-
ковременных помех необходимо предпринимать меры защиты.
Если схема используется как реле времени (при отсутствии перемычки 1—2), то в режиме ожидания она имеет очень высокую помехоустойчивость. Длительность помехи, вызывающей ложное срабатывание схемы, должна превышать время заряда конденсатора до порогового напряжения £/п (см. рис. 2.52, б), образованного делителем на сопротивлениях Т?2 + и ^4- С йелью уменьшения общего числа транзисторов в схеме напряжение £/бэ транзистора VT1 не компенсировано и входит в контур сравнения, т.е. практически напряжение порога U'n = Un +U63, что вносит дополнительную погрешность при срабатывании.
Таймеры с использованием счетных схем позволяют получить выдержки времени, превышающие 100 с. Реле времени на основе заряда и перезаряда конденсатора не могут создать таких выдержек, так как это требует применения конденсаторов очень большой емкости. Поэтому, чтобы получить большие выдержки времени (до несколь
ких минут и более), применяют реле времени, в которых генератор тактовых импульсов ГИ работает совместно со счетчиком импульсов (рис. 2.54).
В качестве генератора тактовых импульсов может служить управляемый мультивибратор. В исходном состоянии схема пуска и сброса удерживает ГИ в заторможенном состоянии, а двоичный счетчик импульсов находится в нулевой позиции. При поступлении входного импульса схема пуска и сброса запускает ГИ. Двоичный счетчик получает импульсы ГИ и переключается из одного положения в другое, каждому из которых соответствует определенный сигнал на одном из выходов дешифратора. После отсчета счетчиком заданного числа импульсов ГИ останавливается импульсом, поступающим с соответствующего выхода дешифратора. Одновременно импульс поступает на выход реле. При постоянном периоде повторения импульсов время срабатывания Топределя-
Рис. 2.54. Таймер с использованием
счетных схем
ется длительностью импульса и числом отсчитанных импульсов Тср = NT.
С выходов такого реле можно получить несколько выходных импульсов с различными выдержками времени. Такие реле могут использоваться в качестве датчиков времени в устройствах телемеханики.
Микросхема на МОП-транзисторах, содержащая 21-разрядный счетчик, позволяет отсчитывать N= 221 = 2 -106 импульсов. Если выполнить управляемый мультивибратор ГИ с периодом Т — 1 с, то у такого реле время срабатывания 7^ — 2 -10° с = 550 ч.
60
В качестве ГИ можно использовать кварцевый генератор, размеры которого уменьшаются с увеличением частоты, поэтому целесообразно применять генераторы с частотой 105 * 106 Гц. Используя рассмотренную микросхему, содержащую 21-разрядный счетчик, можно получить реле времени с — 2 + 20 с.
Таймеры с использованием счетных схем выпускаются промышленностью в виде однокристальной микросхемы. Для изменения времени срабатывания они снабжаются многоразрядными шинами управления, на которые подаются кодовые комбинации. Каждой комбинации соответствует своя выдержка времени. Такие таймеры используются в микропроцессорных устройствах, которые задают программу работы таймера и изменяют кодовые комбинации.
2.10.	Модуляторы импульсных последовательностей
В преобразовательной технике широко применяют модуляторы: частотно-импульсные (ЧИМ); широтно-импульсные (ШИМ); фазоимпульсные (ФИМ). В них входные напряжения, являющиеся аналогами контролируемых величин, преобразуются в частоту, длительность или фазу импульсной периодической последовательности.
Широтно-импульсная и фазоимпульсная модуляции близки по физической природе и их в основном осуществляют с помощью одной и той же типовой схемы (рис.2.55, а). Модулирующее напряжение Ux(t) на входе нуль-индикатора НИ сравнивается с напряжением 6/пи(/) пилообразной формы, которое поступает на НИ с выхода 1 генератора пилообразных импульсов ГПИ. На заднем фронте пилообразного импульса с выхода 2 ГПИ на выходной триггер Т поступает импульс (рис. 2.55, 6), переключающий его в состояние I. В этот момент напряжение на выходе 1 ГПИ начинает возрастать по прямой Ц!И(0 до пересечения с кривой входного напряжения UJt) при напряжениях Ц, U^, U3. При этом срабатывает НИ, с которого на вход В триггера Т поступает импульс, переключающий его в состояние 0. Длительность импульса на выходе триггера Т пропорциональна величине напряжения в момент времени, когда С/ПИ(Г) = Ux(t), и равняется: при Щ — /ир при — ^и2> ПРИ ^3 — 4i3-
Фазоимпульсная последовательность импульсов поступает на ФИМ-выход с нуль-ин-дикатора НИ, если последний имеет импульсный выход. Детектирование ФИМ-последова-тельности может быть осуществлено после преобразования ее в ШИМ-последовательность.
ШИМ- и ФИМ-последовательность может быть получена с помощью схемы рис. 2.55, в. Времяимпульсный преобразователь ВИП запускается генератором импульсов ГИ,
который определяет интервал квантования Т модулирующего напряжения Ux(t). Выход ВИП является выходом ШИМ, а выход одновибратора S — выходом ФИМ.
Времяимпульсный преобразователь ВИП. Схема такого преобразователя (рис. 2.56) имеет генератор тока ГТ на основе «токового зеркала» на транзисторах VT1 и VT2, конденсатор С, разрядный транзистор VT3, нуль-индикатор НИ, триггер Т,
а
Рис. 2.55. Структурные схемы широтно- и фазоимпульсных модуляторов: а — схема модулятора с генератором пилообразных импульсов; б — временная диаграмма работы модулятора; в — схема модулятора с генератором тактовых импульсов
61
Рис. 2.56. Принципиальная схема время-импульсного преобразователя
формирователь коротких импульсов ФИ. При поступлении на вход пускового импульса триггер Т переключается в состояние I, открывается транзистор VT4 и закрывается транзистор VT3. Конденсатор С заряжается током I с генератора ГТ до порогового напряжения, при котором срабатывает нуль-индикатор НИ, возвращающий триггер Т в исходное состояние 0. С выхода триггера Т поступает запирающий потенциал на транзистор VT4, что в свою очередь приводит к открытию транзистора VT3 и разряду конденсатора С. Таким образом, схема возвращается в первоначальное состояние и готова к действию.
Частотно-импульсный модулятор на основе мультивибратора Роера. Такой преобразователь напряжения в частоту (рис. 2.57) используется в технике низких частот. Сердечник трансфор
матора Т выполняется из магнитного материала с прямоугольной петлей гистерезиса (рис. 2.57, а). Начала обмоток трансформатора обозначены точками.
Транзисторы VT1 и VT2 при подаче на вход напряжения Ux(t) попеременно открываются и закрываются как в мультивибраторе с емкостной связью. Пусть в начальный момент времени начинает открываться транзистор VTL Через него протекает ток в обмотке w2, сердечник трансформатора Т перемагничивается. При этом в обмотке wl наводится ЭДС, под действием которой протекает ток эмиттер-база транзистора VT1, и последний полностью открывается. В то же время ЭДС, наводимая в обмотке w3 запирает транзистор VT2. Процесс запирания Т2 и отпирания VT1 развивается лавинообразно и заканчивается полным открытием VT1 и закрытием VT2.
По мере перемагничивания сердечника ЭДС, удерживающая транзистор VT1 в открытом состоянии, будет уменьшаться и транзистор VTI начнет закрываться. Ток в обмотке w2 уменьшается, в обмотке w3 наводится ЭДС, отпирающая транзистор VT2. Теперь ток транзистора VT2 будет протекать через обмотку w4 (от конца к началу), перемагничивая сердечник трансформатора. Вновь развивается лавинообразный процесс, приводящий к закрытию транзистора VT1 и открытию транзистора VT2.
На выходной обмотке трансформатора при перемагничивании сердечника возникает временная последовательность импульсов, близкая по форме к прямоугольным (рис. 2.57, б). Частота колебаний имеет линейную зависимость от входного напряжения V^t), т.е. мультивибратор Роера является частотно-импульсным модулятором колебаний.
Рис. 2.57. Частотно-импульсный модулятор на основе мультивибратора Роера: а — принципиальная схема; б — временная диаграмма работы
Рассмотренная схема обеспечивает гальваническую развязку между входной и выходной цепями, что позволяет использовать ее в качестве датчика в высоковольтных цепях устройств автоматики.
Частотно-импульсный модулятор на интегральных схемах (ЧИМ). Такой модулятор широко применяется для преобразования напряже-
62
Рис. 2.58. Двухпороговый преобразователь напряжения в частоту: а — структурная схема; б — временная диаграмма работы
ния в частоту импульсов. Существуют различные способы выполнения ЧИМ на микросхемах, обеспечивающие высокое качество измерения.
Схема простейшего двухпорогового преобразователя напряжения в частоту приведена на рис. 2.58, а. Преобразователь содержит интегратор ИН, два пороговых устройства ПУ1 и ПУ2, выходной триггер Т и коммутирующий элемент на транзисторе VT. Интегратор выполнен в соответствии со схемой рис. 2.39, б. Если на вход интегратора подать постоянное напряжение Ux, то на выходе напряжение будет возрастать линейно:
С ых = —-\uxdt = —Uj.
вь,х R'Cl) RtC
(2-9)
Чем больше входное напряжение Ux, тем круче прямая и тем быстрее напряжение на выходе интегратора ИН достигнет порогового значения Сп), при котором на выходе порогового устройства ПУ1 появляется импульс, устанавливающий триггер Т в состояние 1 (рис. 2.58, б). Транзистор VT при этом закрывается. Так как в интеграторе ИН использован операционный усилитель с инверсным входом, то напряжение на выходе интегратора снижается. Скорость его изменения определяется напряжением Ux или током /]. В момент, когда напряжение на выходе ИН уменьшается до U^, при котором на выходе порогового устройства ПУ2 появится импульс, устанавливающий триггер Т в состояние 0. Транзистор VT открывается, конденсатор С заряжается в обратном направлении током 12. Крутизна изменения напряжения при этом должна быть намного больше, чем в рабочем полупериоде, т.е. /2 » 1\- Время снижения напряжения /pa3 значительно меньше минимального периода импульсов Ту, Т2 и т.д. на выходе триггера Т, при этом
частота импульсов пропорциональна входному напряжению Ux.
При возрастании Ux (участок А—Б) увеличивается частота импульсов на выходе трйггера, снижается их период, поэтому Т2 < Ту.
Схема однопорогового преобразователя напряжения в частоту приведена на рис. 2.59, а. Частотно-импульсный модулятор ЧИМ
Рис. 2.59.0днопороговый преобразователь напряжения в частоту: а — структурная схема; б — временная диаграмма работы
63
содержит интегратор ИН на операционном усилители, пороговое устройство ПУ, одновибратор S, формирующий опорный импульс Zon и коммутирующее устройство на транзисторе VT. При подаче на вход постоянного напряжения Ux протекает ток /] заряда конденсатора С. При достижении на входе интегратора напряжения Un (рис. 2.59, б) происходит срабатывание порогового устройства ПУ. Импульс с ПУ запускает одновибратор S, с выхода которого опорный импульс /оп поступает на коммутирующий транзистор VT. При этом транзистор VT открывается, конденсатор С разряжается через него током 12. Длительность импульса /оп выбирается такой, чтобы конденсатор С, заряженный током Ij до максимального напряжения, успевал полностью разрядиться. Выходной сигнал снимается с выхода одновибратора S. Частота импульсов на выходе fu пропорциональна входному напряжению Ux и зависит от емкости конденсатора С и порога срабатывания ПУ. Однако требуется иметь в схеме стабильный одновибратор для того, чтобы обеспечить Zon = const.
2.11.	Преобразователи непрерывной величины в код
В устройствах автоматики и телемеханики часто используются преобразователи непрерывной величины в код (кодоимпульсная модуляция КИМ). Исходная непрерывная величина (ток, напряжение, частота вращения и т.д.) первоначально преобразуются в аналог Ux(t) — напряжение, которое во времени изменяется по тому же закону, что контролируемая непрерывная величина. Затем электрический аналог преобразуется в код с помощью преобразователя «аналог-код» или «аналог-цифра» АЦП.
Широтно-импульсный АЦП (рис.2.60, а). С помощью широтно-импульсного модулятора ШИМ аналог контролируемой величины Ux(t) преобразуется в импульсы, ширина (длительность /], /2) которых пропорциональна аналогу Ux(t) (рис. 2.60, б). Эти импульсы с выхода ШИМ поступают на генератор импульсов ГИ, который запускается и вырабатывает импульсы со стабильной частотой /и в течение всей длительности импульса с выхода ШИМ. Число импульсов ГИ, которое уложится в каждом импульсе с ШИМ, будет пропорционально его длительности (t\, /2 и т.д.), а следовательно, контролируемой величине. Счетчик импульсов фиксирует их число в заданной системе счета (двоичной, двоично-десятичной, десятичной и т.п.). На диаграмме (рис. 2.60, б) видно: за время на счетчик прошло два импульса и на его выходе возникла комбинация 0010, соответствующая двоичной двойке; за время /2 — прошло пять импульсов и появилась комбинация 0101, соответствующая двоичной пятерке. Эти комбинации записываются в ячейках па-
Рис. 2.60. Преобразователь аналог-код с широтно-импульсным модулятором: а — структурная схема; б — временная диаграмма работы
64
r n
-Ш1 I 411 LL
ГИ
Вход — счетчика
6
ЧИМ
Кодовая комбинация
I I 11 11 IIIllllllllllllllllll
;p
Рис. 2.61. Преобразователь аналог-код с частотно-импульсным модулятором: а — структурная схема; б — временная диаграмма работы
мяти регистра, где хранятся до очередного отсчета. Сброс записанной в регистре информации происходит на заднем фронте импульса с инверсного выхода ШИМ через линию задержки ЛЗ на выход 1. С выхода 2 ЛЗ подается разрешение на запись в регистре новой кодовой комбинации, после чего с выхода 3 ЛЗ на счетчик поступает импульс сброса. Таким образом, к началу нового импульса, формируемого ШИМ, счетчик находится в нулевой позиции (на выходе комбинация 0000). Схема вновь готова к действию.
Частотно-импульсный АЦП (рис. 2.61, а). Аналог контролируемой величины Ux(f) с помощью частотно-импульсного модулятора ЧИМ преобразуется в импульсы, частота которых пропорциональна Ux(f). Эти импульсы через ключ К, в качестве которого используется логическая схема И, подаются на счетчик в течение времени /|, когда на вход 2 ключа К поступает калиброванный импульс с генератора импульсов ГИ длительностью Z]. Чем больше напряжение Ux(f), тем больше частота импульсов на выходе ЧИМ, тем большее их число поступит за время на счетчик.
С выхода счетчика кодовая комбинация поступает на преобразователь параллельного кода в последовательный для поочередной передачи элементов кода в линию связи. По окончании передачи, когда преобразователь устанавливается в положение 0, с его выхода через линию задержки ЛЗ (выход 7) подается на счетчик импульсов команда «сброс». После этого с выхода 2 ЛЗ на генератор ГИ поступает пусковой импульс. Процесс преобразования аналога Ux(f) в кодовую комбинацию повторяется.
2.12.	Устройства хранения и преобразования кодированной информации
Для хранения информации в виде многоразрядных двоичных чисел (двоичного кода) служит регистр. В отличие от постоянных запоминающих устройств долговременной памяти в регистрах осуществляется кратковременное запоминание (регистрация) информации на период одного или нескольких циклов работы всей системы.
Запоминающими элементами регистра, количество которых равно количеству разрядов двоичного числа, служат триггеры. Обычно регистры выполняют на основе RS-, D-, JK-триггеров. Для выполнения вспомогательных операций: ввода в регистр или вывода из него хранимого числа, преобразования кода двоичного числа, сдвига числа на определенное число разрядов влево или вправо применяют комбинированные схемы на основе логических элементов.
Регистр сдвига предназначен для хранения и поразрядного сдвига (вправо, влево) хранящихся в нем чисел путем подачи импульсов на шину сдвига ШС.
5-6086
65
Рис. 2.62. Регистры сдвига на D-триггерах: а — четырехразрядный; б — трехразрядный реверсивный
На рис. 2.62, а приведен регистр сдвига, выполненный на D-триггерах. Количество триггеров в регистре соответствует числу разрядов. Каждый триггер служит для хранения кода одного разряда запоминаемого двоичного числа. В рассматриваемом случае регистр предназначен для хранения четырехразрядного двоичного числа. Выход Q каждого предыдущего триггера объединяют с входом D последующего. Информация в виде последовательного кода поступает на выход D
первого триггера, начиная с низ-
шего разряда кода. Синхронизирующие входы С триггеров, подключенные к шине сдви
га ШС, используются для перемещения записанного числового кода вправо. Предста-
вим, что в регистр сдвига необходимо записать число 1011. На вход триггера Т1 поступает сигнал 1, соответствующий единице низшего разряда. В триггере Т1 записывается 1. На вход С триггеров поступает тактовый импульс с шины сдвига, который перемещает 1 в триггер Т2. В триггер Т1 на вход D поступает сигнал 1 второго разряда числа и записывается в нем. После очередного тактового импульса на шине сдвига единицы переходят с триггера Т2 в триггер ТЗ, а с триггера Т1 в триггер Т2. На вход D триггера Т1 поступает и записывается в нем сигнал 0. Следующий тактовый импульс перемещает единицы из триггеров Т2 и ТЗ в триггеры ТЗ и Т4, а нуль — в триггер Т2. На вход триггера Т1 поступает единица четвертого разряда. Таким образом, число полностью вводится в регистр после тактового импульса, на выходах Qt, Q2, Qy, Од появляется сигнал 1011 и при каждом тактовом импульсе двоичная комбинация, включая сигнал
на входе регистра, перемещается вправо.
Если переключить связи между разрядами так, чтобы выход Q каждого высшего разряда связать со входом D-триггера ближайшего низшего разряда, то при поступлении тактового импульса число будет перемещаться влево.
Направление сдвига можно менять сигналами, подаваемыми на шины прямого сдвига ПС и обратного сдвига ОС, которые подключаются с помощью логических схем И-НЕ к триггерам (рис. 2.62, б). Выход Q каждого триггера (кроме первого) связан с логической схемой И на входе предыдущего для обеспечения обратного сдвига кодовой комбинации при подаче тактовых импульсов на шину ОС. Таким образом, представленный на рис. 2.62, б регистр сдвига является реверсивным трехразрядным. Информация, записанная в регистре в виде двоичного числа, выводится из него через выходы , Q2, Qy триггеров.
Регистры сдвига используются для выполнения математических и логических операций над числовыми кодовыми комбинациями.
Преобразователь последовательного кода в параллельный и обратно с регистром сдвига (рис. 2.63) выполнен на трех D-триггерах. Количество триггеров соответствует числу разрядов регистра. Кроме триггеров в схему преобразователя входят элементы ввода и вывода информации на логических схемах И и И-НЕ.
Предварительно триггеры устанавливаются в нулевое состояние. Число, которое необходимо ввести в регистр преобразователя, подается в параллельном коде на входы %|, х2, логических элементов LI, L3, L5. После этого на шину ввода параллельного кода С2 поступает сигнал 1, кодовая комбинация записывается в триггерах Т. Подавая затем на шину сдвига С1 тактовые импульсы, можно с выхода Q тригггера последнего разряда последовательно вывести кодовую комбинацию из регистра.
66
Преобразование последовательного кода, элементы которого поступают на вход D первого триггера, осуществляется после ввода кодовой комбинации в регистр путем сдвига ее элементов тактовыми импульсами, поступающими на шину сдвига С1. Вывод информации в виде параллельного кода осуществляется через выходы У|, у2, уз логических схем L7, L8, L9 при подаче сигнала 1 на шину вывода параллельного кода СЗ.
Преобразователи кодов с распределителями им
Рис. 2.63. Преобразователь последовательного кода в параллельный и обратно
пульсов используются двух
видов: мультиплексор — преобразователь параллельного кода в последовательный; демультиплексор — преобразователь последовательного кода в параллельный.
Мультиплексор (рис. 2.64, о) содержит распределитель импульсов (регистр сдвига единицы RG1 -+), логические элементы И (LI — L7V) и выходной элемент ИЛИ (L). Входы 1 элементов LI — LN подключены к выходам распределителя, а на входы 2 подаются сигналы параллельного кода. Распределитель RG1 —> переключается импульсами G генератора тактовых импульсов и поочередно подает сигнал 1 на логические элементы L1 — UV. Если на вход 2 в этот момент поступает 1 параллельного кода, то на выходе элемента появляется сигнал 1, который через элемент ИЛИ (L) проходит на
выход последовательного кода.
Предположим, что на входы jq, х2, х3> хп поступила кодовая комбинация 1101 (рис. 2.64, б). В момент нахождения распределителя RG1 -> в позиции 1 на входы логического элемента L1 поступают сигналы 1 и на выходе логического элемента L также будет сигнал 1. При переключении распределителя в позицию 2 на входах логического элемента L2 также совпадают сигналы 1 и на выход логического элемента L проходит сигнал 1. В позиции 3 распределителя на вход 1 логического элемента L3 поступает сигнал 1, а на вход 2—0, поэтому на выходе логического элемента L будет 0. В позиции п распределителя
Рис. 2.64. Мультиплексор: а — функциональная схема; б — временная диаграмма работы
Х1Х2Х}-- х№ от ГТИ
Входы параллельного кода
67
1 &
RG
RGt* 1
1
§
Г -2L1
Р
1
&
2
2
----х2
в Л 5
2L2
Синхронные тактовые импульсы
1
&
3
& а В
3
2L3
1 &
со
п
п
2
LN
Вход последовательного кода
Рис. 2.65. Функциональная схема демультиплексора
на входах 1 и 2 логического элемента LN совпадают сигналы 1 и на выходе будет сигнал 1. В результате на выходе мультиплексора будет комбинация 1101 последовательного кода. Для создания разделительных пауз между элементами последовательного кода необходимо в выходной элемент ИЛИ ввести дополнительный вход Б, который образует с другими входами схему И. На этот вход сигнал 1 подается от ГТИ только во время импульса, а во время паузы — сигнал 0, схема логического элемента L в течение времени, соответствующего паузе, будет закрыта.
Демультиплексор (рис. 2.65) содержит распределитель импульсов RG1 логические элементы И (LI — L7V) и регистр RG, имеющий на каждый элемент кода ячейку памяти. Пусть на вход последовательного кода поступает кодовая комбинация 1101. Первый сигнал 1 проходит на входы 2 элементов LI—L7V, распределитель RG1 -> находится в позиции 1, на его выходе 1 будет сигнал 1, следовательно, на выходе элемента L1 будет сигнал 1. Этот сигнал записывается в устройстве памяти RG. Второй сигнал 1 поступает на вход последовательного кода при переключении распределителя RG1 -> во вторую позицию и аналогично первому записывается во второй ячейке памяти регистра RG. В позиции 3 RG I —> на вход последовательного кода и в запоминающее устройство поступает сигнал 0, а в позиции п RG1 -> — сигнал 1.
В данной схеме распределитель импульсов должен переключаться одновременно с поступающей кодовой комбинацией, т.е. в течение первого сигнала кодовой серии он должен находиться в позиции 1, в течение второго — в позиции 2 и т.д. Для выполнения этого требования демультиплексор дополняется специальными схемами синхронизации.
Преобразование последовательного кода в параллельный и обратно с помощью распределителей импульсов находит широкое применение в устройствах телемеханики.
2.13.	Устройства ввода и вывода информации
В электронных системах автоматики и телемеханики для ввода первичной и вывода переработанной информации применяются специальные устройства. С их помощью осуществляется согласование и гальваническая развязка (изоляция) высоковольтных и сильноточных цепей управления оборудованием, линий связи и слаботочных цепей электронных схем. Важнейшей функцией устройств ввода и вывода информации является также предотвращение проникновения внешних помех в электронные схемы. Такие помехи, возникающие при переключении коммутационных аппаратов, носят импульсный характер. Они могут проникать через входные и выходные устройства в электронные схемы, вызывая сбои в работе и даже повреждения отдельных элементов.
Как во входных, так и в выходных узлах передачи информации в 1 бит часто используют слаботочные электромеханические реле, обеспечивающие идеальную гальваническую развязку цепей. Магнитные и емкостные связи между входом и выходом реле (между катушкой и контактами) практически отсутствуют, что исключает возможность проникновения помех. Однако электромеханические реле громоздки, малонадежны, обладают недостаточным быстродействием. Во входных цепях наиболее целесообразно применять безъякорные реле с герметизированными контактами (герконы). Для выходных цепей применяются более мощные реле с допустимыми токами через контакты 5-10А.
Оптроны — оптоэлектронные полупроводниковые приборы, которые широко используются в устройствах автоматики и телемеханики для гальванической развязки. Оптроны содержат источник и приемник светового излучения, которые оптически и
68
конструктивно связаны между собой. В качестве источников света часто используют светодиоды, а в качестве фотоприемников: фоторезисторы (рис. 2.66, а), фотодиоды (рис. 2.66, б), фототранзисторы (рис. 2.66, в) и
Рис. 2.66. Оптроны с фотоприемниками на основе: а — фоторезисторов; б — фотодиодов; в — фототранзисторов; г — фототиристоров
фототиристоры (рис. 2.66, г). Сигналы, получаемые с выхода таких фотоприемников, достаточно слабы и не могут быть использованы для непосредственного управления, например, логическими элементами, поэтому на их выходе необходимо применять до
полнительные усилители.
Схема оптрона с усилителем представлена на рис. 2.67. При отпирании транзистора VT1 в цепи светодиода протекает ток. Светодиод освещает фотодиод, обратное сопротивление которого резко снижается, в результате чего переход база-эмиттер транзистора VT2 оказывается шунтированным и он закрывается. При этом дешунтируется переход база-эмиттер транзистора VT3, который в свою очередь открывается. Потенциал на выходе меняется с +24В на —24В.
Выходные тиристорные элементы применяются в схемах управления высоковольтными выключателями. Для гальванической развязки в них используется тиристорный оптрон VU (рис.2.68, а) или герконовое реле К (рис.2.68, б). Эти тиристорные элементы обладают низкой помехоустойчивостью и могут ложно срабатывать от помех. Для повышения помехоустойчивости на выходе тиристора включается LC-контур, который, с одной стороны, препятствует проникновению внешних помех на тиристор, с другой — запирает ложно открывшийся тиристор на обратной полуволне колебательного процесса LC-контура. Если помеха достаточно продолжительна, тиристор вновь откроется и снова закроется. Такой процесс может продолжаться 5—10 мс. Если помеха или сигнал
превышают это время, то тиристор сможет включиться окончательно. Практически в
цепях управления высоковольтными выключателями помех такой длительности не бы
вает, ложные включения тиристоров маловероятны. Длительность же управляющего импульса тиристора должна быть больше длительности переходного процесса. Дополнительная емкость конденсатора Сд является малым сопротивлением, шунтирующим тиристор и защищающим его от помех. При отпирании тиристора конденсатор Сд разряжается через него.
Стабилитрон VD3 ограничивает напряжение на тиристорном оптроне (рис. 2.68. а) и контакте К геркона (рис. 2.68, б), конденсаторы Cl, С2, СЗ защищают тиристоры VD4 и цепи оптрона VU от кратковременных помех.
Выходные устройства отображения информации служат для выведения полученной информации о состоянии контролируемых объектов («Включено», «Отключено»), исправной работе устройств или возникновении отдельных нарушений.
В устройствах телемеханики «Лиена» используются магнитотиратронные сигнальные ячейки двух типов: для однопозиционных и двухпозиционных сигналов.
В однопозиционных сигнальных ячейках сердечник магнитного элемента Т выполнен из пермаллоя с прямоугольной петлей гистерезиса. На сердечнике расположены четыре обмотки: записи w3, считывания wc4, сброса wc6 и выходная wB (рис. 2.69, а). К выходной обмотке подключен сигнальный тиратрон VL через схему формирования управляющего импульса. В начале цикла приема телесигнализации в
Выход
-24В
Рис. 2.67. Принципиальная схема оптрона с усилителем
+24В
69
Рис. 2.68. Выходные тиристорные элементы на основе: а — тиристорного оптрона; б — герконового реле
обмотку сброса wc6 поступает импульс, перемагничивающий сердечник в состояние О (рис. 2.69, б). При наличии соответствующего однопозиционного сообщения (например, аварийное состояние, неисправность, срабатывание защиты и т.д.) устройство телесигнализации выдает импульс в обмотку записи w3, в результате чего сердечник перемагничивается в состояние 1. В конце цикла приема информации после проверки правильности приема осуществляется считывание информации. Считывающий импульс поступает в обмотку wC4, при этом сердечник трансформатора Т перемагничивается в состояние 0, а на его выходной обмотке wB появляется импульс. Этот импульс через интегрирующую цепочку R1-C1 и конденсатор С2 поступает на управляющий электрод (сетку) тиратрона. При этом тиратрон VL зажигается. Цепочка R1-C1 повышает помехоустойчивость и вместе с конденсатором С2 формирует на сетке тиратрона импульс Uc (рис. 2.69, б) необходимой формы. Диод VD2 создает шунтирующую цепочку для импульсов обратной полярности, которые могут возникать в выходной обмотке wB при записи информации. Горение тиратрона в течение цикла телесигнализации поддерживается напряжением питания 110 В, которое отключается в конце каждого цикла, что приводит к гашению тиратрона.
В двухпозиционных сигнальных ячейках применяют трансформаторы Т1 и Т2 (рис. 2.70) для записи информации. На одном трансформаторе Т1 записывается 1 при включенном, на другом трансформаторе Т2 — при отключенном объекте. Модуль содержит квитирующий ключ SA, через контакт 1 которого при считывании информации с сердечника трансформатора Т1 импульс с обмотки выхода wB поступает на управляющий электрод тиратрона VL только при отключенном состоянии объекта (ключ включен — объект отключен). Через контакт 2 ключа SA (ключ отключен) импульс поступает на тиратрон с обмотки wB трансформатора Т2, на сердечнике которого записывается 1 при включенном объекте.
Рис. 2.69. Однопозиционная сигнальная ячейка:
а — принципиальная схема; б — временная диаграмма
работы
70
Рис. 2.70. Схема двухпозиционной сигаальной ячейки
Схема работает следующим образом. В начале цикла телесигнализации импульс, поступающий в обмотки сброса wc6, устанавливает трансформатор Т1 в состояние О, Т2 — в состояние 1. При приеме сообщения «Включено» импульс в обмотки записи w3 трансформаторов не поступает и состояние трансформаторов сохраняется. При считывании информации импульс возникает в обмотке wB трансформатора Т2, но так как контакт 2 ключа SA разомкнут, то он не поступит на управляющую сетку тиратрона VL, который не загорится. Схема выполнена таким образом, что импульс с обмотки wB поступает через замкнутый контакт ключа SA на сетку тиратрона только при положении головки ключа, не соответствующем положению объекта. Обычно положение ключей на мнемонической схеме щита теле-сигнализации соответствует состоянию объектов, тиратроны сигнальных ячеек при этом не горят. При отключении объекта, если его ключ остается во включенном состоянии, тиратрон загорается. Тоже происходит при включении объекта, если ключ отключен. При необходимости диспетчер квитирует ключ, то есть переводит его в положение соответствия объекту. После этого тиратрон в конце цикла гасится и на следующем цикле не горит.
а
б
Цикл 2
Цикл 1
Цикл 3
ТЦЯ) T)(&)
T2(Q
Tl
TI(Q)

Рис. 2.71. Сигнальная ячейка на D-триггерах:
а — схема двухпозиционной ячейки; 6— временная диаграмма работы; в — схема сигнального блока однопозиционной
ячейки
Т2Щ) T2(C)
VT2 I
VT1 I
'/SSS.'S//


s rr О
X X св CQ 3 ё
5

8
О
s с
x X §
8
s
о



s ж
8 <& о
s
s
8
71
В схемах (рис. 2.69, 2.70) конденсатор С2 обеспечивает гальваническую развязку цепей, а делитель напряжения R2—R3 создает необходимое небольшое смещение напряжения управляющего электрода, а резистор R4 ограничивает ток тиратрона.
В устройствах телемеханики МСТ-95 сигнальные ячейки выполняются на двух D-триггерах (рис. 2.71, а). Первый триггер Т1 принимает текущую информацию, второй триггер Т2 — хранит данные, принятые в предыдущей серии. Перезапись информации из триггера Т1 в триггер Т2 осуществляется по сигналу «Считывание» (рис. 2.71, б). Сигнал «Сброс» _приводит к переключению триггера Т1 в состояние 0 (на выходе Q — 0, на выходе Q — 1). Сигнал на вход ячейки поступает только при отключенном состоянии объекта. Через оптрон U сигнал «Запись» проходит на вход 5 триггера Т1, который переключается в состояние 1 (на выходе Q — 1, на выходе (2—0). Сигнал 0 с выхода Q триггера Т1 поступает на вход D, запрещая его переключение при сигнале «Считывание», поступающем на вход С триггера Т2.
С выходов Q и Q сигналы поступают на базы транзисторов VT1 и VT2. При подключении контакта ключа к открытому транзистору светодиод HL начинает светиться. При повороте головки ключа его контакт подключается к коллектору закрытого транзистора, светодиод при этом гаснет. Соответствие положения ключа и состояния объекта восстанавливается.
При отсутствии сигнала «Запись» на входе триггер Т1 остается в состоянии 0 (цикл 2), разрешая переключение триггера Т2 в состояние 1. На выходах Q и Q триггера Т2 сигналы меняются, транзисторы VT1 и VT2 при этом переключаются. В зависимости от состояния ключа SA сигнальный светодиод переключается (горит при несоответствии положения ключа состоянию объекта, гаснет при соответствии).
В цикле 3 на входе вновь появляется сигнал в момент «Запись», что приводит к переключению триггера Т2 и транзисторов VT1 и VT2.
В однопозиционных сигнальных блоках (рис. 2.71, в) сигнальный ключ отсутствует, и светодиод HL подключается только к одному транзистору VT2. При отсутствии входного импульса транзистор VT2 остается закрытым и светодиод HL не горит. При возникновении режима работы, о котором должен сигнализировать светодиод, на вход оптрона U поступает импульс, что при считывании информации приводит к отпиранию транзистора VT2 и зажиганию светодиода HL.
Глава 3 АВТОМАТИКА ПИТАЮЩИХ ЛИНИЙ И ФИДЕРОВ НЕТЯГОВЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
3.1.	Устройства автоматического повторного включения
Назначение устройств и основные требования. Значительная часть коротких замыканий на воздушных линиях (ВЛ) электропередачи, вызванных схлестыванием проводов, перекрытием изоляции, срабатыванием разрядников и другими причинами, самоустраняется после снятия напряжения с линии. При этом электрическая дуга, возникшая в месте повреждения, гаснет, не успевая вызвать существенных разрушений. Такие самоустраняющиеся повреждения называются неустойчивыми и составляют 50—90 % от общего количества повреждений.
Реже на ВЛ возникают устойчивые повреждения (обрыв проводов или гирлянд изоляторов, падение или поломка опор и т.д.), которые не могут самоустраниться после отключения напряжения, поэтому их называют устойчивыми. При повторном включении линии, на которой произошло устойчивое повреждение, возникает короткое замыкание (КЗ), и она вновь отключается защитой.
При неустойчивом повреждении линия может быть введена в работу сразу после отключения. Для уменьшения времени перерыва электроснабжения потребителей и ускорения включения линии широко используются специальные устройства автоматического повторного включения (АПВ), время действия которого не превышает нескольких секунд. АПВ восстанавливает нормальную схему сети также и в тех случаях, когда отключение происходит вследствие ошибок персонала или ложного действия релейной защиты.
Как показывает опыт эксплуатации, успешность действия АПВ на ВЛ достигает 60—80 %.
Наиболее эффективно применение АПВ на линиях с односторонним питанием, так как в этих случаях каждое успешное действие АПВ восстанавливает питание потребителей и предотвращает аварию.
В ряде случаев АПВ используется на кабельных и смешанных кабельно-воздушных линиях 6—10 кВ. Несмотря на то, что повреждения кабелей бывают, как правило, устойчивыми, успешность АПВ составляет 40—60 %. Это объясняется тем, что АПВ восстанавливает питание потребителей при отключении линий вследствие перегрузок, неселективных или ложных действиях релейной защиты, а также при неустойчивых повреждениях на шинах подстанций.
В эксплуатации получили применение следующие виды устройств АПВ: трехфазные (ТАПВ), осуществляющие включение трех фаз выключателя после их отключения релейной защитой; однофазные (ОАПВ), осуществляющие включение одной фазы выключателя, отключившейся при однофазном КЗ; комбинированные, осуществляющие включение трех фаз выключателя (при междуфазных повреждениях) или одной фазы (при однофазных КЗ).
По числу циклов (кратности действия) различают АПВ однократного и многократного действия, однако эффективность второго и последующих повторных включений очень низка.
73
По способу воздействия на привод высоковольтного выключателя устройства АПВ делятся на: электрические, выполненные с помощью релейных схем; механические, встроенные в грузовые или пружинные приводы.
Хотя устройства АПВ могут значительно отличаться друг от друга, все они должны удовлетворять следующим требованиям: приходить в действие при аварийном отключении выключателя и не срабатывать при его оперативном отключении; выполнять необходимое число повторных включений (действовать с заданной кратностью) с соответствующими выдержками времени; исключать возможность многократных включений выключателя на устойчивое короткое замыкание (не более заданной кратности); время действия АПВ должно быть минимальным для обеспечения быстрой подачи напряжения потребителям и восстановления нормального режима работы; после успешного повторного включения выключателя линии в работу устройство АПВ должно автоматически возвращаться в положение готовности к новому действию.
Для обеспечения правильной работы АПВ выдержка времени на повторное включение выключателя и время автоматического возврата устройства АПВ в исходное положение выбирают по определенным условиям.
Повторное включение отключившегося выключателя линии становится возможным после перехода привода в положение готовности для включения, т.е.
^1АПВ - (загр	(3-1)
где /гп — время готовности привода, которое может изменяться в пределах 0,2—1с для приводов разных типов; — время запаса, учитывающее непостоянство /гп и погрешность действия АПВ, равное 0,3—0,5 с.
АПВ будет успешным, если в месте повреждения линии после снятия с нее напряжения восстановятся изоляционные свойства воздуха, т.е. закончится процесс деионизации. Следовательно, выдержка времени АПВ на повторное включение должна быть больше времени деионизации воздуха
^1АПВ - (ц + *зап»	(3-2)
где /д — время деионизации, составляющее 0,1—0,3 с; — время запаса, принимаемое 0,3-0,5 с.
Выдержка времени АПВ принимается равной большему значению /]АПВ.
Время автоматического возврата устройства АПВ в положение готовности к новому действию для линий с односторонним питанием определяется условием
^2 АП В - (защ + (откл + ^зап’	(3-3)
где (здщ — наибольшая выдержка времени защиты; /откл — время отключения выключателя.
В рассматриваемых далее схемах АПВ с использованием комплексных устройств типа РПВ-58 время возврата устройств АПВ в положение готовности ^лПВ составляет 15—20 с, что определяется временем заряда конденсатора. Как правило, это удовлетворяет условию (3.3).
Для выполнения требования к устройствам АПВ приходить в действие при аварийном отключении выключателя и не срабатывать при оперативном отключении в цепях управления и автоматики используются универсальные переключатели и специальные ключи управления или релейные схемы, фиксирующие команды оперативного включения и отключения выключателей.
Переключатели и ключи управления. Они применяются для управления коммутационными аппаратами и переключения различных цепей. При подаче команды переключатель переводится из одного положения в другое поворотом рукоятки на некоторый угол. Отдельные типы переключателей выполняются таким образом, что-
74
Операция	Положение рукояти ключа	Состояние контактов							
		1-2	3-4	5-6	7-8	9-10	11-12	13-14	15-16
Включить	Л-	+	+	-	-	+	4-	-	-
Включено		+	+	-		—	—	—	-
Отключить		—	—	4-	—	—	—	4-	4-
Отключено	1k	-	-	4-	4-	-	-	-	-
+ контакты замкнуты — контакты разомкнуты
Рис. 3.1. Переключатель управления коммутационными аппаратами: а — конструкция; б — таблица работы; в — условное графическое изображение
бы операции могли производиться в два приема для предотвращения ошибок при операциях переключения. Широкое распространение получили переключатели серий ПМО (переключатель малогабаритный общепромышленного назначения) и УП (универсальный переключатель).
Переключатели УП (рис. 3.1, а) и ПМО состоят из набора пакетов (секций), насаженных на общий вал. Каждая секция состоит из изолирующей перегородки, неподвижного и двух подвижных контактов, кулачковых шайб, с помощью которых при повороте рукоятки производится замыкание или размыкание контактов. Переключатель УП имеет четыре положения, соответствующие операциям «Включить», «Включено», «Отключить», «Отключено». Операция «Включить» выполняется поворотом рукоятки на 45° вправо, а «Отключить» — на 45° влево. В обоих случаях после выполнения операции и отпускания рукоятки переключатель устанавливается в исходное положение под действием возвратной пружины.
Переключатель имеет оперативные и сигнальные контакты. Оперативные контакты 13—14 и 15—16 замыкаются кратковременно при повороте рукоятки на отключение, а контакты 9—10 и 11—12 — на включение. На рис. 3.1, б приведена таблица замыкания и размыкания контактов при разных операциях. Графическое условное изображение универсального переключателя УП показано на рис. 3.1, в. Положения переключателя обозначены следующим образом: О1 — отключить, 02 — отключено, В1 — включить, В2 — включено; замкнутое состояние контактов обозначено точкой на пунктирной линии.
Из рис. 3.1, б и 3.1, в видно, что оперативные контакты замкнуты только при повернутой рукоятке и размыкаются после возврата ее в исходное состояние, сигнальные контакты после возврата рукоятки в исходное состояние остаются замкнутыми или разомкнутыми.
Контакты 1—2 и 3—4 фиксируют включенное состояние, замыкаются при включении и остаются замкнутыми, пока ключ управления находится во включенном состоянии. Контакты 5—6 фиксируют отключенное состояние ключа, а контакты 7—8 размыкаются только на время включения и отключения, т.е. рукоятка ключа повернута.
Фиксация команд включения и отключения (рис. 3.2). Эта фиксация осуществляется с помощью релейной схемы при кнопочном управлении выключателями. При нажатии кнопки включения замыкается ее контакт SBC и получает питание реле включения
75
Цепи реле включения и отключения
Реле фиксации командных импульсов
Цепи включения и отключения
Рис. 3.2. Релейная схема фиксации команд управления
КСС, которое замыкает цепь обмотки включения реле фиксации KQQ. В качестве реле фиксации используются двухпозиционные реле типов РП8 и РП11, имеющие два электромагнита, между которыми расположен якорь, связанный с контактной системой. При протекании тока по обмотке включения реле якорь переходит во включенное положение, вспомогательные контакты KQQ размыкают цепь обмотки включения, замыкают цепь обмотки отключения, подготавливая реле фиксации к отключению. Обмотки электромагнитов реле
не рассчитаны на длительное прохождение тока и поэтому включаются вспомогательными контактами только на время, необ-
ходимое для действия реле. Реле включения КСС замыкает при этом также цепь включе-
ния выключателя.
При нажатии кнопки отключения SBT получает питание реле отключения КСТ, которое замыкает цепь отключения выключателя и одновременно подает ток в обмотку отключения реле фиксации KQQ, которое возвращается в исходное состояние, при этом цепь обмотки отключения размыкается вспомогательным контактом.
Таким образом, при включенном выключателе положение реле фиксации всегда соответствует положению выключателя. При отключенном же выключателе такое соответствие имеет место только при оперативном отключении выключателя кнопкой SBT. При отключении выключателя под действием релейной защиты реле фиксации остается в положении «Включено», благодаря чему возникает несоответствие между положениями выключателя и реле фиксации, используемое для пуска АПВ. После успешного повторного включения выключателя восстанавливается соответствие положений выключателя и реле фиксации.
Схема АПВ фидера потребителей 6 и 10 кВ (рис. 3.3). Схема состоит из цепей управления (1— 2)—(7— 6), защиты (Р— 6)—(21—10), автоматики (23—12)—(39—26), сигнализации (41—28)—(45— 34).
Оперативное включение выключателя осуществляется поворотом ключа управления SA и замыкания его контактами 9—10 цепи (3—2) или замыканием цепи (5—2) контактами реле включения по телеуправлению КСС при включенном ключе телеуправления SA1. При этом получает питание катушка контактора включения масляного выключателя КМ. Контактор замыкает своими контактами цепь катушки включения выключателя YAC. Включившись, выключатель своим контактом Q размыкает цепь 1—2 (5—2) и замыкает цепь 1—6. Контактор КМ и повторительное реле отключенного положения выключателя KQT теряют питание, а повторительное реле включенного положения выключателя KQC получает питание по цепи 1—6. Реле KQT размыкает своими контактами цепь 43—32 зеленой лампы HLG, которая гаснет; реле KQC замыкает цепь 35—26 реле фиксации автоматического отключения выключателя KQQ. Реле KQQ возбуждается и замыкает свои контакты в цепях: 23—14 (начинается заряд конденсатора С через резистор R2), 37—26 (реле KQQ становится на самоподпитку, так как контакты 1—2 ключа SA замкнуты, фиксируя его включенное положение), 30—32 (готовится цепь подключения лампы HLG к шине мигания (+)ЕР), 45—34 (готовится цепь питания шины аварийной сигнализации ЕНА от шины +ЕС). Контакт KQQ в цепи 43—32 размыкается, благодаря чему при автоматическом отключении выключателя лампа HLG отключена от шины +110 В и получает пульсирующее напряжение от шины (+)ЕР.
76
Рис. 3.3. Схема АПВ фидера потребителей 6 и 10 кВ: а — схема питающей линии; б — схема вторичной коммутации линии
Автоматическое отключение выключателя линии при КЗ и перегрузках осуществляют токовая отсечка (ТО) и максимальная токовая защита (МТЗ). Реле токовой отсечки KAI, КА2 и реле максимальной токовой защиты КАЗ, КА4 (рис. 3.3) подключены ко вторичным обмоткам трансформаторов тока ТАа и ТАС. При коротком замыкании на линии реле токовой отсечки КА1 и КА2 замыкают цепи 15—8 или 17— промежуточного реле отсечки KL, которое в свою очередь замыкает цепь 13—6 катушки отключения выключателя YAT через обмотку указательного реле отсечки КН2. В результате выключатель Q линии отключается.
Токовые реле МТЗ КАЗ и КА4 срабатывают при перегрузке линии или удаленном коротком замыкании (в мертвой зоне ТО). Они замыкают цепи 19—10 или 21—10 реле времени МТЗ КТ, которое с выдержкой времени замыкает цепь 9—6 катушки отключения через обмотку указательного реле МТЗ КН1, в результате чего выключатель Q отключается.
Автоматическое повторное включение выключателя осуществляет устройство РПВ-58. При отключении выключателя релейной защитой замыкается в цепи 1—2 контакт Q, повторительное реле KQT получает питание, его контакт замыкает цепь 25—14 реле времени КТ1 устройства РПВ-58. Контакт реле фиксации KQQ в этой цепи остается замкнутым
77
после отключения выключателя релейной защитой, т.к. ключ SA включен, его контакты 1—2 в цепи 37—26 катушки KQQ замкнуты. Через эти же контакты по цепи 37—24 получает питание счетчик аварийных отключений выключателя PC при замыкании контактов повторительного реле KQC после размыкания цепи 1—6 контактом Q и прекращения питания обмотки KQC. Реле времени КТ1 с замедлением замыкает свой контакт в цепи 29—18, конденсатор С разряжается через контакт КТ1 на шунтовую обмотку двухобмоточного реле KL1 по цепи: С—КТ1—KL1—С. Контакт реле KL1 замыкает цепь 23—2 (25—KL1—KL1—КНЗ—SX—KBS—Q—КМ—2) контактора КМ включения выключателя, который в свою очередь замыкает цепь катушки включения выключателя YAC, выключатель включается.
После включения выключателя цепи 23—2 и 1—2 размыкаются контактом выключателя Q, катушки реле KL1 и KQT в этих цепях обесточиваются и размыкают своими контактами цепи 23—2 и 25—14. Реле времени КТ1 теряет питание и размыкает свой контакт в цепи 29—18, после чего начинается заряд конденсатора С, подготовка устройства РПВ-58 к новому повторному включению. Время заряда конденсатора С составляет 15—20 с. Если в течение этого времени выключатель вновь отключится, то повторного включения его не произойдет, т.к. импульс разряда конденсатора на обмотку KL1 будет недостаточно мощным для включения реле KL1. Таким образом обеспечивается однократность АПВ.
Ускорение действия МТЗ после оперативного или автоматического включения выключателя на КЗ обеспечивается замыканием цепи 11—6 контактом КТ без выдержки времени. Контакт реле ускорения защиты KL2 в этой цепи замыкается при отключении выключателя (замыкается цепь 33—22 обмотки KL2 контактом KQC) и остается замкнутым в течение некоторого времени после его включения.
Оперативное отключение выключателя осуществляется поворотом ключа SA и замыкания его контактами 13—14 цепи 7—6 катушки отключения YAT или замыканием контакта реле отключения по телеуправлению КСТ в цепи 5—6. При этом получает питание катушка отключения YAT и выключатель отключается. Одновременно размыкается цепь 37—26 контактами 7—2 ключа SA или контактом реле отключения по телеуправлению КСТ (контакты SA1 при этом разомкнуты), реле фиксации KQQ теряет питание и размыкает свои контакты в цепи 25—14 запуска АПВ, поэтому автоматического повторного включения не происходит. Реле KQQ замыкает свои контакты в цепи 43—32 и лампа HLG при отключенном выключателе (контакт KQT замкнут) горит ровным светом, сигнализируя об отключенном состоянии выключателя.
Сигнализация автоматического отключения выключателя релейной защитой осуществляется миганием зеленой лампы HLG при замыкании цепи 30—32 контактом повторительного реле KQT. При этом контакт реле KQQ в этой цепи остается замкнутым, а в цепи 43—32 — разомкнутым, так как реле KQQ по цепи 37—26 получает питание.
Блокировка многократного включения выключателя на устойчивое КЗ в случае залипания в замкнутом состоянии контактов реле KL1 в цепи 23—2 обеспечивается включением в схему управления специального блокировочного реле KBS, имеющего две обмотки — рабочую последовательную и параллельную удерживающую. Реле KBS срабатывает при прохождении тока по катушке отключения YAT и рабочей обмотке KBS (цепь 9—6 или 13—6). При этом замыкается цепь 23—4 контактом реле KBS и по удерживающей обмотке реле блокировки протекает ток. Другой контакт реле KBS размыкает цепь 23—2 катушки контактора КМ, благодаря чему предотвращается включение выключателя.
Аналогично блокировка предотвращает многократные включения выключателя при оперативных включениях по цепи 3—2 или 5—2 (по телеуправлению). Реле KBS удерживается во включенном состоянии до снятия команды на включение выключателя и прекращение питания удерживающей обмотки реле.
АПВ линии с двусторонним питанием. Устройства АПВ на таких линиях имеют следующие особенности: повторное включение линии производится после ее отключения с двух
78
Рис. 3.4. Схема АПВ линии с двусторонним питанием: а — схема контроля встречного напряжения и синхронизма; б — схема вторичной коммутации линии; в — векторная диаграмма напряжений
сторон выключателями Q1 и Q2 (рис. 3.4, а) для ликвидации ее неустойчивого повреждения; первым включается выключатель Q2 при условии отсутствия напряжения в линии, что контролируется с помощью реле напряжения KV2, подключенного к линии через шкаф отбора напряжения AV2 (контакты реле KV2 на рис. 3.4, б замкнуты в цепи 23—24, перемычка SX2 в этой цепи включена); вторым включается выключатель Q1 при условии наличия напряжения в линии, что контролируется с помощью реле напряжения KV1, подключенного к линии через шкаф отбора напряжения AV1, причем это напряжение должно изменяться синхронно и синфазно с напряжением Ц на шинах подстанции.
При несинхронном режиме работы источников G1 и G2 угол 5 между напряжениями Ц и С2 (рис.3.4, в) будет изменяться от 0 до 360°, проходя через 180°, при котором разность напряжений At/достигает 2Ц, а уравнительный ток при включении выключателя в этот момент может превысить ток КЗ.
Проверка синхронизма осуществляется с помощью реле контроля синхронизма KSS, одна обмотка которого подключена через трансформатор напряжения TV к шинам с напряжением Ц, вторая — через AV1 к линии с напряжением t/2. Результирующий магнитный поток в реле, создаваемый его обмотками, пропорционален At/ до тех пор, пока At/превышает заданное значение, реле KSS находится в возбужденном состоянии, а его контакты в цепи 21—22 (рис. 3.4, б) разомкнуты. Угол 8ср между Ц и t/2, при котором происходит срабатывание реле, выбирают в пределах 20—40°. Когда значение 8 становится меньше 8ср, реле KSS замыкает контакты и осуществляет пуск устройства АПВ. Таким образом происходит автоматическое повторное включение с ожиданием синхронизма (АПВ ОС).
79
Схема АПВ ОС (рис. 3.4, 6) состоит из цепей: управления (1—2)—(15—16), фиксации команды управления (17—18)—(19— 20), автоматики (21—22)—(31—32).
Оперативное включение выключателя линии производится с проверкой отсутствия напряжения (выключатель Q2) или с проверкой наличия напряжения на шинах и в линии (выключатель Q1), при этом перемычка SX1 замыкает цепь 3—2, а перемычка SX3 в цепи 29—30 разомкнута.
Включение выключателя осуществляется кнопкой SBC. По цепи 1—2 протекает ток, возбуждается реле команды включения КСС и становится на самоподпитку по цепи 3—2, в которой замыкается контакт КСС. Другим своим контактом реле КСС замыкает цепь 21—26 (КСС—KSS—KV1—KQT—КТ—КТ) включения выключателя Q1 (перемычка SX2 при этом отключена) или (КСС—SX2—KV2—KQT—КТ—КТ) включения выключателя Q2 (накладка SX2 включена). Реле КТ при этом возбуждается и с выдержкой времени замыкает цепь разряда конденсатора С на обмотку промежуточного реле KL. Заряд конденсатора С предварительно был произведен по цепи 29—26 через резистор R2. Реле KL замыкает цепь катушки контактора включения выключателя КМ (29— KL— KL—КСС—32— 6— KSB—Q—КМ—10). Контактор КМ при срабатывании замыкает цепь катушки включения YAT. Включение выключателя приводит к переключению повторительных реле. Катушка KQT в цепи 9— /Утеряет питание при размыкании контакта Q выключателя. В свою очередь реле KQT размыкает цепь 21—26 реле времени КТ, которое размыкает свой контакт в цепи разряда конденсатора С. После этого начинается заряд конденсатора по цепи 29—26 и подготовка к следующему включению. В цепи 9—14, которая замыкается контактом Q выключателя, получает питание повторительное реле KQC. Его контакт замыкает цепь 19—20 и переключает реле фиксации команды KQQ, которое размыкает своим контактом цепь 19—20 катушки включения, замыкает цепь 17—18, подготавливая цепь катушки отключения реле KQQ, и замыкает цепь 23—24, подготавливая пусковую цепь 23—26 к запуску устройств АПВ.
Автоматическое повторное включение осуществляется после отключения выключателя линии Q под действием релейных защит. Контакт реле KQT создает цепь 23—26реле времени КТ, которое с выдержкой времени замыкает цепь разряда конденсатора С на катушку реле KL. При срабатывании реле KL создается цепь 29—10 через последовательную катушку реле KL, его контакт, катушку указательного реле автоматики КН, контакт реле блокировки KBS, контакт выключателя Q и катушку КМ контактора включения выключателя. Катушка указательного реле КН при этом не шунтируется контактом КСС реле команды включения, как при оперативном включении выключателя. Реле КН срабатывает, сигнализируя персоналу о действии АПВ.
Оперативное отключение выключателя линии производится замыканием кнопки SBT в цепи 15—16 реле команды отключения КСТ. Реле КСТ замыкает цепь 13—14 катушки отключения выключателя YAT, что приводит к его отключению. Другой контакт реле КСТ замыкает цепь 17—18 катушки отключения реле фиксации KQQ, которое отключается, замыкая цепь 19—20 и размыкая цепи 17—18 и 25—26 запуска АПВ. Следовательно, при оперативном отключении АПВ не действует.
Оперативное включение выключателя без проверки синхронизма (выключатель Q1) или отсутствия напряжения на линии (выключатель Q2) осуществляется путем переключения перемычек SX1 (замыкается цепь 3—10) и SX3 (замыкается цепь 29—30 разряда конденсатора С). При включении кнопкой SBC замыкается цепь 1—2 реле КСС, которое своими контактами собирает цепь 3—10 катушки контактора КМ, который замыкает цепь катушки включения выключателя YAC, и выключатель включается. Другим своим контактом КСС замыкает цепь разряда конденсатора С на резистор R3 (С—R3—SX3—КСС—30—26—С), что предотвращает срабатывание устройств АПВ при включении выключателя на КЗ.
Блокировка включения выключателя от многократных включений по цепи 3—10 при устойчивом КЗ на линии осуществляется с помощью реле блокировки KBS. При отключении выключателя от защиты ток катушки отключения YAT протекает через последова-
80
тельную обмотку реле KBS, которое срабатывает, переключает свои контакты, размыкая цепь 3—10 и замыкая цепь 3—12удерживающей параллельной обмотки KBS. Удерживающая обмотка KBS будет получать питание по цепи 3—12 до размыкания ее контактом КСС, а контакт KBS в цепи 3— 70 катушки контактора КМ будет оставаться разомкнутым, предотвращая повторные включения выключателя. Таким образом, реле KBS разрешает одно включение выключателя при однократном нажатии кнопки SBC.
Устройство АПВ на переменном оперативном токе. Такое устройство АПВ можно осуществить на выключателях с грузовыми и пружинными приводами. На рис. 3.5 приведены схемы однократного АПВ для выключателей с пружинным приводом ПП-67. В схемы управления входят различные вспомогательные контакты SQ. В зависимости от того, с какими деталями и узлами привода связаны эти контакты, их можно разделить на три группы.
Первая группа контактов привода выключателя связана с механизмом натяжения включающих пружин и переключается при изменении их состояния. Вспомогательный контакт SQ1 (рис. 3.5, а и б), разомкнутый при ненатянутых пружинах и замыкающийся только в момент их полного натяжения, называется контактом готовности привода. Другой вспомогательный контакт SQ5, связанный с пружиной, действует в обратном порядке и используется в качестве конечного выключателя в цепи электродвигателя М редуктора, осуществляющего натяжение включающей пружины.
Вторая группа контактов привода SQ3, SQ4 и SQ6 связана с его валом и переключается при изменении положения выключателя по любой причине. Вспомогательный контакт SQ3 является кратковременно проскальзывающим, обеспечивающим однократность действия АПВ. Контакты QS4 и QS6 являются блок-контактами выключателя, SQ4 замыкает цепь катушки включения YAC при отключенном выключателе, a SQ6 — катушки отключения УАТ при включении выключателя.
Третья группа контактов включает в себя так называемые аварийные контакты. В эту группу в рассматриваемых схемах рис. 3.5 входит контакт SQ2. Этот вспомогательный контакт замкнут при включенном выключателе, остается замкнутым при отключении выключателя от защиты, а при отключении ключом управления SA размыкается, запрещая действие АПВ.
На схеме рис. 3.5, а все вспомогательные контакты показаны в положении, соответствующем отключенному выключателю и полностью заведенной включающей пружине. Натяжение пружины осуществляется электродвигателем М. В течение времени его работы контакт SQ1 готовности привода остается разомкнутым, не допуская включения выключателя до тех пор, пока пружина не будет полностью натянута. По окончании процесса натяжения пружины контакт SQ1 замыкается, а конечный выключатель SQ5 размыкает цепь электродвигателя М.
Рис. 3.5. Схема АПВ фидера на переменном оперативном токе: а — с проскальзывающим блок-контактом; б—с реле времени
6-6086
81
Оперативное включение и отключение выключателя осуществляется замыканием цепей катушек включения YAC и отключения YAT ключом управления SA.
АПВ мгновенного действия осуществляется при включенной перемычке SX, благодаря чему параллельно контакту ключа управления SA включается вспомогательный контакт SQ2 третьей группы, создающий цепь несоответствия при отключении выключателя релейной защитой. При этом цепь катушки YAC замыкается контактом SQ4, контакт SQ2 остается замкнутым, контакт SQ1 также замкнут при натянутых пружинах привода, кратковременно замыкается проскальзывающий контакт SQ3. Через указательное реле автоматики КН и катушку YAC протекает ток, катушка YAC срабатывает и освобождает в приводе механизм зацепления, удерживающий пружины в заведенном состоянии, которые при этом производят включение выключателя. Одновременно замыкается концевой выключатель SQ5 в цепи электродвигателя М, который вновь натягивает включающие пружины.
Если АПВ было успешным, то схема приходит в состояние готовности к новому действию после натяжения пружины и замыкания контакта SQ 1 готовности привода.
Если АПВ было неуспешным, то выключатель остается отключенным, но пружины будут вновь натянуты и привод подготовлен к оперативному включению ключом управления SA. Контакт SQ3 в цепи АПВ к моменту новой готовности привода будет разомкнут, чем обеспечивается однократное действие АПВ. Для обеспечения однократности АПВ минимальное время натяжения пружин должно быть больше наибольшей выдержки времени защиты /защ, действующей на этот выключатель:
*пруж ~ Gaiu Gan’	(3-4)
где Ajgf, — время запаса, равное 2-3 с.
Схема АПВ с выдержкой времени однократного действия приведена на рис. 3.5, б. Эта схема отличается от предыдущей схемы на рис. 3.5, а наличием реле времени КТ переменного тока с проскальзывающим контактом, который кратковременно замыкает цепь включающей катушки YAC. Вспомогательный контакт SQ7 в цепи катушки реле КТ обеспечивает замыкание этой цепи только при отключении выключателя, а контакт SQ2 — при отключении от защиты. Перемычка SX необходима для вывода из работы АПВ.
3.2.	Устройства автолатическоао включения резервных линий
Назначение устройств автоматического включения резервных линий (АВРЛ). Устройства АВРЛ служат для повышения надежности электроснабжения потребителей. Одиночные линии с односторонним питанием не обеспечивают достаточной надежности электроснабжения при устойчивых повреждениях. Высокую степень надежности электроснабжения обеспечивают схемы питания одновременно от двух и более источников питания, поскольку отключение одного из них не приводит к исчезновению электропитания у потребителей. Несмотря на это очевидное преимущество многостороннего питания потребителей, многие подстанции работают по схеме одностороннего питания, при котором одна линия находится в работе, другая — в резерве. Применение такой менее надежной, но более простой схемы электроснабжения во многих случаях оказывается целесообразным для снижения токов КЗ, упрощения релейной защиты, снижения потерь электроэнергии, предотвращения перетоков мощности и т.п.
Такая схема позволяет использовать преимущества линий с односторонним питанием и быстро подавать питание потребителям по резервной линии при прекращении питания по основной, используя для этой цели устройства автоматического включения резерва (АВР).
82
Основные требования, предъявляемые к устройствам АВР, связаны с повышением надежности работы электроустановок, снижением последствий аварий, обеспечением экономичности работы электросети. К ним относятся нижеперечисленные требования:
1.	Схемы АВР должны приходить в действие при исчезновении напряжения на шинах потребителей по любой причине (аварийное, ошибочное или самопроизвольное отключение выключателя рабочей линии).
2.	Включение резервной линии должно происходить сразу после отключения основной, чтобы уменьшить длительность перерыва питания потребителей.
3.	Действие АВР должно быть однократным, чтобы не допустить многократного включения резервного источника питания при неустранившемся КЗ.
4.	Схема АВР должна приходить в действие только после отключения выключателя основной линии, чтобы исключить включение резервного источника на КЗ при неотключенной основной линии.
5.	Отключение резервной линии при ее включении на неустранившеёся КЗ должно быть ускоренным, т.е. релейная защита должна действовать без выдержки времени.
6.	Устройства АВР не должны действовать при отсутствии напряжения на резервной линии.
Опыт эксплуатации показывает, что АВР является очень эффективным средством повышения надежности электроснабжения. Успешность действия АВР составляет 90—95 %. Простота схем и высокая эффективность обусловили широкое применение АВР в электрических сетях.
Схема АВР питающей линии (рис. 3.6). Питание сборных шин подстанции осуществляется по рабочей линии W\ через выключатель Q1. Линия W2 является резервной, ее выключатель Q2 отключен. Контроль наличия напряжения на сборных шинах подстанции осуществляют реле напряжения KV1 и KV2 через трансформатор напряжения TV1. Контроль наличия напряжения на резервной линии W2 осуществляет реле KV3 через трансформатор TV2.
При исчезновении напряжения на шинах подстанции по любой причине замыкаются контакты реле KV1 и KV2, при этом контакты реле KV3 остаются замкнутыми при наличии напряжения на резервной линии W2. Через контакты реле KV1, KV2, KV3 получает питание реле времени КТ, которое с выдержкой времени замыкает цепь катушки отключения YAT выключателя Q1, если перед этим Q1 не был отключен защитой.
Отключение выключателя приводит к переключению его вспомогательных контактов Q1, которые снимают питание с катушек YAT выключателя Q1 и реле контроля включения резервной линии KQS, а также замыкают цепь катушки контактора КМ через контакт KQS. Этот контакт остается некоторое время замкнутым после размыкания цепи реле KQS.
Рис. 3.6. Схема АВР питающей линии на постоянном оперативном токе
83
Контактор КМ, получив питание, замыкает цепь катушки включения YAC выключателя Q2, который включается и своим вспомогательным контактом Q2 размыкает цепь контактора КМ, после чего эта цепь еще раз размыкается контактом реле KQS. Это исключает возможность повторного включения контактора КМ и выключателя Q2 резервной линии при ее отключении, например, при КЗ на шинах подстанции, т.е. обеспечивается однократность АВР.
Выдержка времени /ов однократности включения, которую обеспечивает реле KQS, от момента снятия напряжения с реле KQS до размыкания его контакта должна превышать время включения /вкл выключателя резервной линии:
(ов — ^вкл + ^зап’	(3.5)
где /зап — время запаса, составляющее 0,3-0,5 с.
3.3.	Устройства АПВ и АВР фидеров автоблокировки
Устройства автоблокировки как потребители первой категории должны получать питание от двух взаимно резервируемых источников через две взаимно резервируемые линии. Питание устройств СЦБ (сигнализации, централизации и блокировки) осуществляют обычно от тяговых или трансформаторных подстанций по трехфазным линиям напряжением 6 или 10 кВ с изолированной нейтралью.
Основное питание устройства автоблокировки получают от специальных воздушных высоковольтных линий СЦБ (ВЛ СЦБ). Для повышения надежности электроснабжения устройств автоблокировки и проведения плановых ремонтов предусматривают резервные линии, в качестве которых, как правило, используются на участках, электрифицированных по системе постоянного тока, трехфазные линии продольного электроснабжения (ПЭ); на участках, электрифицированных по системе переменного тока, линии «два провода — рельс» (ДПР).
Схема электромеханических устройств АПВ и АВР линий автоблокировки (рис. 3.7). На схеме питания устройств СЦБ (рис. 3.7, а) между подстанциями П1 и П2 проходят две линии: основная с выключателями Q1 и Q2, резервная — Q3 и Q4. Основная линия получает питание через один выключатель, например, Q1, выключатель Q2 при этом отключен.
Восстановление питания осуществляется путем автоматического включения резервного выключателя Q2. Если питание линии после этого не восстанавливается, то осуществляется АПВ отключившегося выключателя Q1. На время восстановления питания основной линии автоблокировки устройства СЦБ получают питание от резервной линии через резервный трансформатор Т2. Реле контроля напряжения KSV при исчезновении напряжения на основной линии теряет питание, отключается, замыкает своими контактами цепь питания устройств СЦБ от трансформатора Т2 и размыкает цепь от Т1.
При восстановлении питания основной линии реле KSV получает питание, отключает цепь от трансформатора Т2 и восстанавливает питание устройств СЦБ от Т1. Трансформатор Т2 переводится в резерв.
Схема вторичной коммутации выключателей Q1 и Q2 фидера СЦБ (рис. 3.7, б) состоит из цепей управления и защиты (7—2)—(75—6), цепей фиксации команды (17— 5)—(25—10), цепей контроля напряжения на линии (27, 29—12) и на шинах собственных нужд подстанции (31, 33, 35—14) и цепей автоматики (39—16)—(41—24).
Оперативное включение выключателя фидера СЦБ осуществляется замыканием кнопкой SBC цепи 1—2 или контактом КСС реле телемеханики цепи 3—2 от шины +ЕС1 включения по телеуправлению. Контактор КМ получает питание и замыкает своими контактами цепь включающей катушки выключателя YAC от шин включения EY. При включении выключателя переключаются его повторительные реле: KQT теряет
84
Рис. 3.7. Схема переключения питания устройств СЦБ:
а — схема питания устройства СЦБ; б — схема вторичной коммутации питающей линии; в — схема питания линии СЦБ от шин СН
питание при размыкании цепи 7—2 блок-контактом выключателя Q; KQC получает питание при замыкании блок-контактом Q цепи 7—6. Катушка включения реле фиксации KQQ получает питание по цепи 21—10 или 23—10, реле KQQ переключается, фиксируя команду включения выключателя. Контакты KQQ размыкают цепи 21, 23—10, 37—16, 39—20 и замыкают цепи 17, 19—8, подготавливая к отключению реле KQQ, и цепь 41—24, подготавливая к пуску АПВ. Размыкание контакта KQQ в цепи 39— 20 при разомкнутом контакте KL2 (наличие напряжения на шинах собственных нужд подстанции) разрешает заряд конденсатора С в устройстве РПВ-58 по цепи 39—24 при подготовке этого устройства к повторному включению выключателя. Цепь 37—16 размыкается контактом KQQ, и реле KL3 включения резерва выводится из работы, т.е. АВР запрещается.
Оперативное отключение выключателя производится путем подачи питания на катушку отключения YAT кнопкой SBT по цепи 13—6 или по цепи телеуправления 11—6
85
контактом КСТ от шины +ЕС2 отключения по телеуправлению. Отключение выключателя приводит к переключению его повторительных реле KQT (включается), KQC (отключается) и реле фиксации KQQ, которое отключается по цепи 19— б’или 17—8. Его контакт замыкает цепь разряда конденсатора С (С—R3—KQQ—20—24—С), выводя АПВ из работы. Контакт KQQ замыкается в цепи 37—16, вводя в работу устройство АВР.
Автоматическое отключение выключателя фидера СЦБ осуществляется по цепи 15—16 при срабатывании одной из защит фидера и замыкании контактов промежуточного реле KL1 защит фидера или по цепи 9—6 при исчезновении напряжения на шинах собственных нужд подстанции и размыкании контактов KSVfl, KSV^, KSVC в цепи 31—14.
Автоматическое включение резервного выключателя Q2 происходит при исчезновении напряжения на линии. Контроль напряжения в линии осуществляется с помощью реле напряжения KV1 и KV2 (рис. 3.7, в), подключаемых через трансформатор напряжения TV к линии СЦБ. Пуск АВР (рис. 3.7, б) осуществляется по цепи 37—16 при исчезновении напряжения в линии (контакты KV1, KV2 замкнуты) и наличии напряжения на шинах собственных нужд (контакты KSVfl, KSV^, KSC в цепи 31—14 замкнуты, реле KL2 возбуждено, его контакты в цепи 37—16 замкнуты). При этом выключатель Q2 отключен оперативно (замкнуты контакты KQC и KQQ и контакты реле блокировки КВ). Реле включения резерва KL3, получив питание, замыкает цепь 5—2. Через указательное реле КН1 включения резерва и катушку контактора КМ проходит ток, выключатель Q2 включается, реле КН1 сигнализирует о срабатывании устройства АВР.
Автоматическое повторное включение выключателя Q1 осуществляется, если АВР выключателя Q2 не произошло, например, вследствие отсутствия напряжения на шинах СН подстанции П2 или АВР было неудачным, и напряжение в линии не восстановилось.
Пуск устройства АПВ происходит при отключении выключателя Q1 и замыкания цепи 41—24 контактом повторительного реле KQT (контакт KQQ остается замкнутым при автоматическом отключении выключателя). Реле КТ получает питание и замыкает цепь разряда конденсатора С с выдержкой времени. При разряде конденсатора на параллельную катушку промежуточного реле KL последнее срабатывает и замыкает цепь 39—2 (39— KL—KL— КН2—КВ—Q—КМ—2) через указательное реле КН2 АПВ на катушку контактора КМ, который включает выключатель. Цепь 39—2 замыкается через 1,3 с (максимальное время АПВ фидера СЦБ), если до этого ее не разомкнет контакт реле блокировки КВ после удачного АВР линии и замыкания цепи 29, 29—12 контактами реле напряжения KV1 и KV2.
В случае успешного АВР линия СЦБ будет получать питание через выключатель Q2 от подстанции П2. Цепь 39—2 схемы управления выключателем Q1 будет разомкнута контактом КВ и АПВ не произойдет. В схеме управления выключателем Q2 его повторительное реле KQC замкнет цепь 25—10 реле фиксации KQQ, которое переключается, размыкает цепь 37—16, выводя из работы АВР, и замыкает свой контакт в цепи 41—24, вводя в работу АПВ.
После удачного включения выключателя Q2 выключатель Q1 может быть выведен в резерв. Для этого нужно вывести из работы АПВ и ввести АВР нажатием кнопки SBT или послать по телеуправлению приказ на отключение Q1. Замыкание цепей 17— 8 ил и 19—8 приводит к отключению KQQ, размыканию цепи 41—24 и замыканию контакта KQQ в цепи 37—16. Таким образом, выключатели Q1 и Q2 меняются ролями: выключатель Q2 подает питание в линию СЦБ, a Q1 переходит в резерв.
Схема электронного устройства АПВ фидера СЦБ (рис. 3.8). Эта схема выполнена на модулях типа «Сейма». В нее входят цепи релейных защит на модулях ДТ-ЗК и ФТНК, их выходной усилитель (модуль ВУ), цепи управления контактором КМ включения выключателя фидера Q и катушкой отключения YAT, а также цепи фиксации команд (модуль ТФ2) и положения выключателя (лампы HLR и HLG).
Модули ДТ-ЗК максимальной токовой защиты (МТЗ) и токовой отсечки (ТО) подключены через промежуточные трансформаторы тока TLAa и TLAC к трансформаторам
86
Рис. 3.8. Схема электронного устройства АПВ фидера СЦБ
87
тока ТАЙ и ТАС. Модули ДТ-ЗК и ФТНК защиты от замыканий на землю (33) подключены через промежуточные трансформаторы тока TLA0 и напряжения TLV к трансформаторам тока ТАО и напряжения TV. Модули ДТ-ЗК включают в себя реле напряжения КА, выполняющее роль токового реле, реле времени КТ и инверторы И-НЕ. Модуль ФТНК сравнивает фазы тока и напряжения и переключается, когда сдвиг по фазе превышает 45°. В комплекты защит входят также сигнальные элементы НЕ1, НЕ2, НЕЗ, сигнализирующие об их срабатывании. Защиты через модуль выходного усилителя ВУ воздействуют на выходной тиристорный модуль ВТ, управляющий контактором КМ и катушкой отключения YAT. Модуль ТФ2 фиксирует команды включения и отключения выключателя Q и его аварийное отключение защитами.
Оперативное включение выключателя Q фидера СЦБ осуществляется путем замыкания цепи кнопкой SBC или контактом реле включения по телеуправлению (ТУВК). При этом ток пройдет через обмотку w" трансформатора включения Твк по цепи 23(+£к)— VD1— w"—R2—26—SBC—(—Eq) или 23(+Ек)—VD2—R1— / /—ТУВК—(—Eq). При протекании импульса тока по обмотке w" во вторичных обмотках трансформатора включения Твк наводится ЭДС, под действием которой отпираются тиристоры VS1 и VS2. Через тиристоры VS1 и VS2 начинает протекать ток по цепи +110 В— 1— VS1— VS2—16— Q1— КМ—(—110 В). Контактор КМ замыкает цепь катушки включения выключателя Q (на схеме эта цепь не показана), последний включается, отключая контактом Q1 контактор КМ и повторительное реле KQT. Контактом Q2 замыкается цепь повторительного реле включенного положения выключателя KQC. Контакт KQC замыкает цепь красной лампы HLR, сигнализирующей о включенном положении выключателя Q. Одновременно потенциал +ЕК через контакт KQC подается на вход транзистора VT5 триггера фиксации ТФ2 и логическую схему И, связывающую вход транзистора VT6 с шиной мигания (+)ЕР. Транзистор VT5 закрывается, VT4 открывается и запирает транзистор VT6, транзистор VT3 остается закрытым. Таким образом, при включении выключателя в триггере фиксации транзисторы VT3, VT5, VT6 закрыты, VT4 — открыт.
Оперативное отключение выключателя Q производится путем замыкания цепи кнопкой SBT или по телеуправлению ТУОТ. При этом ток в модуле ВТ пройдет через обмотку w" трансформатора отключения Тот по цепи 23(+£к)— VD1— w"—R8—5— SBT— (— Eq) или 23(+ЕК)— VD—w"—R7—6—ТУот—(Eq). При протекании тока по обмотке w" наводится ЭДС во вторичных обмотках трансформатора отключения Тот и отпираются тиристоры VS3 и VS4, подавая напряжение на катушку отключения YAT выключателя Q. Выключатель при этом отключается, катушка повторительного реле KQC обесточивается при размыкании блок-контакта Q2. Контакты повторительных реле переключаются. Контакт реле KQC размыкает цепь красной лампы HLR и снимает потенциал +ЕК с входа транзистора VT5. Кнопкой SBT подается (—Eq) на вход 14 триггера фиксации ТФ2 или на вход 27реле включения по телеуправлению. В результате этого транзистор VT5 отпирается, запирая транзисторы VT4 и VT3, что в свою очередь приводит к отпиранию транзистора VT6. Через VT6 получает питание зеленая лампа HLG, сигнализирующая об отключении выключателя Q. Таким образом, триггер фиксации переключился в исходное состояние: транзисторы VT3 и VT4 закрыты, VT5 и VT6 открыты.
Автоматическое отключение выключателя Q происходит при срабатывании максимальной токовой защиты МТЗ, токовой отсечки ТО, защиты от замыкания на землю 33. При срабатывании МТЗ и ТО на выходах 21 модулей ДТ-ЗК этих защит, а при срабатывании 33. на выходе 10 модуля ДТ-ЗК появляется низкий потенциал — Ек, который поступает на один из входов 75, 29 или 14 выходного усилителя ВУ. Это приводит к отпиранию одной из трех диодных схем на входе транзисторного каскада VT1—VT2 и протеканию тока эмиттер-база по цепи +£к—VT2—VT1— VD6—VD7—VD8—R7—(— Eq). Ток эмиттер-база отпирает транзисторный каскад и на выходе И модуля ВТ появляется потенциал +£к. Предварительно заряженный конденсатор С1 разряжается на обмотку
88
у/ трансформатора отключения Тот модуля ВТ по цепи Cl—VD4—w'—(+ЕК)—VT2— 11— С1. При протекании тока по обмотке w' наводится ЭДС во вторичных обмотках трансформатора Тот, что приводит к отпиранию тиристоров VS3 и VS4, через которые собирается цепь катушки отключения выключателя YAT +110 B—2—VS3—VS4—15— Q2—YAT—(—НО В), что приводит к отключению выключателя.
При автоматическом отключении выключателя триггер фиксации ( транзисторы VT4 и VT5) не переключается, так как на его входы 14, 27 не подается ~Eq, транзистор VT5 остается закрытым, транзистор VT4 — открытым. Высокий потенциал с коллектора транзистора VT4 поступает на входы транзисторов VT5 и VT6. На другой вход транзистора VT6 через схему И от шины мигания (+)ЕР будет подаваться пульсирующее напряжение. На диоды схемы И поступает потенциал — Ек. В момент подачи на вход 7 модуля ТФ2 потенциала — Eq транзистор VT6 открывается, подавая напряжение на зеленую лампу HLG. При поступлении от (+)ЕР на вход /высокого потенциала +ЕК транзистор VT6 запирается, лампа HLG гаснет. Мигание зеленой лампы свидетельствует об аварийном отключении выключателя Q фидера СЦБ.
При автоматическом отключении выключателя с входных диодов транзистора VT3 снимаются высокие потенциалы + Ек, так как транзистор VT5 закрыт, контакт реле KQC разомкнут. Транзистор VT3 открывается, запуская датчик времени ДВ устройства АПВ, воздействуя на общеподстанционную сигнализацию (ОПС).
Автоматическое повторное включение выключателя Q осуществляется с помощью трансформатора ТАПВ в модуле ВТ. Этот трансформатор имеет обмотки: записи w3, блокировки w6, считывания wc4, выхода wB. Запись на сердечнике трансформатора ТАПВ единицы происходит при отключении выключателя и замыкании контактов реле KQT, в результате чего предварительно заряженный конденсатор С2 разряжается на обмотку w3 по цепи С2—w3—RL—(+ЕК)—KQT—VD5—С2. В обмотке блокировки w6 ток в этот момент отсутствует и не препятствует записи единицы в сердечнике. На обмотки считывания wC4 импульсы считывания подаются с некоторой выдержкой, определяемой датчиком времени АПВ. При считывании в обмотке wB наводится ЭДС, под действием которой в обмотке w' трансформатора включения Твк протекает ток, приводящий к отпиранию тиристоров VS1 и VS2, последующему включению контактора КМ и выключателя Q.
При успешном АПВ контакт повторительного реле KQC замыкается и подает +ЕК на вход транзистора VT3, запирая его, и на схему И, которая прекращает пропуск пульсирующего напряжения от шины мигания (+)ЕР на транзистор VT6. Транзистор VT6 запирается, мигание зеленой лампы HLG прекращается.
Контакт реле KQT размыкается, снимается + Ек с входа 18 модуля ВТ, начинается заряд конденсатора С2 по цепи: +ЕК— RL—w3—С2— 4— R6—(—Ек). Большое время заряда конденсатора С2 обеспечивает однократность АПВ.
При оперативном отключении выключателя перемагничивания сердечника трансформатора ТАПВ не происходит, так как этому препятствует ток в обмотке блокировки w6, протекающий по цепи: + ЕК—VD1—w6—VD3—R3—5—SBT—(—Eg) или +ЕК—VD1— Wg—VD3—R4—6—ТУОТ—(—Eg).
Ускорение действия максимальной токовой защиты после оперативного включения или неуспешного АПВ осуществляется с помощью схемы И-НЕ модуля ДТ-ЗК. Токовый элемент КА этого модуля запускает реле времени КТ и запирает схему И-НЕ, на выходе 10 которой появляется потенциал — Ек, поступающий на вход 12 модуля ВУ. Снятие потенциала +ЕК с входов 12 и 27 (после АПВ на входе 27 некоторое время отсутствует потенциал +ЕК) приводит к отпиранию транзисторного каскада VT1—VT2 и отключению выключателя без выдержки времени.
Аналогично без выдержки времени срабатывает МТЗ после оперативного включения выключателя. При этом кнопкой SBC или контактом реле ТУВК потенциал —Eg
89
подается на входы 25 или 10 модуля ВУ, на входе 12 в этот момент появляется потенциал —Ек, в результате чего отпирается каскад VT1—VT2 и выключатель отключается.
3.4.	Автоматическое включение резерва на переменном оперативном токе
На рис. 3.9 приведена схема автоматического включения резерва (АВР) на переменном оперативном токе для секционного выключателя. Питание подстанции осуществляется по двум вводам и (рис. 3.9, а). Секционный выключатель Q3 нормально отключен. При исчезновении напряжения на одной из линий, питающих подстанцию, устройство АВР включает секционный выключатель Q3, а при восстановлении напряжения на линии автоматически отключает Q3 и восстанавливает нормальную схему подстанции.
Контроль наличия напряжения на линиях и FK2 осуществляют реле времени КТ1 через трансформатор напряжения TV1, а на секциях шин — реле КТ2 через трансформатор TV2. Реле КТ1 и КТ2 являются пусковым органом автоматики. Контакты этих реле КТ1.2 и КТ2.2 включены последовательно в цепь катушки электромагнита отключения YAT1 выключателя Q1 (рис. 3.9, б)
Контакты ключа управления SA1 в этой цепи замкнуты при включении в работу автоматики. Контакты реле КТ1.1 и КТ2.1 в цепи катушки реле времени КТЗ замкнуты
SA3
SQ3.4 SQ3.3 YAC3
I
KQC1.1 SQL!
Г Y-KCQ2.IQSQ2.I . I	.........
.• пт ч vrw-э э! SQ3.2 VAt~,
Рис. 3.9. Схема АВР секционного выключателя на переменном оперативном токе:
а — схема питания подстанции и контроля напряжения на вводах и секциях шин; б — цепи управления и АВР выключателя ввода; в — цепи управления и АВР секционного выключателя
при наличии напряжения на линии и на секции, которую питает эта линия. Контакты реле КТ3.1 в цепи YAT1 при этом разомкнуты.
При исчезновении напряжения в результате отключения линии W\ реле времени КТ1 и КТ2 разомкнут свои мгновенные контакты КТ1.1 и КТ2.1, снимая напряжение с обмотки реле времени реле КТЗ. Это реле при снятии с его обмотки напряжения мгновенно возвращается в исходное состояние, а при подаче напряжения срабатывает с установленной выдержкой времени.
Если действием АПВ отключившейся линии напряжение восстановлено не будет, то с выдержкой времени (большей, чем время срабатывания АПВ линии) замкнутся контакты реле времени КТ1.2 и КТ2.2 и создадут цепь питания катушки отключения YAT1 выключателя Q1 линии И^.
При отключении выключателя Q1 замкнется его вспомогательный контакт SQ1.1 (рис. 3.9, в) в цепи катушки включения YAC3 секционного
90
выключателя Q3 через еще неразомкнувшийся контакт KQC 1.1 повторительного реле. Включение выключателя Q3 может быть только однократным, так как контакт KQC1.1 с некоторой выдержкой размыкает цепь после первого включения выключателя Q3, и далее она будет разомкнута до включения выключателя Q1 и его повторительного реле KQC1.
При включении выключателя Q3 подается напряжение на 1-ю секцию шин. При этом получит питание реле КТ2, замкнется контакт КТ2.1 и разомкнется контакт КТ2.2. Реле КТ1, подключенное к линии И^, останется без напряжения, поэтому его контакт КТ1.1 размыкается, реле КТЗ обесточивается и его контакты во всех цепях размыкаются.
При восстановлении напряжения на линии IPj получит питание реле КТ1, замкнется контакт КТ1.1 и разомкнется контакт КТ1.2. Реле времени КТЗ получит питание и своим проскальзывающим контактом КТЗ.2 создаст цепь на включающую катушку YAC1 выключателя Q1, а контактом КТЗ.З — цепь на катушку YAT3, в результате чего отключится секционный выключатель Q3. При этом автоматически будет восстановлена исходная схема подстанции. Цепь на отключение секционного выключателя создается только при условии, если включены выключатели Q1 и Q2.
При повреждении на первой секции АВР будет неуспешным, в работе останется только вторая секция.
Глава 4
АВТОМАТИКА ФИДЕРОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ
4.1.	Назначение устройств автоматики контактной сети
Контактная сеть работает в более тяжелых условиях по сравнению с линиями электропередачи, к тому же не имеет резерва. Это требует предъявления к устройствам автоматики фидеров контактной сети дополнительных условий. Как показал опыт эксплуатации электрических железных дорог постоянного и переменного тока, большинство коротких замыканий, возникающих в контактной сети, неустойчиво и, как правило, ликвидируются после снятия напряжения.
Число успешных повторных включений, осуществляемых устройствами АПВ, на отдельных участках достигает 80—90 %. Чтобы снизить до минимума число неуспешных АПВ, используют устройства, предварительно испытывающие контактную сеть на наличие или отсутствие в ней короткого замыкания и запрещающие или разрешающие повторное включение в зависимости от результатов испытаний.
Для обеспечения минимального перерыва питания поездов желательно иметь минимальную выдержку времени АПВ. В то же время это может отрицательно сказаться на работе фидерных выключателей, в которых идет процесс гашения дуги и деионизация пространства между контактами. Кроме того, при мгновенном АПВ увеличивается вероятность пережога контактного провода при включении на короткое замыкание КЗ, так как температура его в точке КЗ не успевает снизиться в течение короткого бестокового интервала.
Для устройств АПВ двукратного действия, применяемых на фидерах контактной сети постоянного тока, оптимальным интервалом первого АПВ, который определяется конструкцией выключателей и необходимостью отключения двигателей ЭПС машинистом, можно считать 6—10 с, второе АПВ осуществляется через 6 с после первого.
Автоматическое повторное включение предусматривают для следующих выключателей:
-	фидеров контактной сети тяговых подстанций постоянного тока — двукратное АПВ с предварительным испытанием на наличие КЗ;
-	фидеров контактной сети тяговых подстанций переменного тока, фидеров распределительных пунктов и пунктов группировки переключателей контактной сети станций стыкования, фидеров депо — однократное АПВ;
-	пунктов параллельного соединения постоянного и переменного тока — однократное АПВ при наличии напряжения в контактной сети двух путей.
При двустороннем питании контактной сети от смежных тяговых подстанций и больших токах тяговой нагрузки релейная защита может оказаться нечувствительной к токам короткого замыкания в конце защищаемой линии, в результате чего появляются незащищенные («мертвые») зоны. Для ликвидации таких зон в комплексе с релейной защитой и автоматикой используются устройства телеблокировки выключателей контактной сети тяговых подстанций и постов секционирования.
92
4.2.	Устройства автоматики фидеров контактной сети переменного тока
Контактная сеть на участках, электрифицированных на переменном токе, получает питание от шин напряжением 27,5 кВ тяговой подстанции по фидерам (рис. 4.1, о). Выключатель фидера Q служит для включения и отключения фидера. Шинный QS1U и линейный QSj, разъединители с дистанционным управлением обеспечивают снятие напряжения с выключателя фидера при работе на нем, а обходной разъединитель QSO с дистанционным управлением обеспечивает питание контактной сети по фидеру от запасной шины ЗШ при отключенном выключателе Q.
К трансформатору тока ТА подключен амперметр РА, токовое реле КА, комплект электронной защиты фидера AKZ, фиксатор-сумматор токов коротких замыканий ASA и устройство для определения места повреждения контактной сети ASN. Устройства AKZ и ASN подключены также к шинам 100 В трансформатора напряжения.
В схему вторичной коммутации фидера (рис. 4.1, б) входят цепи управления (1—2)— (9—6), защиты (11—8)—(19—14), фиксации команды управления (21—16)—(28—18), автоматики (29—20)—(37—30), пуска телеблокировки (39—32)—(43—38) и сигнализации (45—40)—(49—42).
а
+EC1
+EC2
7	3 k 7 9 Г71
[sbc ксс|кст [sbt
б
27,5 кВ
А
+ЕС
AKZ
+EY
Q
КМ
ЬИз схемы KLliTH 27.5_.
ASA
ASA
ATB
KBS
IYAT
-EY
6
4
39
35
-EC 37
07 AKZ 08
Запуск
УРОВ KQ^KH2 VD4] [VD2 H4-r+$-
VD6
Фидер K.c. } зш
KA
PA
ASN
8	10
29__31	33
^KQT
!! ch*
км\
YAC
KQC [KQT
ASN
У-Q
KM
21 23
13 15 17
27
КСС
KQQ
Д.
КНЗ
PIIB-58
0^:
________ -ЧтЕт-1...
12	14	16 18
Разрешение 41 43	, 45 47(+}EP49
\* KQCHa отключение ПС | 5ка(/уст = 0,64ом) [агв
KL2
KQT
HLG
СИз схемы TH 27,5
24
Рис. 4.1. Схема автоматики фидера контактной сети переменного тока: а — схема фидера контактной сети; б — схема вторичной коммутации тока
AK2
09
KQC
KQQ
4cqq \kqq

93
Оперативное включение выключателя фидера осуществляется путем нажатия кнопки включения SBC, контакты которой замыкают цепь 1—2, или по телеуправлению при замыкании цепи 3—2 контактом реле включения КСС. При этом получает питание контактор КМ, который своими контактами замыкает цепь питания катушки включения выключателя YAC от шин включения EY. Выключатель включается и своим контактом Q размыкает цепи 1—2 и 9—2, обрывая цепь питания катушки КМ и повторителя отключенного положения выключателя KQT. Другим своим контактом Q выключатель замыкает цепь 9—6 катушки повторительного реле включенного положения KQC, которое в свою очередь замыкает цепь 45—40 красной сигнальной лампы HLR, сигнализирующей о включении выключателя. Цепь 47—42 зеленой лампы HLG размыкается контактом реле KQT. Одновременно другим контактом кнопки SBC замыкается цепь 25—18 или контактом реле KQQ цепь 27—18, что приводит к переключению реле фиксации команды KQQ. Его контакты переключаются в цепях 23—16, 25—18, 29—20, 37—26, 47-42 и 49-42.
Автоматическое отключение выключателя фидера происходит при срабатывании электронной защиты AKZ (цепь 19—AKZ—VD1—КН1— ASA— KBS—Q—YAT— 6) или телеблокировки АТВ ( цепь 19—АТВ—VD2—КН2—ASA—KBS—Q—YAT— 6). Катушка отключения YAT, получив питание, отключает выключатель. При этом срабатывает указательное реле защиты КН1 или телеблокировки КН2, включается в работу фиксатор-сумматор ASA, реле блокировки выключателя KBS на время его отключения размыкает цепь 1—2, запрещая включение контактора КМ и выключателя Q. Если отключение происходит сразу после оперативного включения, то контакт реле KBS замыкает цепь 1—4 или 3—4 питания удерживающей катушки KBS. Реле KBS будет удерживать цепи 1—2 или 3—2 разомкнутыми, запрещая повторное включение выключателя при наличии повреждения в контактной сети.
Отключение включателя приводит к переключению его повторительных реле KQC и KQT: реле KQT возбуждается по цепи 9—2, а реле KQC обесточивается при размыкании цепи 9— 6. Реле KQC размыкает цепь 45—40 красной лампы HLR, а реле KQT замыкает цепь 49—42 зеленой лампы HLG (контакт реле KQQ в этой цепи замкнут). Зеленая лампа, получая пульсирующее напряжение от шины мигания (+)ЕР, будет гореть мигающим светом, сигнализируя об аварийном отключении фидера.
Автоматическое повторное включение выключателя осуществляется устройством РПВ-58, срабатывающим при автоматическом отключении выключателя фидера. Контакт реле KQT замыкает цепи 29— 20 и 29—22 (контакт реле KQQ замкнут) счетчика PC аварийных отключений и реле КТ устройства РПВ-58. Реле КТ обеспечивает необходимую выдержку АПВ. Контакт реле КТ, шунтирующий резистор 1R1, размыкается и включает его последовательно с катушкой реле КТ для снижения тока и уменьшения нагрева катушки.
Контакт реле КТ с выдержкой времени замыкает цепь разряда конденсатора С на катушку реле KL. Предварительно заряд конденсатора осуществляется по цепи 37—22 после включения выключателя и отключения резистора 1R3 от шины —ЕС контактом реле KQQ (контакт реле KL1 разомкнут при наличии напряжения на шинах 27,5 кВ). Резистор 1R2 ограничивает ток заряда конденсатора, время заряда которого составляет 15—20 с, чем обеспечивается однократность АПВ.
Реле KL, возбудившееся в результате разряда конденсатора С на катушку KL, замыкает своим контактом цепь 37—2(37— KL—KL—КНЗ—KBS—Q—КМ— 2). Контактор КМ, получив питание, включает повторно выключатель Q. Катушка KL в цепи 37—2 служит для удержания реле KL во включенном состоянии до включения выключателя и размыкания цепи 37—2 контактом Q.
Оперативное отключение выключателя фидера контактной сети осуществляется путем замыкания цепи 7—6 кнопкой отключения SBT или цепи 5—6 контактом реле отключения по телеуправлению КСТ. При этом протекает ток по катушке отключения
94
YAT и выключатель отключается. Одновременно создается цепь 23—16 или 21—16 катушки отключения реле фиксации KQQ. Реле KQQ переходит в исходное состояние, фиксируя команду отключения. Его контакты в цепях 23—16, 29—22, 49—42 размыкаются, а в цепях 25—18, 37—26, 47—42 замыкаются.
Размыкание цепи 29—22 предотвращает запуск АПВ, а замыкание цепи 37—26 приводит к разряду конденсатора С на резистор 1R3 по цепи С— 1R3—KQQ—26—22— С. Замыкание цепи 47—42 приводит к подключению зеленой лампы HLG к шине местной сигнализации +ЕС, а размыкание цепи 49—42 приводит к отключению HLG от шин мигания (+)ЕР. Зеленая лампа HLG горит ровным светом, сигнализируя оперативное отключение выключателя.
Блокировка выключателя фидера от повторного включения осуществляется при отключении фидера защитой по напряжению по цепи 11—6, которая замыкается контактом реле KL1 защиты шин 27,5 кВ. Одновременно другой контакт этого реле замыкает цепь разряда конденсатора С устройства РПВ-58 (С— 1R3—KL1—28—22— С). Хотя пуск АПВ по цепи 29—22 произойдет и реле времени КТ замкнет цепь катушки реле KL, повторного включения выключателя Q не произойдет, так как конденсатор С к этому моменту будет разряжен.
Отключение выключателя фидера при срабатывании электронной защиты AKZ или телеблокировки АТВ приводит к запуску устройства резервирования при отказе выключателя (УРОВ) по цепи 79-AKZ—VD3—KQT-УРОВ или 19-АТВ—VD4-KQT-УРОВ. Контакт повторительного реле KQT размыкает цепь запуска УРОВ при отключении выключателя. Если же выключатель фидера не отключится, то УРОВ отключает питание сборных шин 27,5 кВ.
По цепи 19—10 при срабатывании электронной защиты AKZ или телеблокировки АТВ через диоды VD5 или VD6 запускается в работу устройство определения места повреждения контактной сети ASN (ОМП). До отключения выключателя Q оно по значениям тока и напряжения, поступающим на ASN от трансформаторов ТА и TV (рис. 4.1, а) определяет сопротивление до точки повреждения, которое пропорционально расстоянию до этой точки. Результаты измерений передаются энергодиспетчеру по системе телемеханики.
4.3.	Телеблокировка выключателей контактной сети
Выключатели фидеров тяговых подстанций А, В и поста секционирования ПС связны между собой устройством телеблокировки, предназначенным для повышения надежности защиты контактной сети (рис. 4.2). Аппаратура телеблокировки АТВ резервирует защиту первой ступени дистанционной защиты на подстанциях и постах секци-
Рис. 4.2. Структурная схема телеблокировки выключателей контактной сети
95
онирования ПС, ускоряет отключение в зоне действия второй ступени и обеспечивает защиту контактной сети при выводе ПС из работы.
При аварийном отключении выключателя, например, Q1 на подстанции А от первой ступени электронной дистанционной защиты аппаратура телеблокировки АТВ1 передает сигнал на отключение соответствующего выключателя Q3 поста секционирования, присоединенного к той же секции контактной сети СК1, что и отключившийся выключатель Q1 подстанции А. Если первым отключается выключатель поста секционирования ПС, то телеблокировка отключает соответствующий выключатель подстанции.
В том случае, когда по каким-либо причинам выключатель подстанции не отключается телеблокировкой, сработает с выдержкой времени вторая ступень электронной защиты, контролирующая всю межподстанционную зону. Однако при этом увеличивается вероятность пережога контактного провода.
На рис. 4.2 представлена структурная схема участка контактной сети с телеблокировкой. Выключатели четырех секций контактной сети СК1—СК4 связаны телеблокировкой попарно: QI—Q3, Q2—Q4, Q5—Q7, Q6—Q8. На участке между подстанцией А и постом ПС в линии связи используется канал связи с несущей частотой Д, а на участке между ПС и подстанцией В — частотой/2. Отключение выключателей Ql—Q3 осуществляется сигналом частотой —45Гц, выключателей Q2—Q4—Д +45 Гц, выключателей Q5—Q7—/2 "45 Гц и Q6—Q8 — /2 +45Гц. Внутри каждого частотного канала с полосой Д/для отключения четных и нечетных выключателей используются сигналы двух частот, отличающихся друг от друга на 90 Гц.
При отключении выключателей на ПС и включении продольных резъединителей QS1 и QS2 их вспомогательные контакты включают ретранслятор US, связывающий устройства АТВ2 и АТВЗ поста. В этом случае на тяговых подстанциях А и В будут попарно связаны телеблокировкой выключатели Ql—Q7 и Q2—Q8. При отключении защитой Q1 запускается АТВ1 и сигнал на отключение Q7 передается частотой /] —45 Гц на АТВ 2 далее на ретранслятор US (при включенном разъединителе QSI) преобразуется и проходит на АТВЗ, откуда идет сигнал частотой /2 —45 Гц на АТВ4, в результате чего отключается выключатель Q7.
Для телеблокировки используются линии связи телеуправления ТУ. Каналы ТУ действуют на длине всего диспетчерского круга на частоте /ру, а каналы телеблокировки на частотах/| и/2- только в пределах одной фидерной зоны. На соседних участках (слева от подстанции А и справа от подстанции В) частоты /| и/2 могут использоваться повторно. Для устранения взаимного влияния соседних участков на каждой подстанции в линию связи включают заградительные фильтры ZF, а для усиления сигналов ТУ — усилители UW.
На рис. 4.1 приемное устройство АТВ находится в цепи 17—12, а передающее — в цепи 43—38. Запуск телеблокировки происходит при срабатывании электронной защиты AKZ и замыкании цепи 43—38 между контактами 9—10 AKZ при условии, что контакты повторительного реле KQC замкнуты (выключатель фидера Q включен) и по фидеру протекает ток, превышающий установленную величину токового реле КА (/уСТ=0,64юм)- Контакт реле KL2 в этой цепи остается замкнутым, пока не сработает устройство АПВ фидера и не замкнется контакт реле KL в цепи 37—34. Устройство АТВ получает питание по цепи 37—38 и передает сигнал на отключение соответствующего выключателя ПС до отключения выключателя Q и размыкания цепи 37—38 его повторительным реле KQC или контактом реле КА. Таким образом, работа передающего устройства АТВ на время действия АПВ запрещается.
При срабатывании АПВ реле KL замыкает цепи 37—34 реле KL2 и 37—32 реле КТдтв- ?еле времени запуска телеблокировки КТАТВ становится на самоподпитку через контакт в цепи 39—32, а реле запрета телеблокировки KL2 размыкает цепь 43—38. Реле КТдпв будет возбуждено до тех пор, пока его катушку не шунтирует контакт с выдержкой времени. При этом реле КТАПВ отключается и отключает реле KL2. Но до этого
96
Рис. 43. Схема управления выключателем поста секционирования
момента реле КТАПВ замкнет своим проскальзывающим контактом цепь 41—36, контакт повторительного реле KQC в этой цепи замкнут при успешном АПВ. Устройство АТВ в цепи 37—38 вторично получит питание и передаст сигнал для включения отключившегося выключателя ПС, который не имеет своей схемы АПВ.
При неуспешном АПВ выключателя Q его повторитель KQC разомкнет цепь 37—38 до того, как она будет замкнута контактом реле КТАПВ. Устройство АТВ в этом случае вторично запущено не будет.
На посту секционирования устройство телеблокировки АТВ при получении сигнала с тяговой подстанции через трансформатор Т2 отпирает тиристоры VS1 и VS2 (рис. 4.3). При включенном выключателе ПС создается цепь 1—VS1— VS2—KQC—Q2—YAT— 4, через катушку отключения YAT проходит ток, выключатель отключается.
После успешного АПВ на подстанции приходит второй сигнал на ПС, приводящий к повторному отпиранию тиристоров и замыканию цепи 1—2 через замкнутый контакт повторительного реле KQT. Катушка контактора включения выключателя КМ
получает питание, выключатель ПС включается повторно.
Включение и отключение выключателя ПС может осуществляться кнопками SBC и SBT при нахождении персонала на посту или по телеуправлению энергодиспетчером (цепи телеуправления на рис. 4.3 не показаны).
Передающее устройство телеблокировки (рис. 4.4) состоит из блока управления передачей АТВ и передатчика частотно-модулированных сигналов ЧМПер. В передатчик входят: частотный генератор GF, вырабатывающий частоту f ±45Гц; модулятор UB, изменяющий частоту работы генератора f — 45Гц на f +45Гц; полосовой фильтр ZF, пропускающий полосу частот А/; выходной усилитель мощности UW, обеспечивающий
необходимую мощность сигнала; линейный блок UV, обеспечивающий связь передатчика ЧМПер с линией связи. Блок
управления передачей при срабатывании защиты фидера запускает в работу генератор GF и через модулятор UB задает частоту его работы в зависимости от номера выключателя f —45Гц или f+45Гц. Частотный сигнал через фильтр ZF поступает на выходной усилитель UW, где усиливается до необходимого уровня и через линей-
Рис. 4.4. Структурная схема передающего и приемного устройств телеблокировки
7-6086
97
ный блок UV поступает в линию связи. Время передачи сигнала определяется блоком управления АТВ.
Приемное устройство телеблокировки (см. рис. 4.4) состоит из приемника частот-но-модулированных сигналов ЧМПр и блока исполнения АТВ. В приемник входят: линейный блок UV, обеспечивающий связь приемника ЧМПр с линией связи; полосовой фильтр ZF, пропускающий полосу частот А/; усилители-ограничители UW1 и UW2, усиливающие поступающий с линии связи сигнал и ограничивающие его с большой и малой амплитудой; демодулятор UR, преобразующий поступающий сигнал в импульсы постоянного тока. Сигнал, поступивший из линии связи через линейный блок UV и фильтр ZF, проходит на усилитель UW1. Последний усиливает ослабленный сигнал и одновременно защищает приемник от помех. Далее сигнал поступает на усилитель-ограничитель UW2, который не пропускает импульсы длительностью менее 15 мс (длительность частотного импульса телеблокировки составляет не менее 70 мс). Демодулятор UR расшифровывает сигнал (по его частоте определяется выключатель, который нужно отключить) и дает информацию в блок исполнения АТВ, замыкающий оперативные цепи соответствующего выключателя поста секционирования, а при необходимости осуществляет ретрансляцию команды в устройство телеблокировки соседней секции контактной сети.
4.4.	Испытание контактной сети постоянное© тока до АПВ
Применение на фидерах контактной сети испытательных устройств, позволяющих отличать режим КЗ от перегрузок, дает возможность исключить оперативные и повторные включения выключателей фидеров на короткое замыкание. На фидерах контактной сети переменного тока в качестве устройств, разрешающих или запрещающих АПВ, используются реле напряжения, контролирующие величину напряжения в контактной сети после отключения фидера.
На фидерах контактной сети постоянного тока устанавливают испытатели коротких замыканий (ИКЗ), которые постоянно контролируют состояние контактной сети. При КЗ напряжение в контактной сети практически мгновенно снижается до нуля, а в случае перегрузки спадает постепенно, что фиксирует ИКЗ и соответственно запрещает или разрешает включение выключателя.
Испытатель коротких замыканий (рис. 4.5) представляет высоковольтную выпрямительную установку UDN, состоящую из двух диодных ветвей: испытательной
Рис. 4.5. Схема испытателя коротких замыканий ИКЗ
98
2VD1—2VD12 и компенсационной 1VD1 —1VD12; двух трансформаторов: испытательного Т1 и измерительного Т2.
Выпрямительная установка LJDN присоединяется к фидеру контактной сети через предохранитель FU. Если фидерные выключатели QF1 и QF2 включены, то к диодам UDN приложено в обратном направлении полное выпрямленное напряжение 3,3 кВ, что исключает протекание по диодным ветвям токов и /2. При отключении выключателей QF1 и QF2 в обмотках якорей тяговых двигателей электроподвижного состава ЭПС, движущегося по инерции, возникает ЭДС в результате остаточного магнитного потока. ЭДС имеет ту же полярность, что и рабочее напряжение контактной сети, запирает диоды, UDN не реагирует на отключение QF1 и QF2. При отсутствии КЗ напряжение в контактной сети спадает постепенно, в течение 2-3 с оно превышает 250—300 В. Так как напряжение на вторичной обмотке трансформатора Т1 равно 200 В, то в течение 2-3 с токи /) и /2 в диодных ветвях UDN будут отсутствовать. При отсутствии тока /2 во вторичной обмотке трансформатора Т2 ЭДС не наводится, а значит нет запрета АПВ.
При КЗ в контактной сети напряжение, создаваемое двигателями ЭПС, спадает практически мгновенно, при этом открываются диодные ветви и возникают токи Ц и /2. От трансформатора Т1 ток /2 протекает по первичной обмотке трансформатора Т2, создавая во вторичной обмотке напряжение, запрещающее АПВ или оперативное включение.
ИКЗ осуществляет контроль состояния контактной сети по остаточному сопротивлению 7?ост между контактам проводом КП и рельсом. Если оно значительно (например, при включенных вспомогательных машинах или печах отопления неподвижного ЭПС, когда остаточная ЭДС отсутствует), токи /] и /2 не достигают больших значений и во вторичной обмотке трансформатора Т2 наводится малая ЭДС, разрешающая АПВ. Установленная величина тока ИКЗ зависит от значения Аост, принятого в качестве критического Аост кр в зависимости от которого запрещается АПВ (при 7?ост < кр) или разрешается (при Яост > Яост кр).
Контроль состояния контактной сети в отключенном состоянии с помощью ИКЗ ведется непрерывно при включенных разъединителях фидера контактной сети: линейном £)8Л и мачтовом QSM. Такой контроль предотвращает оперативное включение выключателей QF1 и QF2 на КЗ, сохранившееся в контактной сети.
4.5.	Устройство автоматики фидеров контактной сети постоянноао тока
Бесконтактное устройство фидерной автоматики БФАК-81. Это устройство обеспечивает двукратное АПВ выключателей QF1 и QF2 фидера контактной сети с предварительным испытанием ее на отсутствие короткого замыкания с помощью ИКЗ. На рис. 4.6 приведена схема устройства АПВ, на которой стрелками показано направление хода процессов. На выходах элементов проставлены потенциалы (+£к и ~ЕК), соответствующие исходному состоянию схемы, когда двоичный счетчик СТ находится в нулевом состоянии (триггеры Tl, Т2 и ТЗ в состоянии 0), и отсутствию КЗ в контактной сети.
При КЗ в контактной сети выключатели QF1 и QF2 отключаются, а разъединители QSj, и QSM остаются включенными и через них испытатель коротких замыканий UDN получает информацию о состоянии контактной сети. Испытатель UDN переключает модуль ДС-ЗК, что приводит к переключению логических схем 1 И—НЕ — 4И—НЕ. С их выходов потенциал +ЕК поступает на логическую схему И5 и реле сигнализации испытателя КН U, а на схему И1 и транзисторный каскад задержки ТЗК-1 — потенциал (—Ек).
Автоматическое отключение выключателей фидера при КЗ приводит к замыканию цепи «Пуск АПВ» контактом реле KL4 (повторительного реле выключателей фидера). Контакты реле KL6 и KL2 в этой цепи уже замкнуты. Реле KL6 размыкает цепь только на время оперативного включения выключателей, а реле KL2 — после оперативного отключения. Замыкание цепи «Пуск АПВ» приводит к разряду конденсаторов: С1 на
99
111-24
Рис. 4.6. Схема бесконтактной фидерной автоматики типа БФАК.-81
счетчик импульсов СТ; С2 на мультивибратор G. Счетчик СТ переключается из состояния 0 в 1 (триггер Т1 переходит в состояние 1, триггеры Т2 и ТЗ остаются в состоянии 0).Мультивибратор G работает непрерывно и к моменту пуска автоматики может находиться в любом состоянии, разряд конденсатора С2 устанавливает его в исходное состояние. Предварительный заряд конденсатора С1 происходит по цепи: +Ек-~ VD3—Cl—R1—(—£к), а конденсатора С2 — по цепи: +£к—VD4—С2—R2—(—£к).
Переключение счетчика СТ в состояние 1 приводит к появлению на его выходе 0 потенциала +£к, который запирает схему 7И—НЕ, с ее выхода на вход схемы И7 поступает потенциал —£к. До этого момента схема И7 не пропускала импульсы с мультивибратора G на вход счетчика СТ. Теперь импульсы будут проходить через схему И7 и переключать счетчик СТ, пока он не сделает полный цикл переключений. В нулевой позиции счетчика на вход схемы 7И—НЕ поступит вновь потенциал — £к, на ее выходе появится потенциал +£к, который запрет схему И7, пропуск импульсов на счетчик СТ прекратится, он остановится до следующего пуска автоматики.
На первой позиции счетчика на схему И1 поступает потенциал —£к со счетчика и схемы ЗИ—НЕ. С выхода схемы И1 на вход триггера блокировки ТБ подается потенциал —£к, разрешая подготовку триггера к переключению. При переключении счетчика во вторую позицию со схемы И1 на ТБ подается потенциал +£к, триггер переключается и запирает потенциалом +£к схемы И4, И6, И5, запрещая АПВ на четвертой и шестой позициях счетчика и оперативное включение через схему И5. С выхода ТБ потенциал +£к через диод VD5 и резистор R3 поступает на управляющий электрод тиристора VS, который открывается. Реле сигнализации KHU испытателя короткого замыкания возбуждается, сигнализируя о наличии КЗ в контактной сети, а светодиод HL1 на лицевой панели устройства автоматики загорается.
При остановке двоичного счетчика после полного цикла переключений в нулевой позиции с его выхода на схему ИО поступает потенциал — £к, через контакты реле KL2 и KL4 — потенциал —£б. С выхода схемы ИО на вход схемы 6И—НЕ подается потенциал —£к, переключая последнюю. На выходе схемы 6И—НЕ появляется потенциал +£к, реле аварийной сигнализации КНА возбуждается и загорается светодиод HL2, сигнализируя обслуживающему персоналу об аварийном отключении фидера.
100
Отключение выключателей при перегрузке, как и при КЗ, приводит к замыканию цепи «Пуск АПВ» и разряду конденсаторов С1 на счетчик СТ и С2 на мультивибратор G. Мультивибратор G устанавливается в исходное положение, а счетчик СТ— в состояние 00i. С первого выхода счетчика на схему И1 подается потенциал — Ек, на другой вход схемы с выхода схемы ЗИ—НЕ поступает потенциал +ЕК, так как при перегрузке испытатель UDN не переключается. Этот потенциал через 14I будет подаваться на триггер блокировки ТБ, состояние которого сохранится на весь цикл переключения счетчика, и он будет разрешать АПВ выключателей фидера.
Первое повторное включение происходит на четвертой позиции счетчика, когда с его выхода 4 на схему 144 поступит потенциал — Ёк и через нее на схему 514—НЕ. Транзисторный каскад схемы 514—НЕ при этом открывается, на реле включения КСС подается потенциал +ЕК, оно возбуждается и включает выключатели фидера. При успешном включении повторительное реле KL3, замыкая свои контакты, подает потенциал +fK на схемы 144, 146 и 145, запрещая через них последующие включения.
Если первое повторное включение окажется неуспешным, то контакт реле KL3 будет разомкнут и на шестой позиции счетчика по цепи через схему 146 будет осуществлена вторая попытка включения выключателей. Если же и она окажется неуспешной, то на нулевой позиции счетчика через схему 140 получит питание реле сигнализации аварийного отключения КНА, которое будет сигнализировать о неуспешном АПВ. Если одна из попыток АПВ окажется успешной, то контакт реле KL4 разомкнется и снимет потенциал — Ек со схемы 140, транзисторный каскад схемы 6И—НЕ останется заперт и реле КНА не сработает.
Оперативное включение выключателей фидера осуществляется с помощью реле KL5, при замыкании контактов которого на схему 145 поступает потенциал ~ЕК. Если в контактной сети отсутствует КЗ, то со схемы 2И—НЕ на схему И5 также поступает потенциал ~ЕК, разрешая включение. С выхода схемы 145 потенциал — Ек подается на схему 514—НЕ, транзисторный каскад которой, отпираясь, подает потенциал +ЕК на реле включения КСС. Потенциал — Eq подается на КСС через замкнутый контакт реле KL2, которое фиксирует команду включения. Реле КСС возбуждается и включает выключатели. До включения выключателей возбужден их обратный повторитель KL4, который своим замкнутым контактом создает цепь от — £к к схеме ИО. Чтобы при оперативном включении не сработало реле КНА, на время включения реле KL5 подает потенциал на схему ИО.
При отключении фидера под действием земляной защиты РУ-3,3 кВ тяговой подстанции замыкается контакт промежуточного реле KL1 и подается потенциал +ЕК на схемы И4, И6, И5, запрещая автоматическое и оперативное включение выключателей фидера.
Каскад транзисторной задержки ТЗК-1 обеспечивает выдержку времени, не давая схемам 2И—НЕ, ЗИ—НЕ, 4И—НЕ мгновенно возвращаться в исходное состояние после устранения КЗ в контактной сети. Конденсатор ТЗК-1 начинает заряжаться при КЗ в контактной сети, в результате чего на выходе 1И—НЕ появляется потенциал ~ЕК. Когда же после устранения КЗ на этом выходе вновь появляется потенциал +ЕК, схема 2И—НЕ не переключится, так как от ТЗК-1 на другой ее вход будет подаваться потенциал —Ек в течение времени разряда конденсатора.
Схема вторичной коммутации фидера контактной сети (рис. 4.7). На фидере контактной сети (рис. 4.7, а) установлены два быстродействующих выключателя QF1 и QF2 типа ВАБ-43 или ВАБ-49, три разъединителя: шинный 08ш, линейный О8Л и мачтовый QSM, а также обходной разъединитель QSO, связывающий фидер с запасной шиной ЗШ. Заземляющие ножи QSG1 и QSG2 управляются общим приводом и сблокированы с разъединителями и (2$л- Включение выключателей осуществляют включающие катушки YAC1 и YAC2, питание на которые подается от шин включения EY при замыкании контактов контакторов включения КМ1 и КМ2. Контроль тока фидера осуществляет амперметр РА, подключаемый к фидеру через шунт
101
Рис. 4.7. Схема управления фидером контактной сети постоянного тока: а — схема фидера контактной сети; б — схема вторичной коммутации фидера
RS. Испытатель коротких замыканий UDN подключается к фидеру через предохранитель FU.
Оперативное включение выключателей фидера QF1 и QF2 (рис. 4.7, б) осуществляется замыканием кнопкой включения SBC цепей 15—10, 15—12 и 15—14 или контактом реле телеуправления КСС2 цепей 17—10, 17—121Л 17—14. При этом возбуждаются реле фиксации команды KQQ, реле включения выключателей КСС1 и реле KL5 устройства БФАК. Контакты KQQ и КСС1 замыкают цепь 1—24 держащих катушек YAT1 и YAT2 выключателей на время их включения, когда размыкаются контакты QF1 и QF2 в цепи 3—24 и замыкаются QF1 и QF2 в цепи 1—24.
Реле фиксации KQQ замыкает цепь 11—10, реле KL2 возбуждается и замыкает свои контакты в схеме БФАК (рис. 4.8). Контакт реле KL5 при замыкании подает потенциал —Еб на резистор Rl 1 схемы И5, а через диод VD18 и резистор R12 на КСС.
При отсутствии на фидере КЗ на диоды схемы И5 подаются потенциалы — Ек с триггера блокировки ТБ и схемы 2И—НЕ. На вход 29 схемы 5И—НЕ поступает потенциал —Eq через контакт KL5—Rl 1—VD15. Транзисторный каскад схемы 5И—НЕ отпирается, с ее выхода 11 на реле включения КСС подается потенциал + ЕК. Реле КСС возбуждается и замыкает цепи 7—2 и 7—6 (см. рис. 4.7, 6) контакторов КМ1 и КМ2, которые в свою очередь замыкают цепи катушек включения YAC1 и YAC2 фидерных выключателей QF1 и QF2, и последние включаются (см. рис. 4.7, а).
Блок-контакты выключателей QF1 и QF2 замыкают цепь 23—18 повторительного реле KQF. Его контакты размыкают цепь 27—22 зеленой лампой HLG и замы-
102
И6
И4
RIO
И5
VD7
-+F
4
1R4
-4
I 19 5 3
j kVD9 i kVDiO
VDlij i
Перевод в 001
—E.
027
R5
] tyD3
- -VD5
R15
VS
KL1
VD7
j ;vD4i lvdz ; ;vdi ; м>з
+E.
KL2
R14
KL4
16
+£
(T3K-1)
R17
R5
к ИКЗ
Cl
HF
VD2
-KF
VDI
LM-
15 o-
2 3 21 Г4 4И-НЕ (И-НЕ-2К)
--M-
T3K
R1 flR3
18 20 ГЗ 12И-НЕ (И-НЕ-2К)
ООО
16271324 712Г6
7И-НЕ (И-НЕ-2К)
-о Г4
R4
C\KL6 +£-
15 12 25 14
10 T2
(ТГ-4К)
|R4 []R2 C2 I
-HF-
И1 M-
14
4
VD19
VD2QR6^
Рис. 4.8. Схема устройства БФАК-81

4+
44
16 13 11 29
27 T3
(ТГ-4К)
26 15 14 11 Г5 5И-НЕ (И-НЕ-2К)
V1W ' J М)|5
M~i 4- 1
M-
E4
B4
E4
2728 13 26
I 6—0	6—0 I
I (ТЗК-1)-5 Г6 ° T3K-1)E? 16 I \ 20 4 18 19	------------
1Ъ —
2
-EK $22
—
241 IjRl
VD6
44-
Б4
Rll

5 29 25 17
-О (ДС-ЗК)
1? 22 26
° O a
. C3|C4
R8
(ТГ-4К)	23+E* 18
1JVD8
-'EM
R16
|R7|C2
VD8X
11 Г5 1И-НЕ (И-НЕ 2K)
VD2
-M-
VD1
L|<_1
10 Г6 ЗИ-НЕ (ИНЕ-2К)
HLl
+E. SA У
И— . o-*-
103
кают цепи: 25—20 красной лампы HLR; 13—10 репе KL3, контакт которого в схеме БФАМ (см. рис. 4.8) шунтирует катушку реле KL4. Реле KL4 размыкает цепь «Пуск АПВ» и снимает потенциал —£б с резистора R8 схемы ИО, а также подает потенциал +ЕК на схемы И4, И6, И5, запрещая включение реле КСС при включенных выключателях фидера.
Автоматическое отключение выключателей QF1 и QF2 при перегрузке (см. рис. 4.7, б) приводит к размыканию цепи 23—18 и отключению повторителя KQF, который снимает питание с реле KL3 в цепи 13—10, размыкает цепь 25—10 красной лампы HLR и замыкает цепь 29—22 мигания зеленой лампы. Реле KL3, отключившись, дешунтирует катушку реле KL4 (см. рис. 4.8) и снимает потенциал +ЕК со схем И4, И6, И5, разрешая работу КСС. Реле KL4 возбуждается и замыкает цепь «Пуск АПВ» (контакты KL2, KL6 замкнуты), другой контакт KL4 подключает R8 схемы ИО к шине — Eq.
При замыкании цепи «Пуск АПВ» происходит разряд конденсаторов С1 и С2 на мультивибратор G, двоичный счетчик СТ и триггер блокировки ТБ. Мультивибратор устанавливается в исходное состояние, триггер ТБ — в нулевое, а счетчик переключается в состояние 001. С выхода 19 триггера Т1 счетчика потенциал +£к подается на вход схемы 7И—НЕ, запирая транзисторы этой схемы. С выхода 12 схемы 714—НЕ потенциал — Ек поступает на схему И7, разрешая импульсам с мультивибратора G проходить на счетчик СТ.
Счетчик переключается до четвертой позиции, на которой на диоды схемы И4 поступают потенциалы — Ек и — Eq. Потенциал — Eq через резистор R10, диод VD14 поступает на вход 29 схемы 5И—НЕ, транзисторный каскад которой отпирается, реле КСС получает питание по цепи: 11— КСС—R12—VD18—VD17—KL2—(— Eq). Возбудившись, реле КСС включает выключатели QF1 и QF2, а контакт их повторителя KQF замыкает цепь 13—10 реле KL3 (см. рис. 4.7, б). Контакт реле KL3 в схеме БФАК шунтирует катушку KL4 и подает потенциал +ЕК на схему И6, запрещая работу реле КСС на шестой позиции счетчика. Если первая попытка АПВ оказывается неудачной, то на шестой позиции счетчика со входов 26, 15 и 14 схемы 5И—НЕ будут сняты потенциалы +ЕК, что приведет к отпиранию транзисторного каскада этой схемы. На выходе 11 схемы 5И—НЕ появляется потенциал +ЕК, реле КСС получит питание и осуществит вторую попытку включения фидера.
Если вторая попытка также окажется неудачной, то на нулевой позиции счетчика на вход 16 схемы 6И—НЕ поступит потенциал — Eq через контакты реле KL2, KL4, резистор R8, диод VD13. Это приведет к отпиранию транзисторного каскада VT1—VT2 через диоды VD5 и VD4 и срабатыванию реле аварийной сигнализации КНА. Если же включение фидера будет удачным, то реле KL3, получив питание по цепи 13—10, шунтирует своим контактом в схеме БФАК катушку реле KL4, которое обесточивается и размыкает своим контактом цепь, по которой потенциал — Eq подается на схему ИО. Транзисторный каскад схемы 6И—НЕ остается закрытым, реле КНА не получает питание, что свидетельствует об удачном включении фидера.
Автоматическое отключение выключателей QF1 и QF2 при КЗ приводит к замыканию цепи «Пуск АПВ» и переключению UDN, в результате чего на выходе схемы ЗИНЕ появляется потенциал — Ек. На первой позиции счетчика на диоды схемы И1 подаются с триггеров счетчика СТ потенциалы — Ек, происходит заряд конденсатора СЗ через транзистор VT2 , и диоды VD6 и VD8 триггера блокировки, а также через резистор схемы И1.
При переключении счетчика во вторую позицию на выходе схемы И1 появляется потенциал +ЕК, что приводит к разряду конденсатора СЗ на базу транзистора VT2 триггера ТБ, который переходит в состояние блокировки. С выхода 22 триггера блокировки ТБ на схемы И4 и И6 поступает потенциал +ЕК, запрещающий отпирание транзисторного каскада схемы 5И—НЕ на 4-й и 6-й позициях счетчика, а следовательно, и повторное включение выключателей. На нулевой позиции счетчика срабатывает реле КНА, сигнализирующее об аварийном отключении фидера, а реле KHU сигнализирует о КЗ на фидере.
104
Вывод устройства автоматики из работы осуществляется отключением ключа автоматического управления SA, которое приводит к подаче потенциала +ЕК на входы 3 схемы 4И—НЕ и 16 схемы 6И—НЕ, выводу из работы реле КНА и KHU (см. рис. 4.8), отключению реле KL1, KL2, KL3 и KL5 от шины —ЕС (см. рис. 4.7). Размыкание контактов SA в цепях 7—2 и 7—6 и замыкание в цепях 5—2 и 5—6 позволяет включать выключатели фидера без проверки состояния контактной сети. При этом замыкание цепей 15—12 кнопкой SBC или 17—12 контактом реле включения по телеуправлению КСС2 приводит к включению реле КСС1, которое своими контактами замыкает цепи 5—2 и 5—6 контакторов КМ1 и КМ2, а они в свою очередь — цепи включающих катушек YAC1 и YAC2 выключателей QF1 и QF2 фидера контактной сети.
Оперативное отключение выключателей QF1 и QF2 осуществляется путем замыкания цепей 19—16 кнопкой отключения SBT или 21—16 контактом реле отключения по телемеханике КСТ. При этом реле фиксации KQQ отключается, размыкает своими контактами цепи 1—24 держащих катушек YAT1 и YAT2, 11—10 реле KL2 и 29—22 мигания лампы HLG. Держащие катушки обесточиваются, происходит отключение выключателей. Реле KL2, потеряв питание, размыкает свои контакты в цепи «Пуск АПВ» (см. рис. 4.8), снимает потенциал — Eq с реле КСС и схемы ИО. При отключении выключателей QF1 и QF2 размыкается цепь 23—18 повторительного реле KQF, которое размыкает цепь 13—10 реле KL3 и замыкает цепь 27—22 зеленой лампы HLG, в которой уже замкнут контакт KQQ. Лампа горит ровным светом, сигнализируя об оперативном отключении фидера.
4.6.	Автоматика постов секционирования
Посты секционирования контактной сети (ПС) располагаются между тяговыми подстанциями, как правило, в середине межподстанционной зоны для повышения чувствительности защиты контактной сети, а также для соединения контактных подвесок двух и более путей многопутных участков друг с другом с целью снижения потерь электроэнергии и напряжения в тяговой сети. На постах секционирования предусматривается автоматическое повторное включение выключателей после их автоматического отключения. На постах секционирования переменного тока АПВ выключателей осуществляется обычно с помощью устройства РПВ-58, работа которого описана ранее в главе 3.
На посту секционирования ПС постоянного тока (рис. 4.9, а) поляризованные быстродействующие выключатели QF1—QF4 обеспечивают защиту, а также переключение под нагрузкой фидеров поста секционирования, подключенных к контактной сети разъединителями QS1—QS4. Для контроля за наличием напряжения на секциях контактной сети СК1—СК4 применяются реле напряжения KV1—KV4, подключаемые к фидерам через предохранители FU1—FU4. Для ограничения токов в реле используются добавочные резисторы Rlfl— И4Д. Защита аппаратуры ПС от перенапряжений обеспечивают разрядники FV1—FV4.
Схема автоматики ПС, представленная на рис. 4.9, б, является одной из разновидностей схем, применяемых на Московской железной дороге. Она обеспечивает независимое АПВ (НАПВ), выполняемое с помощью устройства РПВ-58, зависимое мгновенное АПВ (МАПВ), осуществляемое промежуточным реле KLM, и зависимое АПВ с выдержкой времени, которую обеспечивает реле времени КТ1.
Независимое АПВ вводится в работу по телеуправлению энергодиспетчером замыканием цепи 11—10 контактом реле включения КССН. Реле включения НАПВ KLH получает питание, становится по цепи 13—10 на самоподпитку и замыкает цепь 15—14 заряда конденсатора С. Выводится НАПВ из работы размыканием цепи 13—10 контактом реле отключения по телеуправлению КСТН или снятием напряжения с шины +110 В кнопкой отключения SBT или контактом промежуточного реле земляной защиты KL33.
105
Рис. 4.9. Схема автоматики поста секционирования постоянного тока: а — схема поста секционирования; б — схема вторичной коммутации поста
Заряд конденсатора С по цепи 15—14 начинается после включения выключателя фидера QF1, который своим блок-контактом замыкает цепь 9—8 повторительного реле KQF1. Реле KQF1 замыкает цепь 15—14 и размыкает цепь 15—12. После заряда конденсатора НАПВ готово к действию.
При автоматическом отключении выключателя QF1 его повторитель KQF1 размыкает цепь 15—14 и замыкает цепь 15—12, по которой получает питание реле времени КТ. С выдержкой времени реле КТ замкнет цепь разряда конденсатора С на шунтовую катушку КЕШ промежуточного реле. Реле KL возбуждается и замыкает цепь 17— 4(17— QF—KLC—KL—16— 6— KBS—КМ1—4). По цепи 17—4 получает питание контактор КМ1, который замыкает цепь включающей катушки YAC1. В результате этого произойдет повторное включение выключателя QF1 независимо от состояния контактной сети. Если включение окажется неудачным, то следующего включения не будет, т.к. конденсатор С разряжен.
Зависимое АПВ с выдержкой времени запускается по цепи 17—20 после отключения выключателя QFI и восстановления напряжения на отключившейся секции контактной сети СК1 путем включения на тяговой подстанции фидерных выключателей. Блок-контакт QF1 отключившегося выключателя и контакт реле напряжения KV1 при появлении напряжения на СК1 замыкают цель 17— 20 реле времени КТ1 зависимого АПВ, которое с выдержкой замыкает цепь 7— 4 контактора КМ1. Последний подает питание на катушку включения YAC1 выключателя QF1, который включается повторно.
Мгновенное АПВ используется для быстрого включения выключателя фидера, отключившегося от тока перегрузки при условии, что на отключившейся секции сохранилось напряжение (реле KV1 возбуждено) и пост секционирования отключился час
106
тично, т.е. часть выключателей осталась включенной. При этом их повторительные реле в цепи промежуточного реле МАПВ КЬм частично шунтируют резисторы 1R—4R и ток в катушке KLM достаточен для удержания его в возбужденном состоянии. Цепь 17—4 (17— QF1—KV1—KLM—KBS—КМ1—4) замыкается, контактор КМ1 включает повторно выключатель QF1 и размыкает цепь 17—4 своим блок-контактом.
При полном отключении ПС контакты повторителей дешунтируют резисторы 1R—4R, ток в катушке KLM снижается и становится недостаточным для удержания реле в возбужденном состоянии. Последнее размыкает цепь 17—4 контактом KLM, запрещая МАПВ всех выключателей ПС. Включение реле KLM происходит после включения всех четырех выключателей ПС, повторители которых шунтируют свои резисторы 1R—4R. В момент включения выключателя, когда ток протекает по его включающей катушке YAC1 реле блокировки КВ размыкает цепь KLM, запрещая МАПВ выключателей всех фидеров. Вывод устройства МАПВ из работы осуществляется отключением ключа SA.
Оперативное включение выключателя QF1 фидера ПС осуществляется замыканием цепей 3—4 кнопкой SBC или 5—4 контактом реле включения по телеуправлению КСС. Катушка контактора КМ1 получает питание и он замыкает цепь катушки включения YAC1, включая выключатель QF1. Последний своим блок-контактом QF1 шунтирует катушку КМ1, ток в катушке реле блокировки KBS увеличивается, оно возбуждается и вторично шунтирует своим контактом катушку реле КМ 1. Реле KBS запрещает повторное включение контактора КМ1 и выключателя QF1 при его автоматическом отключении в момент включения. Это необходимо в связи с тем, что контакты SBC в цепи 3—4 или КСС в цепи 5—4 после замыкания несколько секунд могут оставаться замкнутыми и при отсутствии блокировки выключатель может включиться на КЗ несколько раз.
Оперативное отключение выключателя QF кнопкой SBT или автоматическое — земляной защитой приводит к снятию напряжения с шины +110 В контактами SBT или KL33, прекращению питания держащей катушки YAT и цепей автоматики повторного включения. При отключении секции контактной сети СК1 по телеуправлению энергодиспетчер должен сперва отключить фидер тяговой подстанции, питающий СК1, затем выключатель QF1 ПС. Контакты реле отключения по телеуправлению КСТ размыкают цепь 1—2 держащей катушки выключателя и замыкают цепь разряда конденсатора С НАПВ на резистор R3, выводя НАПВ из работы. После отключения QF1 напряжение на секции СК1 исчезает, и реле KV1 размыкает цепи 17—18 МАПВ и 17— 20 зависимого АПВ с выдержкой времени. Таким образом, при оперативном отключении все виды АПВ выводятся из работы.
4.7.	Автоматика пунктов параллельноао соединения
Пункты параллельного соединения (ППС) устанавливают между тяговыми подстанциями и постами секционирования для соединения контактных подвесок двух путей. При таком соединении обе подвески работают параллельно на тяговую нагрузку обоих путей независимо от количества поездов на каждом из них. Этим снижаются потери электроэнергии в контактной сети.
Недостатком применения ППС является усложнение тяговой сети и защиты ее от токов КЗ. Среднее количество отключений ППС на грузонапряженных линиях может составлять несколько десятков в месяц. Каждое отключение приводит к скачкообразному добавлению нагрузки на оставшиеся в работе фидеры тяговых подстанций, а следовательно, увеличивается вероятность отключения их выключателей. Если же выключатель ППС при КЗ в контактной сети не отключится, подвески двух путей продолжают работать параллельно, при этом фидерные выключатели подстанции не отключаются, возникает опасность отжига проводов при протекании длительного недопустимого тока и нагрева им проводов.
107
Рис. 4.10. Схема пункта параллельного соединения постоянного тока (а) и и схема управления разъединителем ППС (б)
Схема ППС постоянного тока (рис. 4.10, а). Контактные подвески двух путей соединяются быстродействующим выключателем QF типа ВАБ-28. Для контроля наличия напряжения в подвесках обоих путей применяются высоковольтные реле контроля напряжения KSV1 и KSV2. Защита оборудования ППС от перенапряжений осуществляется разрядниками FV1 и FV2. Для подключения ППС к контактным подвескам служат разъединители QS1 и QS2 с дистанционным управлением и заземляющими ножами QSG1 и QSG2. Для автоматического отключения выключателя QF используются токовое дифференциальное шунтовое реле KAD и токовое реле земляной защиты КА33. Включение ППС происходит в следующем порядке: по телеуправлению включаются разъединители QS1 и QS2; при наличии напряжения в контактных подвесках обоих путей возбуждаются реле контроля напряжения KSV1 и KSV2; быстродействующий выключатель QF включается автоматически после возбуждения реле KSV 1 и KSV2.
Схема управления разъединителем ППС (рис.4.10, б). Эта схема позволяет включать разъединитель при замыкании цепи 11—2 контактом реле КСС или кнопкой SBC при замыкании цепи 9—2. Токи в этих цепях возникают при условии, что блок-контакт QSG замкнут ( заземляющие ножи QSG1 и QSG2 отключены), а также замкнут блокировочный контакт SBB крышки привода (крышка закрыта). Ток протекает по обмотке двигателя М и обмотке его возбуждения LM, двигатель вращается и включает разъединитель. В конце процесса включения специальная шайба на валу привода своим выступом переключает контакты SAB1 и SAB2, цепь 11—2 размыкается, двигатель останавливается. Переключатель своими контактами SAB1 и SAB2 размыкает цепь 7—2 повторителя отключенного положения разъединителя KQST и замыкает цепь 7—2 через повторитель включенного положения KQSC, одновременно подготавливает цепи отключения: 7—2 кнопкой отключения SBT; 3—2 контактором реле отключения по телеуправлению К.СТ; 5—2 контактом промежуточного реле земляной защиты KL33.
При замыкании цепи отключения ток через обмотку возбуждения двигателя LM протекает в противоположном включению разъединителя направлении, поэтому двигатель вращается в обратном направлении, отключая разъединитель. В конце процесса отключения контакты переключателя SAB1 и SAB2 размыкают цепь отключения и замыкают цепи включения. Через них протекает ток по цепи 7—2 повторителя отключенного положения разъединителя KQST.
108
Рис. 4.11. Схема вторичной коммутации выключателя ППС
Схема вторичной коммутации выключателя ППС (рис. 4.11). После включения разъединителей QS1 и QS2 их повторители KQSC1 и KQSC2 замыкают своими контактами цепь 15—10. Контакт KQF повторителя выключателя QF в этой цепи при отключенном выключателе замкнут, так как катушка KQF в цепи 7—6 получает питание через блок-контакт выключателя QF. Если напряжение имеется в подвесках обоих путей, то реле контроля напряжения KSV1 и KSV2 возбуждаются, их контакты замыкают цепь 5—4 промежуточного реле контроля напряжения KLV, оно замыкает своим контактом цепь 15—10. Реле времени КТ получает питание и с выдержкой замыкает цепь 17—16 своим проскальзывающим контактом, по катушке контактора КМ протекает ток, он замыкает цепь 7—2 держащей катушки YA выключателя ВАБ-28. Катушка YA выполняет роль включающей катушки, выключатель QF включается. Его повторитель KQF в цепи 7—6 теряет питание, размыкает цепь 15—12 катушки КТ. Если выключатель не включился по каким-то причинам, то проскальзывающий контакт КТ через определенное время разомкнет цепь 17—16 и снимет питание с контактора КМ, который отключит держащую катушку YA и предотвратит ее недопустимый нагрев.
Отключение выключателя QF происходит при исчезновении напряжения в подвеске одного из путей и размыкании контактом KSV1 или KSV2 цепи 5—4. В результате этого реле KLV, обесточившись, замыкает цепь 23—20 реле отключения КСТ. Это реле получает питание также при отключении одного из разъединителей QS1 или QS2, повторитель которого KQSC1 или KQSC2 замкнет цепь 25—20 или 27—20. Реле отключения КСТ, возбудившись, размыкает цепь 3—2 держащей катушки YA, в результате чего выключатель QF отключится. В этой же цепи 3—2 находятся контакты дифференциального шунтового реле KAD, которое производит отключение выключателя при КЗ между ППС и ПС, когда ток через KAD резко возрастает.
Для отключения малых токов КЗ, протекающих через ППС со стороны ПС, применяются токовые реле, реагирующие только на величину тока, в качестве которых используются герконовые реле КА1 и КА2. Когда ток превышает установленное значение, реле срабатывает, замыкая цепь 9—8 или 11—промежуточного реле KL. Контакты реле KL размыкают цепь 3—2 держащей катушки выключателя YA.
Если при КЗ в удаленной от подстанции точке выключатели поста секционирования не отключились и через ППС протекает ток, недостаточный для срабатывания гер-конных токовых реле КА1 и КА2, а тем более — для реле KAD, то отключение производит потенциальная защита ППС. Для нее в качестве датчика используются реле KSV1 и KSV2, в которых параллельно обмотке включается регулирующая цепь добавочных резисторов, а параллельно части добавочных резисторов — контакты реле KRS и конденсаторы. Такая схема включения реле KSV обеспечивает высокий коэффициент воз
109
врата. Катушка шунтирующего реле KRS находится в цепи 15—14 и получает питание после включения разъединителей, когда их повторители KQSC1 и KQSC2 замыкают цепь 15—14 при отключенном выключателе. Контакты KRS шунтируют часть добавочных резисторов реле KSV, что обеспечивает возбуждение реле. После начала включения выключателя реле КТ, получив питание по цепи 15—10, размыкает цепь 15—14 реле KRS, его контакты, шунтирующие резисторы, размыкаются, ток в обмотке KSV уменьшается, обеспечивая его отключение при снижении напряжения в контактной сети.
На ППС устанавливают счетчики, фиксирующие число срабатывания каждой защиты, что облегчает анализ работы ППС.
Счетчик РС1 получает питание при размыкании контактов KAD в цепи 3—2. Ток в этой цепи становится недостаточным для удержания выключателя во включенном положении, недостаточным для переключения РС1. Счетчик РС2 в цепи 29—22 фиксирует отключение ППС от токовых защит при срабатывании реле КА1 и КА2, а счетчик РСЗ в цепи 31—24 — срабатывание потенциальной защиты. В эту цепь дополнительно введен контакт токового герконного реле КАЗ с током срабатывания 500—800 А, разрешающий работу счетчика до отключения выключателя, когда через ППС протекает ток.
Схема ППС переменного тока (рис. 4.12, а). Контактные подвески двух путей соединяются при включении выключателя Q пункта параллельного соединения. Для контроля наличия напряжения в подвесках обоих путей применяются датчики напряжения TV1 и TV2 типа ДН-27,5, к которым подключаются реле напряжения KV1 и KV2 типа РН-53/200. Защита оборудования ППС от перенапряжений осуществляется разрядниками FV1 и FV2 типа РВМ-35 с регистраторами срабатывания. Для подключения ППС к контактным подвескам служит двухполюсный разъединитель QS с моторным приводом и заземляющими ножами QSG. Для автоматического отключения выключателя Q при больших токах используется токовая защита, реле КА которой подключается к трансформатору тока ТА типа ТФЗМ-35А. Рама ППС и вся металлоконструкция ППС заземлена на среднюю точку путевого дросселя ближайшего к ППС железнодорожного пути.
Рис. 4.12. Схема пункта параллельного соединения переменного тока (а) и схема управления разъединителем ППС (б)
ПО
Схема управления разъединителем ППС (рис. 4.12, б) позволяет включать разъединитель по телеуправлению при замыкании цепи 9—2 контактом реле КСС или кнопкой SBC при замыкании цепи 7—2. Токи в этих цепях возникают при условии, что выключатель Q отключен и его повторитель KQT (цепь 1—2 на рис. 4.13, а) включен, блок-контакт QSG замкнут (заземляющий нож QSG отключен, а также замкнут блокировочный контакт SBB крышки привода (крышка закрыта). Ток проходит по обмотке двигателя М и обмотке его возбуждения LM через замкнутые контакты SAB1 и SAB2 реверсного переключателя привода. Двигатель при этом вращается и включает разъединитель. В конце процесса включения специальная шайба на валу привода своим выступом переключает контакты SABIh SAB2, цепь питания двигателя размыкается и он останавливается. Переключатель размыкает цепь 5—2 повторителя отключенного положения разъединителя KQST и замыкает цепь 5—2 через повторитель включенного положения KQSC, который своим контактом замыкает цепь 13—6 красной лампы HLR. Цепь зеленой лампы HLG 11—4 размыкается контактом KQST.
При замыкании цепи отключения 1—2 кнопкой отключения SBT или 3—2 контактом реле отключения по телеуправлению КСТ ток через обмотку возбуждения двигателя LM протекает в противоположном включению разъединителя направлении, поэтому двигатель вращается в обратном направлении, отключая разъединитель. В конце процесса отключения переключаются контакты переключателя SAB1 и SAB2, двигатель останавливается, переключаются повторители KQSC и KQST и сигнальные лампы, загорается зеленая лампа HLG.
Схема вторичной коммутации выключателя ППС (рис. 4.13). Оперативное включение выключателя осуществляется замыканием цепи 3—2 кнопкой SBC или цепи 7—2 контактом реле включения по телеуправлению КСС при условии, что разъединитель ППС включен и контакт его повторителя KQSC замкнут. При этом контактор КМ получает питание и замыкает цепь включающей катушки YAC, которая получает питание от выпрямителя UD, выключатель включается. Цепь 1—2 реле повторителя отключенного положения KQT размыкается блок-контактом выключателя Q, а цепь 15— 4реле повторителя включенного положения KQC замыкается. При этом переключаются контакты повторителей в цепях сигнальных ламп 29—16 и 31—18, красная лампа HLR получает питание, загорается, сигнализируя о включении выключателя.
Автоматическое включение выключателя осуществляется по цепи 5—2 при условии, что ключ автоматики SA включен, в контактных подвесках обоих путей есть напряжение и контакты реле KV1 и KV2 в цепи 25—72 замкнуты. С выдержкой времени реле КТ замыкает цепь 27—14 промежуточного реле KL3, которое замыкает цепь 5—2
Рис. 4.13. Схема вторичной коммутации выключателя ППС: а — цепей постоянного тока; б — цепей переменного тока
контактора КМ. После включения выключателя его повторитель KQT обесточивается и размыкает цепь 25—12, а реле времени, потеряв питание, размыкает цепь 27—14реле KL3.
Оперативное отключение выключателя осуществляется кнопкой отключения SBT при замыкании цепи 9— 4 или по телеуправлению замыканием цепи 11—4 контактом реле отключения КСТ. Катушка отключения выключателя YAT получает питание и выключатель отключается и переключает повторители: KQC обесточивается при размыкании цепи 15—4, a KQT получает питание по цепи 1—2. Контакт KQT замыкает цепь 29—16 зеленой лампы HLG, красная лампа HLR гаснет при размыкании цепи 31—18 контактом повторителя KQC.
Автоматическое отключение выключателя происходит по цепи 13—4 при срабатывании токовой защиты и замыкании цепи 17—6 токовым реле КА или по цепи 7—4 при условии, что разъединитель QS включен и контакт его повторителя в цепи 7— 4 замкнут, а напряжение в контактной подвеске отсутствует (замкнута цепь 21—10 или 23—10— контактами реле KV1 или KV2). Реле KL2 получает питание и замыкает цепь 7—4.
Срабатывание токовой защиты фиксируется счетчиком отключений PC, который срабатывает при замыкании цепи 19—8 контактом промежуточного реле KL1 токовой защиты.
4.8.	Определение места повреждения контактной сети и высоковольтных линий автоблокировки
При устойчивых коротких замыканиях в контактной сети и на высоковольтных линиях автоблокировки необходимо быстро устранить повреждение. Сократить время поиска места повреждения позволяет аппаратура, автоматически определяющая расстояние до места КЗ и передающая результаты измерений энергодиспетчеру по системе телемеханики.
В контактной сети переменного тока и на ВЛ СЦБ ток КЗ достигает установившегося значения до отключения высоковольтного выключателя. При этом полное сопротивление поврежденного фидера от подстанции до точки КЗ практически равно отношению напряжения фидера Цфкз к току КЗ /фкз
г? ^фкз
•	(4.1)
‘ фкз
Расстояние до места повреждения приблизительно пропорционально сопротивлению
/„ = KZ„.	(4.2)
Сопротивление ZK. можно сравнительно просто определить за время протекания тока КЗ. В контактной сети тяговая нагрузка в течение этого времени отсутствует, так как ЭДС тяговых двигателей электровозов, продолжающих двигаться по инерции, превышает напряжение контактной сети и запирает их выпрямители. Существенную погрешность в измерение может вносить наличие между точкой КЗ и подстанцией поста секционирования, поэтому определять расстояние до точки КЗ следует от ближайшей к ней подстанции при повторном включении фидера, что обеспечивает консольное питание точки КЗ.
Для определения расстояния до места повреждения методом Z применяют аппаратуру ОМП-1 (рис. 4.14). В комплект входят: передающие устройства типа КМП-1, устанавливаемые на тяговых подстанциях; приемное устройство типа ДМП-1, размещенное на энергодиспетчерском пункте.
При повторном включении фидера контактной сети или ВЛ СЦБ со вторичных обмоток измерительных трансформаторов тока и напряжения на входные выпрямитель-
112
Рис. 4.14. Устройство для определения расстояния до точки КЗ:
а — структурная схема аппаратуры ОМП-1; б — временная диаграмма работы преобразователей
ные блоки VD1 и VD2 устройства КМП-1 поступают напряжения, пропорциональные t/ф и /ф (рис. 4.14, а). После трансформации и выпрямления они подаются на преобразователь UZ, в котором преобразуются в последовательность прямоугольных импульсов. Частота импульсов с преобразователя UV fa, пропорциональная напряжению, на порядок выше частоты ft с преобразователя UA, пропорциональной току фидера:
7
^КЗ
^фкз _ K\fu 7фкз ^2 fl
fu _ к Т1
JI *U
(4.3)
где 7^. и Т — период соответственно измеряемого напряжения и тока после преобразователя.
Результат деления определяется путем подсчета числа импульсов частотой fu, со-
держащихся в периоде с частотой (рис. 4.14, б). Подсчет осуществляется счетчиком СТ после снятия запрета с блока записи US при срабатывании АПВ фидера. Наличие блока
А К исключает запись рабочих токов и напряжений.
Счетчик СТ состоит из трех частей, каждая из которых отсчитывает доли километра, километры и десятки километров. С выхода СТ закодированное в двоично-десятичном коде расстояние до точки КЗ поступает на выходной блок UW, где производится
усиление сигналов по мощности.
Усиленные сигналы поступают на устройство телесигнализации контролируемого пункта ТС КП для передачи энергодиспетчеру и на ламповое табло HLA, расположенное на двери шкафа КМП-1. Сигнальные лампы загораются в соответствии с поступившей кодовой комбинацией, что позволяет с помощью переводных таблиц определить расстояние то точки КЗ с точностью до 0,5 км.
С устройства ТС КП информация по линии связи поступает на диспетчерский пункт в устройство ТС ДП. К выходам ТС ДП подключены ячейки памяти DS1—DS6, число которых соответствует числу контролируемых подстанций.
При поступлении на диспетчерский пункт сигнала об автоматическом отключении фидера подстанции диспетчер включает соответствующий переключатель SB1—SB6, осуществляя схемой S сброс с дешифратора DC предыдущей записи. После этого с ячейки памяти DS на дешифратор DC поступает новая информация, которая преобразуется из двоично-десятичного кода в десятичный. С дешифратора информация через блок управления UC передается на табло цифровой индексации HVL, где и воспроизводится в виде числа десятичной системы.
Устройство для определения места повреждения в контактной сети постоянного тока не нашли применения вследствие значительных погрешностей и сложности их устранения.
8-6086
113
Глава 5
АВТОМАТИКА ТРАНСФОРМАТОРОВ, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ПОДСТАНЦИЙ
5.1.	Автоматизация работы трансформаторов
Автоматизация работы трансформаторов значительно повышает надежность электроснабжения потребителей и позволяет выбрать наиболее экономичный режим работы. Используют следующие виды устройств автоматики трансформаторов:
-	автоматическое управление обдувом, т.е. включением и отключением двигателей вентиляторов, охлаждающих трансформаторы;
-	автоматическое регулирование напряжения трансформатора (АРНТ);
-	автоматическое включение резервного трансформатора (АВРТ),
-	автоматическая разгрузка трансформаторов (APT).
Автоматика обдува понижающего трансформатора (рис. 5.1) обеспечивает включение вентиляторов при возникновении перегрузки трансформатора, а также при температуре масла в нем свыше 65 °C. Обдув трансформаторов используется обычно в летний период. На схему обдува питание подается пакетным выключателем S. Схема позволяет производить дистанционное включение и отключение двигателя вентилятора. Для включения обдува ключ управления SA переводится во включенное положение «В». При этом контакты 1—2 замыкают цепь катушки промежуточного реле KL от фазы А до фазы С. Реле KL замыкает цепь катушки контактора КМ. Через контакты тепловых реле КК1 и КК2 на катушку КМ проходит ток. Контактор своими контактами подает напряжение фаз А, В, С на двигатель М вентилятора, который начинает работать, охлаждая
114
трансформатор. Перевод ключа SA в нейтральное положение «Н» приводит к размыканию цепи катушки контактора и отключению вентилятора.
Перевод схемы на автоматическое управление осуществляется при переключении ключа SA в отключенное состояние «О». При этом замыкается цепь между контактами 3—4 ключа. При повышении температуры масла в трансформаторе до 55° С замыкаются контакты термосигнализатора KSK. При дальнейшем повышении температуры при 65 °C замыкается вторая пара контактов термосигнализатора KSK, подается питание на катушку промежуточного реле KL, которое включает контактор КМ, а он в свою очередь подает питание на двигатель М вентилятора. Отключение контактора произойдет при снижении температуры масла ниже 55 °C, когда разомкнутся контакты термосигнализатора KSK и прекратится питание катушки реле KL через свои контакты и контакты термосигнализатора KSK (55 °C). Температурная вилка (65—55 °C) позволяет значительно уменьшить число переключений двигателя вентилятора.
При перегрузке трансформатора возбуждается токовое реле, контролирующее нагрузку трансформатора, и своим контактом КА замыкает цепь питания катушки реле времени КТ через вспомогательный контакт контактора КМ. По истечении заданной выдержки времени реле КТ замыкает цепь катушки KL промежуточного реле, которое становится на самоподпитку через свой контакт и контакт реле КА. Контакт реле KL замкнет цепь катушки пускателя КМ. На двигатель М вентилятора будет подаваться напряжение до тех пор, пока не снизится нагрузка трансформатора и токовое реле КА не разомкнет цепь питания катушки реле KL. В результате этого реле KL отключит пускатель КМ, что приведет к отключению вентилятора.
Отключение вентиляции может произойти при срабатывании термореле КК1 и КК2 тепловой защиты в цепи питания двигателя вентилятора.
Вывод автоматики обдува осуществляется переводом ключа управления SA в нейтральное положение «Н».
Автоматика регулирования напряжения предусматривается для ограничения отклонений напряжения на шинах подстанции от нормального значения в сторону как понижения, так и повышения. Так, например, при снижении напряжения на 5—10 % значительно снижаются вращающий момент асинхронных электродвигателей, светоотдача осветительных установок, количество тепловой энергии, выделяемой нагревательными приборами и установками и т.д. Не менее вредные последствия имеет и чрезмерное повышение напряжения, следствием чего является повышенный износ и ускоренный выход из строя электрооборудования.
На рис. 5.2 представлена структурная схема устройства автоматического регулирования напряжения. Регулирование напряжения заключается в изменении коэффициен-
Рис. 5.2. Структурная схема автоматики регулирования напряжения на шинах РУ
115
та трансформации трансформатора Т путем уменьшения или увеличения числа витков его первичной обмотки.
Регулируемое напряжения (/2 подается на устройство автоматического регулирования напряжения трансформатора (АРНТ) через трансформатор напряжения TV. С трансформатора TV напряжение поступает на блок токовой компенсации ТК. Благодаря токовой компенсации обеспечивается так называемое «встречное регулирование», необходимое для поддержания напряжения на шинах у потребителя. Блок токовой компенсации ТК, подключенный к трансформатору тока ТА, учитывает падение напряжен ния в линии, питающей потребителя. Напряжение с учетом токовой компенсации подается на измерительный орган ИО, который в зависимости от результатов измерений направляет информацию на усилитель А1 в тракт «Прибавить» или А2 в тракт «Убавить». С помощью элементов КТ1 и КТ2 создается выдержка времени на срабатывание, обеспечивающая отстройку контролируемого напряжения от кратковременных бросков. Далее сигнал поступает на исполнительный орган KL1 или KL2 и на приводной механизм регулятора, двигатель М которого начинает вращаться, изменяя число витков первичной обмотки трансформатора Т.
Принцип регулирования напряжения под нагрузкой с помощью переключающего устройства РПН показан на рис. 5.3. Электрическая схема одной фазы РПН (рис. 5.3, а) состоит из двух параллельных симметричных цепей, включающих избиратели с системой контактов SAC1 и SAC2, контакторы КМ1 и КМ2 и реактор LR. На схеме показано рабочее положение на одном из регулировочных ответвлений РО обмотки. Число витков обмотки изменяется без разрыва цепи тока (под нагрузкой). В исходном положении контакты переключателей SAC1 и SAC2 находятся на одном и том же неподвижном контакте ответвления обмотки трансформатора, контакты контакторов КМ1 и КМ2 замкнуты, ток I, протекающий по обмотке, в переключателе делится пополам, по ветвям протекают токи 0,57.
Чтобы изменить напряжение на одну ступень, включают приводной механизм, который отключает один из контакторов, например КМ2, а затем передвигает контакт переключателя SAC2, соответствующий этой ветви, на следующий контакт ответвления обмотки. После этого контактор КМ2 замыкает цепь, кратковременно шунтируя реактором LR витки одной ступени регулировочной обмотки. Далее размыкается контактором КМ1 вторая ветвь, передвигается контакт SAC1 на контакт ответвления, где находится контакт SAC2, и вновь замыкается контактор КМ 1. На этом переход с одной
Рис. 5.3. Принцип выполнения переключающего устройства регулирования напряжения:
а — электрическая схема одной фазы; б — размещение элементов регулятора в трансформаторе
ступени регулирования на другую без разрыва цепи тока I заканчивается.
При переходе на ступень в обратном направлении последовательность переключения изменяется. Сначала размыкается контактор КМ1, передвигается контакт SAC1, замыкается контактор КМ1, размыкается контактор КМ2, передвигается контакт SAC2 и замыкается контактор КМ2.
Размещение частей трехфазного переключающего устройства РПН в трансформаторе показано на рис. 5.3, б. Однофазные избиратели 3 с контактами
116
SAC1 и SAC2 ответвлений фаз А, В, и С обмоток 1 и реактор 4 установлены на ярмовых балках. Избиратели соединены между собой бумажно-бакелитовыми трубками, а с контактором 2 — стальным валом 7. Контактная система избирателей 3 работает без разрыва цепи тока, их контакты при переключениях не обгорают, поэтому избиратели располагаются в баке трансформатора вместе с его активной частью. Действия контакторов 2 сопровождается разрывом цепи тока одной ветви с возникновением дуги, поэтому контакторы размещаются в отдельном кожухе, заполненном трансформаторным маслом, которое не сообщается с маслом бака трансформатора. Это позволяет производить осмотр и ремонт контактора с заменой масла без вскрытия бака трансформатора. Приводной механизм РПН размещается в коробке 5, установленной на стенке бака трансформатора. Переклю
чение происходит так, что избиратели 3 и контакторы 2 всех фаз действуют одновременно. Полный цикл переключения со ступени на ступень происходит за один оборот главного вертикального вала 6. Длительность переключения составляет около 3 с.
Автоматическое включение резервного трансформатора (АВРТ) производится в зависимости от схемы, принятой для нормального режима работы подстанции (рис. 5.4). Например, при секционировании шин на стороне низшего напряжения выключателем Q3, который нормально отключен при работе двух трансформаторов. Отключение одного из трансформаторов приводит к исчезновению напряжения на одной секции. При этом устройство АВР включает секционный выключатель Q3 и оставшийся в работе трансформатор питает обе секции шин.
Если нормально в работе находится один трансформатор, например, Т1 и секционный выключатель включен, то при отключении рабочего трансформатора Т1 устройство АВРТ включает резервный — Т2. В случае КЗ на сборных шинах в точке К1 защита отключает секционный выключатель Q3, затем отключаются выключатели Q1 и Q2 трансформатора Т1. АВРТ включает трансформатор Т2, который будет питать одну неповрежденную секцию.
При КЗ в точке К2 отключается выключатель Q3, трансформатор Т1 остается в работе, а автоматическое включение трансформатора Т2 на неустраненное КЗ будет неуспешным.
5.2.	Автоматика понижающих трансформаторов
Понижающие двухобмоточные трансформаторы 110/10 кВ и 35/10 кВ при параллельном включении на сборные шины 10 кВ оборудуются устройством автоматического включения резерва (АВР).
На рис. 5.5. представлена схема управления, защиты и автоматики трансформатора 35/10 кВ и секционного выключателя шин 10 кВ. Трансформатор Т1 (рис. 5.5, а) получает питание от шин 35 кВ через разъединитель QS1, трансформаторы тока ТА1а и ТА1С, выключатель Q1. К первой секции шин 10 кВ трансформатор Т1 подключен через выключатель Q2, установленный на выкатной тележке. Аналогичным образом подключен ко второй секции шин 10 кВ трансформатор Т2 (на рис. 5.5 не показан). Секции связаны секционным выключателем Q3 и высоковольтным разъемом XT, между которыми на шинах установлены трансформаторы тока ТАа и ТАС и заземляющие ножи QSG2.
Оперативное включение трансформатора Т1 осуществляется путем включения персоналом подстанции или энергодиспетчером по телеуправлению выключателей Q1 и Q2.
117
Рис. 5.5. Схема подключения трансформаторов к шинам 35 и 10 кВ (а), схема вторичной коммутации выключателя Q1 (6), схема управления выключателем Q2 (в) и схема вторичной коммутации выключателя Q3 (г)
При замыкании цепей 3— 2 (рис. 5.5, б) кнопкой SBC1 или 5—2 контактом реле включения по телеуправлению КСС1 получает питание катушка КМ1 контактора включения выключателя Q1. Контактор замыкает своими контактами КМ1 цепь катушки включения YAC1 между шинами включения EY. Выключатель Q1 включается, его вспомогательные контакты в цепях 7—2 и 7—4 переключаются, повторитель отключенного положения
118
KQT1 теряет питание, повторитель включенного положения KQC1 получает питание и замыкает цепь 51—20 (рис. 5.5, в) контактора КМ2 включения выключателя Q2. Контактор своими контактами КМ2 подает питание на катушку включения YAC2, в результате этого включается выключатель Q2. Блок-контакты выключателя переключают его повторительные реле в цепях 53—20 и 53—22. реле KQT2 обесточивается, реле KQC2 возбуждается. Одновременно с этим переключается реле фиксации команды KQQ1. Его включающая катушка получает питание по цепи 41—14 или 43—14. Контакты реле KQQ1 переключаются, размыкая цепь 41—14mvi 43—14и замыкая в цепи 37—12или 39—12отключающей катушки реле KQQ1. После размыкания цепи включающей катушки реле KQQ1 остается включенным до оперативного отключения выключателей Q1 и Q2.
Оперативное включение секционного выключателя Q3 происходит путем замыкания цепи 59—24 (рис. 5.5, г) кнопкой SBC или реле включения по телеуправлению КСС4 цепи 61—24. Контактор КМ замыкает цепь катушки включения YAC выключателя Q3. Его повторительные реле в цепях 63—24 и 63—26 переключаются: реле KQT обесточивается, реле KQC возбуждается. Одновременно происходит включение реле фиксации KQQ по цепи 91—36 или 93—36.
Автоматическое отключение трансформатора Т1 осуществляется реле газовой защиты KSG по цепи 17—6 или реле токовой отсечки KAlfl по цепи 19—6 или КА1С по цепи 21—6. При этом промежуточное реле защит трансформатора KL1 возбуждается и становится на самоподпитку по цепи 15—6 до размыкания ее повторителем KQT1 после отключения трансформатора. Контакт KL1 замыкает цепь катушки отключения YAT1, выключатель Q1 отключается. Повторительное реле KQT1 , получив питание по цепи 7—2 при ее замыкании блок-контактом выключателя Q1, размыкает цепь 15—6 само-подпитки реле KL1 и замыкает цепь 55—22 катушки отключения YAT2 выключателя Q2, который отключается. Таким образом, рабочий трансформатор отключен от шин 35 кВ выключателем Q1, от шин 10 кВ — выключателем Q2.
Автоматическое включение резервного трансформатора осуществляется сразу после отключения рабочего трансформатора в результате работы релейной защиты. Контакт реле KQT1 замыкает цепь 47—16 реле автоматического включения резервного трансформатора КСС2, в которой контакт реле KQC1 некоторое время остается замкнут. Контакт реле KQQ1 также замкнут после автоматического отключения выключателя Q1. Контакт реле KL2 замкнут, если не действовала максимальная токовая защита МТЗ. Включающая катушка реле КСС2 получает питание и реле замыкает цепь 1—2 в схеме трансформатора Т2. В этой цепи находятся катушки: удерживающая реле КСС2 и указательного реле КН1 автоматики включения резерва, а также катушка контактора КМ1. Замыканием цепи 1—2 начинается процесс включения резервного трансформатора. Контактор КМ1 получает питание и включает выключатель Q1, повторительное реле которого KQC1 включает выключатель Q2. Если первая попытка АВР трансформатора окажется неудачной, то второй не будет, так как цепь 47—16 к этому моменту будет разомкнута контактом реле KQC1.
Автоматическое отключение рабочего трансформатора при срабатывании максимальной токовой защиты МТЗ происходит при перегрузке трансформатора или наличии КЗ на шинах 10 кВ. Токовая отсечка при этом не действует, так как она не настроена на наличие КЗ на шинах 10 кВ и реагирует только на КЗ в первичной обмотке трансформатора. Контакты токовых реле KA2fl, КА2^ и КА2(. замыкают цепь 31—10, 33—10, 35—10 реле времени КТ1 МТЗ. Реле КТ1 с выдержкой времени замыкает цепь 25— 8 промежуточного реле KL2. В этой же цепи находится обмотка указательного реле КН4 МТЗ. Реле KL2, получив питание по цепи 25—8, становится на самоподпитку по цепи 29—8 до размыкания ее контактом реле фиксации KQQI при оперативном отключении. Контакт реле KL2 замыкает цепь 23—6 промежуточного реле KL1 защит трансформатора, которое отключает рабочий трансформатор. Контакт реле KL2 размыкает цепь 47—16, запре
119
щая АВР до отключения секционного выключателя и замыкания контактами его повторителя KQT цепи 49—18. Если в этой цепи контакты KQQ реле фиксации команды разомкнуты, т.е. выключатель Q3 отключен оперативно, то АВР не произойдет.
Ускоренное отключение трансформатора максимальной токовой защитой при включении его на КЗ осуществляется путем замыкания без выдержки времени контактом реле КТ! цепи 27— 8 до ее размыкания контактом повторительного реле KQT1. При этом реле KL2 возбуждается и становится на самоподпитку по цепи 29—8, замыкая цепь 23—6 промежуточного реле защит трансформатора KL1, которое отключает трансформатор. АВР второго трансформатора при этом не произойдет, так как контакт реле KL2 в цепи 47—16 будет разомкнут.
Автоматическое включение резерва при работе двух трансформаторов на шины 10 кВ и отключенном секционном выключателе Q3 сводится к включению Q3 при отключении одного из трансформаторов. Оставшийся в работе трансформатор будет обеспечивать питание обеих секций шин 10 кВ. Это происходит путем замыкания контактом реле KQT1 цепи 97— 5# при отключении Т1 или цепи 99— 5<?при отключении Т2 (рис. 5.5, г). Обмотка реле автоматического включения КССЗ получает питание, его контакт замыкает цепь 57—24 контактора КМ, который подает питание на катушку YAC и включает выключатель 03. При отключении трансформатора Т1 и Т2 от МТЗ при КЗ на одной из секций АВР выключателя Q3 невозможно, так как контактом реле KL2 будет разомкнута цепь 97—38 при отключении Т1 или 99—55* при отключении Т2. Это предотвращает повторную подачу напряжения на секцию шин, где возникло КЗ.
Автоматическое отключение секционного выключателя Q3 при КЗ на шинах 10 кВ или на одном из присоединений к ним, если последнее почему-либо не отключилось, осуществляется токовой отсечкой с выдержкой времени. Токовое реле KAfl и КАС, подключенное к трансформаторам тока ТАД и ТАС, возбуждаются при протекании тока КЗ по TAfl и ТАС. Их контакты замыкают цепи 81—30 и 83—30 реле времени отсечки КТ, которое в свою очередь с выдержкой времени замыкает цепь 73—28 промежуточного реле KL3. Реле KL3 становится на самоподпитку по цепи 71—28, а другим своим контактом замыкает цепь 69—26 катушки отключения секционного выключателя YAT, последний при этом отключается.
Если КЗ возникло при включении секционного выключателя Q3, то в этом случае токовая отсечка действует без выдержки времени по цепи 75—28, которую реле КТ замыкает без выдержки времени до того, как разомкнется контакт промежуточного реле ускорения защиты KL4 в цепи 75—28. Реле KL3 в этой схеме предотвращает повторное включение выключателя Q3, если последний отключился токовой отсечкой в момент включения, а контакты реле КССЗ (цепь 57—24), кнопки SBC (59—24) еще остаются замкнутыми. Один контакт KL3 размыкает цепь катушки контактора КМ1, запрещая включение выключателя Q3, через другой — реле KL3 становится на самоподпитку (цепь 57— 28, 59—28 или 61—28) при замкнутом контакте реле КССЗ, кнопки SBC или реле КСС4 до размыкания последнего. Если указанные контакты разомкнуты, то самоподпитка реле KL3 осуществляется по цепи 71—28 до отключения выключателя и размыкания в ней контакта повторительного реле KQT. Отключение выключателя Q3 происходит также при срабатывании МТЗ трансформатора Т1 по цепи 77—28 и трансформатора Т2 по цепи 79—28, так как это срабатывание может быть результатом КЗ на секции, которую питание Т отключившийся трансформатор.
При отключении Q3 замыкаются контакты его повторителя KQT в цепи 49—18 (контакты L2 в цепи 47—16 разомкнуты), реле включения резервного трансформатора КСС2 получает питание и включает трансформатор, который подает напряжение на неповрежденную секцию. Если включение резервного трансформатора окажется неудачным, то второго АВР не произойдет, так как цепь 47—16 окажется разомкнутой контактом реле повторителя включенного положения KQC1.
120
5.3.	Автоматика трансформаторов собственных нужд
На тяговых подстанциях для питания потребителей собственных нужд устанавливают по два трансформатора. Кроме того, могут устанавливаться по два трансформатора питания подогрева масла выключателей 110—220 кВ в зимний период.
Трансформаторы собственных нужд ТСН получают питание от разных секций шин РУ-10 кВ (тяговые подстанции постоянного тока) или РУ-27,5 кВ (тяговые подстанции переменного тока, рис. 5.6, а). Подключение к секции шин РУ-27,5 кВ трансформатора собственных нужд ТСН1 осуществляется через разъединитель QS1, выключатель Q1 и трансформаторы тока ТАО и ТА^. Шины собственных нужд 380/220 В разделены на две секции. Мощные трансформаторы собственных нужд, вторичный ток которых составляет 500 А и более, подключают к шинам двумя контакторами и рубильниками. Трансформаторы подогрева и ТСН, вторичный ток которых не превышает 500 А, подключают к секциям шин одним контактором КМ2 и рубильником S2 (см. рис. 5.6, а). К трансформаторам тока TAfll, ТА/;1, ТАС1 подключены реле перегрузки ТСН1 KAI (ТСН2 КА2), амперметр РА и счетчик активной энергии PI. Контроль напряжения на шинах собственных нужд СН осуществляют реле напряжения 1KV1 и 1KV2 на первой секции, 2KV1 и 2KV2 на второй.
В летнее время обычно в работе находится один ТСН, при этом секционный контактор КМ включен. При отключении рабочего ТСН устройство АВР включает резервный. В зимний период в работе могут находиться оба ТСН, при этом секционный контактор КМ отключен. При отключении одного из трансформаторов АВР включает секционный контактор, обе секции получают питание от оставшегося в работе ТСН.
Защищаются трансформаторы от повреждений максимальной токовой защитой МТЗ и токовой отсечкой ТО. Токовые реле МТЗ КА1а, КА1Л, КА1С и ТО КАО, КАЛ подключаются к фазам первичной обмотки ТСН через трансформаторы тока TAfl и ТА^. Защиту трансформаторов от перегрузки с действием на сигнал выполняют со вторичной стороны ТСН в однофазном варианте с помощью токового реле КА1. При перегрузке трансформатора ТСН1 реле КА1 замыкает цепь 1—2 (рис. 5.6, б), а трансформатора ТСН2 реле КА2 — цепь 3—2 реле времени КТ защиты от перегрузки. Установленное время замедления реле КТ составляет до 9 с. Реле КТ при срабатывании замыкает цепь 5—4 реле неисправности подстанции KLHn через катушку указательного реле КН.
Оперативное включение ТСН осуществляется путем включения контактора КМ2 и выключателя Q1 при включенных рубильнике S2 и разъединителе QS1. Включение контактора КМ2 происходит при замыкании цепи 13—6 кнопкой включения SBC2. Катушка КМ2 получает питание, контактор включается и включает последовательно с катушкой резистор, дешунтируя его своим контактом. Другим контактом КМ2 замыкает цепь 17—6, становясь на самоподпитку через замкнутые контакты SBT2 кнопки отключения и промежуточного реле защит KL. Контактор замыкает также цепь 13—30 своего повторительного реле ККМ2.
Включение выключателя Q1 происходит при замыкании цепи 25—10 контактора включения выключателя КМ1 кнопкой SBC1. Контактор замыкает цепь катушки включения выключателя YACI, выключатель включается и переключает своими блок-контакта-ми цепи 29—10и 29—12. При этом повторительное реле KQC1 включается, а реле KQT1 отключается. Одновременно кнопкой SBC1 по цепи 25—18переключается реле фиксации KQQ1, которое фиксирует команду оперативного включения выключателя Q1.
Включение секционного контактора КМ осуществляется путем замыкания цепи 19—8 кнопкой SBC. После включения контактор становится на самоподпитку по цепи 23—8 через контакт кнопки отключения SBT.
Оперативное отключение ТСН осуществляется путем отключения контактора КМ2 и выключателя Q1. Выключатель отключается при замыкании кнопкой отключения SBT1 цепей: 31—12 катушки отключения выключателя YAT, 53—20 катушки от-
121
г
a
Рис. 5.6. Схема подключения ТСН к шинам 27,5 кВ и 380/220 В (о), цепи защиты от перегрузки (б) схема управления контакторами (в) и схема вторичной коммутации выключателя Q1 (г)
122
ключения реле фиксации команды KQQ1. При этом выключатель Q1 и реле фиксации KQQ1 отключаются. Отключение Q1 приводит к переключению его повторителей: KQT1 получает питание по цепи 29—10', KQC1 теряет питание при размыкании цепи 29—12.
Автоматическое включение резервного трансформатора ТСН2 происходит при отключении рабочего ТСН1. При этом исчезает напряжение на шинах СН 380/220 В и реле напряжения 1KV1,1KV2 и 2KV1, 2KV2 обесточиваются. Контактами этих реле замыкаются цепи 65—26, 67—26 промежуточного реле KL1 и цепи 69—28, 71—28щюмъхучт-ного реле KL2. Реле KL1 и KL2 подают питание на реле времени KTI по цепи 61—24 и КТ2 по цепи 63—24, которые замыкают цепь 55—22 реле автоматического включения КСС2 трансформатора ТСН2. В этой цепи контакты переключателя автоматики включения резерва SA в позиции В2 замкнуты, т.е. в резерве находится трансформатор ТСН2. Если в резерве находится трансформатор ТСН1, то переключатель SA в позиции В1 и при этом получает питание реле КСС1. При работе двух трансформаторов ТСН и отключенном секционном контакторе КМ переключатель SA в позиции В, реле КТ1 и КТ2 замыкают цепи 57—22 при отключении трансформатора ТСН1 или 59—22 при отключении трансформатора ТСН2. При этом получает питание реле КСС, которое замыкает цепь 21—8 секционного контактора КМ. Контактор включается, становится по цепи 23—8 на самоблокировку и подает напряжение на секцию шин СН, где оно исчезло при отключении трансформатора ТСН.
Если трансформатор ТСН2 находится в работе, а трансформатор ТСН1 — в резерве, то при отключении трансформатора ТСН2 по цепи 55—22 получит питание реле КСС1, которое своими контактами замыкает цепи 15—6 контактора КМ2, 27— 70 контактора КМ1 и 27—7# реле KQQ. При включении выключателя Q1 и контактора КМ2 в работу включается резервный трансформатор ТСН, на шинах СН появляется напряжение. Реле 1KV1, 1KV2, 2KV1, 2KV2 получают питание, отключают реле KLI и KL2, которые размыкают цепи 61—24 м 63—24. Реле времени КТ1 и КТ2 размыкают цепь 55—22 реле КСС1. На этом процесс автоматического включения резервного трансформатора заканчивается.
Вывод АВР из работы производится переключением SA в позицию 0 и отключением реле КСС1, КСС2 и КСС, а также при размыкании цепи этих реле блокировочным реле по напряжению KBV в результате исчезновения напряжения на шинах РУ-27,5 кВ.
Автоматическое отключение ТСН осуществляют максимальная токовая защита и токовая отсечка. При КЗ в первичной обмотке ТСН I срабатывают реле КАО и КА/; отсечки, замыкают цепи 37—14 и 39—14 промежуточного реле защит KL, которое становится на самоподпитку по цепи 35—14но отключения выключателя и размыкания этой цепи контактом повторительного реле KQT1. Если же токовая отсечка срабатывает сразу после включения трансформатора, то реле KL выполняет роль блокировочного реле, размыкая цепи 25—10 и 27—10 контактора КМ1 и становясь на самоблокировку по цепям 25—14 или 27—14, пока эти цепи не разомкнут контакты кнопки SBC1 или реле КСС1. Срабатывание токовой отсечки фиксирует указательное реле КН2.
Максимальная токовая защита срабатывает при КЗ во вторичной обмотке TCHI, на первой секции шин СН или на присоединении ТСН1 к первой секции, а также при значительной перегрузке, опасной для трансформатора. При срабатывании реле КА1О, КА1Й, КА 1С замыкаются цепи 45—16, 47—16, 49—16 реле времени КТ, которое замыкает с выдержкой времени цепь 41—14 промежуточного реле KL защит трансформатора через указательное реле КНЗ.
Реле KL замыкает цепь 33—12 отключающей катушки выключателя YATL Другим своим контактом реле KL размыкает цепь 17—6 самоподпитки контактора КМ2. Таким образом, трансформатор отключается выключателем Q1 от шин 27,5 кВ и контактором КМ2 от шин СН.
123
Автоматическое отключение трансформатора ТСН1 по цепи 43—14 происходит перед автоматическим включением трансформатора ТСН2 с помощью реле КСС2. Это необходимо, например, в случае исчезновения напряжения на секции шин 27,5 кВ, к которой подключен трансформатор ТСН1, в результате чего исчезло напряжение на шинах СН и автоматика приступила к включению трансформатора ТСН2. Реле блокировки KBV при сохранении напряжения на другой секции 27,5 кВ, к которой подключен трансформатор напряжения TV2 (см. рис. 5.7), не будет запрещать работу АВР. Реле КСС2 включает реле KL, которое становится на самоблокировку по цепи 35—14, подает питание на катушку отключения выключателя YAT1 и размыкает цепь 17—6 самоблокировки контактора КМ2. Отключение трансфоматора ТСН1 с помощью реле КСС2 фиксирует указательное реле КН4, катушка которого находится в цепи 43—14.
5.4.	Автоматика трансформаторов напряжения
Автоматический контроль напряжения (АКН) на шинах распределительных устройств осуществляется с помощью трансформаторов напряжения TV. Схемы контроля напряжения разных РУ принципиальных различий не имеют, поэтому достаточно ознакомиться с одной из них.
На рис. 5.7, а представлена схема подключения трансформаторов напряжения РУ-27,5 кВ к шинам 27,5 кВ и 100 В. На схеме показаны два комплекта трансформаторов напряжения TV1 и TV2, каждый из которых включает два однофазных трансформатора, соединенных по схеме неполного треугольника (фаза С РУ-27,5 кВ соединена с контуром заземления подстанции). Комплекты трансформаторов TV1 и разрядников FV1 и FV2 подключаются к первой секции шин 27,5 кВ разъединителем QSI с двумя заземляющими ножами. При “номинальном первичном напряжении со вторичных обмоток снимается напряжение 100 В, которое через рубильники S1 и S2 и автоматические выключатели SF1 и SF2 подается на шины 100 В. В работе обычно находится один комплект трансформаторов, например, TV1, а секции шин 27,5 кВ соединены секционными разъединителями. Вольтметр PV используется для замера напряжений Uac и Ubc с помощью переключателя SA. Реле напряжения KV1, KV2, KV3 осуществляют постоянный контроль наличия напряжения на шинах 100 В.
На рис. 5.7, б показаны цепи постоянного тока автоматики контроля напряжения на шинах РУ-27,5 кВ. Контакты реле KV1, KV2, КУЗ при наличии напряжений Uab,
Рис. 5.7. Схема подключения ТН-27,5 кВ к шинам 27,5 кВ и 100 В (о), схема автоматического контроля напряжения на шинах 27,5 кВ (6)
124
Ubc, Uca разомкнуты. При исчезновении напряжения на шинах 27,5 кВ происходит замыкание контактов реле напряжения и реле времени КТ получает питание по цепи 7—2, 3—2 или 5—2 через контакт SF1 при работе TV1 или SF2 при работе TV2 и через контакты повторительного реле KQQI выключателя первого ввода РУ-27,5 кВ или KQQ2 выключателя второго ввода. При оперативном отключении выключателя SF1 или выключателя ввода 27,5 кВ в цепи КТ размыкается контакт автоматического выключателя SF1 или повторителя KQQ1 (контакты SF2 и KQQ2 разомкнуты), реле времени КТ остается обесточенным.
При замыкании контактов KV1, KV2, KV3 в случае исчезновения напряжения на шинах 27,5 кВ срабатывает реле времени КТ и с выдержкой времени замыкает цепи 7—6, 7— 8 промежуточных реле KL1—KL6, контакты которых используются в схемах вторичной коммутации присоединений РУ-27,5кВ (см. рис. 4.1) для отключения их при КЗ на шинах 27,5, запрета АПВ фидеров и АВР трансформаторов, присоединенных к этим шинам. АВР трансформатора собственных нужд происходит только при наличии напряжения на шинах, от которых он получает питание. Если же напряжение на шинах 27,5 кВ отсутствует, то реле блокировки KBV получает питание по цепям 1—4, 3—4, 5—4 и запрещает АВР ТСН, размыкая цепь 61—24 или 53—24 (см. рис. 5.6, г).
5.5.	Автоматика преобразователей тяговых подстанций
На тяговых подстанциях постоянного тока широко применяют преобразователи с кремниевыми шести- и двенадцатипульсовыми выпрямителями с естественным воздушным охлаждением. Подстанции оборудованы двумя преобразователями, которые могут работать параллельно на шины РУ-3,3 кВ в часы максимальной нагрузки. При ее снижении в работе остается один преобразователь, а второй — переводится в резерв.
При оптимальном управлении стремятся, с одной стороны, обеспечить нормальную загрузку преобразователей, снизить потери электроэнергии, с другой — свести число переключений к минимальному для уменьшения износа переключающей аппаратуры. С помощью устройств автоматики регулирования мощности (АРМ) осуществляют подключение и отключение резервного преобразователя в зависимости от величины тока нагрузки, который сравнивается с током срабатывания. Экономически целесообразно токовые уставки включения (/ср тах) и отключения (7ср min) определять по критическому току (1кр), при котором потери в параллельно работающих преобразователях равны потерям в одном из них при выводе другого в резерв:
(5.1)
где /ном — номинальный выпрямленный ток преобразователя;
Рпп — постоянные потери мощности преобразователя;
Рнп — потери мощности преобразователя под нагрузкой;
— коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора.
Для того, чтобы избежать лишних переключений, резервный преобразователь включается при максимальном токе срабатывания на первичной стороне преобразователя
А:р. max Ь07/Кр, а отключается при минимальном токе срабатывания
(5.2)
(5.3)
где 1,07 — коэффициент надежности.
125
Если число переключений в сутки становится большим (десять и более), то вводятся задержки на переключения, которые обычно находятся в диапазоне от 3 до 10 мин и уточняются в каждом конкретном случае в зависимости от перегрузочных способностей преобразователей.
При срабатывании защиты и отключении рабочего преобразователя автоматика должна включать резервный и восстановить питание тяговой нагрузки. Эта операция осуществляется устройствами АВР.
Кроме указанных видов автоматики преобразователи оснащаются коммутационной автоматикой, позволяющей осуществлять в заданном порядке включение и отключение быстродействующего выключателя QF и масляного Q преобразователя подстанции (рис. 5.8, а). Коммутационная автоматика вводится в работу ключом автоматического управления SA2 (рис. 5.8, б). Включение преобразователя разрешает реле временной блокировки КВ, если в цепи 1—2 замкнуты следующие контакты: промежуточного реле земляной защиты KL33 (земляная защита РУ-3,3 кВ не действовала); заземляющих ножей разъединителя QSG2 (ножи отключены); заземляющего разъединителя QSG1 (разъединитель отключен); реле постоянной блокировки KL (не одна защита преобразователя на это реле не действовала); реле блокировки лестницы трансформатора SQ1 (лестница сложена); реле блокировки дверей SQ2, SQ3, SQ4 (закрыты двери шкафов кремниевого выпрямителя, ячейки быстродействующего выключателя QF и шкафов RC).
Автоматическое включение преобразователя осуществляется нажатием кнопки включения SBC. В цепи 3—4 получает питание реле автоматического включения КСС при условии, что реле КВ возбуждено и выключатель Q отключен, контакт повторительного реле KQC при этом замкнут. Реле КСС замыкает цепь 51—28 контактора включения быстродействующего выключателя КМ1. Последний собирает цепь 57—22 держащей катушки YA выключателя ВАБ-28, которая выполняет в этом случае роль включающей. Включившись, выключатель QF своим блок-контактом размыкает цепь 51—28 контактора КМ1, а другим блок-контактом QF замыкает цепь 51—26 блокировочного реле KBS1, которое становится на самоподпитку через свой контакт, а другим — размыкает еще раз цепь 51—28. Это необходимо для запрета повторного включения QF, если первое включение окажется неудачным, а контакт КСС в этой цепи еще некоторое время остается замкнутым.
После отключения контактора держащая катушка YA получает питание по цепи 53—24 через резисторы R3, R4, R6, которые ограничивают ток до величины, необходимой для удержания выключателя во включенном положении. После включения выключатель замыкает своим блок-контактом QF цепь 61—30 повторительного реле KQF.
Контакт реле KQF замыкает цепь 11—6 контактора включения масляного выключателя КМ, в которой контакты ключа SA2 предварительно включены (схема переведена на автоматическое управление). Контакты реле КСС в этой цепи также замкнуты, так как реле КСС находится на самоподпитке по цепи 1—4 после размыкания в цепи 3-4 контактов SBC кнопки включения. Контактор КМ возбуждается и замыкает цепь катушки включения YAC выключателя Q, который включает преобразователь в работу.
При этом цепи 11—6 и 21—6 размыкаются блок-контактом выключателя Q, контактор КМ и повторитель отключенного положения выключателя KQT теряет питание. Другой блок-контакт выключателя Q замыкает цепь 21—10 повторителя включенного положения KQC, который размыкает цепь 1—4, реле КСС отключается и процесс включения преобразователя на этом заканчивается.
Включение по телеуправлению преобразователя осуществляется путем замыкания контактом реле включения КСС1 цепи 5—4 от шины включения по телеуправлению +ЕС1. Далее процесс включения идет описанным выше путем.
126
та.
ТА,
РА1
к ТТ второго преобразователя
а
... 10 кВ
-яг-
км км
7
15
17
QSG2
»Н
23
25
\QS
27'
3,3 кВ
29
31
67
34
19
21
КВ KQC КСС
KQQ	КТС
___ IF SBCI
9
Т1
13
x KCC
SAI KTCTtlO mhhI^KC
QSG1
РЛ2
SQ2 SQ3 SQ4
SBC
KL„ QSG2QSG1KL SQ1
.2
О В SA2
KBS
KBS
KM KBS Q
КОТ
KBS,
KL
КСТ
KL,
KBS
J SBT1
KAZ
KH1
KT
69
KA,
71
75
KHE
в схему земляной защиты преобразователя KL
КТ И
36
35
37-
KSG
R7
38
HL
•40
41
43
45
-220 В
79
-220 В
47 •
49
51
81
I -КЛ2
85
87
89
91
KQT2 KQ(j2 ________I
KQTx KQQ
KCC2
KTC
Из схемы второго преобразователя
~ । KCT2
53
55
57'
59
x KQC
KCC2
s KCT2|
62
KTCT
63
x KCC
TP sbci |______________
ft SBT1
X KLC1 J
KTCT(3 мин) КС Г2
SBT кс п I
KLCT
КСС х KQT KQF
^кКМ1 KL1 R3
KL1
КСС ^KQT
SBC2
QF
YA
KQQ
12
14
16
18
КМ1 QF
24
26
28
30
KQT KL1
КСТ
20
22
KBS 1KISS
KBS1
SBT2
КСТ f
в
О
г
R
О
Рис. 5.8. Автоматика работы преобразователей тяговых подстанций постоянного тока:
а — схема подключения преобразователя к шинам 10 и 3,3 кВ; б — схема цепей управления преобразователем; в — схема зашит преобразователя; г — схема автоматики включения и отключения резерва
127
Автоматическое отключение преобразователя осуществляется нажатием кнопки SBT в цепи 43—16 промежуточного реле команды отключения KLCT, которое замыкает цепь 47— 7<Уреле автоматического отключения КСТ. Последнее своими контактами по цепи 29—10 подает напряжение на катушку отключения выключателя YAT. При отключении выключателя Q его блок-контакты переключают цепи 21—6 и 21—10. Повторитель KQT получает питание и возбуждается, а реле KQC обесточивается. Ток в цепи 21—6 ограничен сопротивлениями резистора R1 и катушки KQT и недостаточен для включения контактора КМ.
Повторитель KQT замыкает цепь 65—32 промежуточного реле KL1, которое размыкает цепь 53—24держащей катушки YA быстродействующего выключателя QF. Другими контактами реле KL1 создает цепь 55—20, в результате чего меняется полярность подключения держащей катушки YA к шинам управления ЕС, что способствует быстрому размагничиванию и отключению выключателя QF. При размыкании блок-контак-та QF его повторитель KQF в цепи 61—30 обесточивается.
Одновременно реле KLCT по цепи 39—14 отключает реле фиксации команды KQQ, которое возвращается в исходное состояние и размыкает цепь 39—14 своим контактом.
Отключение по телеуправлению преобразователя осуществляется путем замыкания контактом реле отключения КСТ! цепи 45—16 от шины отключения по телеуправлению +ЕС2. Далее процесс отключения идет описанным выше путем.
Оперативное включение и отключение выключателей Q и QF необходимо при их ревизии и ремонте. Они могут управляться раздельно, каждый своими кнопками управления.
Включается быстродействующий выключатель QF при замыкании кнопкой SBC2 цепи 59—28 контактора КМ1, который замыкает цепь 57—22 держащей катушки YA и включает выключатель QF.
Отключение выключателя QF происходит при замыкании кнопкой SBT2 цепи 63—32 промежуточного реле KL1 при условии, что масляный выключатель Q отключен и контакт его повторителя KQT в цепи 63—32 замкнут. Реле KL1, получив питание, меняет полярность подключения держащей катушки YA к шинам управления. При этом цепь 53—24размыкается, а замыкается цепь 55—20, выключатель QF отключается.
Включается выключатель Q при замыкании кнопкой SBC1 цепи 75—6 через контакт SQ5 тележки выключателя, который размыкает цепь при выкатывании тележки с выключателем из ячейки комплектного распределительного устройства. Контактор КМ, получив питание, замыкает цепь включающей катушки YAC, выключатель Q включается. Одновременно другой контакт кнопки SBC1 замыкает цепь 35—12 включающей катушки реле фиксации KQQ, которое включается, фиксируя команду включения, и размыкает цепь 35—12 своим контактом.
Отключение выключателя Q происходит при замыкании кнопкой SBT1 цепи 25—10 катушки отключения YAT выключателя Q, который отключается. Блок-контакты Q переключаются в цепях 27—би 21-10. Повторитель включенного положения КОС обесточивается, а повторитель отключенного положения KQT возбуждается, замыкая свой контакт KQT в цепи 63—32 и разрешая отключение быстродействующего выключателя QF.
Автоматическое отключение преобразователя от защит осуществляет реле KL, на которое действуют все защиты: по цепи 69—36 фильтровая с выдержкой времени, которая реагирует на токи обратной последовательности ТОП; по цепям 71—36 и 73—36 токовая без выдержки времени; по цепи 75—36 газовая зашита трансформатора преобразователя.
Токовые реле КАЙ и КАС токовой защиты и фильтровое реле токов обратной последовательности KAZ подключаются к трансформаторам тока ТАЙ и ТАС (рис. 5.8, а). Срабатывание фильтр-реле KAZ при несимметричном КЗ во вторичных обмотках трансформатора приводит к замыканию цепи 67—34 (рис. 5.8, в) реле времени КТ, которое с выдержкой времени замыкает цепь 69—36 реле KL. Указательное реле КН1, обмотка
128
которого находится в этой цепи, фиксирует срабатывание фильтровой защиты. Токовая защита реагирует на симметричные КЗ в преобразователе и на его недопустимые перегрузки, в этом случае замыкаются цепи 71—36 и 73—36реле KL через указательное реле КН2, фиксирующее срабатывание защиты. Газовое реле KSG при бурном газообразовании или понижении уровня масла в баке трансформатора замыкает цепь 75—36 реле KL через указательное реле КНЗ.
Таким образом, при срабатывании любой защиты получает питание реле KL, которое замыкает цепь 27—10 отключающей катушки YAT выключателя Q. При отключении выключателя его повторитель KQT замыкает цепь 17—18, в которой контакты KQF замкнуты при включенном выключателе QF. Если схема на автоматическом управлении и контакты ключа SA2 замкнуты, реле автоматического отключения КСТ получает питание, замыкает цепь 65—32 промежуточного реле KL1, которое отключает выключатель QF. Реле фиксации KQQ при отключении преобразователя защитами остается включенным, фиксируя автоматическое отключение.
Автоматическое включение и отключение резерва (АВОР) включает в себя два вида автоматики: регулирования мощности (АРМ) и включения резерва (АВР) при аварийном отключении рабочего преобразователя. Включение АВОР в работу осуществляется ключом SA1 (рис. 5.8, г), АРМ осуществляет непрерывный контроль за нагрузкой преобразователей. Датчиками нагрузки являются токовые реле КАтах,КАт!п и КА2тах. Реле КАтах и КА2тах контролируют нагрузку при работе одного преобразователя и срабатывают, когда максимальный ток срабатывания нагрузки в первичной обмотке трансформатора тока превышает /ср тах (выражение 5.2). Реле KAmin контролирует суммарную нагрузку двух преобразователей, катушки его электромагнита подключены к двум трансформаторам тока и создают вращающий момент, пропорциональный суммарной нагрузке.
Срабатывание КАтах или КА2тах приводит к замыканию цепи 79—42 или 81—42, реле включения КСС2 получает питание и по цепи 89—48запускает реле времени включения и отключения резерва КТСТ. Если нагрузка на преобразователь не снижается в течение 10 мин, то реле КТСТ замыкает цепь 9—4 реле автоматического включения преобразователя КСС. Реле КСС включается, становится на самоподпитку по цепи 7—4. Далее процесс включения резервного преобразователя идет описанным выше путем. После включения резервного преобразователя реле КАтах или КА2тах отключает реле КСС2, которое размыкает цепь 89—48 и 9—4.
Если при двух включенных преобразователях нагрузка снижается и суммарный ток становится ниже 7ср min (выражение 5.3), то реле KAmill обесточивается и замыкает цепь 87—46 реле отключения КСТ2. Последнее по цепи 91—48 запустит реле времени КТСТ, которое через 3 мин замкнет цепь 9—16 промежуточного реле команды отключения KLCT. Реле KLCT отключит резервный преобразователь, а по цепи 39—14 переведет реле фиксации KQQ в исходное состояние.
Рабочий преобразователь при работе автоматики останется включенным, хотя в его схеме цепь 47—76 замкнется, но контакты SA1 будут разомкнуты и цепь 9—16 останется разомкнутой.
Автоматическое включение резерва (АВР) происходит при аварийном отключении рабочего преобразователя защитой. Повторители замыкают цепь реле времени КТС: 85—44 реле KQT при отключении первого преобразователя или 83—44 реле KQT2 — второго.
Контакты реле фиксации KQQ и KQQ2 в этих цепях остаются замкнутыми при отключении преобразователя защитой. Реле КТС с небольшой выдержкой времени замыкает цепь 13—4, в которой контакты реле фиксации KQQ замкнуты, если перед этим резервный преобразователь не был отключен защитой. Реле КСС, получив питание, включит резервный преобразователь и его реле фиксации. Если включение окажется неудачным, то повторного включения не произойдет, так как цепь 13—4 будет ра
129
9-6086
зомкнута контактом KQQ. Отключение реле КТС осуществляется кнопкой отключения масляного выключателя SBT1, контакт которой замыкает цепь 37—14 катушки отключения реле KQQ, которое после отключения размыкает цепь 85—44 реле КТС.
Поменять ролями рабочий и резервный преобразователи можно, переключив ключ SA1. При этом его контакты в цепи 9—4 рабочего преобразователя размыкаются, а в аналогичной цепи переходящего в резерв — замыкаются.
5.6.	Автоматическая общеподстанционная сигнализация
Для контроля за работой оборудования подстанции, возникновением неисправности, отклонений от нормального режима или пожара используется общеподстанци-онная сигнализация, призванная привлекать внимание персонала.
Звуковой сигнал выполняют, как правило, двухтональным. С этой целью устанавливают звонок или зуммер для подачи предупреждающего сигнала и сирену или ревун для оповещения об аварии. Предусматривают также световые индикаторы (сигнальные лампы, световые табло), которые указывают персоналу, на каком объекте возникло отклонение от нормального режима.
Звуковая сигнализация должна обеспечивать: выключение сигнала с помощью кнопки на щите управления; возможность повторного действия (после снятия сигнала сигнализация должна быть готова к действию); возможность периодической проверки сигнализации (опробование).
Предупреждающая сигнализация приводится в действие от индивидуальных датчиков и реле. При возникновении на подстанции пожара срабатывает реле пожарной сигнализации KSN в цепи 3—4 (рис. 5.9), при неисправности цепей вторичной коммутации — реле общего контроля цепей КЬокц в цепи 5—4, при неисправности на подстанции — реле KLHn в цепи 7—4. В каждой из этих цепей установлено указательное реле (КН1, КН2, КНЗ), фиксирующее режим, на который отреагировала сигнализация, и размыкающее после этого свою цепь. Промежуточное реле KL1 предупреждающей сигнализации срабатывает, замыкает цепь 9— 6 второго промежуточного реле KL2, которое по цепи 11—6 становится на самоподпитку. Реле KL1 обесточивается при размыкании указательным реле КН1 цепи 3—4, КН2—цепи 5—4, КНЗ—цепи 7—4.
Реле KL2 замыкает цепь 19—16 звонка НР2, находящегося в помещении на щите управления, и цепь 19—14 звонка НР1 на открытой территории подстанции. Звонки предупреждают персонал о возникновении отклонений от нормального режима или неисправности. Дежурный электромеханик на щите управления нажимает кнопку выключения звонка SBP2, размыкается цепь 11—6реле KL2, которое обесточивается и размыкает в этой цепи и в цепи звонка 19—16 свои контакты. При отключении KL2 прекращается работа звуковой сигнализации. Далее дежурный по состоянию указатель-
Рис. 5.9. Схема автоматической общеподстанционной сигнализации
130
ных реле, сигнальных световых ламп и табло определяет причину срабатывания сигнализации и принимает необходимые меры устранения неисправности.
Принимая дежурство, электромеханик должен убедиться в исправности предупреждающей сигнализации. Для этого предусмотрена кнопка испытания предупреждающей сигнализации SBP1, с помощью которой замыкается цепь 1—4 репе KL1. При этом звонят звонки НР1 и НР2, выключение которых осуществляется кнопкой SBP2.
При возникновении аварийного режима и отключении защитой выключателя на подстанции, его повторительное реле KQT замыкает цепь 17—8. На шину аварийной сигнализации ЕНА подается напряжение, так как контакт реле фиксации KQQ остается замкнут. Реле аварийной сигнализации КНА возбуждается и замыкает цепи 21—18 м 21—20. Сирены НА1 на щите управления и НА2 на открытой территории подстанции начинают работать, сигнализируя персоналу о возникновении аварийной ситуации, в том числе и о возникновении пожара, так как реле пожарной сигнализации KSN замыкает цепь 15—8 и в конечном итоге включает звонки и сирены.
Выключение сирены осуществляется нажатием кнопки выключения SBA2 сирены, контакты которой замыкают цепь реле выключения сирены KL3, которое становится на самоблокировку и снимает питание с реле КНА. Последнее размыкает цепи сирен 21—18 м 21—20. Напряжение на шине ЕНА сохраняется, на реле мигающего света КНА1 по цепи 17—12 подается напряжение. Периодически эта цепь размыкается на короткое время контактом КНА1. Таким образом, реле КНА1 работает в пульсирующем режиме, замыкая и размыкая цепь 23—22. От шины сигнализации +ЕН на шину мигающего света (+)ЕР поступает пульсирующее напряжение, под действием которого зеленая лампа HLG отключившегося выключателя горит мигающим светом. Для каждого выключателя предусмотрены сигнальная лампа HLG и реле фиксации KQQ, через которые лампы подключаются к шине (+)ЕР или ЕН (при оперативном отключении выключателя).
Выключение сирены и отключение реле КНА1 можно осуществить нажатием кнопки, отключения выключателя (SBT1 на рис. 5.8, б), которое приводит к отключению реле фиксации KQQ и снятию напряжения с шины ЕНА.
Исправность сирены проверяется нажатием кнопки испытания аварийной сигнализации SBA1. При этом реле КНА получит питание по цепи 13—8 и включит сирены, которые отключаться при отпускании кнопки.
5.7.	Автоматическое реаулирование напряжения в тяаовой сети
Для обеспечения нормальной работы электроподвижного состава (ЭПС) необходимо поддерживать напряжение в тяговой сети в заданных пределах. С этой целью применяются устройства регулирования напряжения, устанавливаемые на тяговых подстанциях. Поддержание принятого уровня напряжения достигается изменением коэффициента трансформации силовых, тяговых и вольтодобавочных трансформаторов.
На тяговых подстанциях переменного тока для стабилизации напряжения применяют трансформаторы, снабженные устройством автоматического регулирования напряжения под нагрузкой (АРПН), схема которого представлена на рис. 5.3, а структурная схема автоматического регулирования напряжения — на рис. 5.2. В качестве регулируемой величины на тяговых подстанциях принимается напряжение на шинах тягового распределительного устройства, контроль за которым осуществляет блок автоматического управления регулированием напряжения под нагрузкой (БАУРПН). Этот блок выполняет ту же роль, что и блок АРНТ в схеме рис. 5.2. Для снижения числа срабатываний регулятора до допустимого вводится выдержка времени, которая в среднем принимается равной от 40 до 60 с.
131
Рис. 5.10. Структурная схема устройств телеавтоматического регулирования напряжения в тяговой сети
При наличии нескольких регуляторов, например, на всех подстанциях при их параллельной работе на контактную сеть выдержку времени необходимо выбирать с учетом работы соседних подстанций так, чтобы обеспечивалась избирательность действия регуляторов. Можно принять выдержку времени на одной подстанции меньшей, чем на двух соседних. Тогда срабатывание регулятора на рассматриваемой подстанции обеспечит требуемый уровень напряжения на обеих фидерных зонах, при этом не надо будет регулировать напряжение на двух соседних подстанциях. Это позволяет исключить излишне частую работу регуляторов в пределах электрифицированного участка.
На участках с электротягой постоянного тока регулирование напряжения наряду с изменением коэффициента трансформации трансформаторов Т1 и Т2 тяговых подстанций может осуществ
ляться с помощью регулируемых преобразователей UD1 и UD2 (рис. 5.10). Наличие устройств регулирования у преобразователей и систем телеизмерения позволяет за уровень стабилизации принимать минимальное напряжение между тяговыми подстанциями, которое чаще всего совпадает с напряжением Unc на шинах поста секционирования (ПС).
Наличие телеметрической информации и средств бесконтактного регулирования позволило перейти от стабилизации напряжения на тяговых подстанциях к системе телеавтоматического управления напряжением в тяговой сети. Телеавтоматическое ре
гулирование подразделяется на зонное и централизованное.
Зонное регулирование (рис. 5.11) ведется на подстанциях по данным телеизмерений, которые с постов секционирования и смежных подстанций передаются по независимым частотным каналам . Такой способ регулирования получил название «Сирена» (система регулирования напряжения). «Сирена» в зависимости от уровня напряжения на посту секционирования (/пс с учетом напряжения на шинах подстанций Сш] и Ц||2 воздействует на регуляторы преобразователей UD1 и UD2 и изменяет напряжение на
Канал связи
Контактная сеть
Рис. 5.11. Схема зонного регулирования напряжения
шинах постоянного тока £/ш] и t/lll2.
При централизованном телерегулировании напряжения контактной сети, получившим название УТРНК, напряжение регулируется в пределах электрифицированного участка из диспетчерского пункта ДП (рис. 5.12). Информация об уровне напряжения на шинах подстанций (/ш1, £/ш2 и ПС — (7ПС по каналу связи ТИ поступает на ДП. обрабатывается и регулирующее воздействие по каналу связи ТУ передается на соответству
ющую тяговую подстанцию.
132
Каждая подстанция имеет два трансформатора Tl, Т2 (рис. 5.10) и два преобразователя UDI, UD2, оборудованных средствами регулирования напряжения под нагрузкой. С помощью автоматики регулирования напряжения под нагрузкой (АРПН) стабилизируется напряжение на шинах, от которых питаются преобразователи. Из-за ограниченного ресурса регуляторов автоматический режим работы устройства АРПН применяется редко.
Контактная сеть
Рис. 5.12. Схема централизованного регулирования напряжения
Чаще всего с помощью АРПН корректируется напряжение.
При наличии на подстанции опера-
тивного персонала возможна совместная работа АРПН и системы «Сирена» или АРПН
и УТРНК. С помощью АРПН достигается стабилизация напряжения на шинах переменного тока, а с помощью системы «Сирена» или УТРНК — стабилизация напряжения постоянного тока в середине подстанционной зоны Спс.
Устройства телеавтоматического регулирования напряжения контактной сети постоянного тока применяют совместно с системой бесконтактного автоматического ре
гулирования выпрямительных преобразователей с применением дросселей насыщения или вольтодобавочных трансформаторов с тиристорным регулированием напряжения.
Глава 6
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ УСТРОЙСТВ ТЕЛЕМЕХАНИКИ
6.1.	Общие сведения об устройствах телемеханики
В электроустановках в соответствии с принятой схемой управления находят применение как местные, так и дистанционные методы управления контролируемыми объектами. Под местным понимается управление непосредственно на месте установки управляемого объекта.
Местное управление может осуществляться либо вручную путем непосредственного воздействия на органы управления объектом или со щита управления электроустановки.
Дистанционное управление осуществляется по линиям связи. Передача информации по линии связи осуществляется путем соединения каждого объекта управления (контроля) с соответствующим органом управления (ключом, кнопкой и т.д.) или с прибором воспроизведения информации (сигнальной лампой, табло, цифровым индикатором и т.д.). Для передачи каждого сигнала требуется наличие специальной линии связи с проводами соответствующего сечения. В связи с этим применение непосредственного дистанционного управления (контроля) экономически целесообразно лишь при местном управлении и при малом числе объектов.
С увеличением расстояния передачи, объема информации и числа контролируемых объектов особое значение приобретает необходимость сокращения затрат на линии связи, обеспечения качества передачи сигналов и быстродействия системы передачи. Эти проблемы решаются с помощью устройств телемеханики, позволяющих наиболее рационально использовать линии связи и одновременно обеспечить надежную, быструю и точную передачу приказов, сигналов и результатов измерений.
Телемеханическими устройствами называются технические средства, с помощью которых обеспечивается управление, контроль и регулирование производственными или технологическими процессами на расстоянии путем передачи кодированных сигналов по каналу свзи. По характеру выполняемых функций их делят на устройства телеуправления (ТУ) и телеконтроля (ТК), последние подразделяются на устройства теле-сигнализации (ТС) и телеизмерения (ТИ).
Устройства телеуправления служат для управления на расстоянии отдельными объектами или целыми производственными комплексами. Наиболее часто они осуществляют передачу двухпозиционных команд («Включить—отключить», «Прибавить— убавить»), однако могут передавать также терхпозиционные и многопозиционные команды. Большинство объектов управления электроустановок являются двухпозиционными. К многопозиционным объектам относятся, например, различные задвижки, затворки и другая трубопроводная арматура систем водоснабжения, теплоснабжения.
Устройства телесигнализации служат для контроля на расстоянии за состоянием или положением объектов управления (У) и контроля (К) (рис. 6.1). Устройства ТС в основном также передают информацию в виде двухпозиционных сигналов типа «Включено—отключено». Телесигнализация может передаваться на диспетчерский пункт (ДП) периодически, автоматически в результате изменения положения или состояния одно-
134
Рис. 6.1. Классификация телемеханических систем
го из объектов или поступает на ДП по вызову (запросу) диспетчера, т.е. по команде, поступающей на контролируемый пункт (КП) по системе ТУ.
Устройства телеизмерения служат для контроля на расстоянии за параметрами контролируемых процессов: напряжением, током и т.д.
Наряду с системами телемеханики, предназначенными для выполнения какой-либо одной из указанных выше функций (ТУ,ТС,ТИ), широко используются также комплексные системы телемеханики, выполняющие все перечисленные выше функции или различные их сочетания.
На рис. 6.1 приведена классификация телемеханических систем по различным признакам:
характеру передаваемых сообщений расположению объектов управления и контроля — сосредоточенные и рассредоточенные (рис. 6.2);
выполняемым функциям — телеуправление, телесигнализация, телеизмерение и комбинированные (комплексные);
структуре линий связи — радиальная, цепочечные (лучевые), древовидные и смешанные (рис. 6.3);
способу передачи сообщений — одноканальные и многоканальные с электрическим, частотным и временным разделением каналов;
виду каналов связи — электрические и неэлектрические (оптические, акустические, пневматические, гидравлические);
виду объектов управления и контроля — неподвижные и подвижные.
непрерывные и дискретные;
Рис. 6.2. Территориальное расположение объектов управления:
а — сосредоточенное; б — рассредоточенное
135
КП КП КП КП КП
Рис. 6.3. Структурные схемы и конфигурации линий связи телемеханических систем:
а — радиальная; б — цепочечная (лучевая); в — древовидная одноствольная; г — древовидная многоствольная
Управление телемеханическими объектами осуществляет обычно оператор или диспетчер из диспетчерского пункта (ДП), на котором размещается диспетчерский полукомплект аппаратуры телемеханики. На контролируемых пунктах (КП) размещается аппаратура полукомплекгов контролируемых пунктов и объекты управления и контроля. Обычно с одного ДП производится контроль и управление объектами нескольких КП. Если объекты сосредоточены в одном месте (например, тя
говая подстанция), то на всю группу устанавливается один полукомплект аппаратуры телемеханики контролируемого пункта КП, связь которого с объектами осуществляется по системе местного дистанционного управления (рис. 6.2, а). При рассредоточении объектов по одному или небольшими группами на сравнительно больших расстояниях возле каждого объекта или группы устанавливают отдельный полукомплект аппаратуры (6.2, б). Примером таких объектов могут являться разъединители контактной сети.
На рис. 6.4 представлена структурная схема комплексной системы телемеханики для сосредоточенных объектов, включающая в себя полукомплекты диспетчерского и контролируемого пунктов, связанные между собой каналами связи ТУ и ТС-ТИ. На ДП оператор (диспетчер) с помощью кнопок на пульте управления ПУ набирает приказ, который поступает на кодирующее устройство КУ и далее в виде кода — на блок разделения элементов сигнала РЭС. Каждый элемент кодовой серии поступает на передатчик Пер канала связи и передается по своему электрическому, частотному или временному каналу, образованному в линии связи ЛС.
Кодовая серия приказа по ЛС ТУ поступает на приемник Пр канала связи КП, где происходит усиление сигнала, очищение от помех. После этого кодовая серия подается
136
на блок РЭС, преобразуется в вид, удобный для декодирования декодирующим устройством ДКУ, затем в виде определенного приказа через выходное устройство ВУ поступает на объект управления. Результатом является переключение объекта ТУ.
Информация о состоянии объектов, аварийно-предупредительная и контрольная информация о режимах работы оборудования поступает на датчики телесигнализации ДТС. Информация о контролируемых параметрах, от объектов ТИ подается на датчики телеизмерения ДТИ. Преобразованная с помощью ДТС и ДТИ информация передается в кодирующее устройство КУ и далее в виде кодовой се
Рис. 6.5. Секционный мозаичный диспетчерский щит ЩДСМ-1 с мнемосхемой системы электроснабжения
рии на блок РЭС. Элементы кодовой серии после разделения по индивидуальным элек
трическим, частотным или временным каналам, образованным передатчиком Пер каналов связи ТС-ТИ по линии связи ЛС передаются на диспетчерский пункт ДП.
Приемник Пр канала связи ТС-ТИ принимает информацию, преобразует ее для дальнейшего использования. Через блок РЭС и декодирующее устройство ДКУ информация поступает на устройство отображения информации УОИ диспетчерского пункта, воспроизводится с помощью сигнальных табло и приемников телеизмерения ПрТИ и воздействует на оператора. С приемника канала связи ТС-ТИ информация передается через блок согласования БС на компьютер ЭВМ диспетчера, который пользуясь пультом управления ПУ ЭВМ выводит информацию на дисплей или в печать. На ДП устанавливается диспетчерский щит (рис. 6.5) с мнемосхемой электроустановки или диспетчерского круга, работой которого руководит диспетчер. На щите устанавливают
Рис. 6.6. Мнемоническая схема подстанции на щите типа ЩДСМ-1
ся переключатели с сигнальными тиратронами или светодиодами, сигнализирующими состояние объектов.
Мнемоническая схема (мнемосхема) (рис. 6.6) представляет собой наглядное графическое изображение функциональной схемы контролируемого пункта (на рис. 6.6 — подстанция 2), содержащее все элементы этой схемы, что позволяет оператору (диспетчеру) судить о состоянии оборудования на контролируемых пунктах, находящихся в его ведении, и оперативно принимать решения по управлению объектами на КП. Мнемосхема, таким образом, выполняет роль визуальной опоры информационного обеспечения системы диспетчерского управления.
Выпускаемые в настоящее время диспетчерские щиты являются секционными мозаичного
137
типа. Щиты мозаичного типа собираются из отдельных стандартных стоек, фасады которых облицовываются типовыми мозаичными элементами. На мозаичных элементах изображают различные детали мнемонической схемы, из которых она набирается, или крепятся аппараты сигнализации и квитирования (сигнальные ключи). Мозаичные элементы с изображенными на них мнемознаками могут легко извлекаться из гнезд в секциях щита, переставляться в другое место или заменяться другими элементами, что позволяет при необходимости оперативно изменять на щите мнемоническую схему любого КП, не нарушая внешнего вида щита и практически не выводя его из работы.
Конструкция щитов типа ЩДСМ-1 (см. рис. 6.5) и аналогичных типов позволяет компоновать из отдельных секций шиты различной длины и допускает установку панелей в плане под углом друг к другу для улучшения обзора с рабочего места диспетчера.
На столе диспетчера располагается пульт-манипулятор с кнопками управления и персональный компьютер. Наличие нескольких компьютеров, объединенных в локальную сеть, позволяет реализовать «виртуальный» энергодиспетчерский щит, отказавшись от громоздкого диспетчерского щита, составленного из отдельных панелей, количество которых зависит от сложности энергодиспетчерского круга.
6.2.	Разделение элементов сигнала при передаче
Блоки разделения элементов сигнала РЭС (рис. 6.4) осуществляют отделение элементов кодовой комбинации для их независимой друг от друга передачи по линии связи. При этом элементы сигнала сохраняют свои параметры и не оказывают друг на друга искажающего влияния.
Основными методами разделения каналов элементов сигналов являются: электрический (схемный), при котором каждый элемент кодовой комбинации передается по своей паре проводов; частотный, заключающийся в том, что каждый элемент передается на своей частоте, отличной от всех других; временной, основанный на поочередной передаче элементов сигнала в течение определенного периода времени.
Электрическое разделение элементов сигнала рассмотрим на примере схем рис. 6.7. Приказ ТУ набирается диспетчерами путем нажатия кнопки SB1—SB/V на пульте управления. Каждой команде соответствует своя комбинация включенных кнопок. Через замкнутые контакты кнопок ток протекает по проводам линии связи на контролируемый пункт, где находятся реле К1—КУ, срабатывающие при протекании по их обмоткам тока. Срабатывают те реле, цепи которых замкнуты контактами кнопок. Через контакты сработавших реле замыкается цепь определенного объекта, которому соответствует комбинация включенных кнопок. В схеме рис. 6.7, а каждый элемент кодовой комбинации передается по своей паре проводов, а в схеме рис. 6.7, б — по одному проводу, а второй (обратный) провод является общим для всех элементов. Это дает экономию проводов, но такая схема связывает гальванически все цепи между собой, снижая надежность.
При электрическом разделении требуется большое число проводов, передача информации на большое расстояние оказывается технически и экономически нерацио-
Рис. 6.7. Электрическое разделение элементов сигнала
138
Рис. 6.8. Частотное разделение элементов сигнала
нальной. Поэтому такое разделение применяют только в тех случаях, когда передача осуществляется на небольшое расстояние, например, от одного узла устройства к другому или в системах дистанционного управления, когда дальность передачи не превышает нескольких сотен метров.
Частотное разделение поясняется схемой на рис. 6.8. Сигнал в виде кодовой комбинации, состоящей из элементов, подается на передающее устройство, которое упрощенно представлено генераторами GF1 — GF/V. Каждый генератор работает на своей частоте f\—fn- Запускаются только те генераторы, на которые в соответствии с кодовой комбинацией подается питание. Элементы сигнала в виде токов определенных частот передаются по линии связи на приемное устройство, где установлены частотные полосовые фильтры ZF1— ZP/V. Каждый фильтр пропускает только ток определенной частоты. На выходе приемного устройства появляется кодовая комбинация, состоящая из тех же элементов, что и на входе передающего устройства. Для передачи информации необходимо иметь столько частотных каналов (генераторов в передающем устройстве, фильтров в приемном устройстве), сколько имеется элементов сигнала (кодовой комбинации).
Достоинством частотного разделения является использование для передачи информации одной двухпроводной линии связи в отличие от электрического разделения и одновременная передача всех элементов сигнала, как и при электрическом разделении. Недостатком частотного разделения можно считать необходимость использования для образования частотных каналов дорогой передающей и приемной аппаратуры.
Временное разделение элементов сигнала получило широкое применение в системах телемеханики для передачи информации. При временном способе разделения каждому передаваемому элементу поочередно предоставляется линия связи на время, необходимое для его прохождения. В линии связи элемент существует независимо от других в течение отведенного для него времени и может быть выделен на приемной стороне. Последовательную передачу элементов осуществляют с помощью преобразователей параллельного кода в последовательный на передающей стороне, а обратное преобразование на приемной. В качестве преобразователей кода наиболее часто используют распределители импульсов.
На рис. 6.9, а представлена схема, поясняющая принцип временного разделения с помощью распределителей RG и RG1. При работе они должны переключаться синхронно, т.е. одновременно с одинаковой частотой и синфазно, т.е. в каждый момент времени они должны находиться в одноименных позициях. Так, когда распределители находятся на позиции 1, то передается первый элемент кодовой комбинации, на позиции 2 — второй элемент и т.д. Приемный распределитель находится в той же позиции, что и передающий, поэтому элемент сигнала %] в позиции 1 распределителей появится на первом выходе RG1, элемент х2 в позиции 2 — на втором выходе и т.д.
На рис. 6.9, б показан процесс передачи четырехэлементной комбинации двоичного кода 1101 с помощью временной диаграммы. Распределители для этой передачи должны иметь не менее четырех позиций. Значению сигнала 1 будет соответствовать
139
импульс, а значению 0 — отсутствие импульса в соответствующей позиции распределителя. На входы X], Л'2 и х4 распределителя RG подаются сигналы 1, а на вход х3 — сигнал 0. В позиции 1 распределителей по линии связи будет передан импульс, в позиции 2 — импульс, в позиции 3 — пауза (отсутствие импульса), в позиции 4 — импульс. Элементы кода поочередно поступают на распределитель RG 1 и на выходах %], х2, х3 и х4 появляются сигналы 1, 1, 0 и 1. Таким образом, обеспечивается независимая передача каждого из элементов кодовой комбинации 1101.
Достоинством временного разделения является использование для передачи информации одной двухпроводной линии связи как и при частотном разделении, но аппаратура каналов связи при временном разделении значительно проще и дешевле. Недостатком временного разделения является значительная длительность цикла передачи Гц информации, которая зависит от количества и продолжительности временных интервалов АЛ
7’ц = А/-л,	(6.1)
где п — количество временных интервалов (элементов сигнала).
Таким образом, чем больше элементов содержится в кодовой комбинации, тем больше время передачи. Снизить время передачи можно за счет повышения быстродействия системы при переключении распределителей.
6.3.	Методы избирания объектов телемеханики
При передаче информации в системе телемеханического управления конечной целью является объект, на который она передается. Метод избирания (выбора) объекта в значительной мере влияет на принципы выполнения приемо-передающей аппаратуры. Различают три основных метода: прямой, групповой (адресный) и кодового избирания.
Прямое избирание характеризуется тем, что сообщение передается одним элементом импульсной серии (импульсом или паузой определенного качества).
На рис. 6.10 представлена структурная схема частотной системы телеуправления с прямым изображением. По каждому частотному каналу может передаваться одно сообщение. Всего система имеет N частотных каналов. На передающей стороне установлено N частотных генераторов GF, которые запускаются при нажатии кнопок SB. Нажатие каждой кнопки соответствует определенному сообщению (приказу). Например, нажатие кнопки SB1 соответствует передаче приказа «Включить первый объект», при этом
140
Рис. 6.10. Структурная схема частотной системы ТУ с прямым набиранием
запускается частотный генератор GFI, вырабатывающий гармонические колебания частотой /], которые проходят через полосовой фильтр ZF1 и передаются по линии связи Л С на контролируемый пункт.
Частотный импульс пропускается фильтром ZF1 приемного устройства, с помощью выпрямителя UZ1 преобразуется в импульс постоянного тока и поступает на реле К1. Оно срабатывает и включает первый объект. Фильтр ZF1, установленный в передающем устройстве, необходим для того, чтобы исключить попадание в ЛС гармоник, возникающих при модуляции и лежащих вне полосы частот первого канала.
Для передачи приказа «Отключить первый объект» необходимо нажать кнопку SB2 и запустить генератор GF2. Импульс частотой/^ пройдет по второму частотному каналу и в конечном итоге поступит на реле К2, которое отключит первый объект.
Аналогичным образом можно осуществлять включение и отключение других объектов. Общее количество сообщений (команд), которые можно передать, пользуясь данной системой, соответствует числу частотных каналов N. За одну передачу можно передать все необходимые сообщения, предварительно набрав их нажатием определенных кнопок.
Прямое избирание можно осуществить, используя систему с временным разделением элементов сигнала (рис. 6.11, а). В этой системе в передающем и приемном устройстве используются синхронно работающие распределители RG и RG1. Набор сообщений так-
Рис. 6.11. Временная система ТУ с прямым избиранием:
а — структурная схема системы; б — структура сигналов в линии связи
№ сооб-шения	Сигналы в линии связи с импульсами в разных позициях			Содержание сообщения
	|1|2|3|4|5|6|	1 1 1 2	3	
1		 Случай I	Случай 11		Включить 1-й разъединитель
2		Г г	1 ' I	-1	I	I		1-	1	Отключить 1-й разъединитель
3	Г	J	J ’ ' 1 |	|	1	1			Включить 2-й разъединитель
4	1 | 1.	|	|	|	|		. .		Отключить 2-й раз1>единитель
5	г* л" Г Г 1	1	1	1 Illi	।	1	III	1 J	1	Y/sSA			Включить 3-й разъединитель
6	—I 4	1	1	"1 —1—1—1—1—1——	—1—1—	^-4		Отключить 3-й разъединитель
141
же производится нажатием кнопок SB1—SBN. Когда распределители передающего ДП и приемного КП устройств находятся на первой позиции, идет передача первого сообщения при нажатой кнопке SB1, которая поступает на реле К1, замыкающего своим контактом исполнительную цепь. При переходе распределителей во вторую позицию может быть передано второе сообщение (рис. 6.11, б). За цикл переключений распределителей с позиции 1 до позиции /V можно поочередно передать все необходимые сообщения. Можно несколько видоизменить систему, посылая на каждой позиции распределителя импульсы с разными качествами, каждому из которых будет соответствовать определенное сообщение. В этом случае номер импульса можно отождествить с номером объекта, а качеству придать значение операций («Включить—отключить»). Часто используют два качества длительности импульса: например, короткий и длинный импульс (рис. 6.11, б— случай II).
Важным свойством системы телемеханики с прямым избиранием является передача каждого сообщения по независимому частотному или временному каналу связи при общей физической линии связи. Таким образом, системы с прямым избиранием
являются многоканальными.
При прямом избирании за один цикл передачи можно передать одно, два или все возможные сообщения. Это свойство системы называется циркулярностью. Исключением являются системы с временным разделением каналов, когда по одному каналу передается два и более сообщений с использованием двух и более качеств импульса, каждое из которых соответствует отдельному сообщению (рис. 6.11, б). В таких системах циркулярность соблюдается только в пределах числа сообщений, равного числу каналов.
Сообщения передаются одним импульсом, поэтому время его передачи при час
тотном разделении определяется длительностью импульса и является минимально возможным. В системе с временным разделением даже при передаче одного сообщения распределитель должен сделать полный цикл переключений и опросить все позиции. Поэтому здесь можно говорить только о минимальном времени, затрачиваемом при циркулярной передаче на одну команду.
Групповой (адресный) метод избирания заключается в выборе объекта в несколько приемов. Все сообщения разбиваются на группы. Наиболее часто в системах телеуправления сообщения делят на группы по виду выполняемых операций «Включить—отключить» (рис. 6.12). На контролируемом пункте при приеме команды «Включить» замыкается контакт реле Квкл, а команды «Отключить» — Коткл. При этом на шину включения или отключения поступает напряжение Еп от шины питания. После выбора номера объекта замыкаются контакты реле К.1, К2, КЗ или К4, причем один контакт от шины включения, другой — отключения. Питание подается в одну из выходных цепей 1—8 через два замыкающих контакта. Такое избирание называется одноступенчатым.
При многоступенчатом групповом избирании сообщения делят на группы, группы — на подгруппы и т.д. Разделение осуществляется с целью уменьшения числа элементов сигнала. Например, для передачи восьми сообщений при прямом избирании требуется сигнал, содержащий восемь элементов, и соот-
Рис. 6.12. Групповое избирание объектов
ветственно нужно восемь частотных или временных каналов связи. При групповом избирании для передачи тех же восьми сообщений, разбитых на две группы (рис. 6.12) требуется сигнал, содержащий шесть элементов (два для выбора группы, четыре для выбора объекта), и соответственно — шесть каналов связи.
Наглядность экономии элементов сигнала и каналов связи возрастает при увеличении числа объектов управления. Допустим, требуется управлять десятью
142
масляными включателями на тяговой подстанции. На каждый выключатель может быть передана команда «Включить» или «Отключить». Всего требуется передавать двадцать команд, которые можно разбить на две группы по десять команд.
Для передачи двадцати команд в системе с прямым избиранием потребуется двадцать импульсов, двадцать каналов связи и двадцать выходных реле на КП. При использовании системы с одноступенчатым групповым избиранием необходимо иметь десять импульсов для выбора объекта и два импульса для выбора операции, т.е. требуется двенадцать импульсов, каналов и выходных реле.
Применяют и многоступенчатое избирание. В системах телеуправления электрифицированных железных дорог все командные сообщения в пределах диспетчерского круга делятся между контролируемыми пунктами (первая ступень), внутри пункта — на группы. Так, например, в системе «Лисна-В» имеется четыре группы, в системе «Лисна-Ч» — пять групп. В каждой группе команды разбиваются по виду операции, а затем по объектам управления. При этом импульсная комбинация содержит элементы выбора КП, операции, объекта и группы. Так, в указанных выше системах выбор операции, объекта и группы осуществляется прямым избиранием, а КП — кодовым.
Кодовое избирание характеризуется тем, что каждое сообщение передается определенной кодовой комбинацией. Может быть использован любой код, чаще предпочтение отдается двоичному коду на одно сочетание.
На рис. 6.13, а приведена структурная схема кодовой системы телеуправления с частотным разделением элементов сигнала. В передающем устройстве команда набирается одной кнопкой из общего числа N. После нажатия кнопки SB команда подается на шифратор, где происходит преобразование кода на одно сочетание CXN (нажата одна
Рис. 6.13. Кодовая система ТУ с частотным разделением: а — структурная схема системы; б — структура сигналов в линии связи
№ ключа	Кодовая комбинация	Сигналы на выходах шифратора					Сигналы на выходах генераторов					Условное содержание сообщения
		1	2	3	4	5	1	2	3	4	5	
SB1	11000	Ж					л 1ЛЙГ	fi ш				Включить 1-й объект
SB2	10100	ж		ж			ТЛЛГ	fi	A 1/1Г			Отключить 1-й объект
SB3	10010	ж			ж		VW 1/W	л	ТПГ	а		Включить 2-й объект
SB4	10001	ж				Ж	l/Uv 1ЛЛГ	f			_А	Отключить 2-й объект
SB5	01100		ж				TW	fi W	л лп(			Включить 3-й объект
SB6	01010		ж				fl	uu 1/1(1	ппт	f		Отключить 3-й объект
SB7	01001		ж			ж	fl	U Ul 1/1(1			А	Включить 4-й объект
SB8	00110			ж				и и	А па/	f лг		Отключить 4-й объект
SB9	00101			ж		ж		a	0/1/		А	Включить 5-й объект
SB 10	00011					ж					AV	Отключить 5-й объект
143
кнопка из множества N) в код, с помощью которого команда на линии связи передается на приемное устройство. Каждый элемент кода передается по своему частотному каналу. Генераторы гармонических колебаний GF1—GF7V запускаются в соответствии с кодовой комбинацией, и частотные импульсы работающих генераторов проходят через частотные фильтры ZF1—ZF7V в линию связи. На приемном устройстве каждый частотный импульс кодовой серии проходит через свой фильтр, поступает на преобразователь UZ, который преобразует его в импульс постоянного тока. Комбинация импульсов постоянного тока, аналогичная той, которая была на выходе шифратора, поступает на дешифратор, где расшифровывается, при этом на одном из его выходов, соответствующем номеру нажатой кнопки, появляется сигнал 1, который и поступает на соответствующее выходное реле К.
На рис. 6.13, б представлен процесс преобразования сообщения при передаче его с передающего устройства на приемное. Например, для включения первого объекта необходимо нажать кнопку SB1. При этом на выходе шифратора появится кодовая комбинация 11000, т.е. на выходах 1 и 2 будут импульсы постоянного тока, на выходах 3, 4, 5 импульсы будут отсутствовать. Генераторы GF1 и GF2 при поступлении на их входы сигнала 1 запускаются и работают с частотами: GF1—Д, GF2—
При нажатии другой кнопки будет передаваться другая кодовая комбинация, соответствующая другому сообщению. В каждой кодовой комбинации содержится два сигнала 1 и три — 0, т.е. используется двоичный код на одно сочетание С$. С помощью 2 5-4
этого кода можно передать десять сообщений (С5 = уу = Ю).
Кодовое избирание широко используется в системах с временным разделением элементов сигнала (рис. 6.14). В такой системе кодовая комбинация параллельного кода на выходе шифратора с помощью преобразователя, на который она поступает, преобразуется в соответствующую комбинацию последовательного кода. Все ее элементы поступают в линию связи поочередно во времени. На КП с помощью преобразователя происходит обратное преобразование последовательного кода в параллельный. Комбинация параллельного кода поступает на дешифратор, на одном из выходов которого X]—Хуу появляется передаваемая команда.
В кодовых системах за один цикл передачи можно передать только одну команду (сообщение), так как при одновременной передаче, например, двух кодовых комбинаций элементы одной невозможно отделить в приемном устройстве от элементов другой кодовой комбинации. Таким образом, кодовые системы не обладают свойствами цир-кулярности, а значит все сообщения в случае необходимости передаются поочередно. Полное время передачи всех сообщений в кодовых системах всегда больше, чем в системах с прямым избиранием.
В частотных системах с прямым избиранием все команды можно передать одновременно по своему частотному каналу. Полное время передачи всех команд равно
Рис. 6.14. Структурная схема кодовой системы ТУ с временным разделением
144
времени передачи одной команды. В частотных кодовых системах одновременно передаются все элементы одной команды, а сами команды передаются поочередно, полное время их передачи равняется суммарному времени передачи всех команд.
Время, затрачиваемое на передачу одного сообщения, в кодовых системах с временным разделением (кодово-распределительных) может быть существенно меньше, чем в системах с временным разделением и прямым избиранием, так как число позиций распределителей может существенно отличаться.
На электрифицированных железных дорогах применяют системы телемеханики преимущественно с временным разделением элементов сигнала, так как в системах с частотным разделением используется сравнительно большое число достаточно сложных и дорогих элементов — генераторов, фильтров и др. Частотные системы телемеханики применяют только в тех случаях, когда число объектов на одном КП невелико (от одного до трех), например, в системах, предназначенных для телемеханизации рассредоточенных объектов. Если число объектов на КП превышает три, то более эффективны системы с временным разделением, так как стоимость распределителей в этом случае меньше стоимости генераторов и фильтров, а надежность их выше.
6.4.	Методы синхронизации распределителей
При временном разделении каналов связи телемеханики в передающем и приемном устройствах применяются распределители, которые должны переключаться синхронно и синфазно, т.е., двигаясь с одинаковой скоростью, одновременно переключаться на одну и ту же позицию. Рассинхронизация и сбой в работе распределителей приводят к смещению элементов сигнала сообщения при приеме и искажению информации.
Переключение распределителя из одной позиции в другую происходит при поступлении на его вход импульсов, которые принято называть продвигающими или тактовыми. Номер позиции, которую занимает распределитель, всегда соответствует номеру импульса, поступившего на его вход. Если в исходном состоянии распределитель находится в нулевой позиции, то первый тактовый импульс переключает его в первую позицию, второй — во вторую и т.д. Это свойство используется для синхронного переключения распределителей. Наиболее широко применяются три метода синхронизации: от общей питающей сети переменного тока, циклическая и пошаговая (тактовая) синхронизация. Различие в методах синхронизации заключается лишь в способах образования тактовой серии импульсов, подаваемых на распределители передающего и приемного устройств.
Метод синхронизации от общей питающей сети основан на том, что напряжения в любой точке электрической цепи синхронны во времени, поэтому питающая сеть может быть использована в качестве генератора тактовых импульсов (рис. 6.15). Положи
тельные полуволны после выпрямления синусоидального напряжения сети служат тактовыми импульсами, которые поступают на приводы ПР распределителей Р1 передаю
щего и Р2 приемного устройств.
Первоначально распределители находятся в нулевой позиции. Для одновременного запуска распределителей привод распределителя ПР передающего устройства подключается к сети, а на привод ПР приемного распределителя передается специальный синхронизирующий (фазирующий) импульс ФИ, который переводит распределитель Р2 в нулевую позицию, если в этот момент он находился в другой, и подключает его к сети. После фазирующего импульса первый импульс от питающей сети переводит распределители в первую позицию, начинается новый цикл переключений.
Рис. 6.15. Структурная схема синхронизации распределителей с общей сетью
145
10-6086
о
Сигналы
о
0
Синхр. z _Е_ импульсы ПР	' -НПР1
£ г= ж S о S Н 2 В s СП S К о & S к о
*—ГТИ1
ГТИ1
Линия связи и вход Р2
Такой метод синхронизации распределителей наряду с простотой и относительно невысокой стоимостью имеет ряд недостатков:
не всегда имеется общая питающая сеть;
частота переключений определяется частотой напряжения питающей сети, которая составляет 50 Гц;
при полном или частичном отключении питающей сети, когда нет напряжения на диспетчерском или контролируемом пункте, работа телемеханики невозможна;
напряжение питающей сети в удаленной точке может иметь значительный фазовый сдвиг, а сигнал в канале связи—запаздывание, в результате чего импульсы на приемном устройстве могут поступать на позиции распределителя, отличающиеся от тех, в которых они были переданы;
невозможность резервирования питания устройств телемеханики другими источниками, например, применением аккумуляторной батареи.
Синхронизация распределителей от общей питающей сети, достаточно широко используемая в промышленных устройствах телемеханики, оказывается неприемлемой при телемеханизации устройств электроснабжения электрифицированных железных дорог.
Метод циклической синхронизации (рис. 6.16) заключается в применении индивидуальных генераторов тактовых импульсов ГТИ1 и ГТИ2 с одинаковой частотой колебаний на передающем и приемном устройствах. Распределитель Р1 получает импульсы от генератора ГТИ1, а распределитель Р2 — от генератора ГТИ2. Запуск распределителей осуществляется синхронизирующим импульсом в нулевой позиции. На распределитель Р2 синхронизирующий импульс поступает по каналу связи с передающего устройства. Он воздействует на привод ПР распределителя Р2 и генератор ГТИ2, устанавливая их в исходное состояние, в котором в этот момент находятся распределитель Р1 и генератор ГТИ1.
Выполнить генераторы тактовых импульсов с абсолютно одинаковой и стабильной частотой практически невозможно. Разница частот генераторов всегда будет существовать, и ошибка будет накапливаться с каждым шагом, что в конечном итоге вызовет рассинхронизацию распределителей. Это является существенным недостатком. Для предотвращения рассинхронизации необходима в конце каждого цикла передачи синхронизация ГТИ2 с помощью фазирующего или дополнительного импульса.
Метод тактовой синхронизации получил наиболее широкое применение, так как он обеспечивает наибольшую надежность. Этот метод заключается в том, что оба распределителя переключаются одним генератором тактовых импульсов ГТИ (рис. 6.17, а). Начало работы распределителей определяется фазирующим импульсом в начале цикла, когда распределители находятся в нулевой позиции. Если распределитель Р2 нахо
Рис. 6.16. Структурная схема системы с циклической синхронизацией
Вход Р1
-S О а Н— 1 е .чей 1
ФИ 1	1 О О I ФИ
г


о
WSSAMMi
fSS^WSSA
|——__I_-т______22ZZS
EMAVA J	!	1	।
------ 1777.7/d	i	1	' 	-----
_________________
ФИ 1	1001 ФИ
—Установка в нуль P2'^J 1г>п>>т
	И77П71	..	...
I...	, -гта ...
га J
В g®- 1
В 5 « 2
а 5 Выход
Рис. 6.17. Тактовая синхронизация распределителей: а — структурная схема системы; б — временная диаграмма работы
146
дится в другой позиции, то он устанавливается фазирующим импульсом в нулевую позицию (рис. 6.17, б).
При таком методе синхронизации необходимы каналы связи для передачи тактовых импульсов и сигналов (информационных импульсов). Систему выполняют так, чтобы использовать один общий канал для информационных и тактовых импульсов. Для этого тактовым импульсам, которые передают на каждой позиции распределителей, придают дополнительный импульсный признак, например, временнбй. На рис. 6.17, б показано, что для передачи сигнала 1 используется длинный импульс, а сигнала 0 — короткий. Переключение распределителей происходит в начале каждого импульса, независимо от его длительности. Импульсы отделяются друг от друга паузами одинаковой продолжительности. Фазирующему импульсу придают отличительный признак от сигналов 0 и 1, как правило, его выполняют длиннее длинного, т.е. сверхдлинным.
Синфазность работы распределителей передающего и приемного устройств должна обеспечиваться во всех случаях дополнительными методами. Конец каждого цикла сопровождается посылкой в канал связи специального фазирующего импульса, с помощью которого проверяется вся предшествующая передача. Если прием этого импульса не совпадает с переходом приемного распределителя в контрольную (обычно нулевую) позицию, то фиксируется сбой, принятое сообщение аннулируется, распределители принудительно переводятся в режим синфазной работы.
6.5.	Принципы построения устройств телеизмерения
Для передачи на расстояние значений параметров контролируемого производственного процесса применяются устройства телеизмерения. Особенностью телеизмерения, отличающей его от других видов измерений, является преобразование измеряемой величины в форму, удобную для передачи по каналу связи. При этом исходную величину преобразуют сначала в промежуточную, которая изменяется во времени по тому же закону, что и контролируемая величина, и носит название аналога контролируемой величины.
Электрический аналог затем преобразуется в сигнал, удобный для передачи по каналу связи. Цель преобразования заключается главным образом в том, чтобы свести к минимуму погрешности, вносимые каналом связи, обеспечить необходимую помехоустойчивость и быстродействие. В приемном устройстве полученный по каналу связи сигнал преобразуется в вид, удобный для отображения на сигнальных табло.
При телеизмерении, как и при других измерениях, точность оценивается по абсолютной, относительной и приведенной погрешности.
Абсолютная погрешность определяется по выражению
ДЛ = Лп-Лд,	(6-1)
где Ап — показания прибора на приемной стороне;
Яд — действительное значение контролируемой величины.
Относительная погрешность определяется по выражению
»о=41^ 100%.	(62)
Приведенная погрешность определяется выражением
8"°^г^'1оо%’	<6-3’
Z1maa
где Ятах — максимальное значение измеряемой величины.
147
Информация, передаваемая по системе телеизмерения, может изменяться во времени непрерывно или скачкообразно. Такой же характер имеют и сигналы, соответственно их называют непрерывными и дискретными. В системах с непрерывными сигналами с помощью электрического аналога контролируемой величины модулируют переносчик информации аналогично тому, как это было описано в первой главе.
Классификация систем телеизмерения осуществляется по принципу действия, дальности действия, роду измеряемой величины и т.д.
Наиболее часто для устройств телеизмерения применяют классификацию по параметрам переносчика информации. В соответствии с этой классификацией системы ТИ делятся на системы интенсивности, которые используют в качестве переносчика информации постоянный ток, модулируемый по амплитуде; частотные системы, в которых в качестве переносчика информации используются импульсы постоянного тока или переменный ток, причем частота импульсов или частота переменного тока зависят от значения контролируемой величины; импульсные системы, в которых в качестве переносчиков информации используется периодическая последовательность импульсов; кодовые системы, которые характеризуются тем, что измеряемая величина преобразуется и передается по каналу связи в виде цифрового кода, т.е. определенной комбинацией импульсов (кодоимпульсная модуляция — КИМ).
Системы интенсивности являются устройствами ТИ ближнего действия, так как с увеличением дальности передачи возрастают токи утечки и сопротивление линий связи, в результате чего снижается точность ТИ. Импульсные и частотные системы относятся к устройствам ТИ дальнего действия и могут использоваться для передачи телеизмерительной информации в системах телемеханики устройств электроснабже
ния железных дорог.
Частотные системы ТИ позволяют передавать информацию по занятым линиям связи без дополнительной аппаратуры частотного уплотнения, при этом несущая частота устройств ТИ размещается в свободной части частотного диапазона линии.
Импульсные устройства ТИ подразделяются на частотно—импульсные (с ЧИМ модуляцией), времяимпульсные (с ШИМ модуляцией), фазоимпульсные (с ФИМ модуляцией), кодоимпульсные ( с КИМ модуляцией).
Кодовые системы ТИ при использовании КИМ модуляции обеспечивают любую требуемую точность, а также позволяют обойтись без специальных каналов связи ТИ и передавать кодовые комбинации ТИ по каналам телесигнализации.
Принцип выполнения этой систе-
Рис. 6.18. Преобразование непрерывной величины в код
мы заключается в том, что непрерывная функция времени F(t), квантуется (заменяется дискретной) по амплитуде или по времени. Каждое дискретное значение передается определенной кодовой комбинацией.
Процесс преобразования непрерывной величины в код и информационные сигналы, соответствующие кодовым комбинациям, представлен на рис. 6.18. Квантование в данном случае осуществляется по времени. Через равные промежутки времени в моменты /[, t2, и т.д. осуществляется замер функции F(t}, полученная величина преобразуется в кодовую комбинацию, поступающую в канал связи в виде сигнала, в котором 1 — импульс, 0 — от-
148
£/(/)-аналог. Сигнал
Канал связи	Цифра
Рис. 6.19. Структурная схема кодовой системы ТИ
сутствие импульса. Шаг квантования (ДГ= — выбирают в соответствии с теоремой В .А. Котельникова (1.17)
Д/<
(6.4)
где,4пах ~~ максимальная частота гармоник, которые содержатся в непрерывной функции F(f).
На рис. 6.19 представлена структурная схема кодоимпульсной системы ТИ, которая состоит из датчика Д (первичного преобразователя измеряемой величины), преобразователя аналог-кода АЦП, блоков разделения элементов сигнала РЭС, линейного передатчика ЛП и приемника ЛПр канала связи, линии связи ЛС, декодирующего устройства ДКУ и цифрового индикатора ЦИ.
Измеряемая величина F(f) преобразуется с помощью датчика Д в аналог U(t), поступающий на преобразователь АЦП, на выходе которого образуется сигнал в виде кодовой комбинации. Элементы сигнала разделяются с помощью блока РЭС и поступа
ют на аппаратуру канала связи, с выхода которого элементы сигнала попадают в блок РЭС, преобразуясь в вид, удобный для декодирования в блоке ДКУ. Далее сигнал в виде числа, соответствующего значению величины ДО, поступает на цифровой инди
катор ЦИ, который визуально воспроизводит результат измерения.
Применение дискретных сигналов в кодовых системах ТИ позволяет объединить их с системами ТУ и ТС в единую комплексную систему телемеханики. В этом случае для передачи кодовых комбинаций ТИ используются устройства ТС. Это осуществлено в системе телемеханики «Лиена» электрифицированных железных дорог. В ней с помощью устройств ТИ осуществляется передача уровня напряжения в контактной сети, линиях автоблокировки, а также расстояния в этих линиях до места КЗ.
Передающий полукомплект ТИ (рис. 6.20) состоит из ЧИМ-модулятора, выполненного на основе мультивибратора Роера, логической схемы L1, двухразрядного дво
ично-десятичного счетчика, элемента транзисторной задержки ТЗ, выходных диодных ключей из двухвходовых схем И.
На вход ЧИМ-модулятора поступает аналог измеряемой величины в виде напряжения U(f), преобразуемый в импульсы, частота которых пропорциональна аналогу U(f) измеряемой величины F(f) (см. рис. 6.18). Импульсы с выхода ЧИМ поступают на логическую схему L1, которая открыта в течение времени, соответствующего длительности отрицательного импульса Ги, поступающего с каскада транзисторной задержки ТЗ. В первой позиции распределителя устройства ТС КП на вход ТЗ поступает импульс «Пуск», в результате чего на выходе ТЗ формируется колиброванный по длительности импульс /и. В течение времени /и импульсы с ЧИМ проходят через схему L1 на двоично-десятичный счетчик, который фиксирует их количество. Чем выше напря-
В линию связи
Рис. 6.20. Структурная схема передающего устройства ТС-ТИ
149
Из линии связи
Рис. 6.21. Структурная схема приемного устройства ТС-ТИ
жение U(t), тем больше импульсов поступит за время Ги на счетчик, и наоборот.
В момент записи числа в счетчике диодные ключи находятся в закрытом состоянии. После записи числа импульсом с устройства ТС КП открываются ключи и информация со счетчика переписывается в память устройства ТС, где для этого отведены отдельные ячейки памяти. Далее поочередно сигналы телеизмерения передаются устройством ТС КП вместе с другими сигналами ТС в линию связи. Сброс счетчика ТИ осуществляется в начале серии ТС, когда распределитель ТС КП переключается в первую позицию.
Информация ТИ по линии связи поступает на диспетчерский пункт в устройство ТС ДП и записывается в его промежуточной памяти (рис. 6.21). В конце серии устройство ТС ДП осуществляет проверку правильности принятой
информации ТС и ТИ. При отсутствии каких-либо сбоев и нарушений при приеме серии подается импульс гашения сигнальных тиратронов ТС и стирания предыдущей информации из памяти цифровых индикаторов ЦИ. Память ЦИ выполнена на триггерах, которые при стирании информации переключаются в состояние 0.
При считывании информация из промежуточной памяти устройств ТС поступает на сигнальные тиратроны ТС и в память ЦИ, где происходит переключение триггеров в соответствии с поступившими на них сигналами. С выходов триггеров сигналы непре-
рывно поступают в преобразователь двоично-десятичного кода в десятичный, а с него в виде десятичного кода — в блок управления цифровым индикатором БУ ЦИ и далее на цифровой индикатор ЦИ. В качестве ЦИ применяют цифровые табло на светодиодах или газоразрядных цифровых лампах, каждая из которых загораясь высвечивает одну из десяти цифр от 0 до 9.
Если при приеме кодовой серии возникает какой-либо сбой, то гашения тиратронов ТС и стирания информации из памяти ЦИ не происходит, а на цифровом индикаторе сохраняется предыдущая информация.
Глава 7 СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕХАНИКИ В УСТРОЙСТВАХ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
7.1.	Телемеханизация системы электроснабжения
Оперативное руководство работой устройств электроснабжения на электрифицированных железных дорогах осуществляет энергодиспетчер. Система оперативного управления электрифицированными участками автоматизирована. Важнейшим звеном такой системы являются устройства телемеханики. С их помощью энергодиспетчер осуществляет оперативное управление тяговыми подстанциями, постами секционирования и разъединителями контактной сети, линий продольного электроснабжения и высоковольтных линий СЦБ. Устройства телеуправления позволяют обеспечить квалифицированное руководство действиями эксплуатационного персонала и повысить производительность труда за счет ускорения переключения схем питания при профилактических и ремонтно-восстановительных работах. При этом отпадает необходимость в значительной части оперативного персонала, осуществляющего дежурство на подстанциях или выполняющих переключения на контактной сети. Кроме того, оказывается возможным более полно реализовать пропускную способность электрифицированных железных дорог благодаря сокращению числа специальных «окон», необходимых для профилактического обслуживания контактной сети, и более быстрому устранению возникающих повреждений.
Энергодиспетчер осуществляет оперативное руководство в пределах диспетчерского «круга», протяженность которого составляет 150—180 км. В отдельных случаях на участках, электрифицированных на переменном токе, длина одного круга может достигать 250 км. Энергодиспетчерские пункты (ДП) размещаются в отделениях дороги, в непосредственной близости от диспетчерских пунктов управления движением поездов. Это облегчает согласование ряда оперативных работ, на выполнение которых необходимо разрешение поездного диспетчера.
Объекты, управляемые или контролируемые диспетчером (высоковольтные выключатели, разъединители, преобразователи, трансформаторы и т.д.), как правило, сосредоточены на тяговых подстанциях, постах секционирования и станциях, которые в общем называются контролируемыми пунктами (КП); могут быть и другие варианты расположения объектов.
В границах дистанции электроснабжения может быть три-четыре диспетчерских круга. В состав одного круга может входить до 15 крупных КП (тяговых подстанций, постов секционирования, станций стыкования и т.д.) и различное количество КП с небольшим числом объектов ТУ и ТС (станции с группами разъединителей контактной сети). Всего в состав круга может входить до 40 КП. Количество объектов ТУ на контролируемых пунктах КП колеблется в широких пределах: от 4-6 до 50-60, а на отдельных КП может достигать 80. Число, объектов ТС составляет от 5 до 120 (включая телеизмерения) на одном КП.
На электрифицированных участках постоянного тока осуществляется телеизмерение напряжения на шинах подстанций и телерегулирование напряжения в пределах
151
диспетчерского круга с помощью системы УТРНК (принцип работы описан в главе 5). На участках переменного тока осуществляется телеизмерение напряжений и токов на фидерах контактной сети, а также производится телеизмерение расстояния до места короткого замыкания в контактной сети и высоковольтных линиях СЦБ.
Для большей оперативности при организация работ на контактной сети в системе телемеханики предусмотрены сигналы частотного диспетчерского контроля (ЧДК) движения поездов. Представляя себе действительное расположение поездов на линии, энергодиспетчер может разрешить выполнение работ на отдельных участках контактной сети как под напряжением, так и со снятием его в интервалах между поездами.
В устройствах телеуправления должна быть исключена возможность появления ложных команд, так как их исполнение может привести к возникновению аварийной ситуации. Ложные команды не должны поступать при любом ухудшении работы аппаратуры или каналов связи и даже при их повреждении. К устройствам телесигнализации предъявляются менее жесткие требования, учитывая, что наиболее ответственные аварийные сигналы дополняются звуковыми и световыми сигналами, поясняющими характер повреждения.
7.2.	Основные сведения о системе телемеханики «Лиена»
С 1976 года началось широкое внедрение системы телемеханики «Лиена». В настоящее время телемеханизация электрифицированных железных дорог России на базе системы «Лиена» составляет около 60% от всей протяженности телемеханизированных линий. Эта система за четверть века эксплуатации хорошо зарекомендовала себя: она устойчиво работает в сложных климатических условиях, при высоком уровне электромагнитных помех, значительных колебаниях напряжения. За весь период работы этой системы на железнодорожном и городском транспорте, а также на ряде метрополитенов России не зафиксировано ни одной ложной команды.
Система телемеханики «Лиена» состоит из подсистем с частотным («Лиена-Ч») и временным («Лиена-В») разделением каналов связи. Аппаратура частотных каналов рассчитана на образование 16 каналов в тональном диапазоне частот. Аппаратура телемеханики размещается в стойках и шкафах. На диспетчерском пункте устанавливается диспетчерский щит (рис. 7.1), выполненный в виде комбинации напольных стоек, в нижней части которых находятся диспетчерские полукомплекты ТС. На лицевой стороне щита размещена мозаичная мнемоническая схема устройств электроснабжения дис-
Рис. 7.1. Диспетчерский щит телеуправления системы «Лиена»
петчерского круга. Мозаичные элементы 1 размером 50 х 50 мм или 35 х 35 мм с помощью четырех цанговых ножек крепятся к панели щита, на которой имеются отверстия для фиксации цанговых ножек. На панели крепятся также сигнальные элементы 2 (для однопозиционных объектов) и квитирующие ключи 3 (для двухпозиционных объектов), в головку которых вмонтированы сигнальные лампы. Используется мимическая сигнализация, при которой положение контролируемого объекта определяется по положению ключа управления. Сигнальные лампы или светодиоды, вмонтированные в головки ключей зажигаются, если положение объекта не соответствует положению ключа на щите. При соответствии их положения используется сигнализация с так называемым «темным щитом», т.е. световая сигнализация отсутствует.
На столе энергодиспетчера расположены пульты управления, телефон и другие устройства связи, предусмотрено место для размещения аппаратуры АРМ диспетчера.
На контролируемых пунктах подсистемы «Лисна-Ч» устанавливаются стойки КП (рис. 7.2), а на контролируемых пунктах подсистемы «Лис-на-В» — навесные шкафы (рис. 7.3), внутри которых установлены сборные блоки 4 с логическими и функциональными модулями 2, аппаратура каналов связи 1, блок питания 3, выходные панели зажимов (клеммники) 5 для подключения внешних цепей.
Подсистема «Лисна-Ч» предназначена для контролируемых пунктов с большим объемом информации (тяговые подстанции, посты секционирования). Устройство телеуправления имеет общий передающий полукомплект ТУ ДП и индивидуальные приемные ТУ КП1-ТУ КП15 (рис.7.4). Устройство теле-сигнализации имеет индивидуальные передающие ТС КП1-ТС КП 15 и приемные ТС ДП1-ТС ДП15 полукомплекты.
Передача сигналов ТУ осуществляется по одному общему частотному каналу /ру, а передача сигналов ТС — по индивидуальным частотным каналам /1-/15- Скорость передачи в тракте телеуправления 20—25 импульсов в секунду, в тракте телесигнализации 28—30 импульсов в секунду.
Подсистема «Лиена-В» предназначена для контролируемых пунктов с малым объемом информации (группы разъединителей контактной сети, линий продольного элект-
Рис. 7.2. Стойка КП подсистемы «Лисна-Ч»
Рис. 7.3. Шкаф КП подсистемы «Лисна-В»
153
Рис. 7.4. Структурная схема подсистемы «Лисна-Ч»
Рис. 7.5. Структурная схема подсистемы «Лиена-В»
роснабжения и ВЛ СЦБ). Она может быть использована для управления постами секционирования. Один комплект подсистемы рассчитан на 10 контролируемых пунктов с максимальным числом объектов ТУ равным 16. Если суммарное число объектов на двух КП не превышает 16, то их можно рассматривать как один КП и устанавливать на них отдельные полукомплекты.
Все объекты ТС разбиты на две группы, для каждой из которых используется отдельный частотный передатчик. Для ТУ и ТС
выделены два раздельных частотных канала с несущими частотами /1 и fi (рис. 7.5). При наличии сдвоенных КП для ТС используется два самостоятельных частотных канала с частотами /2 и /3. Устройство имеет общий для всех пунктов полукомплект ТУ ДП(Р) (для управления разъединителями), общий приемный полукомплект ТС ДП(Р) и индивидуальные полукомплекты ТУ-ТС на контролируемых пунктах КП 1—КП У.
С помощью передающего полукомплекта ТУ ДП(Р) на контролируемый пункт КП посылаются поочередно автоматические команды вызова телесигнализации с КП. Одновременно аналогичная серия передается через линию задержки ЛЗ на приемный полукомплект ТС ДП(Р). В процессе запроса на соответствующих позициях распределителя устройства КП посылают ответные импульсы ТС на диспетчерский пункт ДП.
Вследствие запаздывания работы распределителей, вносимого аппаратурой каналов связи, распределители КП и ДП работают со сдвигом во времени. Поэтому импульсы ТС, принятые на ДП с некоторым опозданием, могут не совпадать с позициями распределителя, в которых они были посланы. Линия задержки ЛЗ призвана устранить этот сдвиг во времени. С этой целью она включается между ТУ ДП(Р) и ТС ДП(Р).
В конце каждого цикла опроса КП на фазирующем импульсе переключается счетчик циклов и задает устройству ТУ ДП(Р) номер очередного КП, с которого следует вызывать телесигнализацию, а устройству ТС ДП(Р) — запоминающие элементы для приема информации с данного КП.
Порядок автоматического опроса КП можно нарушить оперативным вызовом ТС с любого КП в нужный момент времени, после чего продолжится автоматический опрос контролируемых пунктов со следующего за оперативно опрошенным КП. Кроме того, предусмотрен автоматический вызов телесигнализации с КП, на который была послана команда ТУ.
После автоматического опроса всех КП счетчик циклов сбрасывается в состояние 1, новый цикл опроса КП начинается с вызова ТС с КП1.
154
В табл. 7.1 приведены технические данные системы «Лиена» для базового варианта при полном объеме использования информационных возможностей.
Таблица 7.1
Краткие технические данные системы
Подсистема	Число КП на один ДП	Число объектов на один КП		Число датчиков ТИ на один КП	Продолжительность передачи,с		Число частотных каналов	
		ТУ	ТС		команды ТУ	серии ТС	тс	ТУ
Лисна-Ч	15	80	122	4	4—5	До 5	15	1
Лисна-В	10	16	22	2	До 5	Цикл — до 30; по вызову — 2—3	2	1
	20	8	11	1	До 5	То же	2	1
Структура кодовых комбинаций, принятая в системе «Лиена», обеспечивает высокую помехозащищенность и практически полностью исключает возможность передачи ложных команд.
7.3.	Принципы построения ТУ и ТС подсистемы «Лиена-Ч»
Передающее устройство телесигнализации (рис. 7.6) устанавливается на контролируемом пункте. Оно состоит из генератора тактовых импульсов (ГТИ), распределителя (Р), контактов-датчиков сигнализации (КД ТС), устройства ввода информации (УВИ),
блока кодирования (БК), логического блока (ЛБ) и частотно-модулирующего пере
датчика (ЧМП). Генератор ГТИ работает непрерывно и выдает серию прямоугольных импульсов и пауз равной продолжительности, которая через логический блок ЛБ поступает на входы распределителя Р и частотного передатчика ЧМП, с выхода которого —
в линию связи. Распределитель переключается на каждом импульсе тактовой серии и поочередно опрашивает элементы устройства ввода информации УВИ, состояние которых определяется состоянием контактов-датчиков КД ТС.
Контакты-датчики и соответствующие им элементы УВИ разбиты на две группы. Одна группа контролируется на импульсах тактовой серии, другая — на паузах. При переключении распределителя в позицию, к которой подключен элемент УВИ с замкнутым контактом-датчиком, на выходе УВИ появляется импульс, переключающий блок кодирования БК. Логический блок запирается и импульсы с ГТИ перестают проходить на распределитель Р и передатчик ЧМП. Распределитель останавливается на этой позиции, ожидая очередного импульса с ЛБ. Идет процесс удлинения импульса
или паузы (кодирования). Сброс БК в исходное состояние осуществляет ГТИ третьим импульсом, отсчет которых осуществляет БК после своего переключения. Сброс БК приводит к отпиранию логического блока, который снова пропускает импульсы на распределитель Р и передатчик ЧМП. В результате образуется тактовая кодовая серия, состоящая из 63 импульсов и пауз (рис. 7.7) различной длительности. Короткие
155
Рис. 7.7. Кодовая серия телесигнализации
Рис. 7.8. Структурная схема приемного устройства ТС
импульсы и паузы соответствуют разомкнутым контактам-датчикам, длинные — замкнутым. Последний импульс серии сверхдлинный фазирующий ФИ.
Приемное устройство телесигнализации (рис. 7.8) находится на диспетчерском пункте. По линии связи импульсная серия поступает на частотный приемник ЧМПр, где преобразуется в серию прямоугольных импульсов и пауз, поступающих через линейный триггер ЛТ на блок синхронизации БС, который осуществляет синхронизацию работы распределителей Р и прием длинных импульсов и пауз. С выходов блока синхронизации БС серия поступает на распределитель Р и блок контроля и защиты БКЗ, на который одновременно импульсы поступают с линейного триггера ЛТ. Распределитель переключается в соответствии с тактовой серией. Его выходные цепи открываются только при приеме длинных импульсов и пауз, на которых в промежуточном запоминающем устройстве ПрЗУ происходит запись информации.
Блок БКЗ в течение всего цикла передачи осуществляет контроль поступающей тактовой серии. Если серия была принята без искажения, то в конце цикла БКЗ разрешает производить считывание информации с ПрЗУ и передачу ее на сигнальные элементы устройства отображения информации. Перед считыванием информации исполнительный блок осуществляет стирание предыдущей информации (гашение сигнальных элементов), затем посылает импульс считывания на ПрЗУ.
Блок синхронизации и приема длинных импульсов и пауз БС контролирует синхронность работы устройства и автоматически вводит его в синхронизм при сбое, а также выдает сигнал на БКЗ о нарушении синхронизма.
Передающее устройство телеуправления (рис. 7.9) размещается на диспетчерском пункте. В отличие от ТС кодирование в ТУ ведется только на импульсах, а паузы являются разделительными элементами между импульсами и бывают всегда короткими. Генератор тактовых импульсов ГТИ, логический блок ЛБ, распределитель Р и блок кодирования БК взаимодействуют так же, как и в передающем устройстве ТС (см. рис. 7.6).
Нормально передающее устройство ТУ посылает в линию связи холостую серию, состоящую из 30 коротких импульсов и пауз, а также
к
контроля
К БР
Рис. 7.9. Структурная схема передающего устройства ТУ
156
одного сверхдлинного фазирующего импульса. Это позволяет непрерывно контролировать исправность канала, а также всего тракта передачи и приема, за исключением исполнительных цепей. Если возникает сбой в системе ТУ, с КП передается соответствующий сигнал на ДП.
Для передачи приказа диспетчер должен нажать на пульте-манипуляторе две кнопки КУ: кнопку выбора КП и опера
Рис. 7.10. Структурная схема приемного устройства ТУ
ции, фиксируемую во включенном состоянии, и кнопку выбора объекта, удерживаемую до окончания посылки команды. Через контакты кнопок управления КУ
информация поступает на шифратор Шив блок регистрации команд БР. Шифратор при переключении распределителя в первую позицию воздействует на блок управления
передачей БУП, который в свою очередь разрешает начать передачу команды, отпирая входные цепи блока кодирования БК. При переключении распределителя Р на определенных его позициях шифратор Ш воздействует на блок кодирования БК, который запирает логический блок, на некоторое время останавливает распределитель Р. Через частотный передатчик ЧМП в линию связи идет длинный импульс. Таким образом, формируется командная тактовая серия ТУ, которая для большей надежности передается дважды, после чего блок управления передачей БУП осуществляет сброс элементов, участвующих в образовании кодовой серии, и запрещает передачу любых последующих командных серий до возвращения в исходное положение кнопки выбора операции и КП.
Приемное устройство телеуправления (рис. 7.10) осуществляет на контролируемом пункте КП прием информации ТУ из линии связи и передачу команд на выходные реле ВР блока выходных реле БВР. Выходные реле после получения команды осуществляют переключение соответствующих объектов ТУ.
Приемное устройство ТУ КП состоит из приемника частотных сигналов ЧМПр, линейного блока ЛБ, блока селекции и синхронизации БСС, блока контроля и защиты БКЗ, распределителя Р, запоминающего устройства и исполнительных цепей ЗУ и ИЦ, блоков выходных реле БВР и блока исполнения БИ.
Распределитель Р переключается в соответствии с поступающей тактовой серией.
Во время холостой серии выполняется только контроль синхронизма и автоматическая синхронизация распределителей при сбое. При этом контролируется исправность работы общей части устройства и исправность канала связи. В случае сбоя блок контроля и защиты БКЗ с помощью устройства ТС КП передает соответствующую информацию на
диспетчерский пункт.
Тактовая кодовая серия телеуправления (рис.7.11) состоит из 31 импульса и содержит элементы выбора КП, операции, объекта, группы, а также фазирующий импульс.
Выбор КП осуществляется кодом на одно сочетание Cg (два длинных импульса из шести). Выбор операции производится одним длинным импульсом из двух, объекта —
Рис. 7.11. Кодовая серия телеуправления
157
одним длинным из шестнадцати и группы — одним длинным из пяти. Первый импульс в командной серии выполняет служебные функции: его удлинение соответствует началу передачи команды (на рис. 7.11 обозначен НП). Каждая серия заканчивается сверхдлинным фазирующим импульсом ФИ. Командная серия передается дважды, ее исполнение производится после сравнения двух серий в приемном полукомплекте. Представленная на рис. 7.11 серия содержит приказ: на КП6 отключить объект 2 в группе 4. Таким образом, в устройстве телеуправления применено многоступенчатое избирание (четыре ступени). Принятая структура кодовых комбинаций обеспечивает высокую помехозащищенность и практически полностью исключает возможность передачи ложных команд.
При приеме командной серии импульсы с линейного блока ЛБ проходят через блок БСС на блок БКЗ и распределитель Р. Длинные импульсы с выходов Р поступают на запоминающее устройство ЗУ, выполненное на наборных реле с герконами. Информация считывается с ЗУ импульсом, поступающим из блока исполнения БИ в конце цикла из двух кодовых серий, при условии, что блок контроля и защиты БКЗ зафиксировал правильность принятых кодовых комбинаций и разрешил работу БИ. С устройства ЗУ командные импульсы поступают на выходные реле ВР.
Блок контроля и защиты БКЗ осуществляет контроль правильности приема серии и предотвращает воспроизведение ложных команд в случае неправильности выбора КП (появление лишнего или исчезновение одного из избирающих импульсов), выбора двух и более объектов и групп, появление сверхдлинного импульса в середине серии, а также при несовпадении двух командных кодовых комбинаций одного приказа.
7.4.	Передающее устройство телесианализации
Генератор тактовых импульсов (ГТИ), схема которого представлена на рис. 7.12, служит для образования тактовой серии. Генератор состоит из мультивибратора (МВ) и триггера-делителя (ТД). Симметричный мультивибратор с самовозбуждением обладает двумя устойчивыми состояниями, смена которых происходит автоматически. МВ выполнен на двух каскадах транзисторной задержки ТЗк. Выход Г4 первого каскада подключен к конденсаторному входу второго, а выход Г5 второго каскада — к конденсаторному входу первого, одновременно являясь выходом мультивибратора.
При подключении ГТИ к источнику питания открывается один транзистор мультивибратора МВ, например VT2 (рис. 7.12). На выходе Г5 мультивибратора МВ появля-
Мультивибратор (МВ)
Рис. 7.12. Схема генератора тактовых импульсов
Выход ГТИ !---\
Триггер-делитель (ТД)
158
тд Гб
тд
Г8
U
МВ
Г5
Рис. 7.13. Временная диаграмма работы генератора тактовых импульсов
ется нулевой потенциал Транзистор VT1 при этом запирается, на его выходе Г4 будет потенциал ~Ек. Конденсатор С2 начинает заряжаться по цепи: +2ГК—диоды—С2—коллектор VT1—(—2?к). Нулевой потенциал с выхода Г5 VT2 поступает на базу транзистора VT1, который удерживается в закрытом состоянии. По мере заряда конденсатора С1 через транзистор VT2 потенциал базы транзистора VT1 снижается. Транзистор VT1 открывается, подавая потенциал +£к на конденса
тор С2, разряд которого приведет к запиранию транзистора VT2, что в свою очередь приведет к перезаряду конденсатора С2. В первый момент времени /| (рис. 7.13) потенциал +£к коллектора транзистора VT2 сохраняется, но по мере заряда конденсатора С2 он снижается по экспоненте. К моменту /2 окончания разряда конденсатора С2 конденсатор С1 полностью заряжен. В момент времени /2 транзистор VT2 открывается, на выходе Г5 появляется нулевой потенциал, что приводит к разряду конденсатора С1 и запиранию транзистора VT1. Это в свою очередь приводит к заряду конденсатора С2 и повторению очередного цикла работы мультивибратора МВ. Длительность периода работы Т| мультивибратора МВ определяется емкостью конденсаторов С1 и С2.
Одним из недостатков в работе мультивибратора является непрямоугольная форма импульсов напряжения на транзисторах из-за большой постоянной времени нарас
тания отрицательного потенциала.
Для улучшения формы импульсов ГТИ используют триггер-делитель ТД со счетным входом ТГ-4к с выходами Гб и Г8. При поступлении с мультивибратора МВ импульсов триггер-делитель ТД переключается. За период 7) между двумя импульсами происходит перезаряд конденсатора С и подготовка триггера к очередному переключению, которое происходит практически мгновенно. Импульсы на выходах Гб и Г8 имеют прямоугольную форму, их период Т2 в два раза больше периода Т\ переключений мультивибратора МВ. Соответственно частота переключений триггера ТД в два раза меньше частоты мультивибратора МВ, т.е. триггер ТД делит частоту пополам, отсюда его название — триггер-делитель. Длительность импульсов /и и пауз гп на выходе ГТИ одинаковая и равняется периоду работы Т\ мультивибратора МВ и не зависит от симметрии каскадов транзисторной задержки ТЗк.
Блок кодирования (БК), схема которого изображена на рис. 7.14, состоит из триггера кодирования (ТК), инвертора И-НЕ-1к, датчика времени (ДВ) на двух триггерах ТГ-4к и двух формирующих схем ФСК) и ФС14.
При необходимости удлинения импульса или паузы при замкнутом контакте-датчике телесигнализации КД ТС (см. рис. 7.6) устройство ввода информаций (УВИ) подает на блок кодирования (БК) импульс. Потенциал + ЕК поступает на предварительно заряженный конденсатор схемы ФС10 (см. рис. 7.14). Разряд конденсатора на базу транзистора триггера кодирования ТК приводит к переключению ТК (ГЗ) из состояния 0 в состояние 1, При этом на выходе ГЗ появляется потенциал — Ек в момент времени /j (рис. 7.15). С выхода ГЗ потенциал — Ек поступает на логический блок, запрещая его переключение, и на инвертор 12 (Г5), разрешая импульсам с ГТИ переключать его. С выхода ТК (Г4) потенциал +ЕК передается на конденсатор схемы ФС14, который разряжается на базу транзистора первого триггера'датчика времени. Датчик времени ДВ переключается из нулевой позиции в первую. С выхода Г2 первого триггера на счетный вход второго триггера ДВ поступает потенциал — Ек, второй триггер готовится к переключению (заряжается его конденсатор).
159
Рис. 7.14. Схема блока кодирования
гти
(Гб)
ФС10(9)
ТК(ГЗ)
ФС14(17)
12(Г5)
f Г2
Д1И
I Г5
Рис. 7.15. Временная диаграмма работы блока кодирования
При поступлении от ГТИ с выхода Гб потенциала — Ек на вход инвертора отпирается его транзистор, импульс проходит на счетный вход первого триггера ДВ. Первый триггер переключается в состояние 0, с его выхода Г2 потенциал +ЕК поступает на счетный вход второго триггера ДВ, переключая его в состояние 1. С выхода Г5 потенциал — Ек поступает на триггер кодирования ТК, который готовится к переключению. Теперь датчик времени ДВ находится в первой позиции. Следующий отрицательный импульс от ГТИ переводит первый триггер датчика времени ДВ в состояние 0, второй остается в состоянии 1, а датчик времени ДВ переходит во вторую позицию. Третий импульс переключает датчик времени ДВ в третью по-
зицию, четвертый в нулевую, при этом потенциал +£к с выхода Г5 датчика времени ДВ поступает на триггер кодирования ТК, который переключается в нулевое состояние.
С выхода ГЗ на логический блок ЛБ и на вход инвертора подается потенциал +ЕК. Инвертор запирается, не пропускает импульсы на датчик времени ДВ, который удерживается в нулевой позиции до следующего цикла переключений.
Логический блок (ЛБ) осуществляет передачу тактовой серии с ГТИ на распределитель и передатчик канала связи устройства ТС. Он состоит (рис. 7.16) из двух инверторов И-НЕ-2к (Гб и Г5) модуля 11 и инвертора И-НЕ-1к (Гб) модуля 12. Инверторы модуля 11 Г5 и Гб переключаются генератором ГТИ и находятся в противофазе, т.е. при открытом инверторе Гб (при формировании импульса кодовой серии) инвертор Г5 закрыт. Он открывается при формировании паузы, запирая инверторы И-НЕ-2к (Гб) и И-НЕ-1к(Г6), т.к. на их входные диодные логические схемы с логического блока Г5 подается потенциал +ЕК. К счетчику распределителя СчР и передатчику канала связи подается низкий потенциал и формируется пауза.
160
К линиям задержки
Рис. 7.16. Схема логического блока устройств ТС КП
Инверторы логического блока Л Б переключаются импульсами с ГТИ (Гб и Г8) (рис.7.17) до тех пор пока триггер кодирования ТК находится в нулевом состоянии, т.е. до момента времени когда начинается удлинение импульса. Инверторы И-НЕ-1к (Гб) и И-НЕ-2к (Гб) в этот момент открыты, а инвертор И-НЕ-2к (Г5) — закрыт. При переключении триггера кодирования ТК с его выхода ГЗ потенциал —Ек поступает на клемму Алогической схемы И, на клемму 25 с инвертора И-НЕ-2к (Г5) также подается потенциал — Ек, транзисторы инвертора И-НЕ-2к (Гб) останутся открытыми, несмотря на то, что на вход 13 другой логической схемы И инвертора периодически от генератора ГТИ будет поступать потенциал +£к. После полного цикла переключений триггеров датчика времени ДВ триггер кодирования ТК
ГТИ Гб ГТИ Г8 И-НЕ-2К ЩГ6) И-НЕ-2к 11(Г5) ТК (ГЗ) Ъ(Г5) ДВХ13(Г2)	'А И	6 h.	‘ и И 1	1 1	1	и и т 7 । ।
	и И	П И И И И И И t ।	11 ।	11	
	и и	; и и	и и 7 ।	11 ««I	
	1	1	1 1	1	1		j	И И t । ।
	। । । । । ।		4жж	J । ।
	||	1	1 ||	1	1 —й-ш	1		। । Гтга	г

И-НЕ-1К 12(Г6)

переходит в нулевое состояние, в момент времени /2 инверторы логического блока ЛБ продолжают переключать-
Рис. 7.17. Временная диаграмма работы логического блока
ся генератором ГТИ до следующего перехода триггера кодирования ТК в состояние 1 в момент времени при образовании длинной паузы. Инверторы Гб будут при этом закрыты, а Г5 — открыт. На его входы 22 и 4 потенциалы — Ек будут поступать в течение всего цикла образования длинной паузы от инвертора И-НЕ-2к (Гб) и триггера кодирования ТК (ГЗ). Периодическое поступление импульсов нулевого (низкого)
потенциала на вход 14 от генератора ГТИ не приведет к запиранию инвертора.
Логический блок управляет также выходами распределителя с помощью линий задержки, на которые с выходов инверторов Г5 и Гб поочередно подаются высокие и
низкие потенциалы.
Для образования сверхдлинного фазирующего импульса на 63-й и 64-й позициях распределителя необходимо заполнение паузы между 63 и 64 импульсами серии. Для
161
11-6086
к Р (МА2)
Рис. 7.18. Схема элемента ввода информации устройства ТС КП
этого (см. рис. 7.16) предусмотрена логическая схема с шестью диодами. Диоды подключены к 63-му выходу счетчика распределителя СчР. В 63-й позиции распределителя СчР на все шесть диодов логической схемы подается потенциал — Ек, транзистор инвертора И-НЕ-1 к остается открытым и во время паузы, хотя на его диодный вход с инвертора И-НЕ-2к (Г5) подается потенциал +£к. На передатчик ТС с инвертора Гб в течение 63-го импульса и 63-й паузы подается потенциал +ЕК, т.е. пауза отсутствует. Таким образом, 63-й импульс сливается с 64-м, создавая сверхдлинный импульс, состоящий из двух длинных импульсов и короткой паузы между ними.
Устройство ввода информации (УВИ) выполнено из оптронных модулей (рис. 7.18). Эти модули содержат набор оптронных пар (светодиод-фотодиод), которые обеспечивают гальваническую развязку цепей ввода информации и внешних цепей кабельных присоединений объектов телесигнализации. Последовательно со светодиодами и фотодиодами включены в каждую цепь 1—8 защитные диоды. Катоды светодиодов через защитные диоды и резисторы Rl—R4 подключены к контактам-датчикам KI—К4 положения объектов телесигнализации. Общая шина контактов-датчиков присоединена к отрицательному полюсу источника питания (—24 В). Аноды светодиодов объединены общей шиной, соединенной с положительным полюсом источника питания (+24 В) через элемент модуля ЗАП2.
Фотодиоды подключены к соответствующим выходам матрицы МА2 распределителя, например, диодная цепь 1 — к первому выходу, диодная цепь 2 — ко второму и т.д. Общая шина фотодиодов соединена с базой выходного транзистора VT, служащего для подачи сигнала в блок кодирования БК. Эмиттер транзистора VT подключен к соответствующему выходу матрицы распределителя МБ.
При замкнутом контакте-датчике, например, К1 при подаче +24 В от ЗАП2 через светодиод по цепи 5 протекает ток, световой поток воздействует на фотодиод, сопротивление которого резко снижается (до трех порядков). Если от матрицы распределителя МА2 на цепь 1 в этот момент поступает отрицательный потенциал, а на эмиттер транзистора VT — положительный потенциал от матрицы распределителя МБ, то по цепи эмиттер-база транзистора VT протекает ток и он открывается. При этом через транзистор VT на блок кодирования БК подается потенциал +ЕК и осуществляется удлинение импульса (паузы).
Непрерывная подача напряжения +24В на оптроны модуля, если их цепи замкнуты контактами-датчиками в течение длительного времени, приводит к снижению их надежности и срока службы. Поэтому питание на модуль подается кратковременно с помощью модуля ЗАП2.
162
Рис. 7.19. Модуль ЗАП2
Модуль ЗАП2 состоит из четырех элементов, схема одного из них представлена на рис. 7.19. Вход элемента модуля подключается через инвертор к триггеру-делителю ГТИ. С инвертора поступает на вход элемента потенциал —Ек. Конденсатор С1 при этом заряжается. При переключении ГТИ с инвертора на вход модуля ЗАП2 подается потенциал +ЕК и на базу транзистора VT1 поступает импульс разряда конденсатора, длительность которого определяется емкостью конденсатора С1 и сопротивлением резистора R1. Транзистор VTI закрывается на время разряда конденсатора, при этом открывается транзистор VT2 и через светодиод оптрона U протекает ток. Светодиод световым потоком воздействует на фотодиод, сопротивление которого резко снижается. Транзистор VT3 закрывается, т.к. фотодиод шунтирует его переход база-эмиттер. Это в свою очередь приводит к закрытию транзистора VT4 и открытию транзисторов VT5 и VT6. На выходе VT6, который является выходом элемента модуля ЗАП2, появляется потенциал +Ер (+24 В), который подается на шину анодов светодиодов (см. рис.7.18). Длительность периода поступления потенциала +24 В на светодиоды соответствует времени разряда входного конденсатора. Оптрон U в эмиттерной цепи транзистора VT2 служит для гальванической развязки цепей, подключенных к источникам питания Ек и Ер. Время горения светодиодов при использовании модуля ЗАП2 снижается в 5-6 раз по сравнению с вариантом постоянного присутствия потенциала +24 В на анодной шине светодиодов, за счет чего существенно увеличивается срок их службы.
Распределитель (Р) передающего устройства телесигнализации состоит из шестиразрядного двоичного счетчика и двухступенчатого комбинированного параллельнопоследовательного матричного дешифратора, выполненного в соответствии со структурной схемой (см. рис. 2.33, 6).
Двоичный счетчик, (рис. 7.20) выполнен на основе трех модулей ТГ-1м, которые содержат шесть триггеров. Правые выходы триггеров Г4 и Г5 подключены к счетным входам последующих триггеров, а на счетный вход первого поступают переключающие тактовые импульсы с выхода логического блока ЛБ (см. рис. 7.16). Выходы первых трех триггеров счетчика подключаются к шинам матриц МА2 и МА2', а выходы трех ос
Рис. 7.20. Схема счетчика распределителя устройства ТС КП
163
тальных — к шинам матрицы МБ. Первая часть двоичного счетчика переключается на каждом тактовом импульсе, поступающем от логического блока ЛБ, при этом обновляется комбинация сигналов на входах логических схем матриц МА2 и МА2'. Вторая часть счетчика переключается после полного цикла переключений первых трех триггеров, т.е. на каждом восьмом импульсе, поступающем от логического блока ЛБ. Таким образом, комбинация сигналов на шинах матрицы МБ обновляется после полного цикла переключений первой части двоичного счетчика, состоящей из трех триггеров. Полный цикл переключений второй части двоичного счетчика также равняется восьми, а всего счетчика — шестидесяти четырем (8 х 8 = 64 или 2б = 64, где 6 — количество триггеров счетчика, 2 — число состояний одного триггера).
Двухступенчатый матричный дешифратор состоит из дешифраторов первой ступени МА2, МА2' прямого кода и МБ-инверсного (рис. 7.21). Дешифраторы МА2 и МА2' содержат по восемь логических схем И, подключаемых к шинам на определенные кодовые комбинации, которые поступают от двоичного счетчика. В этих дешифраторах имеются дополнительные шины разрешения работы матриц: Р разрешает работу матрицы МА2 на импульсе (запрет на паузе) и Р' разрешает работу МА2' на паузе (запрет на импульсе). При нахождении счетчика в первой позиции на импульсе потенциал — Ек появляется на первом выходе МА2, на паузе — на первом выходе МА2', при переключении счетчика во вторую позицию потенциал — Ек возникает сначала на втором выходе МА2, потом — на втором выходе МА2' и т.д.
Дешифратор матрицы МБ содержит восемь схем И-НЕ, размещенных в 15-м и 16-м модулях типа И-НЕ-1 к. К выходным шинам матрицы МБ подключены выходы трех триггеров высших разрядов счетчика распределителя. Нулевой потенциал появляется поочередно на выходах ГЗ, Г4, Г5 и Гб модуля 15, затем на аналогичных выходах модуля 16.
Дешифраторы второй ступени МВ и МВ' последовательного типа состоят из логических схем, которые включаются между выходами матриц МА2, МА2' и МБ. Они представляют собой диодные цепи 7, 2, 3, 4, в которые последовательно включается переход эмиттер-база транзистора VT. Если контакты-датчики замкнуты, то светодиоды оптронов в цепях 5, 6, 7, 8 освещают фотодиоды, сопротивления которых при этом резко снижаются, и через переход эмиттер-база протекает ток, открывающий транзистор VT. С выхода транзистора VT при этом на блок кодирования БК поступает импульс, в результате чего удлиняется импульс или пауза, поступающие на передатчик телесигнализации ТС. Первый импульс кодовой серии ТС обычно является коротким, так как светодиод в цепи 5 через резистор R1 не подключен к шине (—24 В).
Работа устройства ТС контролируемого пункта складывается из процессов образования коротких импульсов и пауз при разомкнутых контактах-датчиках, длинных импульсов и пауз при замкнутых контактах-датчиках и сверхдлинного фазирующего импульса в конце кодовой серии. Процесс формирования кодовой серии рассмотрим с помощью временной диаграммы работы устройства ТС КП (рис. 7.22).
Формирование короткого импульса начинается в момент переключения триггера-делителя (ТД) в состояние 0. С выхода Г8 триггера ТД потенциал +ЕК (нулевой) поступает на вход 14 инвертора 11 (Г5) логического блока (ЛБ), который запирается. На выходе Г5 появляется отрицательный потенциал, поступающий на клемму 11 инвертора И-НЕ-1к 12 (Гб), с выхода Гб которого нулевой потенциал поступает на передатчик ТС. В линию связи с передатчика передается импульс. С выхода Гб триггера ТД потенциал —Ек поступает на вход 13 инвертора 11 (Гб), который открывается, с его выхода Гб импульс поступает на счетный вход первого триггера СчР, который переключается. Одновременно с выхода Гб инвертора 11 логического блока нулевой потенциал поступает на вход элемента 10 линии задержки импульсов (ЛЗИ), транзистор которого запирается на время разряда входного конденсатора. Конденсатор элемента
164
Рис. 7.2 i. Функциональная схема передающего устройства ТС системы «Лисна-Ч»
тд	13(Г8)
И-НЕ -2к	11(Г5)
И-НЕ -2к	11 (Гб)
ЛЗИ	10(ГЗ)
ЛЗИ	14(Г6) '
СчР	Позиции
МА	Выходы
МБ1	15(ГЗ)
МБ8	16(Г6) р
ФС	П-9
ТК	13(ГЗ)
ТК	13(Г4)
ФС	П-17
И-НЕ -1к	12(Г5)
ДВ1	13(Г2)
ДВ2	13(Г5)
СчР	63-й ВЫХ.
И-НЕ -1к	12(Г6)
7/&777777/7777/7/&77/7/M77/W77777777777/7777/7/^^

7/МШ/////Ш
	к				
^ТКИ		—		^ткп
				to-	
	-	>1			
				
W777777777^//X7/			и		ХУ/У/
				
			ц \2Z4A	
77777777777777777777777777777/.

7AW7/7/////////7M.
^/////////////шл
W/777V\
Ш////////7/ШШШ.
77/77/77/77/

ШШ
7////////А
77/77777777/76
7//7/7//7/Жл
AZWZZ
7777777777/ИИ777/7Г/77/Ш7
^ТКИ
У/АЖ/Л
У7/////Л
У///////Л
Ш/Ш
7AW77777777777777/.


Рис. 7.22. Временная диаграмма работ устройства ТС КП системы «Лиена»
МШ
14 ЛЗИ успевает зарядиться за время разряда конденсатора элемента 10, пока на его выходе ГЗ имеется потенциал — Ек. После разряда конденсатора элемента 10 ЛЗИ, открывается его транзистор и начинается разряд конденсатора элемента 14. На его выходе Гб появляется потенциал —Ек, поступающий на вход элемента 11 ЛЗИ, на выходе ГЗ которого при открытии транзистора возникает потенциал +ЕК, что приводит к запиранию следующего инвертора 11 ЛЗИ. С его выхода Г4 потенциал — Ек поступает на шину разрешения (Р) работы матрицы МА2. На диодные входы логической схемы матрицы МА2 подаются потенциалы — Ек с первых трех триггеров СчР и на выходе матрицы появляется потенциал -Ек, поступающий от шины —Eq через резистор логической схемы. Одновременно с выхода матрицы МБ, например, первого (см. рис. 7.21) на эмиттер транзистора VT подается нулевой потенциал. Так как контакт-датчик в цепи светодиода разомкнут или отсутствует (цепь 5) и светодиод не освещает фотодиод, то транзистор VT остается закрытым, блок кодирования этот импульс не удлиняет.
При следующем переключении триггера ТД генератора ГТИ происходит переключение логического блока ЛБ и короткий импульс заканчивается.
Формирование короткой паузы осуществляется аналогично формированию короткого импульса, но имеются следующие отличия. На паузе с выхода Гб триггера ТД на вход 13 инвертора 11 (Гб) поступает нулевой потенциал. Инвертор закрывается, с его выхода Гб потенциал —Ек подается на вход 13 инвертора 11 (Г5), на другой его вход 14 также поступает потенциал —Ек с Г8 триггера ТД. Инвертор 11 (Г5) открывается, подает потенциал +ЕК на вход 11 инвертора 12 (Гб), который закрывается. С его выхода Гб на передатчик ТС потенциал — Ек. В линию связи передается пауза.
Формирование длинного импульса начинается так же, как и короткого. С выхода Гб ТД на логический блок поступает потенциал ~ЕК, а с выхода Г8 — нулевой. Инвертор И (Гб) открывается, 11(Г5) закрывается, разрешая открыться инвертору 12(Г6). Передатчик ТС начинает передавать импульс.
С выхода инвертора 11(Г6) импульс поступает на вход счетчика СчР и переключает его в очередную позицию, на которой контакт-датчик оказывается замкнут. В это время разряжается конденсатор элемента 10(ГЗ), в течение времени /j (см. рис. 7.22) на его выходе ГЗ имеется потенциал —Ек, обеспечивающий заряд конденсатора элемента 14(Г6). При открытии транзистора элемента 10(ГЗ) начинается разряд конденсатора элемента 14(Г6), который длится в течение времени На выходах элементов ЛЗИ 14(Г6) и 11 (Г4) появляются отрицательные потенциалы. На шине Р матрицы МА2 на время также появляется отрицательный потенциал и начинается проверка состояния контакта-датчика, например КЗ. При замкнутом состоянии КЗ по цепи 7 от модуля ЗАП 18(Г1), который кратковременно на импульсах подает на аноды светодиодов +24 В, протекает ток. Светодиод освещает в цепи 3 фотодиод, сопротивление которого резко снижается, ток возрастает и отпирает транзистор VT. С выхода транзистора VT импульс поступает на блок кодирования и триггер ТК переключается. При этом в блоке кодирования БК запускается датчик времени первым импульсом, который поступает с клеммы 77 формирующей схемы ФС. При переходе датчика времени ДВ в нулевую позицию происходит сброс триггера ТК в 0. В состоянии 1 триггер ТК при формировании длинного импульса находится в течение времени /тки. С его выхода ГЗ на логический блок поступает потенциал —Ек, удерживающий от переключений инверторы ЛБ. Таким образом, импульсы с генератора ГТИ через логический блок ЛБ на счетчик СчР не проходят, распределитель останавливается до окончания длинного импульса.
Формирование длинной паузы на четвертой позиции распределителя рассмотрено на рис 7.21. С выхода триггера ТД Гб на логический блок поступает потенциал +ЕК, а с выхода Г8 — (~ЕК). Инвертор логического блока ЛБ 11(Г6) закрывается, подавая на вход другого инвертора 11(Г5) потенциал — Ек. Инвертор 11(Г5) открывается, так как на его входах при этом будут потенциалы — Ек, и запирает инвертор 12(Г6). На передатчик ТС поступает потенциал —Ек и формируется пауза.
167
С выхода инвертора 11 (Г5) нулевой потенциал поступает также на линию задержки пауз (ЛЗП), которая формирует отрицательный импульс на шине Р матрицы МА2. При этом проверяется состояние четвертого контакта-датчика в группе пауз так же, как проверялось замкнутое состояние третьего контакта в группе импульсов. При замкнутом состоянии четвертого контакта на выходе элемента «1-4 вых.» появляется импульс, поступающий на блок кодирования. Триггер кодирования переключается в состояние 1 и останавливает переключение инверторов логического блока ЛБ импульсами с генератора ГТИ. В этом состоянии триггер ТК находится в течение времени /ткп, за счет чего формируется длинная пауза.
Формирование сверхдлинного импульса происходит на 63-й и 64-й позициях распределителя, светодиоды в этих позициях элемента «61-64 вых.» постоянно подключены к шине (—24 В), поэтому 63-й и 64-й импульсы всегда будут длинные. Паузы 63-я и 64-я всегда короткие, так как светодиоды 63-й и 64-й элемента «61-64 вых.» в группе пауз не подключены к шине (—24 В). На передатчик ТС вместо 63-й паузы поступает короткий импульс, который соединяет длинные импульсы 63-й и 64-й, за счет чего образуется сверхдлинный импульс, состоящий из двух длинных и короткого между ними. Заполнение 63-й паузы импульсом происходит благодаря входящей в логический блок ЛБ диодной схемы, подключенной к 63-му выходу счетчика распределителя (СчР). В 63-й позиции со всех шести триггеров СчР на диодную схему поступают потенциалы —£к, на выходе 55 этой схемы также будет потенциал —£к, благодаря которому транзистор инвертора 12(Г6) останется открытым на паузе. На передатчик ТС при этом подается нулевой потенциал, в линию связи передается импульс.
64-я пауза, отделяющая одну кодовую серию ТС от другой, будет всегда короткой. На следующем за ней импульсе (1-й импульс новой серии) распределитель вновь переходит в 1-ю позицию и формирование кодовой серии, а следовательно, и контроль положения объектов, выполняемый путем опроса состояния оптронных ячеек, начинается снова.
Выход 61-й распределителя используется для служебного сигнала «Сбой ТУ». Для этой же цели в устройстве служат элементы ТЗК1 14(Г5) и инверторы И-НЕ-1К 12(ГЗ) и 12(Г4). При сбое в процессе приема серии ТУ с выходов И-НЕ-1К 12(Г4) и «61-й вых. СчР» кратковременно поступает на триггер ТК потенциал —£к, обеспечивающий заряд конденсатора триггер ТК. Следующий за этим потенциал +£к приводит к разряду конденсатора, переключению триггера ТК и удлинению 61-го импульса в серии теле-сигнализации.
На временной диаграмме (см. рис. 7.22) представлены процессы образования 58-й длинной паузы и 60-го длинного импульса, которые аналогичны процессам образования 3-го длинного импульса и 4-й длинной паузы. Остальные элементы рассмотренной серии, короткие, что соответствует разомкнутому состоянию контактов-датчиков.
7.5.	Приемное устройство телесианализации
Кодовые серии телесигнализации по частотным каналам поступают на ДП с КП. В приемнике частотно-модулированных сигналов (ЧМС) частотные импульсы преобразуются в импульсы постоянного тока, которые поступают на линейный блок (ЛБ).
Линейный блок (ЛБ) (рис. 7.23) состоит из линейного триггера (ЛТ) и инверторов И-НЕ-2К 12(Г6) и 12(Г5). Триггер ЛТ переключается на каждом импульсе и каждой паузе, поступающим на его входы от приемника ЧМС. Одновременно с триггера ЛТ переключаются инверторы линейного блока ЛБ. Во время импульса с выхода Г4 триггера ЛТ на вход инвертора 12(Г6) поступает потенциал +£к, запирающий его. На выходе Гб инвертора появляется потенциал —£к (—И). На выходе Г5 другого инвертора линейного блока ЛБ будет потенциал +£к (+И).
168
Рис. 7.23. Функциональная схема блоков селекции, синхронизации и линейного
Во время паузы на выходе ГЗ триггера ЛТ появляется потенциал + Ек, запирающий инвертор 12(Г5), на выходе которого будет потенциал —Ек (—П). С выхода Г4 триггера ЛТ на вход инвертора 12(Г6) подается потенциал — £к и на его выходе Гб будет потенциал +ЕК (+П). Таким образом, инверторы Л Б переключаются на импульсах и паузах тактовой серии и находятся постоянно в противофазе друг к другу. Их выходы Гб и Г5 подключены к линиям задержки импульсов и пауз (ЛЗИ и ЛЗП) и к линиям, фиксирующим появление в серии длинных импульсов (ДлИ) и пауз (ДлП), выполненных на модуле И-НЕ-1 К-19.
Блок синхронизации и приема данных импульсов и пауз (БСС) включает триггер задержки (ТЗД) (рис. 7.23) с управляющими диодными логическими схемами, линии задержки импульсов и пауз (ЛЗИ и ЛЗП), линии, фиксирующие появление длинных импульсов и пауз (ДлИ и ДлП) в кодовой серии и датчик времени (ДВ) мультивибратором. Датчик времени ДВ замеряет длительность импульсов и пауз: коротких — переключается один раз; длинных — 3-4 раза; на сверхдлинном импульсе делает более семи переключений.
При приеме устройством ТС ДП длинного импульса на выходе Гб линейного блока появляется отрицательный потенциал (-И), который поступает на один из диодов логической схемы 15. На два других диода этой схемы отрицательные потенциалы поступают с датчика времени ДВ на его третьей и четвертой позициях. Как только на всех входах диодной схемы 15 собираются отрицательные потенциалы, открывается транзистор инвертора 19(Г6). Это приводит к закрытию транзистора схемы 19(Г5) и появлению на шине Р матрицы МА2 отрицательного потенциала (—ДлИ), разрешающего запись в промежуточном запоминающем устройстве (ПрЗУ) длинного импульса.
При приеме длинной паузы аналогично действует линия, фиксирующая появление длинной паузы. С выхода Г5 линейного блока ЛБ отрицательный потенциал (—П) подается на диодную схему 16. После отсчета трех импульсов с выхода датчика времени ДВ на другие два диода схемы 16 также поступают отрицательные потенциалы, происходит переключение инверторов 19 (ГЗ и Г4). На выходе инвертора 19 (Г4) появляется отрицательный потенциал (—ДлП), поступающий на шину разрешения Р' записи длинной паузы.
При приеме коротких импульсов и пауз на диодные схемы 15 и 16 с датчика времени ДВ поступает нулевой потенциал, на шинах Р и Р' будет сохраняться потенциал +ЕК, запрещающий запись.
Проверка синхронной работы распределителей устройств ТС КП и ТС ДП и их синхронизация осуществляются с помощью триггера задержки (ТЗД), на который в 62-й позиции распределителя через диодную схему 15(Г7) от счетчика распределителя (СчР) поступает отрицательный потенциал. Триггер ТЗД готовится к переключению (заряжается конденсатор). В 63-й позиции счетчик СчР подает через диоды схемы 15(Г7) на триггер ТЗД нулевой потенциал и переключает его из состояния 0 в состояние 1. С выхода Г1 ТЗД на счетчик СчР подается нулевой потенциал, запрещающий его переключение. Распределитель останавливается в 63-й позиции до тех пор, пока триггер ТЗД находится в состоянии 1. Если 63-й импульс тактовой серии фазирующий (сверхдлинный), то датчик времени ДВ доходит до 7-й позиции и через диодную схему 15 (Г2) на вход триггера ТЗД поступит отрицательный потенциал, разрешающий его подготовку к переключению (заряд конденсатора). На 8-й позиции датчика времени ДВ на триггер ТЗД с выхода Г2 съемы 15 поступает нулевой потенциал, переключающий его в состояние 0. С выхода П триггера ТЗД на счетчик СчР подается потенциал — Ек, разрешающий переключение его в последнюю 64-ю позицию.
При рассинхронизации 63-й импульс тактовой серии оказывается не сверхдлинным (коротким или длинным), датчик времени ДВ не доходит на нем до 7-й позиции и сброса триггера ТЗД не происходит. Счетчик СчР останавливается в 63-й позиции до прихода сверхдлинного импульса, на котором происходит сброс триггера ТЗД и переключение счетчика СчР в 64-ю позицию, в которой находится распределитель передающего устройства ТС. Таким образом, осуществляется синхронизация распределителей.
170
Рис. 7.24. Функциональная схема датчика времени блока БСС
ТГ-4к
к БКЗ
Датчик времени (ДВ) (рис. 7.24) является составной частью блока селекции и синхронизации (БСС). Он управляется мультивибратором 18(ГЗ), который является генератором тактовых импульсов (ГТИ). Измерение длительности импульсов и пауз кодовой серии, поступающей на линейный блок, производится путем отсчета числа импульсов ГТИ. В начале каждого импульса и паузы тактовой серии счетчик сбрасывается транзисторными каскадами 18 (Гб, Г5) линий задержки импульсов и пауз (см. рис. 7.23).
На паузе со схемы инвертора 12(Г5) линейного блока ЛБ отрицательный потенциал поступает на конденсаторный вход каскада задержки 18(Г5), конденсатор заряжается и находится в этом состоянии до конца паузы. Во время импульса с инвертора 12(Г5) на конденсатор поступает нулевой потенциал, который приводит к разряду конденсатора на базу транзистора инвертора. Транзистор закрывается, на его выходе Г5 появляется отрицательный потенциал, поступающий на диодную схему 16. Это приводит к открытию инвертора 13(Г4) и ток по цепи эмиттер-база транзисторов протекает через резистор схемы 16. На выходе Г4 инвертора 13 возникает нулевой потенциал, поступающий через диоды схемы 17 на выходы II, TV, VI триггеров ДВ1, ДВ2, ДВЗ датчика времени (рис. 7.24), которые сбрасываются в состояние 0, а датчик — в позицию 1. Сигналы на выходах 1-V1 триггеров ДВ1—ДВЗ датчика времени в различных его позициях приведено в табл. 7.2. Как известно, полное число позиций двоичного счетчика на трех триггерах, каким является датчик времени, равняется восьми.
Таблица 7.2
Сигналы на выходах триггеров ДВ1, ДВ2, ДВЗ датчика времени
№ позиции 	ДВ		Состояние выходов I—VI триггеров ДВ1—ДВЗ датчика времени в устройстве ТС ДП						№ позиции ДВ	Состояние выходов I—VI триггеров ДВ1 — ДВЗ датчика времени в устройстве ТС ДП					
	ДВ1		ДВ2		ДВЗ			ДВ1		ДВ2		ДВЗ	
	I	II	III	IV	V	VI		1	II	III	IV	V	VI
1	1	0	1	0	1	0	5	1	0	1	0	0	1
2	0	1	1	0	1	0	6	0	1	1	0	0	1
3	1	0	0	1	1	0	7	1	0	0	1	0	1
4	0	1	0	1	1	0	8	0	1	0	1	0	1
Из табл. 7.2 видно, что в 3-й и 4-й позициях датчика времени ДВ на выходах IV и V будут сигналы 1, т.е. потенциалы —£к, поступающие надиодные схемы 15 и 16 блока БСС (см. рис. 7.23). В седьмой позиции датчика времени ДВ сигналы 1 будут на выходах I, IV, VI триггеров. Потенциалы — Ек с этих выходов поступают на схему 15(Г2), обеспечивая подготовку триггера ТЗД к сбросу в состояние 0.
171
Частота работы мультивибратора датчика времени ДВ (рис. 7.24) выбирается несколько большей частоты работы ГТИ передающего устройства ТС. В течение длинного импульса (паузы), который состоит из пяти тактовых элементов серии ТС, датчик времени успеет отсчитать 6-8 разнополярных импульсов мультивибратора, переключившись в 3, 4-ю позицию. Максимальная длительность открытого состояния 3, 4-го выходов ДВ составляет два периода мультивибратора, а длительность открытия 7-го выхода соответствует периоду МВ. Датчик времени при приеме фазирующего импульса, состоящего из 11 тактовых элементов, успевает завершить полный цикл переключений, отсчитав не менее семи периодов мультивибратора, а на восьмом импульсе переключается в нулевую позицию, начиная новый цикл переключений.
Исполнительный блок (ИБ) (рис. 7.25) включает в себя модуль ГС (гашения и считывания), усилители общего сброса (УОС), считывания (УСЧ), гашения тиратронов (УГГ), диодных логических схем 14 и 16 и формирующую схему Ф4(20).
На первой позиции распределителя с триггеров СчР на диодную схему 16 подаются низкие потенциалы. Со схемы сброса датчика времени ДВ (см. рис. 7.23) в начале импульса поступает нулевой потенциал, запрещая отпирание усилителя УОС до тех пор, пока идет процесс переключения триггеров СчР из 64-й позиции в первую. После снятия высокого потенциала со входа усилителя УОС, он отпирается и нулевой потенциал с выхода Гб поступает к обмоткам сброса промежуточных запоминающих устройств, подготавливая ПрЗУ к приему новой информации. Нулевой потенциал также подается на формирующую схему Ф4 (20), конденсатор которой зарядился, когда с выхода Гб усилителя УОС поступал потенциал — Ек. Импульс разряда конденсатора подается на сброс триггера запрета ТЗП блока контроля и защиты. Далее до конца информационной части тактовой серии исполнительный блок в работе приемного устройства не задействован.
VS1
Гашение
-по в
0----
Считывание ~0----
VS2
Ф4
20
20
1С
22
К обмоткам сброса ПЗУ
К обмоткам считывания ПЗУ
от ТЗД ТЗП
<--- ог 1311 от НП(ТУ)
К катодам СЭ --------*
Рис. 7.25. Функциональная схема исполнительного блока устройства ТС ДП
+к
0---:
0---
^ + 110 В 0
ООО
Гб И-НЕ-2к
13 УОС
-т-С5
_ С1
о о о о
Г5 И-НЕ-2К
13
УСЧ
ООО
ГЗ И-НЕ-2К 13 УГГ
схему ТИ
Г60-4
2 И
Сброс ТЗП



172
ТЗД

ТЗП
НП
t
ДВ
УГТ
УСЧ

С4
Анод
VS2"
Анод
t
Гашение
t
С5
Считывание
Катод
VS1"
Рис. 7.26. Временная диаграмма работы исполнительного блока
Работа исполнительного блока ИБ на фазирующем импульсе описана графически с помощью временной диаграммы на рис. 7.26. В начале 63-го импульса, который является сверхдлинным, триггер ТЗД переключается в состояние 1 и подает отрицательный потенциал на диодную схему 14 исполнительного блока ИБ (см. рис. 7.25). На два других диода этой схемы поступают также отрицательные потенциалы от триггеров запроса ТЗП и начала передачи НП (из устройства ТУ). Датчик времени блока БСС на сверхдлинном импульсе доходит до 7-й позиции и с его выходов поступают отрицательные потенциалы на диоды схемы 14. В этот момент открывается усилитель УГГ. Потенциал +£кс выхода ГЗ усилителя подается на предварительно заряженный конденсатор С2 схемы управления тиристором VS2. Конденсатор С2 разряжается на первичную обмотку трансформатора Т2, во вторичной — наводится ЭДС и формируется импульс, открывающий тиристор VS2. Конденсатор С4 заряжен через открытый тиристор VS3, который соединяет катоды сигнальных элементов (тиратронов) с шиной —110 В. При открытии VS2 конденсатор С4 разряжается через него. Ток разряда протекает через тиристор VS3 в обратном направлении, снижая прямой ток через него до нуля, что приводит к запиранию тиристора VS3. После окончания разряда конденсатора С4 тиристор VS3 остается закрытым до подачи импульса на его управляющий электрод, сигнальные элементы оказываются отключенными от шины —НО В и их тиратроны гаснут.
По окончании 7-й позиции датчика времени ДВ на диоды схемы 14 поступает нулевой потенциал, усилитель УГТ закрывается, разрешая открыться усилителю считывания УСЧ. Нулевой потенциал с его выхода Г5 подается на заряженные конденсаторы С1 и СЗ схем управления тиристорами VS1 и VS3. Разряд конденсаторов С1 и СЗ проходит на первичные обмотки трансформаторов Т1 и ТЗ. Во вторичных обмотках наводятся ЭДС и формируются импульсы, отпирающие тиристоры VS1 и VS3. Тиристор VS3 подключает катоды сигнальных элементов СЭ к шине —110 В, а тиристор VS1 замыкает цепь разряда конденсатора С5 на обмотки считывания ПрЗУ через дроссель L1, при этом загораются тиратроны сигнальных элементов и удерживаются в зажженном состоянии током через открытый тиристор VS3. Тиристор VS1 после разряда конденсатора С5 снова закроется, а конденсатор С5 начнет заряжаться от источника питания НО В.
Блок контроля и защиты (БКЗ) (рис. 7.27) состоит из триггера запрета (ТЗП), защиты от искажения импульсов и пауз, выполненной на диодной схеме 14 (Г1), защиты от рассинхронизации, выполненной на формирующей схеме Ф4, и схемы световой сигнализации «Сбой ТС», выполненной на инверторе 12(Г4) и подключенной к нему сигнальной лампе HL.
Защита от рассинхронизации работает на 63-й позиции распределителя. От триггера ТЗД с его выхода Г2 при переходе в состояние 1 на схему Ф4 подается потенциал —Ек. Конденсатор С1 заряжается по цепи: +ЕК—VD2—Cl—R3—ТЗД(Г2). Линейный триггер ЛТ(Г4) на импульсе подает на диодную схему отрицательный потенциал (—И).
173
кИБ
от рассинхронизации
Рис. 7.27. Функциональная схема блока контроля и защиты
Если 63-й импульс серии оказывается не сверхдлинным (коротким или длинным), то на паузе от линейного триггера ЛТ(Г4) поступает нулевой потенциал на заряженный конденсатор С1, который разряжается через диод VD1 на базу открытого транзистора триггера запрета ТЗП. Триггер запрета переходит в состояние 1, с его выхода Г7 нулевой потенциал поступает на блок исполнения, запрещая гашение тиратронов и считывание полученной информации. С выхода Г5 триггера задержки ТЗД потенциал —Ек подается на вход 2 инвертора 12(Г4), который открывается, и с выхода Г4 потенциал +ЕК поступает на сигнальную лампу HL, включение которой сигнализирует «Сбой ТС».
При отсутствии рассинхронизации с триггера ЛТ на 63-м импульсе серии будет поступать отрицательный потенциал (—И) на вход схемы Ф4. При сбросе триггера ТЗД датчиком времени на его 7-й позиции в состояние 0 происходит разряд конденсатора С1 через триггер ТЗД по цепи: Cl—R2—(+£к)—ТЗД—R3—С1. Импульс разряда конденсатора из-за наличия в разрядной цепи резисторов R2 и R3 оказывается слабым и переключения триггера запрета ТЗП не происходит.
Защита от искажения импульсов и пауз срабатывает в середине тактовой серии, если импульс (пауза) оказывается длиннее длинного, т. е. воспринимается как сверхдлинный. Датчик времени доходит до 7-й позиции и с его выхода на диоды схемы 14(Г1) поступают отрицательные потенциалы, от триггера ТЗД с выхода Г1 также поступает отрицательный потенциал (триггер ТЗД находится в состоянии 0). Когда от генератора ГТИ датчика времени будет подан отрицательный потенциал, то на вход 75 триггера ТЗП поступит отрицательный потенциал, разрешающий заряд конденсатора С. При переключении датчика времени ДВ в другую позицию на вход 75триггера ТЗП поступит нулевой потенциал. Конденсатор С разряжается на базу открытого транзистора и триггер ТЗП переходит в состояние 1. С выхода Г5 триггера ТЗП на вход 2 инвертора 12(Г4) подается потенциал — Ек, позволяющий открыться инвертору. В результате переключения инвертора загорается лампа «Сбой ТС».
Распределитель (Р) (рис. 7.28) приемного устройства ТС аналогичен распределителю передающего устройства. Он состоит из счетчика на шести триггерах трех модулей ТГ-1 м, матричных дешифраторов параллельного типа МА и МА' и последовательного типа МБ, которые подключены к обмоткам записи информации магнитотиратронных ячеек сигнальных элементов (СЭ) и включенных последовательно с ними диодов. Таким образом, вместо оптронных модулей ввода информации, применяемых в передающих устройствах ТС, в приемных — включены обмотки записи блоков сигнализации положения объектов (БСП) и блоков сигнализации режимов работы (БС). Схемы и принцип работы
174
Рис. 7.28. Функциональная схема устройства ТС ДП системы «Лисна-Ч»
БСП и БС рассмотрены в п. 2.13. Разрешение на запись информации поступает на шины Р(МА) и Р' (МА'). Матрицы МА и МА' подключены к выходам первых трех триггеров счетчика распределителя, а матрица МБ — последних трех.
Работа устройства ТС ДП заключается в записи длинных импульсов и пауз при приеме кодовой серии, воспроизведении полученной информации на щите телесигнализации с помощью сигнальных элементов (СЭ), а также в контроле за синхронной работой распределителей устройств ТС КП и ТС ДП и отсутствием сверхдлинных импульсов и пауз в середине кодовой серии.
Схема работы устройства ТС ДП представлена на рис. 7.28, а описание ее работы показано графически с помощью временной диаграммы на рис. 7.29. Тактовая серия с приемника ЧМС поступает на линейный триггер ЛТ, который переключается на каждом импульсе и паузе. Через инверторы 12 Г5 и Гб серия поступает в схему управления датчиком времени на линии задержки импульсов (ЛЗИ) и пауз (ЛЗП) 18(Г6) и 18(Г5). Датчик времени ДВ сбрасывается в положение 1 на каждом импульсе (паузе).На корот
И-НЕ-
-2к
120’5)-“+И"
ЛЗИ
И-НЕ-
-2к
лзп
И-НЕ-'
И-НЕ-
-2к
СР
СР
ТЗД
МВ
ДВ1
ДВ2
двз
двз
ДВ
МА
МАу
да
МБ
УОС
УГТ
ГС
УСЧ
т		т	1		L	Т		“'LL	Т		
'777777777777777/.
Й---[ГИТ Л И и
2	L	Т	L	L
12(Г6)
18(Г6)
13(Г4)
12(ГЗ)
Позиции
62-й вых.
10(Г1)
ТП
ГТ
"ЙТГИ
"ИИИИИ
Е’ииал
^.5758 59
гтгт
W-Е2Г
$777777/
'777777777777777,
['7/7777/7/777/.
'7//.'////////////77///////7//////.\'/////7/////////////7//7/.
'//7//,7///777////7///7/7////7/,
'7/7,7//
'777777,
Игт
1ШИ1
ТтТтТ амтш'
60 ^61 62	63
фПТТГТ---ГТ
6 7 Ь pZ^Ui2, 60 61 62	63
'//////,
'7777X6
$7/7/7/,\
18(ГЗ) ЩП)
ЩГ5) IV 11(18) Ф
Позиции
3-4-й вых.
3-4-й вых.
7-й вых.
Выходы
13(Г6)|

'//////,
$//////,[
'//////,

13(ГЗ)
22-1
13(Г5)
22-12
'777777777777777777777777777777777777777777/. I '///У////////////////////////////. I '777777777777777777777777777777777777,
Рис. 7.29. Временная диаграмма работы элементов устройства ТС ДП








176
ких импульсах (паузах) он успевает переключиться своим генератором ГТИ один раз, т.е. перейти во второе положение, после чего сбрасывается в 1. На 60-м длинном импульсе и 5-й длинной паузе (рис. 7.29) датчик времени ДВ от мультивибратора МВ успевает переключиться до 3-4-й и даже 5-й позиции. На 3-й и 4-й позициях через диодные схемы 15 и 16 и инверторы модуля И-НЕ-1к 19 разрешение на запись длинного импульса (паузы) поступает на шину Р матрицы МА (Р матрицы МА'). От выхода матрицы МБ, на котором имеется нулевой потенциал, к выходу матрицы МА (МА') проходит импульс тока через обмотку записи блока БСП (БС). При этом на сердечнике трансформатора длинного импульса записывается сигнал 1, а на сердечнике трансформатора короткого импульса — сигнал 0, т.к. его обмотка включена встречно.
На 63-м импульсе возбуждается триггер ТЗД. С его выхода И нулевой потенциал поступает на вход 18 инвертора 12 (ГЗ), который закрывается. С выхода ГЗ закрытого инвертора на счетный вход первого триггера СчР ТГ-1М подается потенциал ~ЕК, обеспечивающий подготовку триггера к переключению. Если 63-й импульс сверхдлинный, то триггер ТЗД на 7-й позиции датчика времени ДВ подготовится к переключению, а на 8-й — произойдет сброс ТЗД. С его выхода Г1 отрицательный потенциал поступит на вход 18 инвертора 12(ГЗ), который откроется и переключит счетчик СчР в 64-ю позицию. Таким образом, на фазирующем 63-м импульсе счетчик СчР переключается дважды: первый раз в начале импульса, второй — после сброса триггера ТЗД датчиком времени. Этим восполняется недостающий в тактовой серии 64-й импульс.
При синхронной работе распределителей на 63-м импульсе серии датчик времени ДВ доходит до 7-й позиции, усилитель УГГ открывается, что приводит к открытию тиристора VS2, разряду через него конденсатора С4 модуля ГС (гашения и считывания) и закрытию тиристора VS3, через который сигнальные тиратроны подключены к шине (—110 В). Запирание тиристора VS3 приводит к гашению тиратронов. При переключении датчика времени ДВ в 8-ю позицию усилитель УГТ закрывается и открывается усилитель УСЧ, с выхода Г5 которого на схемы управления тиристорами VS1 и VS3 поступает нулевой потенциал. При открывании тиристоров происходит считывание информации с ячеек памяти блоков БСП (БС) и подключение сигнальных тиратронов через тиристор VS3 к шине (—110 В).
При считывании импульс через контакт ключа в блоке БСП (в положении несоответствия) поступает на управляющий электрод (сетку) тиратрона и зажигает его. Если несоответствие устраняется (переключение объекта или квитирование ключа БСП), тиратрон гасится модулем ГС (гашения и считывания) и больше не зажигается. Гашение тиратронов происходит на время равное примерно 20 мс, что практически не ощущается глазом.
При сбое (рассинхронизации, искажении импульсов или пауз в серии) срабатывает триггер ТЗП, запрещающий работу усилителей УГТ и УСЧ. На щите ТС сохраняется информация, существовавшая до сбоя, и одновременно при возбужденном триггере запрета ТЗП зажигается лампа «Сбой ТС». В начале нового цикла на первой позиции счетчика СчР усилитель УОС стирает ложную информацию, подготавливает ПрЗУ к приему новой информации, сбрасывает триггер ТЗП, что приводит к гашению лампы «Сбой ТС».
7.6.	Передающее устройство телеуправления
Генератор тактовых импульсов (ГТИ), логический блок (ЛБ), блок кодирования (БК) и распределитель (Р) взаимодействуют так же, как в передающем устройстве телесигнализации (см. рис. 7.9).
ГТИ передающего устройства ТУ имеет такое же схемное решение, что и в устройстве ТС. ГТИ состоит из мультивибратора, выполненного на двух каскадах транзисторной задержки ТЗк 2(ГЗ, Г4) и триггера-делителя (ТД) ТГ-4к 7(ГЗ, Г4). Выход Г4
177
12-6086
Рис. 7.30. Принципиальная схема логического блока
триггера-делителя подключен к логическому блоку, через который тактовые импульсы передаются на счетчик распределителя (СчР) и передатчик ЧМС.
Логический блок (ЛБ) (рис. 7.30) имеет более простую схему, чем в устройстве ТС, так как в кодовой серии ТУ удлиняются только импульсы, а паузы все короткие. Логический блок ЛБ выполнен на двух инверторах И-НЕ-2к 1(Г5) и 1 (ГЗ). Инвертор 1(Г5) в течение серии закрыт и открывается только в 31-й позиции счетчика распределителя (СчР), когда с его пяти триггеров на входную диодную схему подаются низкие потенциалы. При этом с выхода Г5 на передатчик ЧМС в течение 31-го импульса и следующей за ним паузы поступает высокий потенциал, т.е. пауза заполняется импульсом, соединяя 31-й и 32-й импульсы.
Инвертор 1 (ГЗ) переключается генератором тактовых импульсов и с выхода Г4 триггера-делителя ТД тактовая серия поступает на входную диодную логическую схему 15. При поступлении потенциала — Ек транзисторы инвертора открываются и нулевой потенциал (импульс) с выхода ГЗ подается на передатчик ЧМС, счетчик распределителя СчР и линию задержки импульсов (ЛЗИ), а нулевой потенциал с триггера-делителя ТД приводит к запиранию инвертора и появлению на выходе ГЗ потенциала — Ек (паузы).
Переключение инвертора 1(ГЗ) происходит при условии, что триггер кодирования (ТК) находится в состоянии 0 и с его выхода (ГЗ) на вход 18 инвертора подается нулевой потенциал. При переключении триггера ТК в состояние 1 на вход 18инвертора поступает потенциал ~ЕК, его транзисторы остаются открытыми независимо от потенциала на диодной схеме 15, поступающего от триггера-делителя ТД. В этом состоянии инвертор 1(ГЗ) находится до сброса триггера ТК в 0, идет процесс удлинения импульса. Таким образом, логическим блоком управляют ГТИ, блок кодирования БК и счетчик распределителя СчР на 31-й позиции.
Блок управления передачей (БУП) (рис. 7.31) включает в себя триггеры ограничения передачи (ТОП), начала передачи (НП), повторной передачи (ТПП), инверторы И-НЕ-2к 10(Г4) и 10(Г6), который является усилителем сброса (УСб), формирующую схему Ф5(Г5) и транзисторный каскад задержки ТЗк 9(Г4). Триггер НП в исходном нулевом состоянии с выхода Г5 подает на вход блока кодирования (БК) нулевой потенциал, запрещая удлинять все импульсы тактовой серии кроме 31-го и 32-го. При переключении триггера НП в состояние 1 на вход БК поступает потенциал —Ек, разрешающий его работу по формированию командной серии. Триггер ТПП обеспечивает передачу командной серии дважды, после чего разрешает усилителю УСб сброс триггеров НП и группы (1гр—5гр), фиксирующего номер группы, в которой находится
178
Рис. 7.31. Принципиальная схема блока управления передачей
объект управления. Триггер ТОП ограничивает передачу приказа ТУ двумя командными сериями, даже если кнопки управления (КУ) остаются нажатыми после окончания второй серии. Инвертор 10(Г4) переключается триггером НП и в зависимости от его состояния запирает логические схемы ЛС1—ЛС5 или разрешает их работу.
Блок БУП переключается в режим передачи приказа при его наборе кнопками КУ и возбуждении триггера группы, который подает отрицательный потенциал на диод, подключенный к 32-му выходу счетчика распределителя СчР. С выхода Г1 ТОП также поступает отрицательный потенциал на вход триггера НП. Когда СчР переключается в 32-ю позицию на диоды логической схемы, подключенной к 32-му выходу СчР, подаются отрицательные потенциалы. Таким образом, с входа триггера НП снят нулевой потенциал, что приводит к заряду конденсатора триггера НП. При переключении счетчика распределителя СчР в первую позицию через диоды логической схемы подается нулевой потенциал, конденсатор триггера НП разряжается, переключая его в состояние 1. С выхода Г5 триггера НП потенциал — Ек поступает на вход блока БК, разрешая его работу. Нулевой потенциал с выхода Г7 триггера НП подается на триггер ТОП, переключая его в состояние 1, на инвертор 10(Г4), запирая его, и на формирующую схему Ф5, заряженный конденсатор которой разряжается на базу транзистора триггера ТПП, переключая его в состояние 0, если он находится в состоянии 1. На второй позиции счетчика распределителя СчР на счетный вход триггера ТПП поступает потенциал —Ек, разрешающий заряд его конденсатора. На третьей позиции счетчика распределителя СчР конденсатор разряжается и триггер ТПП переключается в состояние 1, с его выхода Г8 нулевой потенциал поступает на вход усилителя УСб, удерживая его в закрытом состоянии до конца первой командной серии, в том числе и на 31-й позиции счетчика СчР.
На второй командной серии во второй позиции счетчика СчР триггер ТПП готовится к переключению, а на третьей — сбрасывается в 0, снимая нулевой потенциал с входа усилителя УСб. С выхода Г2 триггера ТОП на усилитель УСб подается также потенциал — Ек, разрешая на 31-й позиции счетчика СчР открыться усилителю УСб. Это приводит к сбросу триггеров НП и Гр в состояние 0. Сброс триггера группы приводит к подаче на вход триггера НП нулевого потенциала и запрету его переключения при переходе счетчика СчР из 32-й позиции в 1-ю. Даже если сброса триггера Гр по какой-то причине не произошло, триггер ТОП, находясь в состоянии 1, подает с выхода Г1 нулевой потенциал на вход триггера НП и запрещает его повторное возбуждение.
Сброс триггера ТОП происходит в момент возврата кнопок КУ в исходное состояние. Одновременно импульс сброса поступает на триггер НП, фиксируя его нулевую позицию. Если возврат кнопок КУ в исходное состояние происходит до окончания второй командной серии, то это также приведет к сбросу триггеров ТОП и НП. С выхода Г2 триггера ТОП нулевой потенциал поступает на заряженный конденсатор триггера ТЗк, при разряде которого закрывается транзистор ТЗк, и на его выходе на время разряда конденсатора появляется потенциал — Ек. При этом усилитель УСб открывается и сбрасывает триггер Гр во избежание повторного возбуждения триггера НП.
Блок кодирования (БК) (рис. 7.32) принципиально выполнен так же, как в передающем устройстве ТС. Основное отличие состоит в том, что импульсы, возбуждающие триггер кодирования ТК, поступают через два входных элемента: инвертора И-НЕ-2к 15(Г4) при удлинении импульса объекта и каскада транзисторной задержки ТЗк 9(ГЗ) при удлинении остальных импульсов (начала передачи НП, контролируемого пункта КП, группы Гр, фазирующего импульса ФИ).
Импульс, переключающий триггер ТК в состояние 1, поступает на его выход Г4 и одновременно на вход формирующей схемы 8(ГЗ). Импульс со схемы 8(ГЗ) переключает датчик времени из положения 0 в положение 1. Первый триггер датчи-
180
ОС
Рис. 7.32. Функциональная схема устройства ТУ ДП
ка времени ДВ1 при этом переходит в состояние 1, с его выхода Г2 на счетный вход датчика времени ДВ2 подается отрицательный потенциал. Триггер датчика времени ДВ2 готовится к переключению.
После переключения триггер ТК подает с выхода ГЗ отрицательный потенциал на диодную логическую схему 10. Импульсы с триггера ТД генератора ГТИ начинают проходить через диодную логическую схему 10 на счетный вход датчика времени ДВ1, который переключается. Триггер ТК подает также отрицательный потенциал на логический блок Л Б, инвертор которого 1(ГЗ) остается открытым до сброса триггера ТК. Импульс сброса триггера ТК поступает с датчика времени ДВ2 (Г5) на третьем импульсе, который приходит от генератора ГТИ на датчик времени ДВ через диодную схему 10(22). Датчик времени и триггер ТК переходят в состояние 0. Нулевой потенциал с триггера ТК(ГЗ) запирает диодную логическую схему 10, импульсы от генератора ГТИ через нее на датчик времени ДВ проходить не будут, и входную диодную схему инвертора 1(ГЗ), который будет переключаться ГТИ через диодную схему 15.
Распределитель (Р) передающего устройства ТУ (рис.7.32) состоит из пятиразрядного счетчика СчР и одноступенчатого дешифратора, логические схемы И которого имеют пять входных диодов, подключаемых к шинам KI—К10, и один выходной. Через выходные диоды схемы 1—9 и 26—30 подключены к шине 4, которая связана с входом БК через диодную схему 1. Выходы дешифратора 10—25 через кнопки выбора объектов SB1—SB80 подключаются при нажатии последних к шинам группы 1гр—5гр. Шины 1гр—5гр через формирователи импульсов ФИ1—ФИ5 и логические схемы ЛС1—ЛС5 подключаются к инвертору 15(4) блока БК.
Шифратор выбора пункта, операции, объекта и группы (Ш) (рис. 7.32) состоит из трех частей, отличающихся схемным исполнением: выбора контрольного пункта КП и операции, выбора объекта и выбора группы.
Первая часть шифратора выполнена на диодных логических схемах ИЛИ. Схемы шифратора 1—6 содержат по десять диодов, 7—8 — по пятнадцать. Диоды логических схем в определенном порядке подключаются к шинам контролируемых пунктов КП1—КП15. Каждый КП имеет две шины, на которые поступает потенциал (— Ек) через кнопки включения Вк1—Вк15 или отключения От 1—От 15.
Вторая часть шифратора выполнена на кнопках SB1—SB80, включенных последовательно с дешифратором распределителя. Кнопки разбиты на пять групп по 16 кнопок в каждой. Кнопки каждой группы подключены к шине группы 1гр—5гр.
Третья часть шифратора выполнена на триггерах 1гр—5гр. При формировании командной серии один из триггеров возбуждается и фиксирует номер группы, в которой находится управляемый объект. С левого выхода возбужденного триггера Гр на инвертор 10(Г5) поступает нулевой потенциал, что приводит к запиранию инвертора. С выхода Г5 инвертора потенциал — Ек поступает на вход триггера НП, разрешая его переключение на первой позиции счетчика СчР следующей серии.
В кодовой комбинации первый импульс начала передачи НП образуется на первой позиции счетчика СчР. Импульсы со второго по седьмой предназначены для выбора КП. Шифратор выбора КП преобразует импульсы, поступающие с кнопок выбора КП (Вк и От) в код на одно сочетание с$ • Так, при нажатии кнопки От7 отрицательный потенциал с шины — Ек поступает по шинам КП7 на 2-й, 4-й и 7-й выходы шифратора. В 3-м положении распределителя на всех диодах логической схемы «3-й вых.» появляются отрицательные потенциалы, одновременно на резистор логической схемы также будет поступать отрицательный потенциал со 2-го выхода шифратора. С выхода логической схемы дешифратора отрицательный потенциал поступает на общую шину 4 дешифратора, откуда он поступает через диодную схему 1(22) на вход блока кодирования — вход 4 каскада задержки триггера ТЗк 9(ГЗ). Конденсатор каскада транзисторной задержки ТЗк 9(ГЗ) заряжается, готовя его к срабатыванию и возбуждению триггера ТК. Срабатывание
182
схемы транзисторной задержки ТЗк 9(ГЗ) и возбуждение триггера ТК происходит с некоторым сдвигом по отношению к началу импульса распределителя под воздействием линии задержки импульсов (ЛЗИ), выполненной на каскадах ТЗк 2(Г6 и Г5) и инверторах И-НЕ-2к 15(Г6 и Г5). Каскад ТЗк 2(Г6) возбуждается инвертором 1(ГЗ) по шине 1 одновременно с переключением счетчика СчР. За время разряда конденсатора схемы ТЗк 2(Г6) заряжается конденсатор каскада ТЗк 2(Г5), на вход которого поступает потенциал —Ек с выхода Гб. После разряда конденсатора схемы ТЗк 2(Г6) на выходе Гб появляется высокий потенциал, начинается разряд конденсатора каскада ТЗк 2(Г5), на время которого с выхода Г5 на инвертор 15(Г6) поступает низкий потенциал. Отпирание инвертора 15(Г6) приводит к запиранию инвертора 15(Г5), на выходе которого возникает отрицательный потенциал, разрешающий заряд конденсатора каскада ТЗк 9(ГЗ) и подготовку БК к удлинению импульса.
Сдвиг срабатывания триггера ТК во времени позволяет защититься от возможных ложных срабатываний, вызванных поочередным переключением триггеров счетчика СчР. Длительность сдвига во времени определяется временем разряда конденсатора каскада ТЗк 2(Г5). После разряда на выходе Г5 появляется нулевой потенциал, запирающий инвертор 15(Г6), что приводит к отпиранию инвертора 15(Г5) и появлению на выходе Г5 нулевого потенциала, что в сою очередь приводит к появлению потенциала —Ек на выходе ТЗк 9(ГЗ) на время разряда его конденсатора. Инвертор 15(Г4) открывается, нулевой потенциал поступает на выход Г4 триггера ТК, который переключается в состояние 1. Это приводит к удлинению третьего импульса серии. Аналогичным образом удлиняется пятый импульс.
Через кнопку «От7» потенциал с шины — Ек поступает на 7-ю схему шифратора, а с ее выхода передается на резистор 8-й схемы дешифратора. При переключении распределителя в восьмую позицию происходит удлинение импульса операции «Отключить».
Работа устройства ТУ ДП определяется кнопками КУ, с помощью которых в устройство вводится предназначенное для передачи сообщение (команда). После ввода команды путем нажатия двух кнопок КУ начинается подготовка к передаче команды (подготовительная серия). За подготовительной серией следует первая командная, затем — вторая. На каждой серии в работе устройства есть свои особенности. Если кнопки КУ не нажаты, то устройство формирует холостую серию, состоящую из 30 коротких импульсов и одного сверхдлинного фазирующего.
На холостой серии осуществляется постоянный контроль исправности передающего и приемного устройств ТУ. На коротких импульсах триггер ТК находится в состоянии 0 и блокирует потенциалом +ЕК с выхода ГЗ диодную схему 10, запрещая генератору ГТИ переключать датчик времени блока кодирования БК, и входную схему инвертора 1 (ГЗ) логического блока. Инвертор 1 (ГЗ) переключается импульсами с ГТИ, открываясь на каждом импульсе и переключая счетчик СчР.
При переключении счетчика СчР в 31-ю позицию с 31-го выхода дешифратора отрицательной потенциал поступает на вход блока кодирования БК (клемма 4 ТЗк 9). В начале 31-го импульса с инвертора 15(Г5) на вход БК подается нулевой потенциал, затем по линии задержки импульсов ЛЗИ поступает импульс, запирающий кратковременно инвертор 15(Г5) на время, необходимое для заряда конденсатора каскада задержки ТЗк 9(ГЗ) на входе блока кодирования БК. При открытии инвертора 15(Г5) конденсатор каскада ТЗк 9(ГЗ) разряжается, на выходе ГЗ появляется потенциал — Ек, разрешающий инвертору 15(Г4) открыться и переключить триггер ТК в состояние 1. Одновременно нулевой потенциал с выхода инвертора 15(Г4) поступает на формирующую схему Ф5 8(ГЗ), импульс с выхода которой переключает датчик времени из состояния 0 в состояние 1. Отрицательный потенциал с выхода ГЗ триггера ТК деблокирует диодные схемы 10 и вход инвертора 1(ГЗ). Инвертор 1(ГЗ) остается открытым на все время возбужденного состояния триггера ТК, на это время переключение счетчика СчР прекращается. Датчик времени переключается импульсами с триггера ТД
183
ГТИ, поступающими через схему 10. Третий импульс с триггера ТД переводит датчик времени ДВ в состояние 0. С выхода Г5 ДВ2 на вход триггера ТК поступает импульс сброса. После этого длинный импульс продолжается до очередной паузы с генератора ГТИ. Таким образом, длительность длинного импульса равняется трем импульсам и двум паузам между ними.
При переключении распределителя в 32-ю позицию с 32-й логической схемы дешифратора отрицательный потенциал поступает на вход БК. Процесс образования длинного импульса на 32-й позиции распределителя идет так же, как и на 31-й. Пауза между 31-ми 32-м импульсами заполняется импульсом. Так образуется сверхдлинный фазирующий импульс.
Работа устройства ТУ ДП при подготовке и передаче команды ТУ наиболее наглядно описывается временной диаграммой. На рис. 7.33 приведена диаграмма формирования командной серии приказа «на КП7 отключить объект 15 в группе 4». Для передачи приказа диспетчер нажимает две кнопки: кнопку выбора КП и операции «От7», кнопку выбора объекта и группы SB63 (15 объект в четвертой группе).
Подготовительная серия начинается с момента нажатия кнопок, который совпадает с 22-й позицией счетчика СчР. При переключении распределителя в 24-ю позицию отрицательный потенциал от шины — Ек передается через кнопку «От7» на 7-й выход шифратора, далее через диод на шину подключения резисторов логических схем второй части дешифратора, резистор 24-й схемы и замкнутый контакт кнопки SB63 на шину 76’(4гр), от нее на формирователь импульсов ФИ4(14Г6). Пока со схемы инвертора 15(Г5) будет поступать задержанный отрицательный импульс, произойдет заряд конденсатора ФИ4. При разряде конденсатора после окончания задержанного импульса с выхода Гб формирователя импульсов ФИ4 на вход триггера группы 4гр подается отрицательный потенциал, обеспечивающий заряд конденсатора триггера 4гр. После разряда конденсатора с формирователя импульсов ФИ4(Г6) на триггер 4гр поступает нулевой потенциал, возбуждающий триггер 4гр. С выхода Г5 триггера 4гр на резистор 29-й схемы дешифратора подается потенциал — Ек, ас выхода Г7 на вход инвертора 10(Г5) — нулевой, запирающий схему инвертора 10(Г5). Эта схема запирается при возбуждении любого из пяти триггеров группы (1гр—5гр). С выхода Г5 потенциал — Ек поступает на клемму 8 диода на входе триггера НП. На 32-й позиции счетчика СчР со входа триггера НП будет снят нулевой потенциал, зарядится его конденсатор, триггер НП будет готов к переключению.
При переключении распределителя в 1-ю позицию начинается 1-я серия команды. Триггер НП переключается в состояние 1, триггер ТОП также переключается в состояние 1 и сбрасывает в состояние 0 триггер ТПП через формирующую схему Ф5. На диодную схему 1 на входе блока БК подается с выхода Г5 триггера НП потенциал —£к. На выходе 1-й схемы дешифратора появляется потенциал — £к, который по шине 4 через диодную схему 1 поступает на вход блока кодирования БК. Первый импульс серии удлиняется блоком кодирования, фиксируя начало передачи (НП).
Третий и пятый импульсы серии будут также удлиняться, потому что на резисторы 3-й и 5-й схем дешифратора будет поступать через кнопку От7 потенциал — Ек от шины — Ек. Удлинение 3-го и 5-го импульсов соответствует передаче приказа на КП7.
Восьмой импульс серии будет удлиняться точно так же, как 3-й и 5-й, так как через кнопку От7 на резистор 8-й схемы дешифратора поступит потенциал — Ек.
Несколько сложнее будет процесс удлинения импульса объекта. В 24-й позиции распределителя потенциал — Ек от шины — Ек через кнопку От7, 7-й выход шифратора, резистор 24-й схемы дешифратора, кнопку SB63, шину 18 поступает на вход каскада формирователя импульсов ФИ4, конденсатор которого заряжается. При отпирании инвертора 15(Г5) нулевой потенциал с его выхода передается на шину 4гр и далее на заряженный конденсатор формирователя импульсов ФИ4. При разряде конденсатора на выходе Гб схемы ФИ4 появляется потенциал — Ек, поступающий на диод VD2
184
00
LZ1
ТД	7(Г4)	тп 1U	jifuirauuuuuiniu			JirUUUUULlUUlJUUlJLIULILl					
ЛБ	1(ГЗ)		"В t			И					
СчР	Позиции	fl				1	3	4 5	6 7	8	г г
24-й вых.	15 об.	U  										
ЛЗИ	2(Г5)	г	mini ।			1 1	1	1	1 1 1		ТТ
ФИ4	14{Гб)										
ЛС4	6,23										
4гр	13(Г7)										
И-НЕ--2к	10(Г5)		\7//7/S/77/0/77/7//7///7SS7//77MP////77/7SS^								
			I	1								
НП	7(Г5)										
И-НЕ--2к	10(Г4)					77/					
											
ТЗК-1	9(ГЗ)	1			1	1 1		1		Г-	
И-НЕ--2 к	15(Г4)										
											
тк	12(ГЗ)										
И-НЕ--2к	10,22			1Я1 L		‘Ш -L_	Ш" L_	"1Ш- к—_	“ПЛ L_		ш	
Ф5	8(ГЗ)										
ДВ1	12(Г2)			Е	Г	Г	и	Г		г	
ДВ2	12(Г5)										
		WA						\///			
СчР	2'-й вых.										
ТПП	7(18)	'777777777777777777777777777/7777/,									
СчР	ЗГ'-й ВЫХ.										
											
УСб	10(Г6)										
		7/7777/7/77/777777//7777///7/7777777/7777777/777/7/777/77777,									
топ	/(Г2)					77777060^777/7777/777777777					
ЛБ	11(15) +И"										
		мшшжи  1 Подготовительная серия				йй.йй/йий инн НП	Kn7Z	°7 1-я серия					
											
uunu miuiiuиишпгоппп (ПгииUU UDUUB UU inj mJ IT ЛГтЛШШГ-ШтГ^~ТЛГПЛГ-tnfU~УШ
UUUUlJlJUlJUlJUUlJUllUUUlfULnJUULIUirupLnj’" лгпллллг_1лгпг~1. штат штл w *'
26
29 30 31
'7/7/,
'7/.7/////7////777//77/
7777777777777777777777,
7//ЧШ&77М\'/7///^^^^^
Е
777777777777777777777777
77777777777777777777777777777777/.
I
ШШ
'//'//////////////////////////////'////////////////////////////////л
7777777777777777777777777777777Л77777777777777777777777777777777,
'//777/777/777////7/7777/7/7//7//.'777///7//////77///7777/7/7/77///j
вп
ЦП

ж



'////////А

'//,Г///77//7//77/77/7/,
77,77777777777777776 777/7777/.


'/////////////////////////////////'////////////////////////////////МШ/ШШШ^аЯ^^бГ////////, '77777777, 77777777777777777777777777777777/77777777777777777777777777777777Л^т1^^^т^^^^^77^К7л
I ktr аиш ий—
0615 4гр ФИ команды
гш’ну;ш иш] Ьттшиии" юг
НП 'кП?^ От 0615 4гр _____________2-я серия команды__
----
ФИ
Рис. 7.33. Временная диаграмма работы полукомплекта ТУ ДП системы «Лиена» при формировании командной серии
логической схемы ЛС4. На диод VD1 этой схемы также поступает потенциал — Ек с закрытого инвертора 10(Г4). Через логическую схему ЛС4 потенциал — Ек поступает на инвертор 15(Г4) блока кодирования БК и обеспечивает его отпирание. Блок кодирования удлиняет 24-й импульс серии.
Удлинение 29-го импульса серии происходит при переключении распределителя в 29-ю позицию. С триггера 4гр на резистор 29-й схемы поступает потенциал — Ек, так как триггер 4гр находится в возбужденном состоянии еще с подготовительной серии. По шине 4 потенциал — Ек с выхода 29-й схемы передается на клемму 4 каскада 9(ГЗ). Блок кодирования БК удлиняет 29-й импульс серии.
На 31-й и 32-й позициях распределителя формируется сверхдлинный фазирующий импульс, как это было описано в процессе образования холостой серии. Усилитель сброса УСб на 31-й позиции остается закрытым, так как триггер ТПП, сброшенный в первой позиции, возбуждается через диодную схему «2-й вых.СчР» при переходе распределителя в третью позицию и подает нулевой потенциал с выхода Г8 триггера ТПП на вход усилителя УСб.
Формирование второй командной серии происходит в том же порядке, как и первой. Отличием является то, что триггер ТПП при переходе распределителя со второй в третью позицию сбрасывается в состояние 0. С его выхода (Г8) на вход усилителя УСб подается потенциал — Ек, разрешающий его открытие в 31-й позиции распределителя. До 31-й позиции на второй серии команды устройство ТУ ДП работает так же, как на первой серии: удлиняются 3-й и 5-й импульсы выбора КП7, 8-й импульс выбора операции «Отключить», 24-й импульс выбора 15-го объекта и 29-й импульс выбора 4-й группы. На 31-й позиции распределителя открывается усилитель УСб, который сбрасывает триггеры НП и 4гр. Триггер ТОП остается в состоянии 1, запрещая повторное возбуждение триггера НП при нажатых кнопках КУ.
После окончания второй командной серии кнопка SB63 возвращается в исходное состояние при ее отпускании. После этого диспетчер должен отжать кнопку От7, которая не имеет самовозврата. Конденсаторы С1 и С2, заряженные через кнопку От7, после ее размыкания разряжаются на левые входы триггеров ТОП и НП. Сброс в состояние О триггера ТОП приводит к подаче с его выхода Г2 нулевого потенциала на каскад транзисторной задержки ТЗк 9(Г4). Предварительно заряженный конденсатор каскада при этом разряжается на базу транзистора, который запирается (см. рис. 7.31). На выходе Г4 каскада ТЗк появляется потенциал — Ек, способствующий открытию усилителя УСб и контрольному сбросу триггеров НП и 4гр. На этом передача приказа заканчивается.
7.7.	Приемное устройство телеуправления
Серия телеуправления с ДП по частотному каналу поступает на КП. В приемнике частотно-модулированных сигналов (ЧМС) частотные импульсы преобразуются в импульсы постоянного тока, которые поступают на линейный триггер (ЛТ). С триггера ЛТ тактовая серия поступает на блок синхронизации и селекции (БСС), который играет в устройстве ТУ КП ту же роль, что и в ТС ДП. При холостых сериях осуществляется только контроль синхронизма и автоматическая синхронизация распределителей в случае сбоя. В отличие от устройства ТС ДП измерение длительности импульсов в устройстве ТУ КП осуществляется с помощью реле времени.
Реле времени выполняется на модуле РВк, принципиальная схема которого приведена на рис. 7.34. Модуль РВк содержит реле времени, один элемент И-НЕ-2к, три элемента И-НЕ-1к (П, Г2, Г5) (на рис. 7.34 показан только один из них — Г2). На выходе реле времени установлена двойная схема 2И-НЕ-1К с выходами ГЗ и Г4. До срабатывания реле времени на выходе ГЗ имеется нулевой потенциал, на выходе Г4 — потенциал (~ЕК). При поступлении на вход 17 модуля РВк нулевого потенциала инвертор Г2 запирается, начинается заряд конденсатора С реле времени через резистор R.
186
00
Рис. 7.34. Принципиальная схема устройства ТУ КП системы «Лисна-Ч»
Время заряда определяет время срабатывания реле. Для увеличения времени срабатывания к реле подключают внешний конденсатор С1, емкость которого определяется требуемой выдержкой времени реле. По мере заряда конденсатора потенциал обкладок конденсаторов С и С1, подключенных к клемме 22, снижается. При этом снижается •потенциал базы транзистора VT1 входного дифференциального каскада реле времени. В момент, когда напряжение на конденсаторах сравняется с напряжением на резисторе R2, транзистор VT1 откроется, что приведет к открытию транзистора VT3 и каскада транзисторов VT4 и VT5. Транзистор VT6 инвертора 2И-НЕ-1к закрывается, на выходе ГЗ возникает потенциал — Ек (—ДлИ), транзистор VT7 открывается и на его выходе Г4 появляется нулевой потенциал (+ДлИ).
После окончания входного импульса происходит разряд конденсаторов С и С1 через открывшийся транзистор инвертора И-НЕ-1 к Г2 и диод VD. Транзисторы VT1, VT3, VT4, VT5 закрываются и происходит переключение инверторов 2И-НЕ-1к. На выходе ГЗ появляется нулевой потенциал, а на выходе Г4 — (~ЕК).
В блоке БСС используются два модуля РВк: модуль 13 для замера и фиксации длинных импульсов и модуль 14 — сверхдлинного импульса. Модуль РВк15 используется в блоке запоминающих устройств и исполнительных цепей.
Распределитель ТУ КП (рис. 7.34) выполнен на пятиразрядном двоичном счетчике из модулей ТГ-1м: 1(ГЗ, Г4), 2(Г6, Г5 и ГЗ, Г4) и 3(Г6, Г5 и ГЗ, Г4), и диодном дешифраторе ДШ, имеющем 32 выхода. Выходы 1— 7-й служат для определения вида серии (холостая, командная) и выбора контролируемого пункта КП. Выходы ДШ подключены к общей шине запрета ШЗ, на которую отрицательный (разрешающий) потенциал поступает с реле времени 13(ГЗ) при приеме длинного импульса. Вторая часть матричного дешифратора служит для подключения элементов ПрЗУ, в качестве которых используются магнитоуправляемые реле (герконы). При приеме приказа возбуждаются и становятся на самоблокировку три реле ПрЗУ: операции В к или От, выбора объекта (одно из 1об—16об) и группы (одно из 1гр—5гр). Вторая часть дешифратора также имеет шину запрета, на которую разрешение (отрицательный потенциал) подается на длинном импульсе при условии, что приказ передается для данного КП.
Работа устройства ТУ КП при приеме первой командной серии заключается в записи содержания приказа на ячейках памяти (реле) промежуточного запоминающего устройства. Первый импульс командной серии НП всегда длинный. На нем с выхода Гб триггера ЛТ поступает нулевой потенциал на вход 77 реле времени 13, которое срабатывает. С выхода ГЗ отрицательный потенциал поступает на шину ШЗ первой части дешифратора, на 1-м и Г-м выходах которого возникает отрицательный потенциал. С Г-го выхода он поступает на вход триггера приема управления ТПУ, который готовится к переключению. На паузе, следующей за импульсом НП, с реле 13(ГЗ) на шину ШЗ и далее через схему Г-го выхода на триггер ТПУ подается нулевой потенциал, переключающий его в состояние 1.
Выбор КП осуществляется двумя длинными импульсами из шести, на которых с реле времени 13(ГЗ) на схемы 2—7-го выходов диодного дешифратора ДШ поступает отрицательный потенциал. На панели П с помощью перемычек два выхода ДШ подключены к триггерам КП1 и КП2 в соответствии с кодовой комбинацией, соответствующей номеру данного КП. Например, на КП7 перемычки подключены между 3, 5-м выходами дешифратора и входами триггеров КП1 и КП2. Остальные четыре входа ДШ подключаются перемычками к формирующим схемам Ф8, выходы которых 7, 2, 75, 16 подключены к входу 10 триггера ТПУ. Если длинный импульс приходится на схему ДШ, к выходу которой подключена схема формирователя импульсов Ф, то произойдет заряд ее конденсатора на импульсе и разряд на последующей паузе на триггер ТПУ, который сбросится в состояние 0. Прием командной серии на данном КП после этого происходить не будет.
188
При передаче командной серии на данный КП на позициях распределителя с 1-й по 7-ю возбуждаются триггеры ТПУ, КП1 и КП2. С их выходов 9(Г5, ГЗ, Г2) на диодную схему ДС1 поступают отрицательные потенциалы, с выходов триггеров запрета ТЗП1 и ТЗП2 Ю(Г1, Г4) на диоды схемы ДС1 также поступают отрицательные потенциалы. При невозбужденном реле исполнения РИ с его обмотки поступает отрицательный потенциал на диод схемы ДС1, с выхода Г5 линейного триггера на диодную схему ДС1 отрицательный потенциал подается на импульсе. Таким образом, на импульсе на диоды схемы ДС1 нулевой потенциал не поступает, а значит и на вход инвертора 14(Г1). На другой вход этого инвертора с реле времени 13(ГЗ) поступает отрицательный потенциал на длинном импульсе, что приводит к открытию инвертора 14(Г1) и закрытию инвертора 14(Г6), с выхода Гб которого на шину запрета второй части дешифратора поступает отрицательный потенциал (разрешение на запись длинного импульса кодовой серии). К этой шине подключены все выходы с 8-го по 30-й дешифратора. Импульс на выходе дешифратора появляется только на соответствующем длинном импульсе серии.
Прием серии команды, например, «Отключить 15-й объект в 4-й группе» графически описан с помощью временной диаграммы на рис. 7.35. На 8-м длинном импульсе кодовой серии на 8-м выходе ДШ возникает низкий потенциал, разрешающий протекание тока по цепи: +ЕК — шина 77— обмотка реле От — диод — резистор — шина 16 — контакт реле питания РП—(—£б). Реле От срабатывает, становится на самоблокировку через свой замкнувшийся контакт. Отрицательный потенциал этой и других цепей самоподпитки поступает с выхода Гб усилителя сброса УСб, выполненного на инверторе Гб модуля РВк15. На вход 75 УСб подается нулевой потенциал с выхода Г7 триггера ТПУ, поэтому УСб закрыт. Следующий длинный импульс серии под 24-м номером приводит к возбуждению реле «15об», которое становится на самоподпитку через блок защиты «Защ. 4». Ток самоблокировки протекает через резистор «Защ. 4» от входа 26 к выходу 7 и далее на Гб УСб. Последний длинный импульс серии, соответствующий 4-й группе приводит к появлению отрицательного потенциала на 29-м выходе диодного дешифратора ДШ. Реле «4гр» срабатывает и становится на самоблокировку через блок «Защ. 4». Ток самоблокировки протекает от входа 22 к выходу 7 и далее на Гб УСб. На 30-й позиции распределителя с 30-го выхода СчР на триггеры задержки ТЗД и повторного приема ТПП поступают отрицательные потенциалы, обеспечивающие их подготовку к переключению. На триггер ТПП с выхода Г5 триггера ТПУ также поступает потенциал — Ек, поэтому с его счетного входа снимается нулевой потенциал, разрешая заряд конденсатора. При переключении счетчика СчР в 31-ю позицию триггеры ТПП и ТЗД переключаются в состояние 1. С выхода Г7 триггера ТЗД на вход инвертора 14(Г5) подается нулевой потенциал, запирающий инвертор. Импульсы с триггера ЛТ через схему инвертора 14(Г5) на счетчик СчР перестают проходить и счетчик останавливается до сброса триггера ТЗД в состояние 0. Сброс триггера ТЗД осуществляет реле времени 14(Г4), которое срабатывает только на сверхдлинном импульсе, на выходе Г4 появляется нулевой потенциал, приводящий к разряду конденсатора триггера ТЗД и его сбросу. С выхода Г7 триггера ТЗД при сбросе по шине 2 на инвертор 14(Г5) поступает отрицательный потенциал, разрешающий импульсам с триггера ЛТ проходить на счетчик СчР. При этом инвертор 14(Г5) открывается и образуется 32-й импульс, отсутствующий в кодовой серии, который переключает распределитель в 32-ю позицию. С 32-го выхода СчР на триггеры КП1, КП2 и ТПУ подается отрицательный потенциал, разрешающий заряд их конденсаторов. Отрицательный потенциал появляется на его выходе ГЗ после срабатывания реле времени РВк13 и переключения распределителя в 32-ю позицию. На паузе после фазирующего импульса на шине ШЗ появляется нулевой потенциал, поступающий на заряженные конденсаторы триггеров КП1, КП2, ТПУ. Разряд конденсаторов приводит к сбросу триггеров и подготовке их к приему второй серии команды. При этом с клеммы 75 усилителя УСб снимается потенциал +ЕК. Что-
189
От
ФИ НП , КП7
ЛТ И-НЕ--1к	“+И” 1(Г6) 14(Г5)			
		J00 	 1 100WJ 1 у^ЗО 31	,32		00х 00 Х000"Ш _00 " 00- 000- 00Ё
СчР	Позиции			1 2 3 4	5 б]? 8 9 0
				
СчР	30-й вых.	И 		1
ТЗД	10(Г7)			
				
сди	14(Г4)	wa к		777/7777/777/77//77777//77777/А
Ф5	16(Г5)	-1—		1
ТПП ДлИ	9(Г8) 13(ГЗ)	7//////////77/'		777//777777777/77/7/777777777\
		МША		
ТПУ	9(Г5)			
КП1	9(ГЗ)			
				
КП2	9(Г2)			ШШШШШШШ'7777/77/\
				
СчР	32”-й вых.			
ЛТ	“+П” 1(Г5)			1
И-НЕ-	14(H)	777	77777777	7777777/77/7/77//77777Л7/7
-1к				
СчР Ф5	32'-й вых. 16(ГЗ)			
				
ТЗЧ	10(Г8)	77%Г7И%777/		ШШИИИШШИЯШ
				
Й-НЕ--2к	14(Гб)			И
УСб	15(Г6)			
И-НЕ- -1к	13(Г1) —	77/7//////////		
				
И-НЕ- -1к	15(H)	77777777777777/		7/7///77/777/77/77/777/7///77/Л
				
РВк	15(ГЗ)	'/Л		777777777777777777777/77777777
				—
1-я с<
15о6___4гр ФИ
00 ~00000~00----
00”00000
4гр

И
НП ,КП7
От
v 00 х ™ чш0“та
15об__4 гр	ФИ
00 -00000^00—
I
ЦЗЗ 24 25262?2S 29 30

	
	
	
	
и	и Ш7Л	И И И 0Г
	
	
\'77777777777/77'77777777777777777\	У/7/Ш/7///Ш7
	1
	
	
•	•
0 й 00 УУ/Л й У/УтУУУ/Л	^0Ш0Ш00Ш00
	
‘ШУ//ШАШ t	
	
	
У/Ш7////А	V////A	ЖЖШЖШЖ " "
	
И	И МША	И '
	
	
1	1
	
1	
1 1 ,	,	1	- -	1
1	 "	1 я команды	| _	2-я серия
команды
00 00000 '	I 29 30 31	32		
		
И		X.
	-	§ и
	>5-	
	ж		0 Пи
	£ в	S ьг 0
	t=: о?	Ю	
^^ШШШШ1^'/77777/7/Л	1 Я S	X
	я		S
ШШ.^ШШЫ.ШЛ7777М\	X	Я
	S	п
77Г77777Ш777МИ%7#^^^	о	?
	(-	0
	р	
	о	5
Ж	S	S
		S
		
\?Л777Л'АММ^А'Л7777777/Л		
		
		
		
		 " а	L		
		
		
		
		
		
Ш/ШШШ
777777777777777777/77777777777/.
77/ЛШ77Л	
	
t 2S 4 -Г 6 С	2
Рис. 7.35. Временная диаграмма работы полукомплекта ТУ КП при приеме команды
бы УСб не открылся и не сбросил набранные реле От, 15об, 4гр, триггер ТПП, переключившийся на 31-й позиции распределителя, подает на клемму 14 усилителя УСб с выхода Г8 потенциал +ЕК. УСб остается в закрытом состоянии, сохраняя самоблокировку набранных реле. Нулевой потенциал с Г8 ТПП подается также на диодную схему ДС2 и через нее на инвертор 15(Г1), который останется закрытым и реле исполнения команды не сработает после первой командной серии.
Работа устройства ТУ КП при приеме второй командной серии заключается в проверке соответствия принятой первой командной серии переданному приказу и выполнении этого приказа.
На первых семи импульсах второй серии команды происходит возбуждение триггеров ТПУ, КП 1 и КП2. На диоды схемы ДС1 подбираются на импульсах отрицательные потенциалы. Если импульс длинный, то инвертор 14(Г1) открывается, а 14(Г6) закрывается и подает с выхода Гб на шину запрета второй части дешифратора разрешение на запись. При полном соответствии обеих командных серий длинные импульсы второй командной серии будут приходиться на те позиции распределителя, к выходам которых подключены реле, находящиеся на самоблокировке. Таким образом, записанная на первой серии команда сохраняется при приеме второй серии.
На ЗО-й позиции распределителя готовятся к переключению триггеры ТЗД и ТПП. При переключении распределителя в 31-ю позицию триггер ТЗД возбуждается, а ТПП — сбрасывается в состояние 0 через свой счетный вход (возбуждение триггера ТПП произошло на первой серии). При сбросе триггера ТПП с его выхода Г8 на диодную схему ДС2 подается отрицательньгй потенциал. С выхода Г7 триггера ТЗД после его сброса импульсом с реле времени РВк14 на диодную схему ДС2 подается отрицательный потенциал. После этого на все диоды схемы ДС2 подаются отрицательные потенциалы, инвертор 15(Г1) открывается, реле исполнения РИ возбуждается и становится на самоблокировку, так как инвертор 13(Г1) открыт и нулевой потенциал с его выхода П через замкнувшийся контакт реле РИ поступает на его обмотку. На вход инвертора 13(Г1) потенциал — Ек поступает с выхода Гб усилителя УСб.
Срабатывание реле РИ приводит к замыканию цепи выходного реле РВ. На рис. 7.36 эта цепь показана жирными линиями: +£р—От—4гр—РВ—диод—15об—РИ—(—£р). Реле
Рис. 7.36. Выходные цепи устройства ТУ КП
191
РВ возбуждается при приеме приказа «Отключить в 4-й группе 15-й объект». Полный объем передаваемой на КП информации ТУ составляет 160 различных приказов. Так как каждый номер объекта (1об—16об) используется в 5 группах, то общее количество объектов равняется 80. На каждый объект может быть послано 2 приказа («Включить» или «Отключить»). Количество выходных реле на контролируемом пункте может быть максимально равно 160, т.е. срабатывание выходного реле соответствует выполнению определенного приказа.
Одновременно с возбуждением реле РИ высокий потенциал с инвертора 15(Г1) поступает на вход 77реле времени 15(ГЗ). Происходит запуск реле (см. рис. 7.35). Выдержка времени реле за счет внешнего конденсатора составляет 4-6 с. С выхода ГЗ на вход 25 УСб поступает в течение этого времени нулевой потенциал, удерживающий набранные реле (От, 15об, 4гр, РИ) в возбужденном состоянии, они в свою очередь удерживают в замкнутом состоянии цепь реле РВ (см. рис. 7.36). Сброс реле происходит после срабатывания реле времени 15, когда на выходе ГЗ появляется потенциал — Ек. На входы 14 и 75усилителя УСб также подаются потенциалы — Ек с триггеров ТПП и ТПУ. УСб открывается, на выходе 15(Г6) появляется нулевой потенциал, происходит сброс всех набранных реле. За время 4-6 с происходит переключение любого объекта с медленно действующим приводом.
Работа устройства ТУ КП на холостой серии заключается в переключении распределителя тактовыми импульсами с триггера ЛТ, проверке синхронной работы распределителей на фазирующем импульсе, их синхронизации при сбое, удержании триггеров КП1,КП2, ТПУ и ТПП в состоянии 0.
Сброс триггеров КП1, КП2 и ТПУ осуществляется на 32-й позиции распределителя, на импульсе триггеры готовятся, а на паузе сбрасываются в 0, если были в состоянии 1. Триггер ТПП сбрасывается в состояние 0 при переключении распределителя в 31-ю позицию. В 30-й позиции заряжается конденсатор формирующей схемы Ф16. На вход 3 этой схемы с триггера ТПУ (Г7) поступает потенциал ~ЕК. В 31-й позиции счетчика СчР со схемы «ЗО'-й вых. СчР» на Ф16 поступает нулевой потенциал, приводящий к разряду конденсатора на триггер ТПП и сбросу его в состояние 0.
Проверка синхронной работы распределителей передающего и приемного устройств ТУ на холостой серии осуществляется с помощью реле времени СДИ так же, как и на командной серии. Если 31-й импульс серии оказывается не сверхдлинным, триггер ТЗД останавливает счетчик СчР на 31-й позиции до прихода сверхдлинного импульса, на котором реле времени СДИ сбрасывает триггер ТЗД в 0, а счетчик распределителя переключается в 32-ю позицию.
Блок контроля и защиты (БКЗ) осуществляет контроль работы устройства ТУ как при холостой, так и при командной серии. Часть зашит срабатывают только при командных сериях.
Защита от замыкания контактов выполнена на модуле ЗК, схема которого приведена на рис. 7.36. Она предназначена для регистрации замыкания герконов как в процессе приема командной серии, так и в случае залипания их после исполнения команды или в любой момент времени при приеме холостой серии. Основой защиты являются два транзистора VT1 и VT2, первый из которых открыт при отсутствии входных сигналов, а второй — закрыт. Обмотка реле защиты от залипания контактов РЗК подключена к коллектору транзистора VT2. Контакт реле РЗК подключен к резистору R в схеме И1 (см. рис. 7.34). Модуль ЗК имеет три входа, выполняющих логическую операцию ИЛИ.
При длительном замыкании (залипании) контакта реле выбора операции Вк или От потенциал +Ер, поступая на вход 75 или 16, закрывает транзистор VT1, что приводит к открытию транзистора VT2 и срабатыванию реле РЗК.
При длительном замыкании (залипании) контактов реле выбора группы 1гр—5гр потенциал +Ер поступает также на вход 75 или 16 по цепи: +Ер—R1 — общая шина
192
диодной схемы — диод искрогашения VD — залипший контакт реле группы, например 5гр — вход 15 или 16. Транзисторы VT1 и VT2 переключаются, реле РЗК срабатывает.
При длительном замыкании (залипании) контактов реле выбора объекта 1об-16об потенциал +£р поступает на вход 11 защиты через резистор R1, диод VD, обмотку выходного реле, например РВ, замкнутый контакт реле, например 15об, и происходит переключение транзисторов VT1 и VT2 и срабатывание реле РЗК.
При длительном замыкании (залипании) контакта реле исполнения РИ потенциал —Ер поступает на вход 11 защиты, через резистор R2 и диоды на базу VT2, который открывается (при открытом VT1) и происходит срабатывание реле РЗК.
Срабатывание реле РЗК и замыкание его контакта в схеме И1 (см. рис. 7.34) приводит к подаче потенциала — Eq на резистор R. На второй позиции распределителя любой серии (холостой или командной) при условии, что на остальных диодах схемы будут отрицательные потенциалы, возбуждается триггер запрета ТЗП1. В процессе приема команды происходит замыкание контактов наборных реле и срабатывание РЗК. Схема И1 при этом заблокирована подачей на один из трех диодов схемы нулевого потенциала: от инвертора 13(Г5) при возбужденных триггерах КП1 и КП2; от триггера ТПП в интервале между двумя командами серии, когда триггеры КП1 и КП2 сброшены; от реле времени 15(ГЗ) в течение времени выполнения команды исполнительными реле.
Защита от рассинхронизации реагирует на несовпадение 31-й позиции распределителя с фазирующим импульсом кодовой серии. Защита включает две формирующие схемы Ф11( 16) и Ф11(1), на входы Зи 14 которых с выхода Г5 триггера ТЗД поступает отрицательный потенциал при его возбуждении в 31-й позиции счетчика СчР. С линейного триггера ЛТ на паузе положительный потенциал (+П) поступает на входы би 10 схем Ф11(1) и Ф11(16), что приводит к разряду конденсаторов этих схем на триггеры ТЗШ и ТЗП2.
Если устройство работает без рассинхронизации, то триггер ТЗД сбрасывается раньше, чем переключится ЛТ. При сбросе ТЗД с его выхода Г5 нулевой потенциал поступает на входы 3 и 14 формирующих схем Ф11, что приводит к разряду конденсаторов. Сигнал при разряде конденсаторов через резисторы недостаточен для возбуждения ТЗП.
Защита от искажений импульсов реагирует на появление в середине серии импульса длиннее длинного, соизмеримого по длительности со сверхдлинным. Как и предыдущая эта защита включает две формирующие схемы Ф11(2) и Ф11(15), на резисторные входы которых с выхода Г7 ТЗД поступает потенциал — Ек. С реле времени РВк 14(Г4) СДИ также поступает потенциал — Ек. Конденсаторы формирующих схем при этом заряжены. Появление искаженного импульса в середине серии вызывает после установленной выдержки времени срабатывание РВк 14 СДИ и разряд конденсаторов формирующих схем на триггеры ТЗП1 и ТЗП2.
Если появления искаженного импульса в середине серии не происходит, то на фазирующем импульсе переключение триггера ТЗД приводит к разряду конденсаторов до срабатывания реле РВк14 СДИ. Возбуждение триггеров ТЗП1 и ТЗП2 не происходит.
Защита от выбора двух объектовых или групповых реле выполняется на модуле «Защ.4», который содержит два пороговых устройства, выполненных на транзисторах VT1, VT2 и VT3, VT4 (см. рис. 7.34). В пороговых устройствах использованы дифференциальные нуль-индикаторы с эмиттерной связью.
Состояние транзисторов нуль-индикаторов зависит от соотношения потенциалов на их базах. Если потенциал базы транзистора VT1 выше, чем у транзистора VT2, то транзистор VT1 открыт, а транзистор VT2 закрыт и наоборот. Уровень потенциалов на базах транзисторов VT1 и VT2 зависит от величины падения напряжения на резисторах R1 и R3. Величина потенциала базы транзистора VT1 определяется падением напряжения на делителе R3, R4, а базы транзистора VT2 на резисторе R1.
193
13-6086
Ток самоблокировки реле выбора объекта протекает от +7ГК через обмотку и контакт реле, клемму 26 модуля, резистор R1, клемму 7 к выходу Гб усилителя УСб. Этот ток создает на резисторе R1 падение напряжения, при котором потенциал базы транзистора VT1 выше, чем транзистора VT2, поэтому транзистор VT1 открыт, а транзистор VT2 закрыт.
При одновременном выборе двух реле выбора объекта ток в резисторе R1 удваивается и потенциал базы транзистора VT2 становится выше, чем у базы транзистора VT1. При этом транзистор VT2 открывается, а транзистор VT1 зарывается. Открываются также транзисторы VT5, VT6, VT7. С выхода транзистора VT7 на клеммы 27 и 20 поступает нулевой потенциал и передается на триггеры запрета ТЗП1 и ТЗП2.
Контроль за количеством групповых реле, находящихся на самоблокировке, осуществляется по величине тока в цепи резистора R2. Пороговое устройство на транзисторах VT3 и VT4 срабатывает, если на самоблокировке находятся два и более групповых реле, транзистор VT4 открывается и через него открывается усилительный каскад на транзисторах VT5, VT6, VT7. Через транзистор VT7 нулевой потенциал подается на клеммы 27 и 20 и далее на триггеры запрета ТЗП1 и ТЗП2, которые срабатывают.
Защита от выбора двух и более КП выполняется на формирующих схемах Ф8, подключаемых к свободным после подключения триггеров КП1 и КП2 выходам распределителя (со 2-го по 7-й). Если длинный импульс приходится на позицию распределителя, к которой подключена одна из схем Ф8, то происходит заряд ее конденсатора с последующим на паузе разрядом на триггер ТПУ. Сброс триггера ТПУ означает либо выбор другого КП, либо ложный выбор двух КП, поэтому прием команды запрещается подачей с ТПУ нулевого потенциала на диодные схемы ДС1 и ДС2.
Если происходит отказ схемы Ф8 или на выходе Г5 ТПУ постоянно присутствует отрицательный потенциал, а триггер КП1 или КП2 находится в состоянии 0 и удерживает инвертор 13(Г5) в закрытом состоянии, то на 8-м импульсе с 8-го выхода СчР на триггеры запрета ТЗП1 и ТЗП2 поступит отрицательный потенциал и произойдет заряд их конденсаторов. При переключении счетчика СчР из 8-й позиции в 9-ю с 8-го выхода счетчика на ТЗП1 и ТЗП2 поступит нулевой потенциал и они переключатся в состояние 1.
Защита, реагирующая на неисправность триггеров ТПУ, КП1, КП2, предназначена для исключения приема ложной команды, вызванной повреждением триггеров. Для защиты используется инвертор 15(Г5), на входы которого с левых выходов триггеров КП1, КП2, ТПУ поступают потенциалы — Ек, если триггеры находятся в состоянии 0. Транзистор инвертора 15(Г5) при этом открыт, с его выхода Г5 нулевой потенциал поступает надиодную схему 8(6). При приеме командной серии на 1-м выходе распределителя появляется отрицательный потенциал, поступающий на вход 27 схемы 8(16). На выходе Г8 ТПП также присутствует отрицательный потенциал, поступающий на диодную схему 8(6). При пробое одного из левых транзисторов триггеров ТПУ, КП1, КП2 поврежденный триггер будет находиться в состоянии 1, нулевой потенциал с его выхода будет поступать на вход 77 или 22 инвертора 15(Г5), запирая его. В этом случае с 1-го выхода счетчика СчР через схему 8(6) отрицательный потенциал поступает на формирующие схемы Ф16(15) и Ф16(1), конденсаторы которых заряжаются. После окончания первого длинного импульса на паузе переключается реле времени РВк 13 в исходное состояние, с его выхода ГЗ нулевой потенциал через 1-й выход счетчика СчР, диодную схему 8(6) подается на формирующие схемы Ф 16(15) и Ф16(1). Разряд конденсаторов этих схем на базы правых транзисторов триггеров ТЗП1 и ТЗП2 приводит к переключению их в состояние 1.
Защита по числу импульсов в серии команды (защита по четности) предназначена для автоматического контроля числа длинных импульсов в кодовой серии команды. Защита состоит из триггера ТЗЧ 10(Г6, Г8) и формирующей схемы Ф16(2), обеспечи
194
вающей его сброс в состояние 0 на 32-й паузе каждой серии. Таким образом, к началу новой серии триггер ТЗЧ находится в состоянии 0.
Счетный вход триггера ТЗЧ подключен к выходу инвертора 14(Г1) схемы управления срабатыванием реле. В процессе приема команды происходит четырехкратное открытие инвертора 14(Г1) на каждой из двух командных серий. Первые три импульса соответствуют выбору операции, объекта и группы, а четвертый соответствует сверхдлинному импульсу (СДИ). При нормальном числе длинных импульсов в серии команды триггер ТЗЧ отсчитывает 8 импульсов с выхода Г1 инвертора 14 и к концу второй серии команды находится в состоянии 0. С его выхода Г8 отрицательный потенциал поступает на диодную схему ДС2, снимая запрет с инвертора 15(Г1) на включение реле РИ. При уменьшении или увеличении на единицу числа длинных импульсов триггер ТЗЧ к концу второй серии команды находится в состоянии 1 и через диодную схему ДС2 блокирует инвертор 15(Г1), запрещая срабатывание реле РИ.
Запрет операции включения объектов предусмотрен для исключения ошибок при особо ответственных операциях или ремонтных работах на КП. С этой целью предусмотрена специальная команда блокировки «Включить 16-й объект 3-й группы». При замыкании контакта реле 16об подается потенциал —Еб на резистор диодной логической схемы «28-й вых. СчР» на входе инвертора 1(ГЗ). Так как на 28-й позиции распределителя импульс, соответствующий выбору 3-й группы, является длинным, то на входе инвертора 1(ГЗ) появится отрицательный потенциал и он откроется. Через замкнутый контакт реле операции «Включить» нулевой потенциал с выхода ГЗ инвертора 1 поступает на обмотку реле Р12, которое возбуждается. Инвертор 1 (Г5) запирается нулевым потенциалом с выхода ГЗ инвертора 1. На 29-й паузе с шины запрета второй части дешифратора на входную диодную схему инвертора 1 (ГЗ) поступает нулевой потенциал, запирающий его. При этом вновь открывается инвертор 1(Г5), обеспечивая самоблокировку реле Р12 через собственный контакт. Другой контакт реле Р12, включенный последовательно с контактом реле Вк (см. рис. 7.36), размыкает цепь включения объектов, до тех пор пока реле Р12 возбуждено. При этом команда на включение любого объекта не будет выполнена. Чтобы появилась возможность включать объекты, необходимо послать команду на отключение реле блокировки Р12. При замыкании контакта реле От потенциал +ЕК поступает на инвертор 1(Г5), который запирается, на его выходе Г5 появляется отрицательный потенциал, в результате чего отключается реле Р12. Блокировка включения объектов снимается.
Одновременно этот же контакт От обеспечивает защиту от выбора двух операций, подавая +ЕК на шину питания реле Вк и запрещая его срабатывание при возбужденном реле От.
Питание цепей выбора наборных реле для уменьшения мощности блока питания осуществляется напряжением £g через контакты реле питания РП, управляемого инвертором 13(Г6) (см. рис. 7.34). На холостых сериях диодные схемы на входе инвертора 13(Г6) запираются нулевым потенциалом с выхода Г5 триггера ТПУ, инвертор 13(Г6) находится в закрытом состоянии, обмотка реле РП обесточена. При приеме командных серий триггер ТПУ возбуждается и с его выхода Г5 на диодные схемы управления инвертором 13(Г6) поступает потенциал — Ек. На другие два входа диодных схем с счетчика СчР (выходы I, И, III) подаются нулевые потенциалы, удерживая инвертор 13(Г6) в закрытом состоянии на позициях распределителя 1—19. Исполнительные реле выбора операции и объекта на этих позициях получают питание от шины 16, на которую напряжение поступает через замкнутый контакт РП. На позициях с 20-й по 31-ю снимается блокировка с инвертора 13(Г6), срабатывает реле РП и через его замкнувшийся контакт напряжение — Е§ подается на шину питания исполнительных реле 12об— 16об и 1гр—5гр (см. рис. 7.34).
195
7.8.	Принципы выполнения ТУ и ТС подсистемы «Лиена-В»
Передающее устройство телеуправления ТУ ДП(Р) является частью системы «Яис-на-В», оно предназначено для образования серий импульсов, которые по каналу связи передаются на устройство ТУ-ТС контролируемого пункта. Взаимодействие между блоками при передаче команд осуществляется в основном так же, как в рассмотренном ранее устройстве «Лисна-Ч». Основной особенностью является наличие шифратора выбора КП при вызове ТС. Управление выходными цепями шифраторов выбора КП при ТС и ТУ осуществляется блоком управления БУ в зависимости от рода работы устройства (вызов ТС или передача команд ТУ) (рис. 7.37).
Вызов телесигнализации осуществляется непрерывно устройством ТУ, которое автоматически посылает серии вызова ТС поочередно на каждый КП. Генератор тактовых импульсов ГТИ вырабатывает тактовые импульсы, поступающие на логический блок Л Б, а с него в линию связи через передатчик ЧМП и на счетчик распределителя. К выходам распределителя подключен шифратор ТС, управляемый также счетчиком циклов СчЦ. Работа шифратора ТС разрешается блоком БУ, если в этот момент нет передачи команды ТУ.
Серия вызова ТС (рис. 7.38, а) состоит из 16 импульсов. Пять первых импульсов используются для выбора КП кодом на одно сочетание С5 (два длинных импульса из пяти). Посылка импульсов с 6 по 15 используется для передачи ТС. 16-й импульс серии является сверхдлинным фазирующим и образуется на 16-й позиции распределителя. Номер КП, с которого вызывается телесигнализация, задается счетчиком СчЦ, воз-
Рис. 7.37. Структурная схема устройства ТУ ДП подсистемы «Лисна-В»
Выбор КП
£Ш
1-я группа ТС
Разрешение на передачу ТС ФИ _ Начало новой
серии
Импульсы ТС
0_Л______[
2-я группа ТС	। |~] |~|_|~| ।________
Выбор Выбор Выбор	Начало
б Выбор КП операции объекта группы ФИ 2-й серии hrnnmnhrXinr—1Ппг~1ПП1	Тпг~
a
КПБ	Вк 306 2гр
Рис. 7.38. Временная диаграмма работы устройства ТУ ДП(Р): а — серия вызова ТС с КП на ДП и ответные импульсы ТС; б — серия телеуправления
196
ком СчЦ, воздействующим на шифратор ТС. Шифратор преобразует номер КП в кодовую комбинацию из пяти импульсов, в которой всегда имеется два длинных импульса. На рис. 7.38, а приведена кодовая серия вызова ТС с КП7. Распределитель переключает счетчик СчЦ на последней паузе каждой серии при условии, что не было сбоев в процессе приема серии ТС с данного КП. При передаче серии импульс с соответствующей позиции шифратора ТС поступает в блок кодирования БК, осуществляющий удлинение импульсов в кодовой комбинации.
, При автоматическом вызове ТС цикл опроса всех КП занимает сравнительно продолжительное время (25—30 с). Обычно это не вызывает сложностей для энергодиспетчера, так как среди управляемых объектов, обычно включаемых в подсистему «Лисна-В», практически нет автоматически переключаемых устройств с малым временем коммутации. Однако при передаче команды задержка сигнала об ее исполнении отрицательно сказывается на оперативности работы энергодиспетчера. Поэтому при передаче команды, а также в тех случаях, когда диспетчеру необходимо быстро получить сигнал о состоянии объектов какого-либо КП, его номер задается кнопками управления. При этом счетчик СчЦ устанавливается в положение, соответствующее выбору данного КП.
Посылка команды телеуправления осуществляется энергодиспетчером путем нажатия двух кнопок (как в подсистеме «Лисна-Ч»): западающей кнопки выбора КП и операции и кнопки с самовозвратом выбора объекта и группы. При этом переключается блок БУ, входящий в него триггер начала передачи НП отключает от распределителя шифратор ТС и подключает к нему шифратор ТУ.
При переключении распределителя в первую позицию начинается передача первой командной серии (рис. 7.38, б). Серия содержит импульсы выбора КП кодом С’| = 10 (общее число КП равняется десяти), выбора операции кодом С2, выбора объекта cj, группы С4» а также сверхдлинный фазирующий импульс, равный по длительности двум длинным. Как и в устройстве «Лисна-Ч» командная серия передается дважды, что обеспечивается триггером повторной передачи в блоке БУ. После окончания передачи второй командной серии блок БУ автоматически отключает шифраторы ТУ с помощью триггера НП и подключает шифратор ТС, начинается серия вызова ТС. Если после отключения объектовой кнопки оставить на некоторое время нажатой кнопку выбора КП и операции, то вызов ТС будет производиться с КП, на который передавалась команда ТУ. Получив информацию о выполнении команды, диспетчер возвращает в исходное положение кнопку выбора КП и операции. Далее начинается автоматический вызов сигнализации с КП, следующего за тем, на который передавалась команда.
Блок кодирования имеет ряд особенностей. В отличие от передающего устройства «Лисна-Ч» сверхдлинный импульс образуется не в двух последних позициях распределителя, а в одной — 16-й, что позволяет более рационально использовать позиции распределителя для передачи информации. В связи с этим блок кодирования имеет два триггера кодирования: длинного импульса ТКД и сверхдлинного — ТКС (рис. 7.39). Триггер ТКД одновременно выполняет роль третьего разряда датчика времени.
В исходном состоянии оба триггера сброшены. Отрицательные потенциалы с их выходов Г7 и Г8 поступают на входы 18 и 19 инвертора 9(ГЗ), который удерживается в открытом состоянии. В результате этого тактовая серия с выхода Г8 триггера ТД генератора ГТИ на датчик времени ДВ не проходит.
При образовании длинного импульса на вход триггера ТКД поступает импульс, переключающий его в возбужденное состояние. При этом с выхода Г7 нулевой потенциал поступает на вход 18 инвертора 9(ГЗ), который после этого управляется через вход 1 генератором ГТИ. При появлении на выходе Г8 триггера ТД потенциала — Ек инвертор 9(ГЗ) отпирается и переключает датчик времени ДВ. Нулевой потенциал с
197
кЛБ
к 15-му вых. СчР
выхода Г8 триггера ТД запирает диодную логическую схему и инвертор 9(Г8), датчик ДВ готовится к переключению. Первый импульс на датчик времени ДВ поступает с формирующей схемы Ф17 в момент возбуждения триггера ТКД, следующие три импульса поступают на датчик времени ДВ с генератора ГТИ. Третьим импульсом датчик ДВ и триггер ТКД сбрасываются в 0, триггер ТКД подает потенциал — Ек на инвертор 9(ГЗ), который открывается, импульсы через него с генератора ГТИ не проходят. На этом удлинение импульса заканчивается.
При образовании сверхдлинного импульса на 15-й позиции распределителя на вход 16 триггера ТКС поступает отрицательный потенциал с 15-го выхода СчР, разрешающий заряд конденсатора триггера ТКС. При переключении распределителя в 16-ю позицию на вход 16 триггера ТКС поступает с 15-го выхода СчР нулевой потенциал, переключающий триггер ТКС в состояние 1. С его выхода Г8 на инвертор 9(ГЗ) подается нулевой потенциал, последний, как и при образовании длинного импульса, переключается импульсами с генератора ГТИ. Триггер ТКД в этом случае является третьим разрядом датчика времени. Счетчик на трех триггерах имеет полный цикл переключений равный восьми, из них один поступает с формирующей схемы Ф17, в момент возбуждения триггера ТКД. Таким образом, с генератора ГТИ поступает 7 импульсов, разделенных шестью паузами. Время сверхдлинного импульса равняется длительности 13 элементов тактовой серии (7 импульсов и 6 пауз). Окончанию формирования сверхдлинного импульса соответствует момент переключения триггера ТКД в состояние О, с его выхода Г5 на заряженный конденсатор триггера ТКС поступает нулевой потенциал. Разряд конденсатора приводит к сбросу триггера ТКС в состояние 0.
При образовании длинного и сверхдлинного импульсов с выхода Г7 триггера ТКД или Г8 триггера ТКС на логический блок Л Б подается нулевой потенциал, запрещающий его переключение. Это приводит к остановке распределителя до сброса возбужденного триггера кодирования.
Полукомплект контролируемого пункта представляет собой совмещенное устройство ТУ-ТС, имеющее ряд общих узлов ТУ и ТС (рис. 7.40). Для увеличения объема информации ТС, передаваемой с КП, на них предусмотрено два тракта ТС, оснащенных раздельными устройствами ввода информации (УВИ первой группы и УВИ второй группы) и независимыми частотными передатчиками ЧМП1 и ЧМП2, подключенными к линии связи ТС. Устройство ввода информации 1-й и 2-й групп подключены к одним и тем же позициям распределителя, но импульсы на выходе формируются только в зависимости от того, замкнут или разомкнут контакт-датчик ТС в данной группе. Импульсы разных групп передаются индивидуальными частотными передатчиками, работающими на разных частотах.Это позволяет в одной и той же позиции рас-
198
Рис. 7.40. Структурная схема устройства КП системы «Лисна-В»
пределителя передавать два импульса ТС (см. рис. 7.38). Подключение трактов ТС осуществляется, если в серии вызова ТС имеются два длинных импульса, соответствующих выбору данного КП. Импульсы телесигнализации формируются на выходе устройства ввода информации при совпадении импульса с распределителя с импульсом, поступающим через контакт-датчик ТС. Эти импульсы через линейные блоки ЛБ1 и ЛБ2 и передатчики ЧМП1 и ЧМП2 поступают в линию связи.
Наличие двух трактов ТС позволяет увеличить объем телесигнализации в два раза на одном КП или передавать телесигнализацию одновременно с двух КП. На сдвоенных КП устанавливаются отдельные комплекты аппаратуры. Объединенные КП в тракте передачи команд и вызова ТС существуют как один контролируемый пункт, т.е. выбор их осуществляется одной и той же кодовой комбинацией длинных импульсов.
При приеме командной серии импульсы с распределителя в позициях, с которыми совпадают длинные импульсы серии, поступают в запоминающее устройство. Каждая командная серия принимается дважды. После проверки правильности прохождения команды блоком контроля и защиты, а также при совпадении длинных импульсов в обеих сериях срабатывает блок исполнения БИ. Он обеспечивает передачу с запоминающего устройства записанной команды на выходные реле объектов телеуправления. Прием команды, синхронизация распределителей, контроль принимаемой команды и защита от сбоев выполняются аналогично применяемым в подсистеме «Лисна-Ч»
Приемное устройство телесигнализации (рис. 7.41) состоит из линии задержки ЛЗ, блоков синхронизации, контроля и защиты, счетчика-распределителя СчР, матричных дешифраторов КП1-1—КП10-2, запоминающих устройств ЗУ1-1—ЗУ10-2, бло-
Рис. 7.41. Структурная схема устройства ТС ДП системы «Лисна-В»
199
ков сигнальных тиратронов СТ1-1—СТЮ-2, блоков исполнения БИ1—БИ10, частотных приемников 1-й и 2-й групп ЧМПр1и ЧМПр2.
Синхронная работа распределителей приемного устройства ТС и контролируемых пунктов обеспечивается тем, что для их переключения используется одна и та же тактовая серия. Эта серия поступает на распределитель приемного устройства ТС с линейного блока передающего полукомплекта ТУ через линию задержки ЛЗ, учитывающую запаздывание импульсов в прямом и обратном каналах связи между ДП и КП. Из линии задержки ЛЗ тактовые импульсы поступают через блок синхронизации на счетчик распределителя. К выходам счетчика СчР подключены матричные дешифраторы, индивидуальные для каждого КП, причем они разбиты на две части, например, для первого контролируемого пункта КП1-1 и КП1-2, в соответствии с двумя группами объектов ТС на контролируемом пункте КП. Выходные цепи дешифраторов КП 1-1— КП10-2 открываются только при совпадении импульсов, поступающих с ЧМПр1, ЧМПр2 и счетчика циклов СчЦ. Счетчиком циклов определяется номер открываемого дешифратора КП, с которого осуществляется вызов ТС. Дешифраторы остальных КП в этот период заблокированы. К выходным цепям матричного дешифратора подключены запоминающие устройства ЗУ 1-1—ЗУ 10-2. При получении импульса из канала связи осуществляется запись информации на соответствующем элементе запоминающего устройства. В конце цикла опроса КП на фазирующем импульсе блок исполнения осуществляет сначала гашение сигнальных тиратронов СТ, затем считывание информации с запоминающего устройства ЗУ на сигнальные тиратроны, которые зажигаются в положении несоответствия.
Так как тактовая серия поступает на приемное устройство ТС непосредственно с устройства ТУ, расположенного рядом, то сбои маловероятны и применена только одна защита — от рассинхронизации. Наличие сбоев в устройстве КП определяется по появлению защитного импульса в 16-й позиции распределителя при опросе данного КП.
7.9.	Техническая характеристика системы телемеханики МСТ-95
С 1996 г. внедряется система телемеханики нового поколения МСТ-95 на базе интегральных микросхем. Микроэлектронная система телемеханики МСТ-95 предназначена для управления объектами электроснабжения железных дорог. Она может быть использована для управления устройствами электроснабжения городского транспорта и промышленных предприятий. Совместимость по протоколу обмена информацией с системой «Лиена» дает возможность поэтапно заменять устройства последней, выработавшие свой ресурс, устройствами системы МСТ-95 без перерыва эксплуатации действующей системы. Поэтому возможна замена отдельных устройств КП при сохранении без каких-либо переделок находящейся в действии аппаратуры ДП, а также полная замена устройств ДП без смены устройств контролируемых пунктов.
Система МСТ-95 работает по выделенным линиям связи при цепочном и древовидном размещении КП. Возможно применение системы и при радиальном размещении КП. Дальность передачи телемеханической информации при цепочной структуре составляет до 180 км (с промежуточными усилителями). Если по каким-либо причинам диспетчерский пункт удален от зоны расположения КП на сотни километров, то передача телемеханической информации между ДП и зоной КП осуществляется по выделенным каналам многоканальных систем связи. При этом в зоне КП обмен информацией происходит по физическим цепям.
Система МСТ-95 представляет собой телемеханический комплекс, в состав которого входят: подсистема МСТ-Ч, предназначенная для управления КП с большим объемом информации; подсистема МСТ-В, предназначенная для управления КП со средним и малым объемом информации; аппаратура 19 каналов связи, действующая в
200
тональном и частично в надтональном диапазоне частот; автоматизированное рабочее место энергодиспетчера (АРМ ЭЧЦ); сервисная аппаратура для наладки и контроля устройств системы.
Основные технические данные системы МСТ-95 приведены в табл. 7.3.
Таблица 7.3
Краткие технические данные системы МСТ-95
Подсистема	Число КП на один ДП	Число объектов на один КП		Число датчиков ТИ на один КП	Продолжительность передачи, с		Число частотных каналов	
		ТУ	ТС		команды ТУ	серии ТС	тс	ТУ
МСТ-Ч	15	80	122	4	2-3	До 5	19	1
мст-в	10	16	22	2	До 5	Цикл — до 16; по вызову — 2-3	2	1
	20	8	11	1		До5		То же	2	1
Подсистема МСТ-Чимеет структурную схему аналогичную.подсистеме «Лисна-Ч» (см. рис. 7.4). Она рассчитана на управление 15-ю контролируемыми пунктами с одного ДП. В составе аппаратуры ДП имеется одно, общее для всех КП, передающее устройство телеуправления ТУ ДП и индивидуальные для каждого КП приемные устройства телесигнализации ТС ДП. Соответственно, передача команд ТУ осуществляется по общему для всех КП частотному каналу в полосе частот тонального диапазона, а прием телесигналов — по аналогичным частотным каналам, число которых соответствует числу действующих в подсистеме КП. На ДП для отображения информации устанавливается щит диспетчера, на котором располагаются сигнальные ячейки. Схемы и временная диаграмма работы ячеек приведены на рис. 2.71. Предусмотрена возможность совместной работы с АРМ ЭЧЦ.
Аппаратура КП содержит приемное устройство телеуправления ТУ КП, передающее устройство телесигнализации ТС КП, встроенные преобразователи для ввода телеметрической информации ТИ КП, частотные приемник ЧМПр и передатчик ЧМП. Каждое устройство КП рассчитано:
-	на прием 80 двухпозиционных команд «включить-отключить»;
-	на передачу 122 телесигналов в одной кодовой серии.
Часть из 122 элементов кодовой серии ТС может быть использована для передачи информации ТИ. Число элементов, отводимых для ТИ, зависит от количества первичных датчиков и числа передаваемых разрядов сигнала ТИ (из расчета на один полный десятичный разряд — четыре элемента кодовой серии ТС). В базовом варианте имеется возможность использования четырех преобразователей ТИ.
При наличии АРМ и дополнительных технических средств количество передаваемой с КП информации может быть значительно увеличено (по вызову).
В подсистеме МСТ-Ч применен непрерывный принцип действия, использованы временное разделение элементов сигналов в кодовых комбинациях, первичная широтно-импульсная модуляция и тактовая синхронизация распределителей. Принятый протокол передачи в сочетании с ШИМ-ЧМ способом передачи обеспечивают высокую помехоустойчивость.
В кодовой серии используют три вида модулирования по длине элементов сигналов: короткие импульсы (паузы), длинные импульсы (паузы) и один сверхдлинный фазирующий импульс.
Кодовые серии ТУ и ТС подсистемы МСТ-Ч строятся по тому же принципу, что и «Лисна-Ч» (см. рис. 7.7 и 7.11). Холостая серия ТУ состоит из 30 коротких импульсов и одного сверхдлинного. Командные серии ТУ строятся точно так же, как в подсистеме
201
«Лисна-Ч»: выбор адреса КП двумя длинными импульсами из шести ), операции — одним длинным из двух (с'2), объекта — одним длинным из шестнадцати и группы — одним длинным из пяти Серия содержит 31 импульс. Первый длинный импульс командной серии определяет начало передачи (НП). Заканчивается серия сверхдлинным фазирующим импульсом (ФИ). Командная серия автоматически передается дважды. Исполнение команды производится лишь при соответствии обеих серий в приемном устройстве ТУ.
Принятая в подсистеме структура кодовых комбинаций в сочетании с широтноимпульсной модуляцией практически полностью исключает возможность передачи ложных команд.
Кодовая серия ТС состоит из 63-х импульсов и пауз. Каждый элемент серии (импульс или пауза) несет 1 бит информации: длинный импульс (пауза) соответствует одному из состояний объекта (например, отключенному), а короткий — другому состоянию (включенному). Последний импульс серии — сверхдлинный фазирующий. Он завершает кодовую комбинацию.
В подсистеме МСТ-Ч максимальная продолжительность передачи команды, состоящей из двух серий, составляет 4 с, а передача кодовой серии ТС — 5 с. Поскольку сигналы со всех 15 КП передаются одновременно по индивидуальным частотным каналам, то продолжительность передачи всего объема информации ТС равняется также 5 с.
Подсистема МСТ-В по своей структуре аналогична подсистеме «Лисна-В» (см. рис. 7.5). Она рассчитана на управление с одного ДП десятью КП при использовании их полной информационной емкости. Как передающее устройство ТУ, так и приемное устройство ТС являются общими для всех КП. Передача команд ТУ производится по частотному каналу в тональном диапазоне. Прием ТС осуществляется по двум аналогичным каналам.
В устройстве КП функции приема команд ТУ и передачи сигналов ТС совмещены. При этом максимальное число объектов ТУ составляет 16; максимальное число объектов ТС — 22. Часть позиций ТС может быть использована для передачи информации ТИ. Формально для передачи ТС в устройстве КП отведены с 6-й по 15-ю позиции кодовой серии, но на ряде КП число объектов ТС может быть несколько больше указанного (рис. 7.42). Это обусловлено тем, что передача может начинаться сразу после выбора КП. Если выбор КП осуществлен, например 1-м и 2-м импульсом, то уже с 3-й позиции распределителя можно передавать ТС. Если КП выбран 1-м и 3-м или 2-м и 3-м импульсами, то передача ТС может осуществляться с 4-й позиции.
Рис. 7.42. Кодовые серии подсистемы МСТ-В: а — вызова и передачи ТС; б — команды телеуправления
202
При суммарном числе объектов телеуправления на двух КП не более 16, эти КП
можно рассматривать как один и устанавливать на них отдельные полукомплекты с одним кодовым адресом. С каждого из них сигналы ТС будут передаваться по своему частотному каналу. Общее число КП, управляемых с одного ДП, в этом случае может быть увеличено до 20.
В подсистеме МСТ-В использован непрерывный принцип действия, временное разделение элементов кодовой комбинации и тактовая синхронизация распределителей.
В регулярном режиме передающее устройство ТУ ДП(Р) автоматически поочередно посылает на КП команды вызова ТС. Каждая команда представляет собой серию из 16 тактовых импульсов. Она содержит элементы выбора КП и сверхдлинный фазирующий импульс.
Адрес КП выбирается двумя длинными импульсами из пяти (рис. 7.42, а). Одновременно аналогичная серия импульсов передается на приемный полукомплект ТС ДП(Р), что обеспечивает синхронную работу распределителей ТУ ДП(Р), ТС ДП(Р) и устройств КП. В процессе вызова ТС на соответствующих позициях распределителя устройства КП посылают на ДП ответные импульсы.
Сигналы ТС, передаваемые контролируемыми пунктами поступают на ДП с некоторым запаздыванием, вносимым аппаратурой каналов и линией. Запаздывание компенсируется включением между устройствами ТУ ДП(Р) и ТС ДП(Р) линии задержки ЛЗ (см. рис. 7.11).
Максимальная продолжительность автоматического опроса всех КП составляет 16 с. При необходимости ускорения передачи ТС с конкретного КП используют режим «по вызову». В этом случае ответная серия ТС будет получена на ДП через 2-3 с.
Серия команды (рис. 7.42, б), состоящая из 16 импульсов, содержит элементы выбора КП (C'f), операции (с|), объекта (С4), группы (С4) и фазирующий импульс. Передается командная серия дважды, продолжительность передачи двух серий составляет около 5 с.
Конструкция аппаратуры системы телемеханики МСТ-95 имеет ряд принципиальных отличий от системы «Лиена», вызванных использованием новой элементной базы, что привело к существенному уменьшению габаритных размеров и веса.
Система комплектуется из стоек и шкафов, содержащих блоки модулей. Каждый модуль является либо функционально полным устройством, либо его частью. Все модули
выполняются в едином конструктивном плане и на основе плат с двухсторонним печатным монтажом. Размер платы 120 х 170 мм. Вдоль ее длинной стороны установлен шты-
ревой разъем. Модули вставляются в унифицированные блоки, рассчитанные на 13 мест.
На диспетчерском пункте устанавливаются стойки (рис. 7.43), которые образуют щит диспетчера (рис. 7.44) с мнемонической схемой управляемого участка. Схема формируется из набора мозаичных элементов размером 35x35 мм. В соответствии с конкретной схемой в любом месте щита можно расположить мозаичные элементы с сигнальными ключами (для двухпозиционных объектов), с сигнальными элементами (для однопозиционных) или с цифровыми индикаторами для телеизмерения.
В нижней части стоек щита устанавливаются в соответствии с проектом блоки устройств ТС ДП подсистемы МСТ-Ч, блоки ТУ-ТС ДП(Р) подсистемы МСТ-В и блоки питания. Количество стоек
Рис. 7.43. Стойка диспетчерского щита
и их расположение определяет размеры щита L1, L2, L3 и угол а (см. рис. 7.44).
203
Рис. 7.44. План диспетчерского щита
1500
Рис. 7.45. Пульт-стол ДП
Рис. 7.46. Аппаратура телемеханики на КП: а — стойка подсистемы МСТ-Ч; б — шкаф подсистемы МСТ-В
На щите используется мнемоническая сигнализация, при которой положение контролируемого объекта определяется по положению ключа управления. Вмонтированные в головку ключей светодиоды зажигаются, если положение объекта не соответствует положению ключа на щите.
Устройства телеуправления обеих подсистем ТУ ДП и ТУ ДП(Р), а также устройство телесигнализации временной подсистемы (ТС ДПР) размещены в столе диспетчера (рис. 7.45). На столе (3) расположены пульты управле
ния подсистем МСТ-В (1) и МСТ-Ч (2), телефон и другие устройства связи. Предусмотрено место для размещения аппаратуры АРМ диспетчера.
На КП подсистемы МСТ-Ч устанавливаются стойки КП (рис. 7.46, а), а на КП под
системы МСТ-В — навесные шкафы (рис. 7.46, б). В стойках и шкафах размещены модули с функциональными устройствами, содержащими телемеханическую аппаратуру, приемники и передатчики каналов связи, блоки питания. Имеются также панели с зажимами для подключения внешних цепей.
7.10.	Передающий полукомплект телесианализаиии системы МСТ-95
Передающий полукомплект ТС КП, структурная схема которого приведена на рис. 7.47, содержит модуль ТС КП, модули оптронного ввода информации MOI—МО4, частотный передатчик (ЧПер), группы контактов-датчиков импульсов КИ1—КИ4 и пауз КП1—КП4. В отличие от устройства ТС КП системы «Лиена» общие провода групп контактов-датчиков, сигнализирующих о положении объектов на импульсах КИ1—КИ4 и на паузах КП1—КП4, разделены, так как они подключены к разным входам ВИ (ввод на импульсах) и ВП (ввод на паузах) модуля ТС КП. Входы ВИ и ВП гальванически разделены. Разделение контактных групп позволило вдвое сократить число опт-ронных ячеек, за счет использования одной ячейки при вводе информации на импульсе и паузе одной позиции распределителя.
204
Рис. 7.47. Структурная схема передающего устройства ТС КП
Модули МО являются гальванической развязкой, предотвращающей проникновение помех из кабельных линий датчиков ТС при переключении мощных силовых аппаратов.
Модуль ТС КП, непрерывно циклически опрашивая через оптронные вводы контакты-датчики положения контролируемых объектов, выдает через передатчик ЧПер в линию связи тактовые серии из 63 импульсов и пауз, модулированных по длительности в соответствии с положением контактов. Каждая серия ТС заканчивается фазирующим импульсом. Расположенный в модуле ТС КП распределитель, управляемый генератором прямоугольных импульсов, при переключениях осуществляет проверку положений контактов-датчиков. Опрос производится на импульсах и на паузах. При замкнутом контакте распределитель выдает сигнал в расположенный также в модуле ТС КП узел кодирования, который, получив сигнал, останавливает распределитель на время, равное продолжительности пяти коротких импульсов. Одновременно на то же время удлиняется импульс (пауза) тактовой серии, поступающий через ЧПер в линию связи.
Модуль оптронов МО содержит 16 транзисторных оптронов Ul—U16, схемы которых приведены на рис. 7.48. Оптроны используются для ввода информации ТС и ТИ. Выходы всех оптронов (эмиттер-коллектор) независимы. Первая входная цепь оптрона (контакт 1 оптрона) имеет один общий провод, подключаемый через контакты А1, Bl, С1 разъема модуля к источнику питания Up +12 В. Вторая входная цепь каждого оптрона (контакт 2 оптрона) подключена через токоограничивающий резистор KIRI 6 к анодам двух диодов (например, VD1 и VD2 оптрона U1), катоды которых образуют независимые входы модуля, позволяющие вводить информацию на импульсах и паузах через один и тот же оптрон. К этим входам подключаются контакты-датчики ТС или входы модуля ТИ, другой конец которых через коммутатор модуля ТС КП периодически подключается к шине питания —12 В. Таким образом, через светодиоды оптронов, на входах которых имеются замкнутые контакты-датчики, протекает импульс тока, приводящий к отпиранию транзисторов оптронов. В каждый момент времени опрашивается только один вход одного оптрона, связанного с определенной позицией распределителя модуля ТС КП. Состояние этого входа оптрона определяет, кодировать (удлинять) или нет текущий импульс (паузу) передаваемой серии.
Модуль ТС КП (рис. 7.49) включает генератор тактовых импульсов ГТИ с триггером-делителем ТД, распределитель со счетчиком и двумя матрицами, кодирующее устройство и коммутатор.
Генератор тактовых импульсов собран на схемах DD1.1 и DD1.2. Выход генератора подключен к триггеру-делителю ТД (DD2.1). На выходах 7 и 2 триггера-делителя ТД формируется тактовая серия равных по длительности импульсов и пауз: на выходе 1 паузы (+П), на выходе 2 импульсы (+И).
Распределитель модуля включает два счетчика DD6 и DD7, которые образуют матрицу 8x8. Транзисторные ключи VT2—VT9 и VT10—VT17 образуют входы матрицы, к которым подключены выходы оптронов модуля МО, причем коллекторы к контактам С2—С7, а эмиттеры — к контактам С14—С21. В колонке изображения разъема указан «вес» каждого входа распределителя. Например, выход оптрона подключен к
205
.— — ГЧ n rn ГП rf ’t ir. 10*0	Ь-Г* M Ol^O, - — ——	—- —
с-J
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIDIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIHIIIIIIIIIIIIIII
С c — N el r'l tr, xt rf 1Д i/-, >Z) vc
— г-j ri en re xr sr, ir, >c \or~-r^oc&t>Oso>'~’ —* —'—	‘	•7*’—	'
U)< U)< СЛ <«<CU) <U)<U5<bQ <L0 < W <U3 <U3
llllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll
Рис. 7.48. Модуль оптронов МО
206
DD2.1
1 +п
DD1:2
6\
s
К561ЛА7	К561ЛА7 KT1
ГТИ
K561TM2
J-GND +12V ТД
R14...R21/30 к
<Z>
R21
cz>
DD1.1
GND
& O5
ВходА
q q q
Распределитель
K561IIE9
GND
DD7
DD3
CT
GND
В
&
VDl
VD2
VD3
VD4
VD5
ы
=^J
LZ3
К561ИЕ9
W GND
K561TM2
R22
Общий
DD11.2
GND
R
TH 1.2
GND
GND
GND
К561ЛА7
Un +24 В
30 к
13
30 к
GND
К 5 ^A
R40
R5
TT
110 к
16 k
R41
R42
R44
3.6 k
M
GND
GND
3,6 k
К561ЛА7
К561ЛА7
DD1.4
p,,, Импульсы
^„Вых. модул.
Паузы ,C.28f ( i
110 k §
Q
Q*-n
t/o“0”
DDl.
4V
30 k
VD8
—W* TZ Коммутатор
VD9
44
Рис. 7.49. Схема модуля ТС КП
i- GND
e4r
10
DD2.2
1л
13
Q

К561ИЕ9
Вход Б
Синхрон.
R31...R38/2.4 к
Bx. сбой ТУ
14 k
“n.63
2.4 k
+ 12 V
VD7
44-
TT
DD10:l
GND
K561TM2
8
9
10
DD10:2
GND
D£1L1  & О
К561ЛА7 DD11.3
9
К561ЛА7
К561ЛА7
DD9.2
Опри кодировании rs >
DD9.1
К561ЛА7
DD9.3
9
К561ЛА7
I “Мол
DD9.4
ГН1.3
C6
2400
R13

3.6 к
DD5.4
R25
К561ЛА7
К561ЛА7
R43
o
3,6 к
контактам разъема С2 и С21, имеем «О» + «8» = 8, т.е. данный оптрон опрашивается на 8-й позиции распределителя. Другой пример: выход оптрона подключен к контактам С9 и С19, имеем «40» + «6» = 46, т.е. оптрон опрашивается на 46 позиции. Таким образом, номер позиции распределителя равен сумме «весов» входов А и Б разъема модуля. Эмиттеры ключей VT2—VT9 объединены и подключены к цепи базы транзистора VT18, который обеспечивает удлинение (кодирование) соответствующего импульса или паузы.
Коммутатор выполнен на транзисторах VT23 и VT24 с оптронами U1 и U2. На структурной схеме передающего полукомплекта ТС КП (рис. 7.47) коммутатор условно показан как ВИ и ВП (ввод на импульсах и ввод на паузах). Транзисторы VT23 и VT24 гальванически изолированы. К их коллекторам подключены общие провода групп контактов-датчиков КИ и КП (рис. 7.47), кодирующих на импульсах (разъем С27) и на паузах (разъем С28). Контакт разъема С29 связан с шиной «0» источника питания 24 В. Управляется коммутатор инверторами DD1.3 и DD1.4 через эмиттерные повторители VT21 и VT22.
Транзисторный ключ VT19 образует выход модуля ТС КП. С коллектора транзистора через контакт С12 разъема сигнал поступает на модулятор передатчика. Светодиод HL2 «Мод», расположенный на лицевой панели модуля ТС КП позволяет визуально контролировать его работу. Транзистор VT1 управляет светодиодом HL1 «пбЗ», расположенным на лицевой панели модуля и загорающимся при проходе распределителем 63 позиции. Триггеры DD10.J и DD10.2 обеспечивают фиксацию и передачу сигнала «Сбой ТУ», который поступает на контакт Cl 1 разъема от устройства ТУ. Через инверторы DD11.1 и DD11.2 сигнал проходит на вход транзистора VT18.
При работе ГТИ с триггера-делителя DD2.1 импульсы и паузы поступают на инверторы DD4.1, DD4.2 и DD5.1, DD5.2. Входы 7 и 5 DD4 объединены и через резистор R3 подключены к катодам диодов VD1—VD5, которые объединяют выходы счетчика DD3. Рабочим выходом является только один выход — 7DD3. Остальные выходы, объединенные через диоды, предотвращают ложное кодирование в случае сбоя счетчика DD3. Катоды диодов VD1—VD5, объединяющие выходы счетчика DD3, подключены к его же входу 13 блокировки счета. Когда на этом входе появляется сигнал 1, счетчик останавливается.
Процесс формирования серии при отсутствии закодированных (длинных) импульсов и пауз происходит в следующем порядке. В установившемся режиме счетчик DD3 остановлен сигналом 1 с его же выхода 7. При этом на входах 1и5 инвертора DD4 постоянно присутствует сигнал 1, поданный через резистор R3. На входы 2 и 6 инвертора DD4 поочередно поступают импульсы и паузы с триггера-делителя DD2.1. На импульсах сигнал 1 будет на обоих входах инвертора DD4.1, на паузах — на входах инвертора DD4.2. Следовательно, на импульсах на выходе 3 DD4.1 будет сигнал 0, переключающий триггер-защелку DD4.3, DD4.4 в положение, при котором на выходе 10 DD4.3 появляется сигнал 1, а на паузах сигнал 1 будет на выходе И DD4.4, т.к. на выходе 4 DD4.2 появляется сигнал 0.
Таким образом, триггер-защелка повторяет на своих выходах импульсную последовательность, имеющуюся на выходах триггера-делителя DD2.1. С выходов триггера-защелки сигналы поступают на входы 9 инвертора DD1.3 и 13 инвертора DD1.4, а на входы 8 и 12 подается сигнал 1 с выхода 3 инвертора DD8.1. Таким образом, на импульсах сигнал 0 появляется на выходе 77 инвертора DD1.4, а на паузах — на выходе 10 инвертора DD1.3. Соответственно, поочередно закрываются оптроны U1 и U2, что приводит к поочередному открыванию транзисторов VT23 и VT24 коммутатора. К их коллекторам подключены общие провода контактов-датчиков: опрашиваемых на импульсах — к транзистору VT24, на паузах — к транзистору VT23.
С выхода 11 инвертора DD4.4 триггера-защелки сигнал поступает на вход 72 инвертора DD5.4. Инвертор DD5.4 переключается и на коллекторе транзистора VT19
208
воспроизводится последовательность импульсов и пауз, поступающая через контакт С12 разъема на модулятор передатчика.
С выходов 10 и 11 триггера-защелки DD4 сигналы поступают также на входы 5 и С триггера DD2.2. В начале каждого импульса по 5-входу, а в начале каждой паузы по С-входу триггер DD2.2 возбуждается, а по цепи R7, С4 автоматически сбрасывается через 0,5 мкс. В момент сброса с выхода 12 триггера через дифференцирующую цепь С6, R13 подается короткий импульс на вход 9 инвертора DD9.3. Однако на входе 8 DD9.3 сохраняется 0, и поэтому сигнал дальше не распространяется.
На 63-й позиции распределителя с выхода 4 инвертора DD8.2 на вход 2 инвертора DD9.1 поступит сигнал 1, в результате чего на вход 6 инвертора DD9.2 поступит сигнал 0, а на вход 8 инвертора DD9.3 — сигнал 1. Теперь импульс, поступивший на вход 9 инвертора DD9.3 пройдет на выход 11 инвертора DD9.4 и по R-входу сбросит счетчик DD3. На входах 1 инвертора DD4.1 и 5 инвертора DD4.2 появится сигнал 0 и триггер-защелка прекращает переключаться, сохраняя сигнал 0 на выходе 11 DD4.4. На обоих входах инвертора DD5.4 также сохраняется сигнал 0, транзистор VT19 открыт и с его коллектора сигнал 0 поступает на контакт С12 разъема и далее на модулятор передатчика ЧПер.
Так как триггер-защелка не переключается, на С-входе счетчика DD6 постоянно присутствует сигнал 1, распределитель останавливается в 63-й позиции. С выхода 10 инвертора DD4.3 на вход 6 инвертора DD5.2 подается сигнал I и импульсы с входа 1 DD2.1 триггера-делителя через инверторы DD5.2 и DD5.3 поступают на вход 14 счетчика DD3, который переключается. При поступлении третьего импульса на выходе 7 счетчика DD3 появляется сигнал 1, дальнейший счет блокируется по входу 13. На входы 1 инвертора DD4.1 и 5 инвертора DD4.2 подается сигнал 1 и триггер-защелка начинает переключаться вновь. Это приведет к появлению сигнала 0 на выходе 10 инвертора DD5.3, т.е. третий импульс с выхода 10 инвертора DD5.3 окажется очень коротким. Для его удлинения используется цепь R3 и С2, задерживающая переключение триггера-защелки после появления сигнала 1 на выходе 7 счетчика DD3. Реальная длительность третьего импульса на выходе 10 инвертора DD5.3 составляет около 60 мкс. Таким образом, время, в течение которого триггер-защелка остановлен, равно пяти элементам тактовой серии.
В результате переключения триггера-зашелки с его выхода 11 инвертора DD4.4 на вход 12 инвертора DD5.4 подается сигнал 1, на входе 13 инвертора DD5.4 еще сохраняется сигнал 0, транзистор VT19 остается открытым и сигнал 0 с его коллектора поступает на контакт С12 разъема и далее на модулятор передатчика ЧПер, частота работы которого не изменяется, хотя в модуле ТС КП формируется 63-я пауза. В момент переключения триггера-защелки на С-вход триггера DD2.2 поступает импульс, а так как на D-входе в это время имеется сигнал 0, триггер DD2.2 не возбуждается и, значит, не формируется импульс сброса счетчика DD3, т.е. связь D-входа триггера DD2.2 с выходом 3 инвертора DD9.1 исключает удлинение 63-й паузы.
С приходом 64-го импульса триггер-защелка вновь переключается. На вход 12 инвертора DD5.4 подается 0, а сигнал 1 с выхода 10 инвертора DD4.3 переключает счетчик DD6 и переводит распределитель в 64-ю позицию, а также возбуждает триггер DD2.2 по 5-входу.
При переходе распределителя в 64-ю позицию на выходе 4 инвертора DD8.2 появляется 0, но на входе 2 DD9.1 еще сохраняется сигнал 1 с помощью цепи R9, С5, VD6. Постоянная времени замедления цепи R9, С5 больше, чем цепи R7, С4, поэтому при сбросе триггера DD2.2 на входе 2 инвертора DD9.1 сохраняется сигнал 1. Благодаря этому импульс на выходе 12 триггера DD2.2 вновь сбрасывает счетчик DD3, точно так, как на 63-м импульсе. Триггер-защелка останавливается на время, равное пяти элементам тактовой серии. Все процессы повторяются до очередного переключения триггера-защелки. Однако теперь на вход 13 инвертора DD5.4 поступает сигнал 1 с выхода 3 инвертора DD9.1. Инвертор DD5.4 закрывается, транзистор VT19 также зак
209
14-6086
рывается и на выходе С12 модуля появляется сигнал 1, поступающий на модулятор передатчика. В линию связи передается 63-я пауза.
Процесс кодирования импульсов и пауз протекает аналогично тому, как происходило удлинение 63-го импульса. Информация о состоянии контактов-датчиков ТС вводится через модули оптронов МО. Выходы оптронов включены между входами А и Б матриц распределителя.
Если замкнут контакт-датчик на входе опрашиваемого оптрона, транзистор на его выходе открыт. Создается путь для протекания тока: +12 В — транзистор VT10-VT17 — транзистор VT2-VT9 — диод VD7 — база транзистора VT18 — эмиттер VT18-GND. Транзистор VT18 открывается и на вход 5 инвертора DD9.2 поступает сигнал 0. На входе 8 инвертора DD9.3 появляется сигнал 1. Одновременно 0 поступает на вход 1 инвертора DD9.1, с выхода 3 инвертора DD9.1 на триггер DD2.2 подается сигнал 1. При сбросе триггера DD2.2 с помощью цепи R7, С4 на его выходе 12 формируется импульс, который по цепи R12, С6 поступает на вход 9инвертора DD9.3. Так как на входе б’инвертора DD9.3 присутствует сигнал 1, то инвертор запирается. Инвертор DD9.4 отпирается, импульс с его выхода сбрасывает счетчик DD3, что приводит к остановке триггера-защелки в положении «импульс» или «пауза», а на выходе модуля С12 на протяжении пяти тактовых элементов поддерживается 0 или 1, т.е. формируется длинный импульс или пауза.
Для передачи сигнала «Сбой ТУ» на ДП служат триггеры DD10 и инверторы DD11. Этот сигнал вводится из блока ТУ КП через контакт Cl 1 разъема модуля ТС КП и возбуждает по 5-входу триггер DD10.1. С его выхода 2 на £)-вход триггера DD10.2 поступает сигнал 1. На 62-й позиции распределителя, которая служит для передачи сигнала «Сбой ТУ», с выхода 11 DD8.4 на С-вход триггера DD10.2 поступает сигнал 1, который возбуждает этот триггер. В результате на выходе 4 инвертора DD11.2 появляется сигнал 1, который через резистор R26 открывает транзистор VT 18 и начинается процесс кодирования 62-го импульса серии. Вместе с 62-м импульсом удлиняется и 62-я пауза, что является недостатком работы модуля. По возможности 62-ю паузу желательно не использовать для какого-либо рабочего сигнала, так как на щите диспетчера одновременно с сигналом «Сбой ТУ» загорится ложный сигнал, соответствующий 62-й паузе.
При переходе распределителя в 63-ю позицию на вход 9 инвертора DD11.3 поступит 0, следовательно, состояние С-входа триггера DD10.1 изменится с 0 на 1. Если к этому моменту сигнал «Сбой ТУ» на 5-входе исчез, то триггер сбросится. Сброс триггера DD10.2 произойдет на 62-й позиции следующей серии при условии, что сигнал «Сбой ТУ» не появился вновь. Если сигнал «Сбой ТУ» не исчезает, сброса триггера не происходит.
В схеме модуля ТС КП предусмотрены меры защиты от неправильности кодирования. Так, пробой транзистора VT18 приводит к тому, что кодируются все импульсы и паузы. Однако благодаря связи коллектора транзистора VT18 с входом / инвертора DD9.1 на выходе 3 инвертора DD9.1 постоянно будет присутствовать сигнал 1. Значит 63 пауза не будет заполняться импульсом, а также она будет удлиняться, вместо сверхдлинного импульса будет сформировано два длинных импульса, разделенных длинной паузой. Иными словами, сверхдлинный импульс искусственно «разрушается». Это обнаруживается приемным полукомплектом на ДП, который блокирует вывод на щит принятой информации и включает сигнал «Сбой».
Для обнаружения пробоя транзисторов VT23 и VT24 коммутатора объединенные входы 8 и 12 инвертора DD1.3 соединены с выходом 3 инвертора DD8.1, где на 63-й позиции распределителя устанавливается сигнал 0. На этой позиции открыты оба оптрона коммутатора, а транзисторы VT23 и VT24 закрываются и кодирования не происходит. Если же будет пробит один из транзисторов коммутатора, сверхдлинный импульс также окажется «разрушен» паузой.
210
7.11.	Приемный полукомплект телесианализации системы МСТ-95
Приемный полукомплект ТС ДП, структурная схема которого приведена на рис. 7.50, содержит частотный приемник (ЧПр), модуль обработки (МОБ), модули сигнальных ячеек (МСЯ) и элементы индикации (сигнальные элементы). Все перечисленные элементы, кроме элементов индикации, расположены в блоке ТС ДП. Элементы индикации располагаются на лицевой панели диспетчерского щита (сигнальные ключи БСП, однопозиционные сигнальные блоки БС, цифровые ячейки телеизмерения ЯТИ).
Частотные сигналы кодовой серии поступают из линии связи в частотный приемнике ЧПр. Кодовая комбинация, преобразованная приемником в серию прямоугольных импульсов, поступает на распределитель, расположенный в модуле МОБ. Распределитель переключается на каждом такте серии. Его выходные цепи открываются только на длинных импульсах (паузах). Каждый выход распределителя связан с входом одной сигнальной ячейки (рис. 2.71) модуля МСЯ, входящего в состав оперативного запоминающего устройства ОЗУ. Каждый модуль МСЯ содержит 16 таких ячеек, а ОЗУ включает в себя 8 таких модулей.
Сигнальная ячейка выполнена на двух D-триггерах. Первые триггеры всех модулей МСЯ принимают текущую информацию, вторые — хранят данные, полученные в предыдущей серии. Перезапись информации из первой группы триггеров во вторую происходит по сигналу «Считывание», поступающему на модуль МОБ. Сигнал «Сброс», поступающий из того же модуля, осуществляет запись 0 во все триггеры первой группы. По сигналам «Считывание» и «Сброс» модули МСЯ могут управляться раздельно. Это позволяет легко организовать действие ТС и ТИ по вызову, что расширяет объем принимаемой информации.
К выходам модуля МСЯ подключены сигнальные элементы, размещенные на панели диспетчерского щита. Выходы сигнальных ячеек пронумерованы в соответствии с номерами импульсов и пауз в кодовой серии. Это позволяет легко определить место подключения сигнального элемента конкретного объекта без специальной платы кодирования. В процессе приема серии модуль МОБ осуществляет контроль получаемой кодовой комбинации. Если серия была принята без искажения, производится считывание принятой информации и передача ее на сигнальные элементы. В ключах и сигнальных блоках расположены светодиоды с токоограничивающими резисторами. Элементы памяти вынесены в отдельные модули МСЯ. В блоке ТС ДП устанавливается 8 таких модулей, что позволяет управлять 128 элементами индикации. В ячейках телеизмерений ЯТИ расположены цифровые индикаторы и дешифраторы (рис. 7.51). Функции отсутствующего на ДП блока ТИ выполняют модули МСЯ. Сигналы от МСЯ поступают на ячейки телеизмерения ЯТИ, расположенные на мозаичной панели щита ДП. Ячейки ТИ включают в себя дешифраторы ДШ и восьмисегментные полупроводниковые индикаторы ПИ. На рис. 7.51 приведена структурная схема одного разряда устрой-
К элементам индикации
Рис. 7.50. Структурная схема приемного устройства ТС ДП
От МСЯ ТС ДП
Рис. 7.51. Структурная схема устройства ТИ ДП
211
Рис. 7.52. Структурная схема ОЗУ
ства ТИ ДП. Обычно табло ТИ содержит два-три разряда, отображающих значение контролируемого параметра.
Модуль сигнальных ячеек МСЯ содержит 16 ячеек оперативного запоминающего устройства ОЗУ (рис. 7.52). Блок ТС КП включает в себя 8 модулей МСЯ, схема одного из них представлена на рис. 7.53, а схема одной ячейки МСЯ и временная диаграмма ее работы — на рис. 2.71. Входы каждой ячейки памяти подключаются к выходам распределителя МОБ (см. рис. 7.52): один вход — к одному из 8 выходов, которые отпираются на длинных импульсах «И», или — на длинных паузах «П» кодовой комбинации; другой вход — к одному из 8 общих для групп из 8 ячеек выходов «ОВ» (О, 8; 16; 24; 32; 40, 48; 56)
Таким образом, к каждому из 8 модулей МСЯ с выходов «И» и «П» распределителя МОБ подходит по 8 линий, подключаемых к соответствующим входам ячеек памяти. Другие 16 входов модуля МСЯ объединены между собой и подключены к общему выходу «ОВ» распределителя: модуль МСЯ1 — к выходу О, модуль МСЯ2 — к выходу 8; модуль МСЯЗ — к выходу 16 и т.д. В каждом модуле МСЯ первые 8 ячеек работают на паузах, остальные 8 — на импульсах.
Выходные цепи ячеек памяти подключены к внешним разъемам с таким расчетом, чтобы упростить подключение сигнальных элементов к определенным позициям распределителя: номера контактов разъемов соответствуют номерам объектов в проектной документации. Например, выводы ключа 1-го объекта подключают к контактам 1А и 1Б разъема И1, ключа 2-го объекта к контактам 2А и 2Б разъема И1 и т.д. Аналогично к разъемам П1 и П2 подключают сигнальные элементы, принадлежащие соответствующим позициям распределителя в группе пауз. Такой способ формирования выходных цепей модулей МСЯ позволил отказаться от специальной платы кодирования и существенно упростить конструкцию ключей и сигнальных элементов.
Последняя ячейка модуля DD16 (см. рис. 7.53) отличается от других наличием цепи R84, С31. Эта ячейка предназначена для управления мигающим сигналом «ТС» (контроль приема серии ТС). В семи первых модулях блока ТС ДП на конденсаторе С31 установлена шунтирующая перемычка и ячейка работает в обычном режиме. В восьмом модуле перемычки нет, а вход ячейки DD16 подключен к 60-й позиции распределителя «И», где в нормальной серии ТС постоянно закодирована единица. Оптрон U16
212
VD1
GND
K561TM2 , DPI.2 ,
DDL I
VT1
R7
D
51 к
D
VD2
U2
VT3
R9
K56ITM2 “Г)Ш ".
5' к VT2 R8
GND
51 к
D
VD3
DPI: I
ES3
K561TM2 DDI.l
VT4
из
K561TM2 DD2.2
TT
KS61TM2
DD4.1
TT
IttU-
GND
K561TM2
iGND
VD4
GND
VT5
51 к
RIO
G1 D
51 k
D
VT7
K561TM2
DDI.l ,
R12 VT6
R13
D
51 к
51 k VT8
R14
D
GND
V vcc
gggjjgjjgjjljgljjijigjjjjjjjjjjjijijjgjiljjigjijijjjijil 1111Ш1Ш1111Ш111ПН111Ш11

w




Рис. 7.53. Модуль сигнальных ячеек МСЯ
передает этот сигнал на вход S1 триггера DD16.1, возбуждая его. С выхода 2 триггера DD16.1 на £)-вход триггера DD16.2 подается 0. В конце кодовой комбинации при считывании триггер DD16.2 переключается. На его выходе 72 появляется сигнал 1, отпирающий транзистор VT32, через который зажигается сигнальный светодиод. Одновременно начинается заряд конденсатора С31. Через 0,2 с на .S’-входе триггера DD16.2 появится сигнал I, возвращающий триггер в предшествующее состояние. Транзистор VT32 запирается, сигнальный светодиод гаснет. В следующих кодовых сериях повторяется аналогичный процесс.
Поскольку в режиме мигающего света используется только одна сигнальная ячейка в одном модуле МСЯ, то аналогичные ячейки в других модулях путем установки перемычки, шунтирующей конденсатор С31, преобразуются в ячейки, пригодные для приема обычных двух- или однопозиционных сигналов.
Модуль обработки МОБ (рис. 7.54) является приемным устройством ТС ДП. Сигнал с выхода приемника поступает на контакт С2 разъема модуля. Далее сигнал про-
213
С12
DDl.l
S (Value) --------
GND л
5
D
R
тт
DD4.1
?DD4.2
б
Л Э"
2£<
СА
DD9
СТ
О
3
K561TM2
GND ЛТ
К561ЛА7 DD4.3
8
9

К561ЛА7 DD4.4
К561ЛА7
+12V
С1
К561ЛА7
13
15
R
а
Распределитель
R16
420
£
£
£
£
£
£
18
420
DD2.1
& >
& DD2.2
в
GND
£
4
DD7.1
S D
R
ТТ
GND
4
(ND К561ИЕ9 JU , ___|g	«
н
VT1
АОД101 АП307БМ1
К561ЛА7
С2
(Value)
DD2.4
К561ЛА7 R3
K561TM2
R5 ТЗД
(Value)
DPS
GND
СТ
GND
K561IIE9
R37
DD3.1
& >
30
К561ЛА7
DD3.3
& >
G-fe OND
R32
GND
(VaTut) 9
(Value)
R17
GND
К561ЛА7
К561ЛА7
_________1.1 к DP 5.1___. DD5.2
& V
К561ЛА7
DD5.3
К561ЛА7
б
&
К561ЛА7
DD5.4 n
&
К561ЛА7
8
9
10
-VT2 DD7.2
GND
.DD3.2
A-t?^
DDM n £J3
К561ЛА7	K561.TA7
S
D
R
ТТ
13
K561TM2 ТЗП
-ku H s
C6
JJ4U GND
К561ЛА7
51 к
DD6.2
bi
6
К561ЛА7
14.
R
DD
0
1
4 3
6
Р
R27GND К561ИЕ9
link
DD6.I
л O'
К561ЛА7
Рис. 7.54. Функциональная схема модуля МОБ
7Z
Ж
VT25,
R34
30k
ail
К561ЛА7
R30
<23-1VT24
®k
GND
DD6.3 GND DD6J
|o^—
GND VT21
GND
XI :2
+12V
XR1:31

ходит на вход 5 линейного триггера DD1.1. Цепь DD4.3, С12, R38, R39 обеспечивает работу триггера в режиме повторителя, т.е. его выходной сигнал соответствует входному в любой момент времени.
Выход 1 триггера DD1.1 через инверторы DD4.1 и DD4.2 соединен со счетчиком распределителя, который образован двумя счетчиками DD9 и DD10. Выходы распределителя образуются между парами выходов счетчиков, каждый из которых имеет 8 выходов. К выходам подключены транзисторные ключи. Группа транзисторов VT26— VT33 является общей для импульсов и пауз. Группа транзисторов VT5—VT12 работает на импульсах, а группа транзисторов VT13—VT20 — на паузах.
Включается в работу та или иная группа транзисторов управляющими транзисторами VT22 или VT23. Транзистор VT22 открывается при наличии в серии длинного импульса, транзистор VT23 — при наличии длинной паузы.
Селекцию по длительности элементов принимаемой серии осуществляет датчик времени на базе счетчика DD8. Его выход 3 — это выход длинного импульса или длинной паузы, а выход 5 — выход сверхдлинного импульса. На С-вход счетчика DD8 поступают импульсы тактового генератора DD2.1, DD2.2. Инвертор DD2.3 переключается на импульсах и паузах поступающей серии линейным триггером DD1.1, при этом он осуществляет сброс счетчика DD8 как в начале импульса, так и в начале паузы.
Триггер задержки (ТЗД) DD7.1 возбуждается по С-входу на 63-й позиции распределителя благодаря оптрону U1. Сбрасывается ТЗД сверхдлинным импульсом. При возбужденном триггере задержки ТЗД блокируется переключение инвертора DD4.1 и прохождение через него сигнала от линейного триггера DD1.1 на вход 14 счетчика распределителя DD9.
Триггер запрета (ТЗП) DD7.2 блокирует считывание полученной информации, если в серии ТС обнаружился сбой или произошла рассинхронизация. Триггер запрета ТЗП срабатывает, если при возбужденном триггере задержки ТЗД возникает пауза, т.е. 63-й импульс оказывается несверхдлинным. Сигнал на возбуждение триггере ТЗП поступает на его S’-вход с линейного триггера DD1.1 через инверторы DD5.1 и DD5.2. Если при сброшенном триггере ТЗД в серии обнаруживается сверхдлинный импульс (пауза), триггер запрета ТЗП возбуждается по С-входу счетчиком DD8 через инверторы DD5.3 и DD5.4. Возбужденный триггер ТЗП блокирует считывание информации через инверторы DD6.2, DD6.3, DD6.4 и транзистор VT21, а открывая транзистор VT24, зажигает на щите сигнал «Сбой». На первой позиции распределителя открывается оптрон U2 и через инвертор DD6.1 подает импульс сброса на Д-вход триггера запрета ТЗП. Кроме того, открывается транзистор VT25, который подает сигнал 1 на входы сброса всех модулей МСЯ.
Расположенные в модуле МОБ тумблеры SA1 и SA2 служат для оперативной проверки тракта записи-считывания и исправности элементов индикации на щите. Нормальное положение тумблеров — выключенное. При включении тумблера SA1 во все ячейки всех модулей МСЯ будет записываться сигнал 0. При включении тумблера SA2 (SA1 выключен) во все ячейки всех модулей МСЯ записывается единица.
Работа полукомплекта ТС ДП заключается в записи серии ТС, поступающей с КП, воспроизведении на диспетчерском щите полученной информации при условии отсутствия в процессе приема сбоев и рассинхронизации распределителей КП и ДП.
Сигналы ТС из линии связи поступают на линейный модуль МЛ и с его выхода на приемник ЧПр. С выхода ЧПр сигнал проходит на модуль МОБ. В принимаемой серии импульсу соответствует 1, паузе — 0. На каждом импульсе серии распределитель переключается в следующую позицию.
В течение первых восьми импульсов происходит переключение счетчика DD9. Девятый импульс переводит его в первую позицию, а с выхода Р (перенос) сигнал 2 подается на С-вход счетчика DD10, переключая его в следующую позицию. Таким образом, получается 8 х 8 = 64 позиции распределителя.
215
Когда распределитель доходит до 63-й позиции, отпирается транзистор VT1, т.к. сигнал 1 поступает на его базу с выхода 5 счетчика DD9. На базу транзистора VT2 также поступает сигнал 1 с выхода 70 счетчика DD10. Отпирание транзисторов VT1 и VT2 приводит к срабатыванию оптрона U1 и возбуждению триггера ТЗД DD7.1 через инвертор DD4.4. Светодиод HL1, расположенный на лицевой панели модуля МОБ, отмечает вспышкой момент прохождения 63-й позиции.
С момента возбуждения триггера ТЗД прохождение сигналов с выхода 7 линейного триггера DD1.1 на С-вход счетчика DD9 заблокировано инвертором DD4.1. Если 63-й импульс серии оказался несверхдлинным, то первая же пауза приведет к возбуждению триггера ТЗП DD7.2 через инверторы DD5.1 и DD5.2. На S'-вход триггера ТЗП при этом поступает сигнал 1 с инвертора DD5.2. Возбуждение триггера ТЗП приводит к блокировке считывания информации через инверторы DD6.2, DD6.3, DD6.4 и транзистор VT21 закрывается, транзистор VT24 при этом открывается, на щите появится сигнал «Сбой».
В этом состоянии схема будет находиться до прихода сверхдлинного импульса, на котором счетчик DD8 сигналом 1 с выхода 5 через /Свход сбросит триггер ТЗД DD7.1. Через инверторы DD4.1 и DD4.2 сигнал 1 с выхода 2 триггера DD7.1 поступит на счетчик DD9 и распределитель перейдет на 64-ю позицию. По окончании сверхдлинного импульса в серии появится последняя пауза, на которой на выходе 7 триггера DD1.1 будет сигнал 0, на С-входе счетчика DD9 также будет сигнал 0.
С приходом первого импульса следующей серии на С-входе счетчика DD9 вновь появится сигнал 1, счетчик переключится и распределитель перейдет на 1-ю позицию. В этот момент сбросится триггер ТЗП, закроется транзистор VT24, исчезнет сигнал «Сбой» на щите. Одновременно через транзисторы VT3 и VT4 сработает оптрон U2, с его выхода 4 поступит сигнал 0 на инвертор DD6.1, в результате этого откроется транзистор VT25 и на все модули МСЯ поступит сигнал «Сброс».
Таким образом, произошла синхронизация распределителя с серией ТС. В каждой последующей серии будет происходить проверка синхронизма на 63 позиции. Если серия принята без сбоев, в момент появления сигнала 1 на выходе 5 счетчика DD8, на входе 77 инвертора DD6.4 появится сигнал 0, т.к. сброс триггера ТЗД происходит с задержкой благодаря цепи R5, С4. После сброса триггера ТЗД на выходе 77 инвертора DD6.4 появится сигнал 1, транзистор VT21 кратковременно откроется и на все модули МСЯ поступит импульс «Считывание». При переходе распределителя в первую позицию открывается транзистор VT25 и на все модули МСЯ поступит импульс «Сброс».
В процессе приема серии счетчик DD8 измеряет длительность каждого импульса и каждой паузы. При обнаружении в серии длинного импульса (паузы), с выхода 3 счетчика DD8 на входы 7 и 8 инверторов DD3.1 и DD3.3 поступает сигнал 1. На другом входе каждого инвертора с выхода 2 линейного триггера DD1.4 поочередно появляется сигнал 1. На выходе 4 инвертора DD3.2 сигнал 1 появляется на импульсах кодовой серии, на выходе 77 инвертора DD3.4 — на паузах. Например, длинный импульс пришел на 23-ю позицию. При этом открыты транзисторы VT31 и VT6 (16 + 7И = 23). Также открыт транзистор группы «импульсы» VT22. Создается цепь: + 12 В — транзистор VT31 — контакт С21 разъема МОБ — светодиод ячейки МСЯ — контакт С25 разъема — транзистор VT6 — транзистор VT22 — GND(—12 В). В первом триггере ячейки МСЯ, подключенной входами светодиода к 23-й позиции, запишется сигнал 1.
Если серия будет принята без сбоев, то по сигналу «Считывание» информация из первого триггера ячейки МСЯ перепишется во второй и отобразится на одном из индикаторных элементов щита.
216
7.12.	Передающий полукомплект телеуправления системы МСТ-95
Передающий полукомплект ТУ ДП, структурная схема которого приведена на рис. 7.55, включает в себя пульт с кнопками управления и сигнальными элементами, модуль телеуправления (МТУ), частотный передатчик (ЧМПер) и линейный модуль (на структурной схеме не показан).
В пульте управления установлены кнопки выбора КП и операции («Отключить» — От и «Включить» — Вк), положение которых фиксируется при нажатии, и кнопки выбора объекта, не имеющие фиксации. Наряду с кнопками на пульте имеются индикаторы служебных сигналов «ТУ» (контроль прохождения командной серии), «От» и «Вк» (контроль выбранной операции) и «Ош» (ошибки в формировании команды).
В процессе работы устройства ТУ ДП модуль МТУ регулярно выдает холостую серию, состоящую из 30 коротких импульсов и пауз и сверхдлинного фазирующего импульса. В передатчике ЧМПер происходит модуляция этой серии, и она в виде частотных импульсов и пауз передается в линию связи. С помощью холостой серии обеспечивается непрерывный контроль и синхронизация всех приемных устройств ТУ КП.
Для посылки команды диспетчер должен нажать сначала западающую кнопку выбора КП и операции. При этом на пульте появляется сигнал, соответствующий выбранной операции («Вк» или «От»). Затем диспетчер нажимает и удерживает до завершения посылки команды кнопку выбора объекта. Прохождение команды сопровождается звуковым и световым («ТУ») сигналами.
После нажатия кнопки выбора объекта модуль МТУ, завершив передачу предшествующей холостой серии, формирует командную комбинацию, которая передается дважды. Передав ее через частотный передатчик в линию связи, автоматически восстанавливает передачу холостой серии. В случае западания какой-либо объектовой кнопки посылка несанкционированной команды исключается. На пульте появляется сигнал «Ош» (ошибка) и трансляция команды блокируется. Нажатие любой объектовой кнопки при ненажатой кнопке выбора КП и операции также приводит к появлению сигнала «Ош».
Модуль телеуправления МТУ (рис. 7.56) формирует холостые и командные серии ТУ. Распределитель модуля выполнен на четырех мультиплексорах (преобразователя параллельного кода в последовательный) DD6—DD9. Тактовая серия импульсов фор
мируется генератором ГТИ DD3.1, DD3.2 и триггером-делителем ТД DD4.1, который делит пополам частоту генератора ГТИ для получения равных по длительности импульсов и пауз. Образованием длинных импульсов в командной серии управляет датчик времени ДВ DD5. Импульсы на переключение распределителя поступают с генератора ГТИ через инвертор DD3.3. Датчик времени воздействует на инвертор DD3.3 при удлинении импульсов. Сигнал на удлинение импульса датчик времени DD5 получает с выхода 11 инвертора DD10.4. Формируется сигнал в одном из мультиплексоров DD6—DD9, выходы которых через диоды VD9—VD12 подключены к общей шине. По ней сигнал поступает на инверторы DD10.1—DD10.4.
Сверхдлинный импульс кодируется во всех сериях на 31-й и 32-й позициях распределителя датчиком времени DD5 посредством двукратного запуска. Сформированная серия с выхода 10 ин-
В линию связи
Рис. 7.55. Структурная схема передающего устройства ТУ ДП
217
.'5
Л/S
КП1...
"откл” ........
"ВК.Т”
КП15.. .
/5-
1С|^СЗД Выход 5-7
G№> С)№ ОТО
Контроль "ВК" "ОТ"
ОТ
DDI3.2
D 13.
GND се
R63
DDI4.2
30 k
DD15.1
Ошиб.
К561ЛА7
00104
DDI0.2
GND 2400 KSEW
Рис. 7.56. Функциональная схема модуля МТУ
о" 24М
16 кутя R.51
DDS
П$Г
КМ1ЛЛ7 КЖ1ЯЛ7 GND кг«тм:

ТД
DD4
DD£
Л/S
15ПЖI
aw
МИЬчЛ
вк
Rqn 019—.
DQ7
Ь 561КП2
Л/S
? ктатг
••MIMBBBBBBB--
Я Я аНЯЙ£”С£2222 = шшошло hhhhhfihhhhhhhtihti
VD4...VD
-И-тг
Группа 11
Группа Ш (Й
гг гггггггггггггг

GND
Группа IV (29 Группа V(5iT)
Пит, -12 В
Общий
сг т с с сс с ст с с с с с с
ШШШШ1
К 50
Выход 5 «6 Выход 4-7 Выход 4-6 Выход 4-5 Выход 3-7 Выход 3-6 Выход 3-5
Выход 3-4
Выход 2-7
Выход 2-6
Выход 2-5
Выход 2-4 Выход 2-3
... ^ТТГ"! Выход 8 “ОТ"
------ШВыход 9 “ВК" тз-591----------Ж Индикатор "ci
Индикатор "ъ.
Контроль ТУ
я и ь
DDI5.4
вертора DD3.3 через инверторы DDI1.1,DD11.2 и транзистор VT8 поступает на модулятор передатчика.
Светодиод HL1, расположенный на лицевой панели модуля, позволяет визуально контролировать прохождение серии, загораясь на 31-й позиции распределителя. Светодиод HL2, также расположенный на лицевой панели модуля, позволяет контролировать переключение распределителя на каждом импульсе в момент отпирания транзистора VT8.
Кнопки управления, показанные на схеме модуля, к нему не относятся, они располагаются на пульте. Кнопки выбора КП объединены двумя линиями — «От» и «Вк». Нажатие любой кнопки приводит к открыванию транзистора VT10 или VT11. Открывшийся транзистор подает сигнал 1 на соответствующий вход распределителя и зажигает светодиод HL4 «Вк» или HL5 «От». Кроме того, сигнал 1 поступает на транзистор VT13, при открытии которого снимается сигнал 1 (сигнал сброса) с R-входов триггеров: начала передачи ТНП DD4.2, ограничения передачи ТОП DD13.1, повтора передачи ТПП DD13.2.
Кнопки выбора объекта разделены на пять групп. Нажатие объектовой кнопки приводит к открыванию одного из групповых транзисторов VT3—VT7, через который сигнал 1 поступает на соответствующий вход мультиплексора DD9. Коллекторы групповых транзисторов через диоды VD14—VD18 образуют общий выход, сигнал с которого поступает на D-вход триггера начала передачи DD4.2 и вход 1 инвертора DD15.1, который управляет триггером защиты от западания объектовых кнопок (DD15.3, DD15.4). Выход 70 триггера DD15.3 через транзистор VT15 подключается к светодиоду HL6 «Ошибка».
Генератор DD14.3, DD14.4 формирует тональный сигнал частотой, примерно 3 кГц, поступающий на зуммер контроля прохождения командной серии, расположенный в пульте. Визуальный контроль прохождения командной серии осуществляется с помощью светодиода HL3 «Контроль ТУ». Управляется светодиод транзисторами VT2 и VT9.
Работа устройства на холостой серии заключается в постоянном контроле исправности передающего и приемного устройств ТУ. Холостая серия содержит 31 импульс, из которых 30 — короткие, тридцать первый — сверхдлинный, равный 11 коротким элементам серии. Холостые серии передаются, если не нажаты кнопки пульта или нажата только кнопка выбора КП. После передачи командной серии устройство автоматически переходит в режим передачи холостых серий, даже если кнопки остаются нажатыми. Непрерывная серия последовательных импульсов и пауз, равных по продолжительности, с выхода 1 триггера-делителя DD4.1 поступает на инвертор DD3.3 и счетный вход 14датчика времени DD5. При переключении ДВ в третью позицию через диод VD4 на вход 13 датчика времени DD5 поступает сигнал 1, блокирующий дальнейший счет. Так как на вход 9 инвертора DD3.3 также поступает сигнал 1, то инвертированный сигнал с выхода 1 триггера DD4.1 через инвертор DD3.3 поступает на счетный вход 1 счетчика DD1.1 и на инвертор DD11.1. Так как на всех позициях распределителя, кроме 31, на входе 5 инвертора DD11.2 постоянно присутствует сигнал 1, импульсная последовательность с выхода 10 инвертора DD3.3 через инверторы DD11.1, DD11.2 и транзистор VT8 проходит на модулятор передатчика (контакт А9 разъема модуля МТУ).
Распределитель переключается по позициям, триггеры ТНП, ТОП и ТПП удерживаются в сброшенном состоянии сигналом 1 с коллектора VT13, который одновременно поступает на вход 2 инвертора DD15.1. На входе 1 инвертора DD15.1 имеется сигнал 0, значит на входах инвертора DD15.2 имеется сигнал 1. Сигнал 0 с выхода 4 инвертора DD15.2 удерживает триггер защиты DD15.3, DD15.4 в сброшенном состоянии. Транзистор VT15 находится в закрытом состоянии.
Сигнал 0 с выхода 13 DD4.2 триггера ТНП блокирует работу генератора зуммера через инверторы DD14.1 и DD14.2 и прохождение сигналов кодирования на выход 3 инвертора DD10.1. На выходах 4\\ 11 инверторов DD10.2 и ОВ10.4сигнал 0 блокирует сброс датчика времени DD5.
219
На 31-й позиции распределителя открывается транзистор VT2 и на входы DD3.4 поступает сигнал 1. С выхода 11 инвертора DD3.4 сигнал 0 поступает на вход 5 инвертора DD11.2, с выхода 4 инвертора DD11.2 сигнал 1 поступает на базу транзистора VT8, который открывается, с его коллектора на модулятор передатчика поступает сигнал 0. Передатчик посылает в линию связи частотный сигнал, соответствующий импульсу. Так как на вход 9 инвертора DD10.3 тоже поступает сигнал 1, на выходе 11 инвертора DD10.4 сигнал изменится с 0 на 1. Сигнал 1 через конденсатор СЗ осуществляет сброс датчика времени DD5. На выходе 7 датчика времени DD5 появляется сигнал 0, который будет поддерживать сигнал 0 на выходе 10 инвертора DD3.3, т.е. блокируется прохождение импульсов от триггера-делителя DD4.1. Распределитель останавливается на 31-й позиции. Счетчик DD5 начинает считать импульсы, поступающие на С-вход (14DD5) с триггера-делителя. На третьем импульсе на выходе 7 датчика времени DD5 появляется сигнал 1, а на входе 10 инвертора DD3.3 — сигнал 0, т.е. начинается формирование 31-й паузы. Сигнал с выхода 7датчика времени DD5 блокирует дальнейшее переключение счетчика по входу ЛЗ датчика времени DD5. Так как во время паузы распределитель остается в 31-й позиции, транзистор VT2 открыт, на входах инвертора DD3.4 имеется сигнал 1, а на выходе 11 инвертора DD3.4 имеется сигнал 0, транзистор VT8 остается открытым, через него сигнал 0 продолжает передаваться на модулятор передатчика. В линию связи продолжает поступать частотный сигнал, соответствующий импульсу.
По окончании паузы на выходе /0 инвертора DD3.3 появится сигнал 1, переключится счетчик DD1.1, распределитель перейдет в 32-ю позицию. Транзистор VT2 закрывается, но благодаря заряженному конденсатору С4 на входах инвертора DD3.4 сохраняется сигнал 1, следовательно с выхода 11 инвертора DD10.4 вновь поступит сигнал 1, который сбросит счетчик DD5. Начинается удлинение 32-го импульса, которое проходит аналогично удлинению 31-го импульса.
Таким образом, в линию связи будет передан импульс, равный 11 элементам серии — два отсчета по пять и заполненная импульсом пауза между ними, т.е. сверхдлинный импульс.
Если на холостых сериях будет нажата кнопка выбора КП и операции, то удлинения импульсов происходить не будет, т.к. на £>-вход триггера ТНП продолжает поступать сигнал 0 через резистор R19. Триггер ТНП остается сброшен и по входу 2 инвертор DD10.1 блокирует прохождение сигналов кодирования с резистора R7 объединенных через диоды VD9—VD12 выходов мультиплексоров распределителя. Если первой будет нажата кнопка выбора объекта, то откроется один из транзисторов VT3—VT7 и один из диодов VD14—VD18. Через них сигнал 1 поступит на вход 1 инвертора DD15.1, на выходе появится сигнал 0, который возбудит триггер защиты DD15.3, DD15.4. На выходе 10 DD15.3 появится сигнал 1, транзистор VT15 откроется и на пульте загорится сигнал «Ошибка». Кроме того, сигнал 0 с выхода 11 DD15.4 поступит на вход 1 инвертора DD12.1 и заблокирует прохождение сигнала возбуждения триггера ТНП от первой позиции распределителя. Посылка команды становится невозможной.
Работа устройства при формировании командных серий заключается в удлинении импульсов и образовании кодовой комбинации в соответствии с нажатыми кнопками выбора КП, операции и объекта. Структура командной серии приведена на рис.7.11.
Для посылки команды первой должна быть нажата кнопка выбора КП и операции (западающая). Например, нажата кнопка «КП2-отключить». Через контакт А6 разъема — нажатую кнопку — контакт С23 разъема — диоды VD32, VD47 — резисторы R22, R24 база транзистора VT11 соединяется с общим проводом GND (схемная «земля»). Транзистор VT11 откроется. Через эмиттер-базу на «Вход 2-4» разъема (С23) поступит сигнал 1. С коллектора VT11 на вход 6’«От» также поступит сигнал 1. Кроме того, транзистор VT11 через контакт АЗ разъема зажигает светодиод «От» на пульте.
220
С коллектора VT11 сигнал 1 поступает на базу транзистора VT13, который при этом открывается. Через транзистор VT13 на шину блокировки подается сигнал О, триггеры ТНП, ТОП и ТПП деблокируются, а триггер защиты DD15.3, DD15.4 блокируется в сброшенном состоянии.
Для начала передачи команды надо нажать и удерживать кнопку выбора объекта, например, 3 объекта в 5 группе. По цепи: +12 В — эмиттер-база VT7 — контакт С4 разъема — нажатая кнопка — контакт С8 (вход 12) разъема — резистор R41 — GND протекает ток и транзистор открывается. Через эмиттер-базу VT7 и указанную выше цепь на вход 12 мультиплексора DD7 распределителя будет подан сигнал 1. С резистора R19 после отпирания транзистора VT7 на D-вход триггера ТНП подается сигнал 1. Схема готова к передаче команды, которая начинается после завершения текущей холостой серии.
При переключении распределителя в первую позицию открывается, как и во всех сериях, транзистор VT1. С его коллектора на вход 2 DD12.1 поступает сигнал 1, на выходе 4 инвертора DD12.2 сигнал изменяется с 0 на 1 и триггер ТНП возбуждается. Возбужденный триггер ТНП подает сигнал 1 на вход 1 инвертора DD10.1, разрешая прохождение сигналов кодирования с выходов мультиплексоров распределителя, нагруженных на резистор R7. Так как на первой позиции распределителя сигнал 1 на его вход подается через эмиттер-базу VT1, то на выходе также будет сигнал 1. На выходе 11 инвертора DD10.4 сигнал меняется с 0 на 1 и происходит сброс счетчика DD5. Начинается удлинение первого импульса — начала передачи. Процесс удлинения аналогичен удлинению 31-го импульса, описанному выше. Далее на всех позициях распределителя, где на входе имеется сигнал 1 будет происходить удлинение импульса серии. Тридцать первый импульс удлиняется до сверхдлинного, как в холостой серии.
Следует отметить, что первый импульс — начала передачи — в системе МСТ-95 не используется, он формируется только для совмещения МСТ-95 с «Лисной».
При возбуждении триггера ТНП на вход 1 инвертора DD14.1 поступает сигнал 1, деблокируя прохождение сигнала со входа 2, который связан с модулятором передатчика. На паузах серии запускается тональный генератор DD14.3, DD14.4, при этом зуммер, расположенный в пульте, издает прерывистые звуки контроля прохождения команды.
Возбужденный триггер ТНП открывает транзистор VT12, который зажигает на пульте сигнал «ТУ» визуального контроля командной серии. Кроме того.возбуждается по Л1-входу триггер ограничения передачи ТОП, который подает сигнал 1 на С-вход триггера ТНП. При переходе распределителя во вторую позицию в первой командной серии на выходе /0 инвертора DD12.3 сигнал изменится с 0 на 1, в результате этого возбуждается триггер повтора передачи ТПП. Возбужденный триггер ТПП подает сигнал 1 на вход 9 инвертора DD11.3, препятствуя сбросу триггера ТНП на 31-й позиции сигналом 1 с резистором R17. По этой причине командная серия передается дважды. При переходе распределителя во вторую позицию во второй серии триггер ТПП сбрасывается, т.к. он работает в счетном режиме. Теперь в 31-й позиции сигналом с R17 сбросится триггер ТНП, а схема после посылки двух командных серий автоматически перейдет в режим посылки холостых серий, даже если кнопки остаются нажатыми. Диод VD49 исключает шунтирование сигнала сброса триггера ТНП открытым транзистором VT13.
Если отпустить объектовую кнопку и, не отжимая кнопку выбора КП, вновь нажать какую-либо кнопку объекта, передача команды не произойдет, т.к. триггер ТОП остался возбужденным и блокирует прохождение сигнала на возбуждение триггера ТНП. Чтобы можно было вновь послать команду, надо отжать кнопку выбора КП. Транзистор VT13 закроется и произойдет сброс триггера ТОП сигналом 1 через резистор R65.
221
Если после посылки команды диспетчер отпустит объектовую кнопку, но она по какой-либо причине останется замкнутой, то при отжатии кнопки выбора КП сработает триггер защиты, т.к. на вход 9 инвертора DD15.3 будет 0. На пульте загорится сигнал «Ошибка», и посылка команды станет невозможной до размыкания «залипшей» объектовой кнопки.
7.13.	Приемный полукомплект телеуправления системы МСТ-95
Приемный полукомплект ТУ КП, структурная схема которого приведена на рис. 7.57, включает в себя частотный приемник (ЧПр), модуль ТУ КП, модули наборных реле (МР) и модуль защиты от залипания герконов (МЗГ).
Тактовая серия, поступающая с диспетчерского пункта по линии связи, через частотный приемник передается в модуль ТУ КП. Распределитель, находящийся в этом модуле, переключается на каждом импульсе серии. Синхронизация устройства и контроль синхронизации в устройстве ТУ КП осуществляется так же, как в устройстве ТС ДП. При холостых сериях работа устройства ТУ КП заключается в контроле синхронизма и синфазности действия приемного и передающего устройств ТУ. В случае сбоя при приеме тактовой серии устройства защиты, размещенные в модуле ТУ КП, с помощью устройства ТС КП передают соответствующий сигнал на диспетчерский пункт ДП. Командную серию начинают принимать полукомплекты всех контролируемых пунктов КП. Однако команду воспринимает только КП, которому она адресована. Остальные КП, продолжая прием, воспринимают только такты, переключающие распределители.
На КП, принимающем команду, каждый длинный импульс после выбора КП открывает выходные цепи распределителя. На 4-м длинном импульсе подается питание на модули наборных герконовых реле МР и возбуждается реле выбора операции. Далее, в соответствии с кодовой серией, возбуждаются реле выбора объекта и группы. Контакты этих реле подготавливают цепь для возбуждения выходного реле команды. После завершения приема первой командной серии все элементы модуля ТУ КП, за исключением удерживающих в возбужденном состоянии наборных реле, приходят в исходное состояние. Устройство начинает прием второй командной серии. При совпадении этой серии с предыдущей на ее фазирующем импульсе срабатывает реле исполнения команды РИ, замы
Рис. 7.57. Структурная схема приемного устройства ТУ КП
кающее цепь выходного реле команды.
При несовпадении двух командных серий срабатывают устройства защиты, запрещая выполнение команды. Защита от залипания контактов какого-либо герконового реле осуществляется модулем МЗГ. Он блокирует прием команды и по каналу ТС передает на ДП сигнал «Сбой ТУ». Модуль МЗГ снабжен визуальной индикацией, по которой легко выделить группу контактов, среди которых находится залипший.
Все модули имеют индикаторы, дающие возможность визуально контролировать их работу.
Модуль реле МР (рис. 7.58) содержит шесть герконовых реле, каждое из которых имеет три контакта. Один контакт используется для самоблокировки, два других — для переключения внешних цепей. Каждое реле включается своим транзисторным ключом, база которого подключается к индивидуальному выходу распредели-
222
Рис. 7.58. Принципиальная схема модуля МР
rd
П1-ТУКП
DPI:!
 & Id-
0,033
Гн2
ГнЗ
DD1:2
6
16 к
К561ТМ2
GND DD3:I ТЗД
GND
DD5:j &~Ъ
К561ЛА7
& О
DD5-.2
& О
4
R6
К561ЛА7
К561ЛА7
блоч. распред.
D
С2
К361ЛА7
РР1:4
R
2400
DD
Rl I
К561ЛА7
16 k
2400
7
GND
GND K561
CT
DD
CP
51 к
R
K561.
GND
4
T 14DD! + 12V
001:3
9
15 GND r-^-
К561ЛА7
□
Q R5
GND
0,022
32 поз.
R9
16 k
3
К561ЛА7
K561TM2
R46
DD20:
DPI 2
+ 12V
DD20:
КП1
GND
ГГРБ
GND
13
R56 30 k
DD171
Упр. РИ
R
Упр. набором
k'Sfil пл
/6
R45
VD66 DD26:2
51 kcio
VD25. .29
GND
GN
GND
К561ЛА
К561ЛА7
КМЯЛА7
17
gndL79
Возбуждение ТЗД на 31 поз.
* R35
&ПоД-
,р61ЛА7[ gyDl3:3
ДВ
DD2
DD4;1
К561ЛА7
DD4:2
DD43 8_ 9
К561ИЕ9
К561ЛА7 1 C5
Контроль искажения пауз
П2-ТУ КП
CT

К561ЛА7
GND DD3:2
S
D
R
DD4:4
R3!

*DD14:151 k
-------J-
51 k । DD18.1
K561TM2
DPI 8:2
R62
30 k
R
DDI9.-I
К561ИЕЮ
ЮбШЕЮу^
—Sl.k DPI 3:1
& 0
DD13:2
6
К561ЛА7
К561ЛА7
VD22
M-
GND
DD16.I,
DPI 5,1
Ц& ь
К561ЛА7С
s
D
4
R
ТЗП I
9
S
D
10
R
K561TM2
R48
ТТ
и
К561ЛА7
КП2 £
R51
16k

-w-
VD47
N-
R6I
R13
2,4 k
1 Iidir-
C8
GND
DPI 6.2
& 0
К561ЛА7

T3II2
K561TM2.
R40
30 k VD34-
VD36
-Й-:
^561JM2
VD38 Л nrV.
Ю
6nd
~Т~ 8
DD3:1
9
9
РР19:4К5бГпА7
4- & 13
К561ЛА7
^+12?
/0
£ D
R
1FIk561TM2
VD42
KT503-2.5
0.022 DPI 3:4
К561ЛА7
*‘C6oij'^HL4 o, y/C\ Ба, z|— H—ra
DD15:3K56,j1a7
2.4 k
DD17:2
GND GND [
9
S
D
ТТ
ГР1
C12
I 15 ro—
I 20
K561TM2
R53 -

2400

GND
&
18
—of
теля модуля ТУ КП. Эмиттеры транзисторов объединены и подключаются к общему для всех модулей МР выходу С2 «Управление набором» модуля ТУ КП. На нем появляется потенциал только при наличии в принимаемой серии длинного импульса. Таким образом, реле может включиться только во время длинного импульса, если на базе управляющего транзистора присутствует сигнал от распределителя. В модуле МР имеется светодиод HL1, расположенный на лицевой панели модуля, который загорается при приеме командной серии после выбора данного КП и продолжает гореть, пока удерживаются в возбужденном состоянии наборные реле. Диоды, включенные в коллекторы транзисторов, исключают протекание тока от выхода распределителя через переход база-коллектор и замкнутый контакт реле цепи самоблокировки или шунтирующий диод в цепи «Пит. МР» при холостых сериях.
Модуль ТУ КП (рис. 7.59 на вкладке) состоит из двух плат П1 и П2. Распределитель как и в передающем устройстве ТУ ДП выполнен на четырех мультиплексорах DD8—DD11. Входы 9 мультиплексоров объединены и через резистор R19 подключены к шине +12 В. Выходы хО и х7 мультиплексоров образуют 32 выхода распределителя. Счетчик DD6.1 определяет номер открываемого канала мультиплексора DD8—DD11, из которых в любой момент времени работает только один. Выбором номера мультиплексора управляет схема DD7. В каждый момент времени замкнут только один канал мультиплексора DD7, а значит на одном их выходов 13, 14, 15 или 12 присутствует сигнал 0, который и разрешает по входу 6 работу одной из микросхем DD8— DD11. Через резисторы R15—R18 на входы 6 подается сигнал 1 при разомкнутом соответствующем канале мультиплексора DD7. Номер открытого канала мультиплексора DD7 определяется состоянием счетчиков DD6.1 и DD6.2. Счетчик DD6.1 переключается на импульсах, поступающих через инверторы DD5.1—DD5.2 и контакт разъема А31 с приемника ЧПр, а счетчик DD6.2 — на паузах (по спаду импульса). На вход 9 инвертора DD5.3 подается блокирующий сигнал с триггера задержки ТЗД DD3.1 при его возбуждении на 32-й позиции распределителя.
Длительность поступающих импульсов измеряет счетчик DD2, являющийся датчиком времени ДВ. На его вход 14 поступают импульсы от генератора DD1.1, DD1.2. Инверторы DD1.3 и DD1.4 обеспечивают сброс счетчика DD2 по входу /5 и синхронизацию генератора импульсами принимаемой серии. Для этого входы 8 ул 9 инверторов DD1.3 через конденсаторы С2 и СЗ связаны с выходами 3 и 4 инверторов DD5.1 и DD5.2. Выход 3 счетчика DD2 определяет длинный импульс серии, выход 11 — сверхдлинный.
Вход 1 инвертора DD4.1 связан с выходом 1 триггера ТЗД DD3.1, на входы 2 и 6 инверторов DD4.1, DD4.2 поступает сигнал с выхода 3 инвертора DD5.1, который соответствует 1 на паузе, и 0 — на импульсе. Вход 5 инвертора DD4.2 соединен с выходом 3 длинного импульса DD2. Выход 10 инвертора DD4.3 через диод VD3 связан с входом 13 блокировки счета ДВ DD2, а через диод VD4 — с цепями возбуждения триггеров запрета ТЗП1 и ТЗП2, а также сброса счетчика числа длинных импульсов DD12 через А-вход. Указанные связи обеспечивают защиту от длинной паузы в серии и образования паузы при возбужденном триггере ТЗД.
Для определения КП, на который передается команда, служат триггеры КП1 DD18.1 и КП2 DD18.2. Входы 5 и 9 триггеров DD18.1 и DD18.2 соединены с контактами А2 и С2 разъема. Эти контакты соединяются перемычками с двумя из шести выходов распределителя, по которым определяется адрес КП (А24-А27 и А29-А30). Входы 3 триггера DD18.1 и 11 триггера DD18.2 подключены к входу 3 счетчика DD12, на котором появляется сигнал 1 на двух длинных импульсах выбора КП в принимаемой командной серии. Импульс начала передачи присутствует в командной серии, но не используется. Он необходим для совместной работы ТУ ДП системы МСТ-95 со стойками КП «Лиена». Вход 13 счетчика DD12 через диод VD20 соединен с выходом 13 распределителя DD8. Поэтому длинный импульс начала передачи, приходящийся на первую позицию распределителя, блокирует счетчик DD12 и в него сигнал не записывается.
224
Выходы / триггера DD18.1 и 13 триггера DD18.2 (КП1 и КП2) связаны со входами / и 2 инвертора DD19.1. Таким образом, на входе 4 инвертора DD19.2 появится сигнал 1 только тогда, когда возбуждены оба триггера КП. Этот сигнал подается на /Твход триггера блокировки реле ТРБ (DD14.2). На С-вход этого триггера сигнал поступает с выхода /счетчика DD12, т.е. на импульсе выбора операции в серии. Выход 13 реле ТРБ управляет транзистором VT2, через который открывается транзистор VT1 и подается питание на модули реле МР через контакты А7 и С6 разъема модуля. Транзисторы VT1 и VT2 управляются также счетчиком DD20.2 через инвертор DD16.4 и резистор R57. На вход 1 счетчика DD20.1 поступают импульсы от генератора с выхода 4 инвертора DD1.2. Связь выхода 11 инвертора DD16.4 с входом 2 счетчика DD20.1 обеспечивает самоблокировку счетчика после отсчета заданного числа импульсов от генератора. На R-входы счетчиков DD20.1 и DD20.2 через цепь R51, С12 подается короткий импульс сброса с выхода 72 триггера блокировки DD17.2 реле исполнения ТРИ. Выход 12 и вход 9триггера DD17.2 объединены, благодаря чему триггер работает в счетном режиме. Сигналом 1 с выхода 10 инвертора DD16.3, поступающим на С-вход 11 триггера DD17.2, ТРИ возбуждается в конце первой командной серии, а в конце второй — сбрасывается, разрешая работу реле исполнения РИ, база транзисторного ключа которого подключена к контакту АЗ разъема модуля ТУ КП.
Возбужденный триггер ТРБ (DD14.2) через диод VD44 также блокирует эту цепь. Импульс включения реле исполнения РИ поступает с выхода 10 инвертора DD16.3 через резистор R53 на базу управляющего транзистора. На этом выходе появляется сигнал 1 при выполнении следующих условий: сработали оба триггера КП (DD18.1 и DD18.2); счетчик DD12 отсчитал шесть длинных импульсов серии; распределитель переключился в 32-ю позицию (два — выбор КП, по одному — выбор операции, объекта, группы и один — сверхдлинный).
Эмиттеры транзисторных ключей модуля МР объединены и подсоеденены к контакту А5 разъема, который подключен к коллектору транзистора VT4. Через VT4 сигнал 0 от GND поступает на эмиттеры транзисторов модулятора МР при возбужденных триггерах КП 1 и КП2 на длинных импульсах серии. При возбуждении хотя бы одного из триггеров запрета ТЗП (DD14.1 и DD17.1) инвертор DD15.4 через диод VD45 блокирует цепь срабатывания наборных реле. Триггеры запрета выходами 1 DD14.1 и 2 DD17.1 через диоды VD34 и VD36 подключены к входам 12 и 13 инвертора DD15.4. Следует учитывать, что триггеры работают в противофазе, т.е. ТЗП1 (DD14.1) в нормальном состоянии сброшен по 7?-входу сигналом 1 (0 на выходе Г), а в ТЗП2 (DD17.1) — по S-входу записана 1 (0 на выходе 2). Это положение триггеров будет в дальнейшем условно называться сброшенным. При сбоях при приеме серии положение триггеров будет меняться на противоположное, которое также условно будет называться возбужденным. Сброс ТЗП осуществляется инвертором DD15.1, с выхода 3 которого импульс сброса поступает через цепь С8, R36 на R-вход триггера ТЗП1, а через цепь С9, R39 на S-вход триггера ТЗП2. Выход 1 триггера ТЗП1 через диод VD33 и выход 2 триггера ТЗП2 через диод VD35 подключены к входу 2 инвертора DD15.1, чем обеспечивается блокировка сброса ТЗП, если в результате неисправности один из них не возбужден. Соединение D-входов триггеров ТЗП1 и ТЗП2 с выходами 1 и 2 триггера T3fl(DD3.1) обеспечивает контроль его неисправности.
Транзистор VT9 с диодной схемой ИЛИ (VD25—VD29) в цепи его базы обеспечивает контроль правильности исходного состояния элементов схемы на первой позиции распределителя: сброшены КП1 и КП2, выходы 1 триггера DD18.1 и 13 триггера DD18.1 через диоды VD25, VD26 и VD30 подключены к базе транзистора VT9; счетчик DD12 не застрял на шестой позиции, вход 5 DD12 подключен через диоды VD29 и VD30 к базе VT9; счетчик DD2 не застрял на четвертой позиции, выход 11 DD2 через диоды VD29 и VD30 подключен к базе VT9. Под застреванием в данном случае следует понимать наличие сигнала 1 на контролируемой позиции счетчика, когда ее не должно
225
15-6086
быть, например, пробои выходов, отсутствие сброса, отсутствие счета и т.д. Контроль работает до поступления первого длинного импульса выбора КП.
Цепь инверторов DD15.2 и DD13.4 формирует сигнал возбуждения триггеров ТЗП1, ТЗП2 при нарушении условий исполнения команды или при пробое транзистора VT1. Три транзисторные схемы VT6, VT7 и VT8 обеспечивают защиту от выбора двух операций, двух групп и двух объектов. Для этого к базам транзисторов через контакты С5, С4 и СЗ разъема подключаются, объединяясь, самоблокировки соответствующих реле модулей МР. Через контакт С7 разъема подключается цепь самоблокировки реле РИ. При этом светодиоды HL2 и HL3 обеспечивают визуальный контроль за включенным положением реле РИ, а транзистор VT5 блокирует возможность набора новой комбинации, пока реле РИ включено.
Выход модуля МЗГ подключается к контактам С8 и А22 разъема. При срабатывании модуля МЗГ происходит возбуждение триггеров ТЗП1 и ТЗП2.
На инверторах DD26.3 и DD26.4 собран триггер-защелка, один вход которого связан с выходом реле времени РВ (11 DD16.4). Назначение триггера-защелки — контролировать исправность реле РВ. Через контакт А4 разъема сигнал «Сбой ТУ» поступает в устройство ТС КП для передачи на ДП.
Модуль защиты от залипания герконов МЗГ (рис. 7.60) выполнен на основе двух транзисторных оптронов U1 и U2. Выходы оптронов соединены параллельно и образуют выход МЗГ — контакты СП и С12 разъема модуля. В цепь входов оптронов включены светодиоды HL1 и HL2, расположенные на лицевой панели модуля, которые позволяют визуально контролировать работу МЗГ. Во время исполнения команды горят оба светодиода. Если при приеме холостой серии горит хотя бы один светодиод, значит залип один из герконов модулей реле МР.
Реле Гр. I Реле Гр. II Реле Гр. III Реле Гр. VI Реле Гр. V
Гр.1 Гр. II
Гр. III Гр. VI
Гр. V От. Вк.
~иР
Объект
Защ. общ.
Защ. ЗГ
С26
С25
С24
С23
С22
С31
СЗО
С29
С28
С27
С21
С20
А2
ее
СЗ
С12
СП
VD13
-й-
Д814
РИ
+UP
С5
С4
VD14 — .Д.814
W-----
W-----
W-----
К-----
..VD12
4S
-VHL1
2
110 к
_____4
R5
110кб ||
-ts
#HL2
1>рог
£|----
0»----
-----
0I----
£1----
R2
R1
11k
5.1 к
2
> Jd R6
1	2.4 к
Рис. 7.60. Принципиальная схема модуля МЗГ
226
Существует две схемы соединения контактов реле МР: с индивидуальными реле операций и с общими реле операций (см. рис. 7.36). Для варианта с общими реле операций последовательно с герконами групп включают дополнительные диоды, которые находятся в МЗГ (VD8-VD12).
Для подавления наведенных помех на шлейфах выходных реле последовательно со светодиодами включаются стабилитроны VD13 и VD14.
Работа устройства ТУ КП на холостой серии заключается в переключении распределителя на каждом импульсе, контроле длительности импульсов и пауз, в проверке синхронной работы и передаче на ДП с помощью системы ТС информации о возникновении сбоев.
С выхода приемника ЧМС принимаемая серия (см. рис. 7.59) поступает на вход ТУ КП (контакт А31 разъема). Если триггер ТЗД сброшен, на входе 9 инвертора DD5.3 присутствует сигнал 1 и серия через все инверторы DD5 поступает на вход 1 счетчика DD6.1. На переднем фронте каждого импульса счетчик DD6.1,2 изменяет свое состояние, что приводит к поочередному открыванию одного из каналов мультиплексоров DD8—DD11, образующих распределитель. Одновременно принимаемая серия поступает с выхода 4 инвертора DD5.2 на конденсатор С2 генератора, а противофазная серия с выхода 3 инвертора DD5.1 на конденсатор СЗ и выходы 2 и 6 инвертора DD4.
Во время паузы на выходе 3 инвертора DD5.1 присутствует сигнал 1 и конденсатор СЗ разряжен, т.к. на другой его обкладке также присутствует потенциал, соответствующий сигналу 1, поступающему через резистор R3 от шины +12 В. На переднем фронте импульса на выходе 3 инвертора DD5.1 устанавливается сигнал 0, а так как конденсатор СЗ разряжен, на входе 9 инвертора DD1.3 также появится сигнал О, который по мере заряда конденсатора СЗ через резистор R3 сменится на сигнал 1. На время существования сигнала 0 на входе 9 инвертора DD1.3 на его выходе 10 появится сигнал 1, сбрасывающий по /?-входу счетчик DD2. На выходе 11 инвертора DD1.3 присутствует сигнал 0, синхронизирующий генератор DD1.1, DD1.2. При наличии на входе 2 DD1.1 сигнала 0 на выходе 4 DD1.2 также будет сигнал 0, следовательно, конденсатор С1 быстро разряжается через резистор R1 и диод VD1. После окончания импульса синхронизации на входе 2 инвертора DD1.1 устанавливается сигнал 1 и генератор начинает работу с формирования паузы в контрольной точке КТ1.
То же самое происходит при переходе от импульса к паузе принимаемой серии. Только в этом случае сигнал 0 будет на входе 8 инвертора DD1.3 кратковременно. Таким образом, независимо от момента перехода от импульса к паузе принимаемой серии и наоборот фаза колебаний генератора «привязана» к фронту и спаду импульсов серии, что повышает точность измерения импульсов и пауз по длительности. В отличие от «Лиены» здесь контролируется длительность пауз, и их удлинение воспринимается как сбой.
После сброса датчика времени DD2 по входу 15 он начинает считать импульсы генератора, поступающие на вход 14. Выход 3 DD2 соответствует длинному импульсу серии, а выход 11 DD2 — сверхдлинному. Если серия оказалась прервана, а на входе А31 модуля ТУ КП присутствует импульс, т.е. сигнал 1, счетчик DD2, дойдя до последней позиции, самоблокируется по входу 13 сигналом с выхода 10. Если серия была прервана на паузе (0 на А31), то счетчик DD2 блокируется сигналом с выхода 10 инвертора DD4.3 через диод VD3, как только на выходе 3 DD2 появится сигнал 1. В обоих случаях формируется сигнал «Сбой ТУ».
В первом случае сигнал 1 с выхода И DD2 (счетчик последовательно проходит все свои позиции) поступает на вход 1 инвертора DD13.1 и вход 1 инвертора DD16.1. Так как на входах 2 инверторов DD13.1 и DD16.1 также присутствует сигнал 1, на выходах 3 инверторов DD13.1 и DD16.1 появится сигнал 0. Через инверторы DD13.2 и DD16.2 на С-входах триггеров ТЗП1 (DD14.1) и ТЗП2 (DD16.2) сигнал изменится с 0 на 1. Так как триггер ТЗД не возбужден, на входе 5DD14.1 будет сигнал 1, а на входе 5 триггера DD17.1 — сигнал 0. Отсюда, фронт импульса на С-входах триггеров ТЗП
227
приведет к их возбуждению, при этом возбужденному состоянию триггеров, как указывалось выше, соответствует сигнал 1 на выходах 1 триггера DD14.1 и 2 триггера DD17.1. Если серия прервана, счетчик DD6.1 не изменяет своего состояния и распределитель останавливается на случайной позиции. Когда на входе А31 модуля ТУ КП вновь появится серия импульсов, распределитель продолжит переключение по позициям, пока не дойдет до 31-й (вход 2 мультиплексора DD11).
Сигнал 1 с этого входа возбудит триггер ТЗД по входу 3 триггера DD3.1. Сигнал О с выхода 2 триггера DD3.1 поступает на вход 9 инвертора DD5.3 и блокирует дальнейшее прохождение импульсов серии на счетчик DD6.1, при этом на его входе 1 устанавливается сигнал 0. Датчик времени DD2 функционирует, как описано выше. Если в 31-й позиции распределителя импульс на входе модуля А31 окажется не сверхдлинным, т.е. образуется пауза до того, как на выходе 11 DD2 появится сигнал 1, с выхода 10 инвертора DD4.3 поступит сигнал на возбуждение обоих триггеров ТЗП (хотя они и так уже возбуждены), т.к. на выходах 7 и 2 инвертора DD4.1 окажется сигнал 1. Одновременно блокируется работа счетчика DD2 через диод VD3. Таким образом, триггер ТЗД возбужден, распределитель остановлен в 31-й позиции (горит светодиод «П31»), на контакте А4 будет сигнал «Сбой ТУ» (горит светодиод «Сбой»). Такое положение будет сохраняться до прихода очередного сверхдлинного импульса. При его поступлении счетчик DD2 дойдет до своей четвертой позиции, т.е. на входе 11 счетчика DD2 появится сигнал 1. Этот сигнал сбросит триггер ТЗД по входу 4DD3.1. С выхода 2 триггера ТЗД сигнал 1 поступит на вход 9 DD5.3 и, следовательно, на счетном входе 1 DD6.1 сигнал изменится с 0 на 1, что приведет к изменению состояния счетчика DD6.1, и распределитель перейдет в 32-ю позицию. Светодиод «П31» при этом гаснет. С выхода 4 мультиплексора DD11 сигнал 1 поступит на входы 12, 13 инвертора DD4.4 и на входе 77 триггера DD3.2 устанавливается сигнал 0.
По окончании сверхдлинного импульса и следующей за ним 31-й паузы первым импульсом новой серии распределитель устанавливается в первую позицию. На выходе 4 мультиплексора DD11 появляется сигнал 0, а на входе 3 инвертора DD15.1 — сигнал 1, который через конденсаторы С8 и С9 сбросит оба триггера ТЗП в исходное состояние. Сигнал «Сбой ТУ» исчезнет. На входе 77 триггера DD3.2 сигнал также изменится с 0 на 1, что приведет к возбуждению этого триггера. Его выходной сигнал через диод VD5 сбросит счетчик длинных импульсов DD12 по R-входу. Появившийся сигнал 1 на выходе 2 счетчика DD12 вернет триггер DD3.2 в исходное состояние по 77-входу.
Таким образом, произошел процесс самосинхронизации. Если серия не искажена, то номер позиции, на которой находится распределитель, соответствует номеру импульса в серии в любой момент времени. В каждой серии на 3-й позиции распределителя возбуждается триггер ТЗД по С-входу и сбрасывается сверхдлинным импульсом по 77-входу т.е. происходит проверка синхронизации.
Работа устройства ТУ КП на командной серии начинается с приема первого длинного импульса начала передачи. Так как этот длинный импульс не учитывается, то сигнал 1 с первого выхода 13 распределителя мультиплексора DD8 поступает на вход 13 блокировки счета счетчика DD12 через диод VD20 и счетчик остается в нулевой позиции. Сигнал 1 с выхода 2 счетчика DD12 запирает диод VD31 и схема защиты на транзисторе VT9 контролирует исходное положение элементов, подключенных к диодной схеме ИЛИ, что было описано выше. Наличие сигнала 1 хотя бы на одном из диодов приводит к отпиранию транзистора VT9, с его коллектора сигнал 0 поступит на триггеры ТЗП, возбуждая их. Кроме того, сигнал 1 с выхода 10 инвертора DD13.3 удерживает по 7?-входу триггер ТРБ сброшенным. Такой контроль осуществляется и на холостых сериях.
При переключении распределителя в позицию, на которой принимается первый длинный импульс выбора КП, на D-входе триггера КП1 (DD18.1) устанавливается сигнал 1, счетчик DD12 переходит в первую позицию, т.к. на вход 14 DD12 поступает
228
импульс с выхода 3 датчика времени DD2. С выхода 7 счетчика DD12 сигнал 1 поступает на С-вход DD18.1, триггер КП1 возбуждается. Когда распределитель достигает позиции, на которой принимается второй длинный импульс выбора КП, возбуждается триггер КП2 по 7)-входу по цепи: +12 В—R19—распределитель—разъем—кодирующая перемычка—контакт разъема С2—D-вход КП2.
При возбуждении двух триггеров КП на выходе 4 инвертора DD19.2 появляется сигнал 1, поступающий на D-вход триггера блокировки реле ТРБ (DD14.2) и на вход 8 инвертора DD19.3. Этот же сигнал запирает диод VD38.
С приходом третьего длинного импульса выбора операции сигнал 1 появляется на выходе 7 счетчика DD12 и по С-выходу возбуждает триггер ТРБ, который через резистор R56 открывает транзисторы VT2 и VT1. На модуль МР подается питание, о чем свидетельствует зажигание светодиодов на их лицевых панелях.
Одновременно на выходе 70 инвертора DD19.3 появляется сигнал 0, а на выходе 10 инвертора DD15.3 — сигнал 1, который через резистор R54 открывает транзистор VT4 управления набором реле. Объединенные эмиттеры транзисторных ключей модуля МР через транзистор VT4 подключаются к минусовой шине GND. Один из транзисторных ключей, база которого подключена к текущей позиции распределителя, откроется и подаст питание на катушку герконового реле. Реле, возбудившись, становится на самоблокировку. Далее транзистор VT4 будет открываться на тех позициях распределителя, где появляется длинный импульс. При этом будут включаться соответствующие реле объекта и реле группы в модуле МР.
При возбуждении триггера ТРБ (DD14.2) сигнал 0 с его выхода 72 снимает запрет на возбуждение триггера реле исполнения ТРИ (DD17.2). В конце первой серии при переключении распределителя в 32-ю позицию при сбросе триггера ТЗД на выходе 13 инвертора DD19.4 появляется сигнал 1. Если серия была принята правильно, то в счетчике длинных импульсов должно быть записано число шесть: два — выбор КП, один — выбор операции, один — выбор объекта, один — выбор группы, один — сверхдлинный. Тогда на выходе 5 счетчика DD12 появляется сигнал 1 и, следовательно, на выходе 7 инвертора DD19.4 появляется сигнал 0, который поступит на инвертор DD16.3.
Сигнал 1 с выхода 10 инвертора DD16.3 возбуждает триггер ТРИ по С-входу, т.к. на Я-вход поступает сигнал 0 с выхода 72 триггера DD14.2. Однако сигнал 1 с выхода 10 инвертора DD16.3 не поступает в цепь управления РИ (контакт АЗ разъема), т.к. на выходах 72 триггеров ТРБ и ТРИ при их возбужденном состоянии присутствуют сигналы 0, открытые диоды VD43 и VD44 шунтируют эту цепь.
На выходе 10 инвертора DD15.3 присутствует сигнал 1, т.к. на входе 9 инвертора DD15.3 присутствует сигнал 0. Транзистор VT4 открывается, но реле РИ не включится, поскольку цепь управления реле РИ зашунтирована. В момент перехода распределителя в первую позицию счетчик DD12 по 7?-входу устанавливается в нулевую позицию, сбрасывая оба триггера КП. Триггеры ТРБ и ТРИ остаются возбужденными, а набранные реле — включенными. Начинается прием второй серии.
При полной идентичности обеих серий в момент перехода распределителя в 32-ю позицию на выходе 10 инвертора DD16.3 появится сигнал 1. Поскольку триггер ТРИ был возбужден, то на D-входе присутствует сигнал 0, следовательно, произойдет сброс ТРИ. На его выходе 72 появится сигнал 1, который через цепь С12, R51 поступит на 0-входы счетчиков DD20.1 и DD20.2 и сбросит их. На выходе 77 инвертора DD16.4 появится сигнал 1, который через-резистор R57 будет удерживать открытыми транзисторы VT2 и VT1, а через диоды VD42 и VD39 сбросит триггер ТРБ. С выхода 72 триггера DD14.2 (ТРБ) на P-вход триггера ТРИ поступает сигнал 1, при этом происходит его сброс. Диоды VD43 и VD44 запираются. Сигнал 1 с выхода 10 инвертора DD16.3 через резистор R53 поступает в цепь управления реле РИ (контакт АЗ разъема). Так как транзистор управления набором VT4 открыт, реле исполнения РИ включается и встает на самоблокировку. На лицевой панели модуля ТУ КП загорается светодиод «РИ». От
229
крывается транзистор VT5, шунтируя базу VT4, при этом набор других команд становится невозможен, пока включено реле РИ.
Счетчик времени считает импульсы, поступающие на вход / DD20.1 с выхода 4 генератора DD1.2. После полного цикла переключений с выхода 14 счетчика DD20.2 на входы 12 и 13 инвертора DD16.4 поступает сигнал 1 через резистор R61. На выходе 11 инвертора DD16.4 появляется сигнал 0, поступающий на вход 2 счетчика DD20.1, который самоблокируется, все реле обесточиваются, так как запираются транзисторы VT2 и VT1 при поступлении сигнала 0 на базу транзистора VT2 через резистор R57. Схема готова к приему новой команды.
Выдержка времени, в течение которого набранные реле остаются на самоблокировке, составляет около 6 с. Это время может быть уменьшено путем шунтирования одного или обоих диодов VD46, VD47. После снятия питания с модуля МР, т.е. когда на выходе И инвертора DD16.4 появится сигнал 0, на входе инвертора DD26.1 сохраняется сигнал 1 некоторое время (около 13 мс) за счет цепи R92, С13. Это время необходимо для того, чтобы все герконы успели разомкнуться, в противном случае будет ложно зафиксировано залипание геркона.
Защиты устройства ТУ КП осуществляют контроль работы устройства ТУ как на холостой, так и на командных сериях. При передаче с ДП командной серии на всех КП, кроме того пункта, на который передается команда, по крайней мере один триггер КП не возбужден. На выходе 4 инвертора DD19.2 присутствует сигнал 0 и диод VD38 открыт. Счетчики DD12 всех КП заполняются к концу серии шестью импульсами, но благодаря диоду VD38 на КП, для которых эта передача не предназначена, на входе 12 инвертора DD19.4 будет сигнал 0. Если в результате каких-либо отказов модуля на таком КП питание все-таки подается на модуль МР, включение реле исполнения РИ будет невозможно, т.к. на выходе 11 инвертора DD19.4 будет сигнал 1. Кроме того на входе 13 инвертора DD13.4 в данном случае будет сигнал 1. Это значит, что когда после сброса триггера ТЗД на входе 6 инвертора DD15.2 появится сигнал 1, на его выходе 4 появится сигнал 0, а на выходе 11 инвертора DD13.4 — сигнал 1 и оба триггера ТЗП возбуждаются.
Защита от выбора двух операций, объектов, групп действует на основе транзисторов VT6, VT7, VT8, на базу которых через резисторы R25, R26, R27 и диоды VD13, VD15, VD17 подается напряжение смещения. При самоблокировке одного реле операции, объекта или группы ток недостаточен для создания на базе транзистора необходимого для его отпирания потенциала. Если включаются два реле, сумма токов их обмоток будет больше тока смещения. Разность этих токов отроет транзистор (VT6, VT7 или VT8) и оба триггера ТЗП возбудятся.
Защита от залипания герконов действует после окончания исполнения команды, если остался замкнутым какой-либо контакт реле. Защита выполняется на базе модуля МЗГ (см. рис. 7.60). Она действует следующим образом. После окончания исполнения команды на выходе счетчика РВ появляется сигнал 0, снимается питание с модуля МР, герконы размыкают свои контакты. Если же один из них залип, модуль МЗГ через контакт разъема С8 поддерживает сигнал 0 на аноде диода VD19. После того как на выходе 4 инвертора DD26.2 появится сигнал 0, оба триггера ТЗП возбуждаются.
Защита от удлинения паузы или появления паузы при возбужденном ТЗД действует независимо от вида серии. С инвертора DD5.1 на входы 2 инвертора DD4.1 и 6 инвертора DD4.2 на паузах подается сигнал 1. Если пауза в середине серии удлиняется, то с выхода 3 счетчика DD2 датчика времени на вход 5 инвертора DD4.2 также подается сигнал 1. На выходе 70 инвертора DD4.3 появляется сигнал 1, который через диод VD3 блокирует счетчик DD2, через диод VD4 возбуждает оба триггера ТЗП, а через диод VD32 сбрасывает счетчик числа длинных импульсов DD12 по R-входу, который сбросит оба триггера КП, если они возбуждены.
230
Появление паузы при возбужденном триггере ТЗД приведет к тем же результатам, т.к. на входах 7 и 2 инвертора DD4.1 будет сигнал 1.
Защита по количеству длинных импульсов в серии действует, если их количество не равно шести (см. рис.7.59). Например, лишний импульс выбора КП приведет к отсчету семи длинных импульсов. На сверхдлинном импульсе после сброса триггера ТЗД распределитель переходит в 32-ю позицию, на входе 6 инвертора DD15.2 появляется сигнал 1. Так как на входе 12 инвертора DD19.4 присутствует сигнал 0 с выхода 5 счетчика DD12 (счетчик прошел позицию 6 или не дошел до нее), а на входе 5 инвертора DD15.2 уже есть сигнал 1, на входе 12 инвертора DD13.4 появится сигнал 0. Так как на входе 13 инвертора DD13.4 присутствует сигнал 1, на выходе 11 инвертора DD13.4 появится сигнал 1 и через конденсатор СЮ пройдет импульс, возбуждающий оба триггера ТЗП.
Кроме того, на выходе 10 инвертора DD13.3 тоже появится сигнал 1, который через VD40 сбросит по R-входу триггер ТРБ, дублируя действие триггера ТЗП. Однако сброс триггера ТРБ по этой цепи, если отказали оба триггера ТЗП, не блокирует набор реле и не включает «Сбой ТУ», хотя выполнение команды исключается, т.к. нет питания МР. Если лишний импульс выбора КП пришел до или между истинными импульсами выбора КП, модуль ТУ КП реагирует как на прием команды другого КП, т.е. игнорирует всю командную серию, и сигнал «Сбой ТУ» не передается.
При правильном приеме двух командных серий запускается РВ (DD20). В этот момент начинает заряжаться через резистор R45 конденсатор СЮ, связанный с выходом 11 инвертора DD16.4. Сигнал возбуждения триггеров ТЗП при таком заряде не может сформироваться. Пока РВ отсчитывает время удержания набранных реле команды, модуль принимает следующие серии, в конце каждой из них на выходе 11 инвертора DD13.4 появляется сигнал 1, т.к. на входе 13 инвертора DD13.4 присутствует сигнал 1 с коллектора транзистора VT1. Так как конденсатор СЮ заряжен, на 7?-входах триггеров ТЗП1 и ТЗП2 присутствует сигнал 1 и их возбуждение не происходит. Когда РВ закончит отсчет времени удержания реле, конденсатор СЮ разрядится. Если питание МР не будет снято, например, при пробое транзистора VT1, то в конце очередной серии с выхода 11 инвертора DD13.4 сигнал 1 поступит на триггеры ТЗП1 и ТЗП2, возбуждая их. В конце серии оба триггера ТЗП сбрасываются по A-входам и вновь возбуждаются сигналом 0 через инверторы DD13.2 и DD16.2. Это будет повторяться до устранения залипания геркона.
7.14.	Автоматизированная система телемеханическоао управления (АСТМУ)
Система АСТМУ представляет собой многоуровневую систему управления, выполненную на основе программируемых логических контроллеров (ПЛК) и персональных компьютеров (ПК). Нижний уровень контролируемых пунктов предназначен для управления объектами электроснабжения электрифицированных железных дорог, сбора, предварительной обработки на локальном уровне и передачи информации телесигнализации и телеизмерения на диспетчерский пункт. Верхний уровень управления АСТМУ — локальная компьютерная сеть с реализацией мнемосхемы энергодиспетчерского круга на нескольких экранах видеомониторов. Программное обеспечение верхнего уровня дает возможность реализовать задачи автоматизированного управления технологическим оборудованием контролируемых пунктов и функции АРМ энергодиспетчера.
Базовый комплект аппаратуры контролируемых пунктов включает в себя шкафы КП-Б2 и КП-М2 системы АСТМУ-А с информационной емкостью: 160 объектов ТС, 80 объектов ТУ, 16 сигналов ТИ (КП-Б2) и 48-ТС, 24-ТУ, 16-ТИ (КП-М2). Аппаратура АСТМУ-А выполняется с применением современных отечественных и импортных комплектующих элементов, обеспечивающих необходимые функциональные и метеорологические характеристики.
231
Расширение информационной емкости аппаратуры КП осуществляется с помощью микропроцессорных измерительных преобразователей ПТИ-И, подключаемых к контроллеру шкафа по последовательному каналу. Высокая точность и скорость преобразования сигнала позволяет использовать их для диагностики силового оборудования и контроля за качеством электроэнергии. По последовательному каналу к шкафу телемеханики можно подключать микропроцессорные блоки релейной защиты и автоматики (БМРЗ).
АСТМУ наряду с выполнением функций, решаемых традиционно телемеханическими системами, позволяет решать следующие задачи автоматизации:
-	функции аварийных отключений и срабатывания защит;
-	ведение архива телесигнализации, телеизмерений и команд телеуправления;
-	автоматизация оперативной работы по заявкам с компьютерной подготовкой соответствующих документов;
-	отображение однолинейных динамизированных схем объектов электроснабжения;
-	обеспечение большого объема телеизмерительной информации для диагностики электротехнического оборудования;
-	построение современных АСУ тягово-понизительных подстанций и всей дистанции электроснабжения.
Видеотерминалы с современной динамизированной графикой представляют энергодиспетчеру широкие возможности в просмотре схем, в работе с текстами и графическими базами данных, а также позволяют автоматизировать оперативную работу энергодиспетчера по приему заявок, формированию приказов, выполнению типовых заявок, реализовать с помощью пакета программ «АРМ энергодиспетчера» «безбумажную» технологию работы диспетчера.
Структурная схема АСТМУ приведена на рис. 7.61. Верхний уровень управления АСТМУ представлен группой компьютеров, объединенных в локальную сеть. На двух
Рис. 7.61. Структурная схема системы АСТМУ
232
и более компьютерах, в зависимости от сложности круга энергодиспетчера, реализуется «виртуальный» диспетчерский щит. «Виртуальный» пульт реализуется с помощью компьютера операторской станции. Пакет программ «АРМ энергодиспетчера» позволяет работать без традиционного пульта-манипулятора. Любой из компьютеров в сети при необходимости может выполнять функции вышедшего из строя компьютера, за счет чего обеспечивается 100%-ный резерв аппаратуры диспетчерского пункта.
Связь верхнего уровня управления с аппаратурой контролируемых пунктов осуществляется по протоколу MODBUS. Сбор данных ТС и ТИ производится посредством циклического опроса, причем процедура опроса может задаваться программно. Специальные модемы позволяют обеспечивать работу АСТМУ как по выделенным линиям связи (воздушным, кабельным) и каналам тонального диапазона частот, так и на диспетчерских кругах, оборудованных устройствами телемеханики типа «Лиена». Цифровой способ передачи информации, используемый в АСТМУ, позволяет на несколько порядков повысить скорость обмена информацией при использовании волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).
Глава 8 ТЕЛЕМЕХАНИЧЕСКИЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ И ИХ АППАРАТУРА
8.1.	Классификация каналов связи
Информация, используемая в системах управления устройствами электроснабжения, передается от источника информации до ее приемника по каналам связи.
Каналом связи или каналом передачи информации называется совокупность технических средств и тракта (аппаратуры и линии связи), предназначенных для независимой передачи сигналов на расстояние от источника информации до ее приемника. Для организации каналов связи используются линии связи.
Линия связи — это физическая среда, например, провода линии, по которым осуществляется передача сигналов. Одна линия связи может быть использована для образования многих каналов связи с независимой передачей сигналов.
Классификация каналов связи осуществляется по различным признакам и параметрам.
По видам линий и способам образования в них каналов можно классифицировать каналы следующим образом:
—	физические, образуемые на проводных линиях связи;
—	искусственные — дополнительные каналы на занятых проводных линиях;
—	частотные — на выделенных или занятых проводных цепях;
—	высокочастотные, передаваемые по проводным линиям;
—	высокочастотные, передаваемые по проводам линий электропередачи и силовым разветвленным сетям;
—	радиорелейные, выделенные для телемеханики в радиорелейных линиях;
—	радиоканалы.
По характеру эксплуатации каналы связи можно разделить на:
—	выделенные, постоянно включенные между двумя пунктами;
—	коммутируемые, создаваемые по вызову на основе разных каналов и распадающиеся автоматически после окончания передачи.
По физической природе колебаний, используемых для передачи сообщений каналы делятся на электрические, электромагнитные, оптические, акустические и т. д.
Для передачи сигналов телемеханики используется практически весь освоенный спектр частот, который делится на ряд диапазонов: 0—300 Гц — подтональный; 300— 3400 Гц — тональный (телефонный); 3400—10000 Гц — надтональный; 10—150 кГц — высокочастотный; 150 кГц—30000 МГц — радиочастотный.
Подтональный диапазон частот используют для передачи сигналов телемеханики по проводным линиям связи импульсами постоянного тока или с помощью узкополосных (1—10 Гц) частотных каналов. В тональном диапазоне образуют частотные каналы в выделенных для телемеханики проводных линиях связи, а также для образования вторичных каналов в выделенных для телемеханики высокочастотных телефонных или радиоканалах. Надтональный диапазон используется для уплотнения занятых проводных цепей. Высокочастотный диапазон используется для образования телефонных каналов с возможностью уплотнения их каналами телемеханики, а также для организации кана-
234
лов связи по высоковольтным линиям электропередачи. Диапазон радиочастот подразделяют на поддиапазоны длинных, средних, коротких, ультракоротких (метровых и сантиметровых) волн. Все эти диапазоны используют для образования радиоканалов, а более высокие частоты — как для радиоканалов, так и для радиорелейных линий.
В системах телемеханики, как правило, используют электрические каналы связи. В соответствии с характером и расположением контролируемых объектов выбирается конфигурация и структура линий связи. Большинство промышленных и транспортных объектов стационарные. Они могут быть сконцентрированы в одном пункте (сосредоточенные объекты) или разбросаны поодиночке на большой территории (рассредоточенные). Организация каналов связи в каждом случае будет иметь свои особенности. Линии связи могут быть радиальными (см. рис. 6.3, а), когда каждый контролируемый пункт соединяется с диспетчерским отдельной линией; цепочечными или лучевыми (см. рис. 6.3, б), у которых рассредоточенные контролируемые пункты КП последовательно присоединяются к общей линии связи без каких-либо пересечений и ответвлений; древовидные одноствольные (см. рис. 6.3, в) и многоствольные (см. рис. 6.3, г), когда к общей линии связи в различных точках подключают рассредоточенные КП с ответвлениями от основных направлений.
Канал связи является ответственной частью системы управления, во многом определяющей надежность и точность передачи информации.
Устройства телемеханической связи должны обеспечивать:
—	бесперебойную и безотказную связь между пунктами передачи и приема информации, что достигается качеством аппаратуры и надежностью линий связи;
—	высокое качество передачи, соблюдение заданных параметров передаваемых сигналов, помехоустойчивость, что обеспечивается качеством приемно-передающего узла и канала связи в целом;
—	постоянный контроль состояния всего тракта передачи информации;
—	готовность к работе в любой момент времени и автоматичность действия.
Резервирование каналов связи телемеханики обычно не требуется, однако для возможности последующего расширения телемеханизации предусматривают резервные (свободные) пары проводов или жил кабеля связи.
8.2.	Проводные линии связи
На транспорте и промышленных предприятиях в системах управления, как правило, используются электрические каналы связи, образуемые по кабельным и воздушным проводным линиям.
Воздушные линии — наиболее старый вид проводной связи. Они очень подвержены влиянию внешних условий и помех. Для линий используют стальные и биметаллические (стальные, покрытые слоем меди) провода. Медные провода практически не применяют вследствие высокой стоимости. Для магистральных линий используют биметаллические провода, в которых на высоких частотах затухание сигнала вследствие поверхностного эффекта почти такое же, как и в медных. Линии со стальными проводами имеют худшие характеристики: больше затухание сигнала, меньше ширина спектра рабочих частот. Однако их стоимость значительно ниже, поэтому они широко применяются для телефонии и телемеханики на железнодорожном транспорте.
Кабельные линии, несмотря на их высокую стоимость (в 8—10 раз выше воздушных) получили наибольшее распространение. Это объясняется рядом существенных преимуществ кабельных линий, которые заключаются в их высокой механической прочности, помехозащищенности, значительно меньшей зависимости от метеорологических условий и т. д. Кроме того, следует учитывать, что во многих случаях вообще не представляется возможным прокладывать воздушные линии (например, вдоль железнодорожных линий, электрифицированных на переменном токе). Кабельная канализация в этом случае является единственным способом создания физической проводной линии связи.
235
Каналы связи по кабельным линиям с использованием современных систем передачи наиболее надежны и совершенны. Дальность передачи (с промежуточными усилителями) может достигать нескольких тысяч километров.
При производстве кабеля отдельные жилы свивают парами, а пары — в четверки. Скручивание пар и четверок позволяет обеспечить симметрию жил (одинаковые емкости по отношению к оболочке) и наименьшее значение емкостей между парами. В результате этого уменьшается взаимное влияние отдельных пар. Такие кабели называют симметричными. Рабочий диапазон частот в симметричных кабелях может составлять несколько сотен килогерц в зависимости от их конструкции.
Известны системы передачи, в которых число каналов достигает 180 на одну пару проводов. Дальнейшее увеличение числа каналов возможно в несимметричных кабелях. Коаксиальные кабели образуют из отдельных коаксиальных трубок, размещенных под общей оболочкой вместе с сигнальными парами, а иногда и с четверками кордельной конструкции. Применение коаксиальных кабелей позволяет расширить рабочий диапазон частот до нескольких мегагерц. Так, при работе с частотами до 12 МГц в таком кабеле можно образовать до 2700 телефонных каналов или один телевизионный и 1200 телефонных каналов.
Параметры и характеристики проводных линий связи определяются их свойствами, зависящими от материала, площади поперечного сечения проводов, расстояния между ними, изоляции и т. д. Эти свойства определяются первичными и вторичными параметрами.
К первичным параметрам относятся активное сопротивление R, индуктивность L, емкость С и проводимость изоляции (утечка) С, приходящиеся на единицу длины.
Активное сопротивление R, Ом/км зависит от материала и площади поперечного сечения провода.
Индуктивность L, мГн/км учитывает индуктивность каждого провода и взаимную индуктивность между ними. Индуктивность L зависит от расстояния между проводами, их диаметра, материала и частоты (в основном для стальных проводов). Для воздушных линий с медными проводами индуктивность примерно 2 мГн/км, а при стальных проводах — 15 мГн/км. Индуктивность кабельных линий составляет десятые доли миллигенри на 1 км длины.
Емкость С, мкФ/км зависит от диаметра проводов и расстояния между ними, а также от диэлектрической проницаемости изолирующей среды. Для воздушных двухпроводных линий емкость составляет около 0,006 мкФ/км, емкость кабельной линии значительно больше —- около 0,03—0,04 мкФ/км.
1
Активная проводимость G, -----определяется качеством и состоянием изоля-
Ом-км
ции, а у воздушных линий зависит от атмосферных условий. Если при сухой погоде она
равна 0,110-6 —---, то в дождь и туман — О,51О'10 —--. Проводимость изоляции
Ом-км	Ом-км
кабеля 10'9—1О"10 —---- при постоянном токе и заметно растет с частотой.
Ом-км
К вторичным параметрам линии связи относятся волновое сопротивление Zc и постоянная распространения у, которые являются производными от первичных параметров.
Волновое сопротивление Zc определяется как отношение напряжения в любой точке линии к току, представляет собой комплексную величину и является производной от первичных параметров:
| R + JcoL у G + jwC
(8.1)
Постоянная распространения также является производной от первичных параметров:
у = 7(7?-jcoL)(G + jcoC).
(8.2)
236
Она представляет собой комплексную величину:
Y = a+j’P,	(8.3)
где a — коэффициент затухания напряжения и тока вдоль линии на единицу ее длины, являющийся действительной частью комплексной величины; р — угловой или фазовый коэффициент, представляющий изменение фазы колебания на единицу длины линии.
На железных дорогах применяют магистральный кабель связи типа МКПАБ и воздушные линии связи на линиях, электрифицированных на постоянном токе. На рис. 8.1 проведены зависимости а и Zc от частоты. Кривые 1 построены для магистрального кабеля типа МКПАБ с диаметром жил 1,05 мм, а кривые 2 — для воздушных линий со стальными проводами диаметром 4 мм. С увеличением частоты коэффициент затухания а быстрее нарастает в кабельных линиях, а волновое сопротивление Zc быстрее в них спадает.
В проводной связи для измерения мощности сигналов и помех в различных точках линии принято оценивать по логарифмической шкале. За начало отсчета принят условный нулевой уровень, соответствующий мощности = 1 мВт. Абсолютным уровнем мощности в какой-либо точке называется
р = 101g Рх //>= 101g Рх, дБ,	(8.4)
где Рх — мощность сигнала в точке х линии, мВт.
Очевидно, что при Рх > 1 мВт абсолютный уровень мощности оценивается положительным числом (р > 0), а при Рх < 1 мВт — отрицательным (р < 0).
Абсолютный уровень мощности может быть определен также через напряжение и ток:
U2 U
p = 101g-f = 201g-у-, дБ,	(8.5)
Г	I
p = 101g-y = 201g—,дБ, Л)	Л)
(8.6)
где Ux, 1Х — напряжение и ток сигнала в точке х линии, В, А; С/о, /0 — напряжение и ток сигнала, соответствующие нулевому уровню мощности, В, А.
При одном и том же абсолютном уровне мощности напряжения и токи могут быть различными в зависимости от сопротивления линии. В проводной связи используются магистральные кабельные линии с Zc = 200 Ом, воздушные линии со стальными проводами, имеющие Zc = 1200 Ом. Для этих сопротивлений, измеренных на частоте 800 Гц, напряжения при нулевом уровне мощности сигнала соответственно равны 0,7 и 1,1 В.
При передаче по линии вследствие потерь в сопротивлении и изоляции происходит потеря энергии сигнала. В результате напряжение и ток в конце линии оказываются
Рис. 8.1. Зависимость затухания и волнового сопротивления Zc от частоты
237
Затухание, вносимое участком линии между точками 1 и 2, определяется выражением
n = 2Olg6/1/(72=2Olg7,/Z2	(8.7)
ИЛИ <7 = 101g^/P2,
где Ul и /j — напряжение и ток сигнала в точке 1; Z/2 и 72 — напряжение и ток сигнала в точке 2.
Аналогичным образом определяется затухание в любых элементах канала связи, например, в фильтрах. Также оценивают и увеличение уровня сигнала в усилителях.
Если мощность сигнала на выходе передатчика Рп, то уровень передачи
А, = 10 lgPn.	(8.8)
При коэффициенте затухания а затухание, вносимое линией длиной /, можно определить по выражению
a = a-Z = 101gP11/Pnp,	(8.9)
где Pnp — мощность на приемнике сигнала в конце линии.
Уровень сигнала в конце линии длиной / можно определить по формуле
Рпр = /’п-° = Рп-а-/-	(8.10)
При передаче на сигнал воздействуют помехи. При мощности помехи Рпом ее уровень определяется как
Рпом = Ю lgPnoM.	(8.11)
Надежная работа канала связи может быть обеспечена лишь при достаточном уровне превышения сигнала в месте приема над уровнем помех, не менее чем на рсп. Мощность сигнала в линии не должна превышать величины, при которой сигнал будет оказывать мешающее влияние на другие каналы связи, работающие по этой же цепи или на близком расстоянии от нее. Во избежание этого устанавливают допустимый уровень передачи />доп в начале линии. Наименьший уровень сигнала в точке приема должен превышать уровень помехи и равен
Т'пр — Атом + А:п-	12)
Наибольшее допустимое затухание при передаче сигнала определяется как разность между максимальным уровнем при передаче и минимальным при приеме:
°доп — Аюп — Aip — Аюп (Атом + Т’сп)'	(8.13)
Зная коэффициент затухания а для данной линии и допустимую величину затухания в линии адоп, нетрудно определить дальность передачи
(8.14)
Для проводных линий связи стандартом устанавливается уровень помехи /?пом = — 49 дБ (около 2,5 мВ на 600 Ом). Это, так называемая, псофометрическая помеха, за которую принимают условную помеху на частоте 800 Гц, оказывающую на человеческое ухо то же воздействие, что и суммарная помеха, реально существующая в диапазоне звуковых частот.
Иногда уровни величин оценивают натуральным логарифмом соответствующего отношения, при этом их измеряют в неперах:
a = ]nUJU2 = ln7j/72= —In Д/Р2.	(8.15)
Затуханием в 1 Нп обладает линия, в которой напряжение или ток в начале линии больше, чем эти же параметры в конце ее, в 2,72 раза.
238
Единицы измерения уровней сигналов связаны следующими соотношениями: 1Нп = 8,68 дБ; 1дБ = 0,115 Нп.
Затухание, вносимое другими элементами, а также увеличение мощности сигналов усилителями измеряют также в неперах (Нп) и децибелах (дБ).
8.3.	Разделение каналов связи
Выделение самостоятельных проводных линий для передачи разных видов телемеханической информации не всегда возможно, а во многих случаях нерационально по экономическим соображениям вследствие слабого использования каналов по частотному спектру и времени. Современные технические средства позволяют осуществлять многократное использование выделенной линии связи. При этом уплотняют уже заня
тые проводные цепи связи.
Искусственные цепи создаются на занятых телефонных линиях. Такой способ уплотнения является наиболее простым, доступным и дешевым. Применяются симмет
ричные и несимметричные искусственные цепи.
На рис. 8.2 представлена схема использования несимметричной искусственной цепи для передачи телемеханической информации по проводам, используемым для телефонной связи. Для подключения телефонной аппаратуры ТФ на обоих концах линии связи включают дифференциальные трансформаторы Т1 и Т2. Между средними точками подключают аппаратуру телемеханики ТМ, являющуюся источником информации на одном конце и приемником — на другом. Пара проводов телефонной линии является прямым проводом, по которому протекают токи z'j и z2, которые в сумме составляют ток устройства телемеханики, т. е. z = z, + z2. Если сопротивления проводов Z] и Z2 равны, а трансформаторы Т1 и Т2 строго симметричны, то — 12. Они создают в трансформаторах равные и противоположно направленные магнитодвижущие силы, поэтому трансформации токов телемеханики не происходит. Ток основной цепи (на схеме показан пунктиром) не ответвляется в цепи ТМ, поскольку при строгой симметрии системы напряжение между средними точками трансформаторов равно нулю (как в диагонали сбалансированного моста).
Обратным проводом в этой системе телемеханической связи является земля, что обуславливает ее незащищенность от блуждающих токов, а также ухудшение телефонной связи при ухудшении контакта или изоляции одного из проводов. Такие несимметричные
искусственные цепи, имеющие низкую помехозащищенность, применяются очень редко.
Широкое применение находят симметричные искусственные цепи (рис. 8.3). Аппара-
тура телемеханики ТМ включается между средними точками трансформаторов Tl, ТЗ и Т2, Т4 двух основных цепей, использу-
емых д ля телефонной связи. Если сопротивления проводов основных цепей одинаковы и обмотки трансформаторов w2 и w3 симметричны относительно средней точки, то взаимное влияние основных и искусственных цепей будет отсутствовать. В симметричной искусственной (фантомной) цепи роль прямого и обратного проводов выполняют пары проводов основных цепей. Внешние источники помех будут наводить в ее проводах токи zn одного направления и одинакового значения. Поэтому в нагрузке (в трансформаторах) токи помех на-
Рис. 8.2. Несимметричная искусственная цепь
239
Рис. 8.3. Симметричная искусственная цепь
правлены встречно и при идеальной симметрии суммарный ток равен нулю. Таким образом, защищенность симметричной искусственной цепи от внешних помех приближается к защищенности основных цепей.
Частотное разделение каналов связи сообщений аналогично рассмотренному в п. 6.2 частотному разделению элементов сообщений. Каждому источнику информации выделяется определенный частотный интервал физической линии. Независимая передача сообщений по различным каналам обеспечивается применением для каждого канала частотных передатчиков и приемников, работающих в заданном интервале частотного спектра.
На рис. 8.4 представлена структурная схема передачи сообщений, поясняющая принцип частотного разделения каналов сообщений. Частотный передатчик состоит из генератора несущей частоты GFj, настроенного на среднюю частоту /j выделенного канала, модулятора UB, полосового фильтра FZnep. Приемник включает в себя полосовой фильтр FZnp, усилитель UW, демодулятор UR. Фильтры приемников выделяют и пропускают с минимальным затуханием токи частот данного канала. Фильтры передатчиков предназначены для устранения гармоник, лежащих за пределами полосы данного канала и возникающих при модуляции. На вход каждого модулятора передатчика поступает сообщение ДО в виде управляющего сигнала. Это же сообщение выделяется на выходе соответствующего приемника после передачи и соответствующих преобразований.
Многократное частотное разделение (уплотнение) каналов связи широко используется при передаче информации. На рис. 8.5, а приведена структурная схема двукратного частотного уплотнения. На ней аппаратура высокочастотных каналов обозначается индексом «в». В системе имеется ряд каналов с достаточной полосой пропускания Д/(рис. 8.5, б). Каждый из этих каналов уплотняется низкочастотными каналами с частотой Д, и Узк°й полосой пропускания Д/7 представляющими вторичные каналы 1, 2,...к. Число вторичных каналов при этом должно быть таким, чтобы выполнялось условие:
kkF^kf	(8.16)
где к — число вторичных каналов; Д/7 — полоса частот вторичных каналов; Д/— полоса частот первичных каналов.
Обычно этот способ используют для уплотнения телефонных высокочастотных каналов проводных линий, радиорелейных и радиоканалов узкополосными каналами телемеханики, системы передачи данных и другими. Такое уплотнение применяют из-за
Рис. 8.4. Структурная схема частотного разделения каналов сообщений
240
a
Рис. 8.5. Структурная схема двукратного частотного уплотнения
того, что технически трудно создать узкополосные каналы в высокочастотном и тем более в радиодиапазоне. Для этого требуется высокая стабильность генераторов, фильтров, сложность и стоимость которых резко возрастает. Вторичное уплотнение каналов позволяет использовать как стандартные высокочастотные каналы связи, например, для телефонной связи, так и стандартную аппаратуру вторичного уплотнения.
Рис. 8.6. Временное разделение каналов сообщений: а — структурная схема; б — временная диаграмма передачи сообщений за один цикл; в — временная диаграмма передачи сообщений за несколько циклов
16-6086
241
Рис. 8.7. Структурная схема временного разделения каналов сообщений при территориально рассредоточенных источниках информации
Временное разделение каналов связи иллюстрируется на рис. 8.6 структурной схемой и временными диаграммами передачи сообщений. Оно заключается в поочередном использовании линии связи для передачи сообщений от различных источников (1, 2, 3, ... /V) информации. Обычно источники и получатели сообщений подключаются к линии поочередно с помощью распределителей Р1 и Р2, которые переключаются синхронно и синфаз-но на передающей и приемной сторонах линии связи. Распределитель переключается управляющими импульсами, поступающими на его вход. При получении очередного импульса распределитель переключается в следующую позицию, на которой осуществляется передача всего сообщения (рис. 8.6, б) либо отдельной его части, например, одного элемента (рис. 8.6, в). В последнем случае передача всего сообщения происходит за несколько циклов работы распределителя. На временной диаграмме рис. 8. 6, в сообщения передаются от 4-х источников поэлементно в течение 5 циклов работы распределителя.
Если источники информации территориально распределены вдоль линии связи, то у каждого из них и у каждого получателя устанавливается свой распределитель (рис. 8.7). С центрального диспетчерского пункта ДП осуществляется синхронизация всех распределителей. Разделение отдельных сообщений и сигналов выполняется в следующем порядке. Например, в первой позиции распределителя сообщение передает источник 1 на КП1. Диспетчерский пункт принимает это сообщение (а также другие пункты, если это необходимо). После переключения распределителя во вторую позицию информацию передает источник 2, находящийся на КП2 и т. д.
8.4.	Каналы телемеханики по линиям электропередачи и распределительным силовым сетям
Воздушные линии электропередачи (ЛЭП) напряжением 35—500 кВ широко применяются в энергетических системах. Длина ЛЭП обычно составляет от десятков до сотен километров. Такие линии, как правило, имеют очень высокую надежность и в большой степени подходят для образования высокочастотных (ВЧ) каналов связи для служебной телефонии, телемеханики, высокочастотной защиты.
Каналы телемеханики по ЛЭП могут быть образованы в диапазоне частот 30—500 кГц. Применение частот ниже 30 кГц ограничивается высоким уровнем помех, возникающих за счет высших гармоник тока промышленной частоты. Повышенный уровень помех обусловлен коронированием проводов, разрядами на поверхности изоляторов, включением и отключением ЛЭП и другими причинами.
Наибольшее распространение получило присоединение аппаратуры ВЧ связи к воздушной линии (ВЛ) по схеме фаза—земля (рис. 8.8). Передача информации в этой схеме осуществляется по одному проводу ВЛ и по земле.
Высокочастотный пост связи ВПС представляет собой комплекс устройств, предназначенных для образования высокочастотных каналов, которые присоединяются к
242
вл
Рис. 8.8. Схема образования канала связи и телемеханики по ЛЭП
ВЛ через фильтры присоединения ФП и конденсаторы связи КС. Конденсаторы КС предназначены для отделения аппаратуры высокочастотного поста от высокого напряжения ЛЭП, поэтому изоляция КС рассчитывается на полное напряжение ВЛ. Емкость КС выбирается обычно в пределах 2200—2400 пФ, что является большим сопротивлением для переменного тока частотой 50 Гц, проходящего по ВЛ, и малым сопротивлением для высокочастотных сигналов телемеханики.
Высокочастотный пост ВПС соединяется с фильтром ФП с помощью высокочастотного коаксиального кабеля ВК, обладающего малым зату
ханием для ВЧ токов. Фильтр ФП служит для согласования входных и выходных сопротивлений ВЛ и кабельной линии ВК и составляет вместе с конденсатором КС полосовой фильтр, настроенный на частоту сигналов телемеханики. Кроме того, с фильтром присоединения связаны устройства, обеспечивающие защиту обслуживающего персонала и ВЧ аппаратуры от высокого напряжения в случае пробоя конденсатора КС.
Высокочастотные заградители ВЧЗ предотвращают растекание ВЧ тока за пределы ВЛ. Для переменного тока частотой 50 Гц, протекающего по ВЛ, сопротивление ВЧЗ незначительно, что достигается соответствующим подбором параметров силовой катушки заградителя L3, конденсатора С3 и резистора R, из которых комплектуется ВЧЗ.
Для повышения помехоустойчивости канала связи в последнее время стали применять симметричную цепь связи по схеме фаза—фаза, т.е. между двумя проводами ВЛ. Такая схема обеспечивает значительно меньшее затухание и, следовательно, большую дальность передачи. При этом, однако, количество требуемой аппаратуры увеличивается вдвое.
Выпускаемая заводами аппаратура ВЧ уплотнения ЛЭП является комбинированной и предусматривает возможность образования каналов связи телемеханики, релейной защиты и телефонной связи.
Каналы связи по распределительным силовым сетям (РСС) становятся все более перспективными на предприятиях нефтяной, горнодобывающей, угольной промышленности, в коммунальном хозяйстве, т.е. там, где дополнительная прокладка проводных линий связи затруднена и связана с необходимостью затраты значительных средств. Благодаря своей разветвленности РСС являются удобным средством для передачи телемеханической информации.
Работы по использованию РСС для организации каналов связи ведутся в двух направлениях. Первое направление предусматривает только передачу команд объектам управления без сигнализации об исполнении этих команд. Такая передача осуществляется в диапазоне 175—3000 Гц. Высокий уровень помех в каналах этого диапазона исключает использование их для телефонной связи. Напряжение выходного сигнала передатчика канала достигает 4—5 В, а входной уровень сигнала в точках приема — примерно 1 В. Затухание сигнала в этом диапазоне частот не превышает 1 Нп на низких частотах и нескольких непер на частотах, близких к 3000 Гц.
Для второго направления характерно использование диапазона частот от 10 кГц до 200 кГц. Уровень помех в этом диапазоне значительно меньше, что открывает возможность двусторонней передачи сигналов и создания наряду с телемеханическими каналами связи также и телефонных каналов.
243
8.5.	Включение аппаратуры телемеханики в линию связи
По одной паре проводов может осуществляться либо односторонняя (симплексная), либо двусторонняя (дуплексная) связь. Для работы устройств телемеханики при симплексной связи (рис. 8.9) необходимо иметь две пары проводов: в одной из них образуются все каналы, работающие в одну сторону (телеуправление по линии ТУ), а в другой — в противоположную (телесигнализация и телеизмерение по линии ТС). Средние значения частот каналов связи приведены в табл. 8.1.
'	Таблица 8.1
Средние частоты аппаратуры каналов связи
Телефонный диапазон (300—3400 Гц)						Надтональный диапазон	
№ канала	/,Гц	№ канала	/,Гц	№ канала	/,Гц	№ канала	/Гц
1	450	7	1530	13	2610	17	3330
2	630	8	1710	14	2790	18	3510
3	810	9	1890	15	2970	19	3690
4	990	10	2070	16	3150		
5	1170	11	2250				
6	1350	12	2430				
Примечание. Полосы частот канала — 140 Гц, девиация — ±45 Гц.
При симплексной связи для ТС и ТУ можно использовать одну и ту же частоту. Рекомендуется для телеуправления разъединителями применять частоту/^, для ТУ подстанциями и постами секционирования — Д, для ТС станций, подстанций и постов секционирования — /5-/13- Если количество пунктов невелико и имеются резервные в отводимом для телеуправления спектре, частоты Д и Д Для телеуправления целесообразно не применять, так как на этих частотах образуются более высокие помехи, вызванные влиянием контактной сети. Кроме того, фильтры приемников и передатчиков на низких частотах более громоздкие и дорогие.
Рис. 8.9. Структурная схема симплексной телемеханической связи
Рис. 8.10. Структурная схема дуплексной телемеханической связи
244
Рис. 8.11. Схема подключения передатчиков и приемников ЧМ-сигналов к линии связи
При дуплексной связи (рис. 8.10) используется одна общая пара проводов для каналов как телеуправления, так и телесигнализации. В проводных линиях связи каналы с большей частотой используются для ближних пунктов КП, а с меньшей — более удаленными, так как затухание сигналов на нижних частотах меньше и дальность действия каналов больше.
При дуплексной связи используются частотные каналы телеуправления и теле-сигнализации. Между каналами ТУ и ТС оставляют разграничивающую полосу, чтобы уменьшить влияние высоких уровней передатчиков на низкие уровни приходящих сигналов. Примерное распределение частот при дуплексной связи следующее: f\ отводится для телеуправления разъединителями контактной сети в системах телемеханики с временным разделением каналов связи; /2 — Для ТУ подстанций и постов секционирования в системах с частотным разделением;/3 и /4 — разграничивающая полоса;/5 — резервный канал ТС (или телеизмерения по вызову);^ — для ТС разъединителей контактной сети; fj—fn — для ТС тяговых подстанций и постов секцио-нирвоания в системах с частотным разделением каналов связи.
Уровень помех при дуплексной связи оказывается более высоким, чем при симплексной, вследствие дополнительного влияния передатчиков каналов, работающих в одном направлении, на приемники каналов противоположного направления. В связи с этим дальность передачи при дуплексной связи всегда меньше, чем при симплексной. Кроме того, при дуплексной связи максимально возможное число каналов, работающих в одну сторону при том же спектре частот, всегда меньше, так как часть спектра занята каналами, работающими в другом направлении.
Для уменьшения влияния передатчиков на приемники одного и того же пункта при дуплексной связи их подключают к линии через дифференциальные ДФ или групповые фильтры. Однако передатчики все-таки оказывают влияние на приемники противоположного направления соседних пунктов. Чтобы уменьшить это влияние при дуплексной связи, нужно обеспечить необходимый разнос частот между каналами, работающими в противоположных направлениях.
При подключении к линии связи промежуточных пунктов затухание увеличивается из-за того, что часть энергии сигнала рассеивается на внутренних сопротивлениях аппаратуры этих пунктов. Чтобы уменьшить затухание, вносимое промежуточным пунктом, его подключают к линии через дополнительный резистор Ид (рис. 8.11). Затухание, вносимое в линию промежуточным пунктом, определяется выражением
a"=20,g(,+^ («•*)
где Zn — сопротивление линии, Ом; Rj — внутреннее сопротивление передатчика под номером /, Ом; Ra — сопротивление дополнительного резистора, Ом.
Если при дуплексной связи пункты подключаются через дифференциальную систему, необходимо также учитывать вносимое ею затухание. Обычно его принимают 3,5—5 дБ.
245
Для исключения отраженных волн и уменьшения помех линия по концам должна быть нагружена на сопротивления, равные ее волновому сопротивлению. Поэтому сопротивление аппаратуры оконечных пунктов должно быть согласовано с сопротивлением линии связи. Такое согласование осуществляется с помощью специальных устройств.
8.6.	Основные сведения по аппаратуре частотных каналов связи
В системах телемеханики электрифицированных железных дорог применяют частотные каналы связи. Аппаратура позволяет образовывать до 19 каналов. Средняя частота первого канала 450 Гц, средние частоты других каналов следуют через 180 Гц. Полоса частот каждого канала составляет 140 Гц. В системах телемеханики ЭСТ-62 и МСТ-95 предусмотрено использование до 19 каналов, средние частоты которых приведены в табл. 8.1.
В системе «Лиена» используется 16 каналов связи в тональном (телефонном) диапазоне частот. Информация в этой системе к границам удаленных диспетчерских кругов поступает по обходным высокочастотным каналам. Для передачи этой информации отводятся телефонные каналы, полоса частот которых не позволяет использовать каналы, частота которых превышает 3150 Гц (16 канал). Вместе с тем, в большинстве случаев для передачи телемеханической информации 16 каналов практически достаточно.
Быстрый рост объема передаваемой информации потребовал увеличения числа телемеханических каналов и появления вновь в системе МСТ-95 аппаратуры для образования 17—19 каналов, как было в системе ЭСТ-62.
Аппаратура каналов связи выполняется с частотной модуляцией. На схеме рис. 8.12, а представлен частотно-модулирующий передатчик, включающий в себя: модулятор М, изменяющий частоту генератора в процессе модуляции; генератор Г, создающий несущую частоту канала (см. табл. 8.1); каскад предварительного усиления ПУ; полосовой фильтр Ф; выходной усилитель мощности ВУ; линейный блок ЛБ, обеспечивающий присоединение передатчика к линии связи.
Кодовая серия телемеханики с выходного устройства поступает на модулятор М, который изменяет частоту работы генератора Г, в соответствии с поступающими элементами серии. Предварительно усиленные усилителем ПУ частотные импульсы через полосовой фильтр Ф поступает на выходной усилитель ВУ. С усилителя ВУ модулированные и усиленные до необходимого уровня импульсы через линейный блок ЛБ поступают в линию связи.
Приемник ЧМ сигналов (рис. 8.12, б) состоит из следующих блоков: линейного блока ЛБ; полосового фильтра Ф, усилительного каскада У; усилителей-ограничителей УО1 и УО2 (соответственно для ограничения сигналов с большой и малой амплитудой); дискриминатора Д; выходного триггера ТГ. Для повышения дальности передачи в комплект аппаратуры входят симплексный и дуплексный усилители.
Аппаратура предназначена для работы по проводным воздушным и кабельным линиям связи и может быть использована для передачи сигналов по телефонным каналам высокочастотного уплотнения и радиорелейным линиям. Рассмотренные передатчики и приемники используются также в аппаратуре телеблокировки выключателей контактной сети.
Рис. 8.12. Структурные схемы приемно-передающих устройств: а — передатчика ЧМ-сигналов; б — приемника ЧМ-сигналов
246
8.7.	Аппаратура каналов связи системы МСТ-95
Комплект аппаратуры каналов связи, входящий в состав устройств телемеханики МСТ-95, как указывалось ранее, позволяет образовать 19 независимых каналов связи по выделенным проводным воздушным и кабельным линиям. В качестве транзитных могут быть использованы высокочастотные каналы и радиорелейные линии. Возможно использование как симплексной, так и дуплексной связи. При цепочечном расположении КП обычно применяют симплексную связь.
Частотный передатчик, структурная схема которого представлена на рис. 8.13, включает в себя модулятор М, задающий генератор Г, программируемый счетчик-делитель СД, симметрирующий триггер, преобразователи прямоугольных импульсов в треугольные П/Т и треугольных — в синусоиду Т/С, полосовой фильтр ПФ, ключи для амплитудной модуляции К и выходной усилитель мощности УМ.
В передатчике применен кварцевый генератор, что обеспечивает высокую стабильность частоты. Вместе с программируемым счетчиком, шинами установки частоты УЧ и симметрирующим триггером он образует синтезатор частоты каналов. Модулятор М обеспечивает необходимое изменение частоты при нанесении информации. С выхода симметрирующего триггера Т на вход С модулятора М поступает сигнал синхронизации. Благодаря этому сигналу изменение частоты при модуляции осуществляется синхронно с ее периодом. Это позволяет синтезировать гармонический частотно-модулированный сигнал со стабильным спектром, что облегчает задачу фильтрации.
С целью формирования синусоидальных сигналов прямоугольные импульсы, поступающие с выхода триггера Т, предварительно преобразуются в треугольные, затем в преобразователе «треугольник-синус» Т/С они приобретают синусоидальную форму. При соответствующей настройке величина искажений не превышает 5 %, что допустимо благодаря наличию полосового фильтра ПФ.
При частотной модуляции изменяется частота элементов сигнала, что в процессе преобразования может привести к непредусмотренной амплитудной модуляции (амплитуды сигналов «1» и «О» будут отличаться друг от друга). Для ее устранения предусмотрена цепь корректировки амплитуды КА, идущая с выхода модулятора М на вход А преобразователя П/Т. После преобразования сигналы через полосовой фильтр поступают на усилитель мощности УМ. Уровень напряжения передачи устанавливается с помощью встроенного в УМ регулятора.
В передатчике предусмотрена возможность амплитудной модуляции при работе с аппаратурой других систем телемеханики (вход AM).
Частотный приемник (рис. 8.14) содержит согласующий входной элемент СВ, полосовой фильтр ПФ, ограничитель амплитуды Ог, частотный детектор ЧД и фиксирующий узел ФУз.
Согласующий входной элемент СВ ослабляет сигналы, спектр которых находится вне рабочего диапазона частот каналов всей системы. Полосовой фильтр ПФ из поступившей на его вход суммы сигналов различных каналов и помех выделяет сигналы только своего канала. Его параметры обеспечивают заданную характеристику при достаточном подавлении сигналов соседних каналов.
Сигнал с выхода полосового фильтра ПФ поступает на ограничитель амплитуд Ог. Ограничение начинается с уровня сигнала данного канала связи на входе приемника,
247
ТУ-ТС
ТБ
Рис. 8.14. Структурная схема частотного приемника МСТ-95
равного 3 мВ. Синусоидальный сигнал с непредусмотренной амплитудной модуляцией на входе Ог преобразуется в сигналы прямоугольной формы, свободные от паразитной амплитудной модуляции. Ограничитель Ог подавляет также импульсные помехи.
Ограниченный сигнал поступает на частотный детектор, содержащий два узкополосных фильтра. Один из них настроен на частоту fq — 45 Гц, второй — на частоту^ + 45 Гц (где f0 — средняя частота канала). Уровень сигналов на их выходах зависимь от поступающей в данный момент частоты. Таким образом, ЧМ сигналы, поступающие на входы частотного детектора ЧД, преобразуются в AM сигналы. Каждый из них поступает на свой детектор и далее — на сумматор, входящий в состав ЧД. С выхода ЧД разность сигналов, свободная от несущей частоты, поступает в фиксирующий узел ФУз. Фиксирующий узел устраняет возможность искажения длительности следующих друг за другом импульсов и пауз и формирует последовательность уровней, соответствующих логическим сигналам «О» и «1», тождественных поступающим на вход передатчика импульсам.
8.8.	Электрические фильтры
Электрическими фильтрами называются устройства, пропускающие токи одной частоты или полосы частот и задерживающие токи всех других частот. В телемеханических приемно-передающих устройствах каналов связи электрические фильтры используются широко.
На рис. 8.15 приведены характеристики затухания идеальных фильтров. Фильтры нижних частот (рис. 8.15, а) пропускают без ослабления токи всех частот ниже некоторой граничной /гр и задерживают токи всех частот выше ее. Фильтры верхних частот (рис. 8.15, б) пропускают без ослабления токи всех частот выше граничной frp и задерживают токи всех частот ниже ее. Полосовые фильтры (рис. 8.15, в) пропускают без ослабления токи определенной полосы частот между граничными верхней frp в и нижней /1Т н и не пропускают токи всех остальных частот. Режекторные (заградительные) фильтры (рис. 8.15, г) пропускают токи всех частот, кроме некоторой полосы, лежащей между /гр в и/гр н.
Реальные фильтры вносят некоторое затухание для токов частот, лежащих в полосе прозрачности, а затухание токов частот, соответствующих полосе непрозрачности, никогда не достигают бесконечности. Переход от полосы прозрачности к полосе непрозрачности происходит не скачком, как у идеальных фильтров, а постепенно. При этом за полосу прозрачности принимают полосу А/ при которой затухание не превышает 3 дБ, что соответствует снижению мощности сигнала в 2 раза.
На рис 8.16. приведена характеристика затухания реального полосового фильтра. Затухание а фильтра обычно выражается в децибелах (дБ). Чем выше качество фильтра,
Рис. 8.15. Характеристика идеальных фильтров: а — нижних частот; б — верхних частот; в — полосового; г — заградительного
248
тем круче ветви характеристики, тем ближе она к прямоугольной. Это качество фильтра характеризуется коэффициентом прямоугольности'.
(8.18)
где Д7 — полоса частот фильтра на уровне 3 дБ; ДЛ — полоса частот фильтра на условном уровне 30 или 50 дБ в зависимости от качества фильтра.
Рис. 8.16. Характеристика затухания реального полосового фильтра
Чем ближе характеристика к прямоугольной, тем ближе к единице коэффициент прямоугольности. Для качественных фильтров Кл = 0,5 0,7 (по уровню 50 дБ).
Наибольшее применение в устройствах телемеханики получили полосовые фильтры. Простейшие полосовые фильтры представляют LC-контуры: последовательный (рис. 8.17, а) и параллельный (рис. 8.17, б). Ток 1К в последовательном контуре (рис. 8.17, в) и напряжение С/к в параллельном контуре (рис 8.17, г) имеют значительную зависимость от частоты и достигают максимума 7рез и и^3 при резонансной частоте/рез. Полоса прозрачности контура А/определяется на уровне 0,7/рсз или (7рез, что соответствует снижению мощности сигнала в 2 раза, т.е. соответствует примерно 3 дБ.
Качество контура характеризуется его затуханием а или добротностью Q - —. Обычно а
одиночный LC-контур не обеспечивает необходимого затухания в полосе непрозрачности (недостаточная крутизна его характеристики, а коэффициент прямоугольности на уровне 30 дБ составляет от 0,05 до 0,15). Поэтому применяют более сложные фильтры с большим числом элементов, т.е. фильтры более высоких порядков.
На рис. 8.18. приведена зависимость полного сопротивления Z последовательного LC-контура от частоты. Если пренебречь активным сопротивлением контура, то его
полное сопротивление можно записать:
xc-2nfL ,	(8.19)
Z7y С
где %£ — сопротивление катушки L при частоте /; хс — сопротивление конденсатора С при частоте f.
При /= Лез xL = хс, aZ = 0.
При/= 0 и xL = 0, хс -> о®, aZ — хс —> ->=.
При частотах меньших 7рез полное сопротивление носит емкостной характер и ведет себя так же как емкость, сопротивление которой х'с = xL - хс.
При частотах выше преобладает индуктивное сопротивление xL, сопротивление контура носит индуктивный характер и ведет себя как индуктивность, сопротивление которой x'L = xL — хс.
Если увеличивать индуктивность и пропорционально снижать емкость так, чтобы не менялась резонансная частота f^3, то крутизна характеристики контура будет возра-
Рис. 8.17. Схемы и характеристики LC-фильтров:
а — схема последовательного фильтра; б — схема параллельного фильтра; в — АЧ-харак-теристика последовательного фильтра; г — АЧ-характеристика параллельного фильтра
249
При Zj>Zi
I
Емкостный характер
При L
Рис. 8.18. Зависимость полного сопротивления последовательного LC-контура от частоты
Z' и
Индуктивный характер
стать, т. е. характеристика контура при L = будет круче, чем при L = Л|, если Z2 > (рис. 8.18).
В нагрузке, включенной последовательно с LC-конту-ром, при частоте источника в пределах зоны I, носящей емкостной характер, ток будет опережать напряжение на фазе. В зоне II сопротивление контура носит индуктивный характер, и ток в нагрузке отстает от напряжения. При частоте/рез ток и напряжение совпадают по фазе.
Теперь рассмотрим характеристики двух LC-контуров, резонансные частоты которых и^ отличаются (рис. 8.19). При этом получаем три зоны: в зоне I сопротивления контуров носят емкостной характер; в зоне II сопротивление первого контура индуктивное А/ |, а второго — емкостное х^; в зоне III сопротивление обоих контуров индуктивное, при
чем Х/д значительно больше х/2.
Если эти два контура включаются на нагрузку параллельно, то в зонах I и III их токи будут складываться, а в зоне II — вычитаться. Если эти два контура включены в разные плечи дифференциального трансформатора (LI, С1 и L2, С2 на рис. 8.20), то напряжения на них подаются в противофазе, и токи в зонах I и III будут вычитаться, а в зоне II — складываться.
Шестиэлементный дифференциально-мостиковый фильтр шестого порядка (рис. 8.20) включает в себя шесть элементов (три индуктивности и три емкости) и дифференциальный трансформатор. Емкости и индуктивности образуют три последовательных LC-контура (L1.,C1; L2,C2; L3,C3), два из которых включены параллельно в одно плечо дифференциального трансформатора и один контур L2, С2 — в другое плечо. Характеристики сопротивлений контуров приведены на рис. 8.21, а. Наименьшую резонансную частоту/| имеет контур LI, С1, наибольшую/3 — контур L3, СЗ. В зоне I сопротивление контура L3, СЗ очень большое и ток через него практически на нагрузку не проходит. Токи двух других контуров LI, С1 и L2, С2 носят емкостной характер, но так как контуры в разных плечах трансформатора и напряжения сдвинуты на 180°, то токи в нагрузке вычитаются, т. е. затухание сигнала в этой зоне большое, а при частоте/н оно стремится к бесконечности (рис. 8.21, 6). В точке л характеристики Zj и Z2 пересекаются, сопротивления и токи равны, токи в нагрузке направлены встречно, сигнал отсутствует — полное затухание. По мере увеличения частоты от /н о, до /j увеличивается разность сопротивлений, а значит и разность токов в нагрузке, т. е. возрастает мощность сигнала.
В зоне II сопротивление Z3 по-прежнему очень велико и ток в контуре L3, СЗ практически отсутствует. Сопротивление Z\ в этой зоне носит уже индуктивный характер, токи первого и второго контуров складываются, а затухание резко снижается.
В зоне III сопротивление Z( становится значительным и ток в первом контуре практически отсутствует, а сопротивление Z3 существенно снижается, носит емкостной характер. Сопротивление Z2 в этой зоне уже становится индуктивным, т. е. токи второго и третьего контуров в нагрузке суммируются. Затухание сигнала сохраняется на низком уровне.
250
В зоне IV сопротивления всех трех контуров носят индуктивный характер и возрастают с увеличением частоты, а токи снижаются. Так как ток на нагрузке определяется разностью токов второго и третьего контуров, то он резко снижается, затухание сигнала быстро нарастает и в точке т при частоте f то оно стремится к бесконечности.
При частотах меньших/н « и больше/^ токи контуров LI, Cl; L2, С2; L3, СЗ неодинаковы, их разность не равна нулю, поэтому затухание, вносимое фильтром, на этих частотах остается достаточно большим.
В аппаратуре каналов связи телемеханики «Лиена» используют сдвоенные шестиэлементные дифференциальномостиковые фильтры двенадцатого порядка (рис. 8.22). Принцип их работы аналогичен выше рассмотренному, но они имеют лучшие характеристики затухания.
Активные RC-фильтры быстро вытесняют LC-фильтры. Последние в диапазоне тональных частот имеют большие
Рис. 8.21. Характеристики шестиэлементного фильтра: а — сопротивление контуров; б — затухание фильтра
размеры и массу, трудоемки в изготовлении, обладают недостаточной температурой и временной стабильностью.
Вследствие этого, а также в связи с развитием интегральной технологии активные RC-фильтры приобретают большое значение (рис. 8.23). Активными такие фильтры называются потому, что они всегда имеют усилители и обратные связи. Принцип действия фильтра основан на методе аналогового моделирования математических операций, используемых при передаче. В него входят: сумматор, выполненный на операционном усилителе УО1; два интегратора ОУ2 и ОУЗ. В схеме одновременно реализуются функции высокочастотного ВЧ-фильтра, полосового ПФ и низкочастотного НЧ. Так
как в каждом звене на выходе включен усилитель с малым выходным и большим входным сопротивлением, можно считать, что звенья полностью развязаны между собой. В этом случае передаточная функция каждого звена не зависит ни от предыдущего, ни от
последующего звена и может рассматриваться вне связи с другими.
В практических схемах фильтров, разработанных в виде толстопленочных микросборок применены гибридные одновходовые усилители. Настройка частоты и добротности фильтра осуществляется подгонкой пленочных резисторов с помощью лазера.
Сопротивления резисторов R, Ro, Rl, R3 влияют на частоту и добротность фильтра, а сопротивление резистора R2 — только на добротность. Настройку фильтра начи-
Рис. 8.22. Схема двухзвенного шестиэлементного фильтра
Рис. 8.23. Структурная схема активного фильтра на основе интегратора с одновходовыми операционными усилителями
251
нают с настройки частоты. Грубую подгонку частоты осуществляют с помощью резистора R или конденсатора С (при изготовлении фильтра), точную подгонку — с помощью резисторов Ro и R3. После настройки частоты необходимую добротность устанавливают с помощью резистора R2, включенного последовательно с одним из конденсаторов С.
Для получения фильтров более высоких порядков рассмотренные фильтры включают последовательно.
Цифровые фильтры в последнее время привлекают большое внимание в виду высокой стабильности, независящей от каких-либо параметров схемы (рис. 8.24). Цифровой фильтр содержит входной аналоговый фильтр АФ аналого-цифрового преобразователя АЦП, микроЭВМ (либо микропроцессор), цифро-аналоговый преобразователь ЦАП и фильтр нижних частот ФНЧ.
С помощью АФ АЦП выбираются входные сигналы, которые преобразуются в цифровую форму. МикроЭВМ обрабатывает поступающие цифровые выборки сигнала по специальной программе. С выхода микроЭВМ цифровой сигнал поступает на ЦАП, где из
Рис. 8.24. Структурная схема цифрового фильтра
цифровой формы вновь превращается в аналоговую. Так как работа АФ ЦАП и ЦАП всегда сопровождается появлением паразитных высших гармоник, то они отфильтровываются простым фильтром нижних частот ФНЧ.
В таком фильтре средняя частота, добротность, порядок фильтра полностью определяются программой обработки сигнала в микроЭВМ и не зависят от каких-либо параметров схемы фильтра, поэтому имеют очень высокую стабильность.
Следует отметить, что для применения в простых устройствах автоматики и теле
механики подобные фильтры достаточно сложны и дороги.
Квазицифровые фильтры наряду с цифровыми имеют практическое применение. В них обработка сигнала осуществляется как бы (квази) цифровая аналоговым способом. В аппаратуре телемеханики МРК на интегральных схемах применены квазицифровые
фильтры на основе коммутируемых конденсаторов.
На рис. 8.25, а представлена структурная схема квазицифрового фильтра. С помо
щью схемы управления, на которую поступают стабильные по частоте импульсы от
внешнего кварцевого генератора КГ, осуществляется поочередное подключение кон-
а	б
Рис. 8.25. Квазицифровой фильтр:
а — структурная схема фильтра; б — диаграмма работы фильтра; в — гребенчатая АЧ-характеристика; г — структурная схема полосового фильтра
г
о /о % з/о f
денсаторов с частотой Л/д (А — число конденсаторов). Вблизи частоты/q схема ведет себя как звено полосового фильтра второго порядка со средней частотой^.
Пусть частота включения каждого конденсатора (Cl, С2, СЗ и С4) в точности равно входной частоте Твх = -4)’ а момент включения первого конденсатора С1 совпадает с моментом перехода входного напряжения UBX через нуль (рис. 8.25, б).
Если процесс осуществляется
продолжительное время, то на каждом конденсаторе устанавливается напряжение UC{, равное среднему напряжению синусоиды на данном отрезке времени, в течение которого включается конденсатор под
252
номером 1. Так как конденсаторы подключаются последовательно во времени, то и напряжение, поступающее с них на выход (7ВЫХ, будет представлять собой последовательность прямоугольных разнополярных импульсов.
Если частота входного напряжения (7ВХ отличается от частоты переключений конденсаторов, то на каждый конденсатор при каждом его включении будет поступать напряжение обеих полярностей, его среднее значение при этом будет стремиться к нулю. Следовательно, на выходе фильтра появляется напряжение только на частоте, совпадающей с частотой переключений конденсаторов.
Характерной особенностью фильтра является то, что кроме основной полосы вокруг^ фильтр имеет полосу прозрачности (пропускания) около нуля, а также вокруг частот 2/q, 3fG и т.д., т.е. схема имеет гребенчатую характеристику пропускания (рис. 8.25, в).
Выходной сигнал фильтра имеет несинусоидальную форму, представляет собой последовательность импульсов почти прямоугольной формы. Чтобы получить на выходе синусоидальный сигнал, на входе и выходе квазицифрового фильтра КФ применяются дополнительные аналоговые фильтры АФ1 и АФ2 (рис. 8.25, г). При этом аналоговые фильтры могут быть более простые и менее стабильные, чем в случае чисто аналоговой фильтрации, так как паразитные полосы частот гребенчатой характеристики лежат значительно дальше от основной частоты, чем полосы соседних каналов. Создать аналоговый фильтр, подавляющий паразитные частоты в этом случае гораздо проще, чем для полосы соседнего канала. Например, пусть f® = 3000 Гц, каналы телемеханики на электрифицированных железных дорогах отстоят друг от друга на интервал частот 180 Гц, в то время как ближайшая соседняя полоса 2fQ будет отстоять отУр на 3000 Гц, подавить эту полосу сравнительно не очень сложно.
Квазицифровой фильтр должен иметь аналоговую фильтрацию сигнала на входе и выходе. Учитывая, что основная фильтрация сигнала в приемнике осуществляется входным фильтром в дискриминаторе, аналоговые фильтры на входе не применяются.
8.9.	Генераторы аармонических колебаний
Генераторы тональной частоты представляют собой автоколебательные устройства, с помощью которых энергия источника постоянного тока превращается в энергию гармонических незатухающих электрических колебаний. Частота колебаний в таком генераторе определяется параметрами его элементов.
В различных электронных устройствах используют генераторы, выполненные на усилителях с положительной обратной связью, с помощью которой часть энергии выходного сигнала поступает на вход усилителя и суммируется с энергией первичного сигнала. Если энергия сигнала с выхода усилителя вычитается из энергии входного сигнала, то такая обратная связь называется отрицательной.
Коэффициент обратной связи показывает, какая часть энергии выходного сигнала усилителя вновь поступает на его вход по цепи обратной связи:
₽ = ^ос / ^вых = 4с / 4ых>	(8- 20)
где (70с, /ос — напряжение и ток на входе цепи обратной связи; 1/вых, /вых — напряжение и ток на выходе усилителя.
Коэффициент усиления тракта усилшпель-обратная связь (при разомкнутой на входе усилителя цепи обратной связи)
Ар = 4>с / *4	(8- 21)
где Ц — напряжение на входе усилителя; К — коэффициент усиления усилителя.
Для возбуждения колебаний в генераторе (рис. 8 26, а) необходимо обеспечить выполнение двух условий:
253
Рис. 8.26. LC-генератор гармонических колебаний: а — структурная схема; б — принципиальная схема
—	баланс фаз, т.е. фаза сигнала на выходе обратной связи должна совпадать с фазой сигнала на входе усилителя;
—	баланс амплитуд, при котором = 1
В реальных схемах часто > 1. В этом случае колебания на выходе усилителя возрастают, пока из-за снижения коэффициента усиления, вызванного нелинейностью характеристики усилителя, не будет выполнено условие = 1. Это возможно, если усилитель и цепь обратной связи имеют частотно-зависимые характеристики.
В простейшем LC-генераторе (рис. 8.26, б) с индуктивной обратной связью часть энергии с контура LC через обмотку w2 поступает в цепь базы транзистора VT, усиливается и вновь поступает в LC-контур, восполняя потери в нем и энергию, выделяемую
во внешнюю нагрузку.
При подаче на схему напряжения питания в цепи: диод VD — резистор R возникает ток. Потенциал катода диода VD через обмотку w2 поступает на базу транзистора VT, который открывается. Начинается заряд конденсаторов С и Сэ. По мере их заряда часть тока ответвляется в параллельные элементы win R3. При этом в обмотке w2 наводится ЭДС, повышающая потенциал базы транзистора VT, что приводит к его закрытию. Цепь заряда конденсаторов размыкается и они начинают разряжаться. Ток разряда конденсатора С, протекающий по обмотке w 1, поддерживает ЭДС в обмотке w2, транзистор остается закрытым. Конденсатор Сэ также разряжается на резистор R3. По мере уменьшения тока разряда конденсатора С в обмотке wl снижается ЭДС в обмотке w2 и потенциал базы транзистора VT, что приводит к его повторному открытию. Процесс заряда-разряда конденсаторов повторяется. Потери энергии в элементах схемы и нагрузке компенсируются за счет источника питания. Таким образом, колебательный процесс носит незатухающий характер, частота его колебаний определяется частотой собственных колебаний LC-контура.
LC-генератор с индуктивной обратной свя
Рис. 8.27. Схема LC-генератора и модулятора
зью применяется в аппаратуре каналов связи телемеханики (рис. 8.27). Резонансный усилитель VT2 включен по схеме с обшей базой. Транзистор имеет высокое, достаточно стабильное выходное сопротивление, что уменьшает его влияние на колебательный LC-контур, который подключается к схеме с помощью трансформатора Т1. Сигнал с контура через трансформатор Т1 и транзистор VT3 поступает в цепь обратной связи и нагрузку. Транзистор VT3, выполняющий роль усилителя сигнала, включается по схеме с общим коллектором и имеет при этом большое входное сопротивление. В
254
эмиттерную цепь транзистора VT3 включается первичная обмотка wl трансформатора Т2, к обмотке w3 которого подключается нагрузка. Обмотка w2 трансформатора включается в эмиттерную цепь транзистора VT2, образуя замкнутую цепь оброатной связи: обмотка w3 трансформатора Т1, транзистор VT3, обмотки wl и w2 трансформатора Т2, эмит-терная цепь транзистора VT2, его коллектор, контур LC (роль катушки индуктивности L контура выполняет обмотка wl транзистора Т1).
На схеме представлен также модулятор М, выполненный на базе транзистора VT1, который в зависимости от входного сигнала подключает дополнительную емкость Сд к LC-контуру через обмотку w3 трансформатора Т1 или отключает ее. Транзистор VT1 работает в режиме ключа. При высоком потенциале на входе модулятора транзистор VT1 закрыт, емкость Сд отключена от LC-контура. Частота работы генератора определяется частотой собственных колебаний LC-контура:
/'=/°+v=dzc-	<8-22’
При низком потенциале на входе модулятора транзистор VT1 замыкает цепь и подключает емкость Сд к обмотке w3 трансформатора Т1. Таким образом получается дополнительный LC-контур, который подключается к основному с помощью трансформатора Т1, обмотка w3 которого является индуктивным элементом дополнительного контура. Частота работы генератора становится:
Л=Л’^=2^С+СХ)’	(8'23)
где ит = — — коэффициент трансформации Tl (iV| и w3 — число витков обмоток трансит! форматора).
В низкочастотных LC-генераторах сложно обеспечить высокую стабильность частоты колебаний в широком интервале температур: от —50 до +60 °C. Магнитные материалы, применяемые для сердечников дросселей, имеют достаточно высокий температурный коэффициент магнитной проницаемости, в результате чего при изменении температуры меняется индуктивность и частота работы генератора.
RC-генераторы обеспечивают большую температурную стабильность, так как имеются резисторы и конденсаторы, параметры которых мало зависят от температуры.
Широкое применение в передающей аппаратуре каналов связи нашли RC-генераторы с использованием двойного фильтра на основе Т-образного моста. Такой RC-генератор (рис. 8.28, а) содержит транзисторный усилитель на транзисторах VT1— VT4. Входной каскад усилителя выполнен по дифференциальной схеме на транзисторах VT1 и VT2 с эмиттерной связью. Дифференциальный каскад имеет два входа: а и Ь. Сигнал на входе а сдвинут на 180 относительно сигнала на коллекторе транзистора VT1 и на выходе генератора. Транзисторы VT3 и VT4 как эмиттерные повторители не изменяют фазу сигнала, т. е. при поступлении отрицательного потенциала на вход а транзистор VT1 отпирается, каскад VT3—VT4 запирается, на выходе (эмиттер VT4) появляется нулевой (положительный) потенциал. Между сигналами на входе b и выходе сдвиг фаз равен 0. Двойной Т-образный мост при определенных параметрах на частоте квазирезонанса (условного резонанса) обеспечивает сдвиг фаз между входным и выходным сигналами, равный 180°. Если включить такой мост в схему усилителя со сдвигом фаз 180°, то в ней образуется положительная обратная связь (на рис. 8.28, а выход генератора через Т-образный мост связан со входом а усилителя). Т-образный мост сдвигает сигнал на 180°, усилитель также дает сдвиг на 180°, поэтому общий сдвиг фазы равен 360°, т.е. 0°.
255
a
Рис. 8.28. RC-генератор:
а — принципиальная схема; б — диодный ограничитель цепи обратной связи; в — диаграмма работы ограничителя
б
При определенном коэффициенте обратной связи, если коэффициент усиления по замкнутому контуру от входа усилителя до выхода Т-образного моста равен 1, в схеме могут возникать незатухающие колебания на квазирезонансной частоте, т. е. схема становится генератором гармонических колебаний.
Цепь нелинейной обратной связи содержит диодный ограничитель (рис. 8.28, б). В нем диоды VD1 и VD2 включены встречно. При таком включении диоды не пропускают токи обоих направлений. Если через них пропустить начальные токи смещения zcm1 и zcm2’ что обеспечивается с помощью резисторов R, R1 и R2, то диодная цепь начинает пропускать токи обоих направлений. Это возможно при условии, что ток сигнала не превышает токи смещений. Как только ток сигнала превысит ток смещения (/с > /см2), один из диодов (VD2 при указанном на рис. 8.28, б направлении тока сигнала) закрывается. Изменяя ток смещения, можно осуществлять ограничение тока сигнала /с на заданном уровне (рис. 8.28, в), а, следовательно, получать на выходе необходимый уровень напряжения £/вых.
Манипуляция частоты в небольших пределах (± 45 Гц) осуществляется путем шунтирования резистора R2 транзистором-модулятором VTM при поступлении на его вход отрицательного сигнала. При наличии на входе положительного сигнала транзистор VTM закрывается, резистор R2 включается в схему Т-образного моста.
Можно также осуществлять манипуляцию путем подключения дополнительного конденсатора с помощью транзистора. Несмотря на высокую стабильность RC-генера-гора, в практических схемах передатчиков тональной частоты с такими генераторами наблюдаются скачкообразные изменения частоты. Это объясняется паразитными связями между выходными каскадами передатчика и задающей частоту RC-цепыо.
Для исключения этого влияния может быть использована схема передатчика, представленная на рис. 8.29, где RC-генератор настроен на удвоенную частоту передатчика. Для этого к выходу RC-генератора подключается пороговое устройство ПУ и счетный триггер Т, являющийся делителем частоты. Прямоугольные импульсы на выходе триггера с частотой /и с помощью полосового фильтра ПФ вновь преобразуются в синусоидальные, так как ПФ пропускает только первую гармонику из бесконечного ряда,
Рис. 8.29. Структурная схема RC-генератора с делением частоты
возникающего при разложении прямоугольных импульсов. Пороговое устройство ПУ преобразует гармонические колебания на выходе LC-генератора частотой 2/ в прямоугольные импульсы той же частоты 2fw Триггер Т снижает частоту импульсов в два раза
256
до значения f Паразитное влияние между выходными каскадами передатчика и RC-генератором практически исключается, так как они работают на разных частотах.
Кварцевые генераторы для работы в тональном диапазоне частот
практически не применяются из-за	Рис. 8.30. Простейший кварцевый генератор
высокой стоимости и больших раз-
меров. Промышленностью освоен
выпуск однокристальных делителей частоты с большим коэффициентом деления, а также микросхем с программируемым коэффициентом деления. Это позволило создать кварцевые генераторы тональной частоты с программируемым синтезатором частот. В этом случае непосредственно сам кварцевый генератор выполняется на частоту несколько мегагерц, стоимость его невелика. На выходе кварцевого генератора включается пороговое устройство, преобразующее синусоидальные колебания в прямоугольные импульсы. Синтезатор частоты состоит из программируемого делителя частоты, выравнителя и фильтра
полосового или нижних частот.
Структурная схема кварцевого генератора соответствует схеме рис. 8.29, на которой вместо RC-генератора — кварцевый и вместо триггера-делителя — программируемый делитель частоты.
Простейший кварцевый генератор, схема которого приведена на рис. 8.30, выполняется на стандартных TTL-инверторах LI—L4, два из которых L1 и L2 с помощью резисторов R введены в аналоговый режим и представляют собой двухкаскадный усилитель, в цепь положительной обратной связи которого включен кварцевый резонатор К. Инвертор L3 работает в режиме переключения и выполняет функции порогового устройства. Для такого генератора требуется всего одна микросхема.
8.10.	Демодуляторы AM- и ЧМ-сианалов
Детектирование AM-сигналов заключается в выпрямлении модулированных колебаний и выделении из спектра выпрямленного колебания низкочастотного полезного сигнала с помощью RC-фильтра нижних частот (см. рис. 1.15). При организации каналов в тональном диапазоне частоты несущего и полезного сигналов могут быть достаточно близки, поэтому для детектирования AM-сигналов применяют двухпо-лупериодное выпрямление. Частота несущего колебания удваивается и ее легче отделить в фильтре от полезного сигнала.
Детектирование ЧМ-сигналов в приемных устройствах каналов связи осуществляется с помощью дискриминатора (рис. 8.31, а), состоящий из двух колебательных контуров LI, С1 и L2, С2, включенных в коллекторную цепь выходного транзистора VT1 приемника. Резонансная частота контура LI, С1 равна При поступлении на вход сигнала частотойУр—А/сопротивлсние трансформатора Т1 резко возрастает и напряжение на первом контуре становится наибольшим, а на втором L2, С2 лишь небольшое остаточное. Если на вход детектора поступает сигнал частотой + А/, то максимальное напряжение будет на втором контуре, на первом — остаточное. Напряжения, снимаемые с обмоток w3 трансформаторов Т1 и Т2, выпрямляется выпрямителями UZ1 и UZ2 и подается на формирующие каскады (транзисторы VT2 и VT3, включенные по дифференциальный схеме). Конденсаторы СЗ и С4 отфильтровывают токи несущей частоты. Когда на вход поступают импульсы частотой/0 — А/, на выходе выпрямителя UZ1 будет наибольшее напряжение С1м (рис. 8.31, б), а на выходе выпрямителя UZ2 — небольшое остаточное напряжение t/2Q. При этом в дифференциальной цепи (между
17-6086
257
Рис. 8.31. Частотный дискриминатор: а — принципиальная схема; б — временная диаграмма работы
точками а и b напряжение направлено от а к Ь) действует напряжение Ц>м = Цм ~ ^20-Ток от точки а течет через переход эмиттер-база транзистора VT3 к точке Ь. Транзистор VT3 открывается, a VT2 закрыт, так как у него на базе высокий потенциал.
При импульсе частотой /0 + А/ наибольшее напряжение (72м будет на выходе выпрямителя UZ2, а на выходе UZ1 — небольшое остаточное U\q. Напряжение в дифференциальной цепи действует от точки b к а. Ток с выхода UZ2 протекает к точке b через диод VD2, эмиттер-базу транзистора VT2 к точке а и через резистор R1 возвращается на выпрямитель UZ2. При этом закрыт транзистор VT3 и открыт VT2. Если на контуры дискриминатора поступает сигнал с частотой /0, то напряжения на обоих трансформаторах Т1 и Т2, а следовательно, на выходах выпрямителей UZ1 и UZ2 и в точках а и b будут равны. Ток в дифференциальной цепи отсутствует, т. е. помеха на частоте /() не оказывает мешающего действия на выходе дискриминатора. Дискриминатор срабатывает, когда отклонение частоты от выйдет за пределы А/ (частота снизится до^.р| или повысится до ^.р2). При этом один из транзисторов закрывается, у него на коллекторе появляется потенциал ~EW Другой транзистор при этом открыт, у него на коллекторе потенциал нулевой (+£"„). На нагрузке RH появляется напряжение и возникает ток.
Усовершенствованный частотный дискриминатор, обеспечивающий большую стабильность в широком интервале температур, приведен на рис. 8.32. В схеме дискриминатора использованы два дифференциальных нуль-индикатора на выходе. Потенциал в точке d по отношению к общей точке с выпрямителей UZ1 и UZ2 зависят от напряжения на контурах дискриминатора. Если на дискриминаторе от усилителя приемника поступает сигнал частотой/р — А/, напряжение на выпрямителе UZ1 будет больше, чем на UZ2, в точке d будет отрицательный потенциал. По мере заряда конденсатора СЗ потенциал точки //снижается, что приводит к отпиранию транзистора VT1 током выпрямителя UZ1, протекающего от точки с к b и далее через резисторы, нулевую шину, переход эмиттер-база, резистор R1. Отпирание транзистора VT1 приводит к отпиранию транзисторного каскада VT5, VT7. На выходе 1 появляется низкий потенциал (сигнал).
Потенциал точки в при протекании тока от точки с повышается, что приводит к отпиранию транзистора VT4, который шунтирует транзистор VT2. Транзисторы VT2, VT6, VT8 запираются, на выходе 2 появляется отрицательный высокий потенциал (сигнал 1).
Если на вход дискриминатора поступает сигнал частотой /0 + А/ то большое напряжение появится на выходе выпрямителя UZ2, что приводит к запиранию транзистора VT1 и отпиранию транзистора VT2 током выпрямителя UZ2. Этот ток, протекая от точки а
258
a
Рис. 8.32. Усовершенствованный частотный дискриминатор: а — принципиальная схема; б — временная диаграмма работы
к с, снизит потенциал точки а, что приведет к отпиранию транзистора VT3, который шунтирует транзистор VT1. Запирание транзистора VT1 приводит к запиранию каскада VT5, VT7, появлению отрицательного потенциала (сигнала 1) на выходе 1. Отпирание транзистора VT2 обеспечивает отпирание каскада VT6, VT8, появлению положительного потенциала (сигнала 0) на выходе 2.
Изменение потенциалов на выходах lyt 2 приводит к переключению триггера Т и изменению сигналов на его выходах Q и Q , что отображено на временной диаграмме (рис. 8.32, б). Рассмотренный дискриминатор используется в приемниках каналов связи системы телемеханики «Лиена» и устройств телеблокировки.
8.11.	Частотные приемники и передатчики системы «Лиена»
В системе телемеханики «Лиена» применяется комплект аппаратуры, позволяющий образовывать 16 каналов связи в тональном (телефонном) диапазоне частот. Средняя частота первого канала 450 Гц, средние частоты других каналов следуют через интервалы 180 Гц (см. табл. 8.1). Полоса пропускания одного канала равна 140 Гц, между
259
Рис. 8.33. Принципиальная схема ЧМ-передатчика системы «Лиена»
полосами пропускания соседних каналов 40 Гц отводится под защитный интервал. Аппаратура выполняется с частотной модуляцией, девиация (отклонение) частоты А/при модуляции составляет ± 45 Гц. Практически частоту изменяют сразу же на 90Гц относительно нижней fu. Средняя частота/ср существует лишь условно.
Частотный передатчик (рис. 8.33) включает в себя модулятор, генератор, предварительный усилитель, полосовой двенадцатиэлементный фильтр ПФ, усилитель мощности.
Генератор применяется с двойным Т-образным мостом (транзисторы VT1—VT4). Двойной Т-образный мост составлен из резисторов R, Rl, R2, R' и конденсаторов С, 2С. Положительная нелинейная обратная связь выполнена на диодах VD1, VD2, смещение которых обеспечивается по цепи через резисторы R3, R4, R5.
Модуляция частоты осуществляется с помощью инвертора L2. При низком потенциале (сигнал 0) на выходе L2 резистор R2 шунтируется, при этом устанавливается верхняя частота /в = /0 + 45 Гц. При высоком потенциале (сигнал 1) на выходе L2 резистор R2 включается последовательно с резистором R1, частота работы генератора снижается до нижней^ =f0 — 45 Гц.
Такой генератор позволяет обеспечить стабильность частоты в пределах ±0,3 % в диапазоне температур от —40 до +70 С.
Предварительный усилитель выполнен на транзисторе VT5. Двухзвенный дифференциально-мостиковый фильтр обеспечивает затухание в полосе непрозрачности не менее 50 дБ. На выходе фильтра включен двухтактный выходной усилитель на транзисторах VT6—VT11, обладающий высокой линейностью характеристик и стабильным коэффициентом усиления. Выходной трансформатор ТЗ имеет отпайки, что позволяет согласовать выходное сопротивление передатчика и сопротивление линии связи.
260
Манипуляция сигнала генератора передатчика по амплитуде (блокировка) осуществляется с помощью инвертора L1. При появлении на его выходе низкого потенциала (сигнала 0) диоды VD1 и VD2 оказываются закрытыми и положительная обратная связь отключается.
Стабилитрон VD3 обеспечивает стабилизацию напряжения питания генератора.
Частотный приемник (рис. 8.34) состоит из полосового двухзвенного дифференциально-мостикового фильтра ПФ. Усилители (транзисторы VT1—VT4), а также усилители-ограничители (VT5—VT8) применены двухкаскадные. При этом каждый каскад выполнен на составном транзисторе, содержащем по два транзистора различной проводимости (например, VT1, VT2). Составной транзистор обеспечивает высокий коэффициент усиления.
В приемнике применен стабильный частотный дискриминатор, выполненный по схеме рис. 8.32. Чувствительность приемника при входном сопротивлении 600 Ом составляет около 5 мВ.
8.12.	Каналы телемеханики по радиорелейным линиям и радиоканалам
В качестве обходных каналов для передачи телемеханической информации наряду с высокочастотными каналами, действующими на проводных линиях связи, применяют радиорелейные линии. В отдельных случаях можно использовать радиорелейные линии и для непосредственной связи диспетчерского пункта с контролируемым.
По сравнению с проводными линиями радиорелейные имеют ряд преимуществ. Так при радиорелейной связи не нужны линейные устройства, поскольку все оборудование сосредоточено на оконечных и промежуточных пунктах, располагаемых на расстояниях 50—60 км один от другого. Эти линии обладают высокой пропускной способностью, могут быть построены в более короткие сроки, чем воздушные и кабельные, требуют меньших затрат цветных металлов. Их недостаток — сравнительно высокая стоимость эксплуатации.
Радиорелейные линии представляют собой системы радиосвязи с промежуточными трансляционными пунктами (рис. 8.35). Каждая промежуточная станция ПС принимает сигнал от предыдущей, усиливает его и передает на следующую станцию. В случае необходимости на промежуточных станциях осуществляется как вывод информации к прилегающим пунктам, так и ввод ее. В радиорелейных линиях используется диапазон ультразвуковых частот от 30 МГц до 30000 МГц.
Промежуточные станции ПС оборудованы многоканальной аппаратурой уплотнения с частотным или временным разделением каналов, передающей и приемной аппаратурой А сверхвысокой частоты, фильтрами передачи ФП и приема ФПр, антеннофидерными устройствами АФ, а также устройствами электропитания и вспомогательным оборудованием.
Через фильтр передачи ФП к антенне подводятся колебания сверхвысокой частоты от передатчиков нескольких стволов — широкополосных радиоканалов. Каждый ствол
Рис. 8.35. Структурная схема каналов телемеханики по радиорелейным линиям
261
ДП	КП
ДП	КП
Рис. 8.36. Структурная схема каналов телемеханики по радиоканалам:
а — дуплексная связь; б — симплексная связь
меняют частотное и временное уплотнение
работает на своей частоте. Антенна промежуточной станции АФПС принимает сигналы всех стволов, которые поступают на фильтр приема ФПр, где разделяются по стволам. Сигнал каждого ствола усиливается, демодулиру-ется и затем осуществляет управление передатчиком данного направления, т.е. отданной ПС к следующей.
На промежуточной станции может быть установлена аппаратура уплотнения, допускающая выделение части каналов для связи с местными объектами. Как правило, на одной линии применяют до 6—8 высокочастотных стволов, в каждом из них с помо-
щью аппаратуры уплотнения можно получить несколько сотен телефонных каналов или один канал телевидения.
Как и на проводных линиях при-сигналов ствола. При частотном уплотне
нии используют ту же высокочастотную аппаратуру, что и для уплотнения проводных линий. Один из высокочастотных каналов при необходимости может играть роль обходного для телеуправления и телесигнализации в устройствах электроснабжения. При временном уплотнении каналов радиорелейной линии обеспечивается возможность многократного выделения любого числа каналов на промежуточных пунктах. Благодаря этому иногда возможно использовать радиорелейные линии для передачи телемеханической информации в пределах диспетчерского круга, прилегающего к диспетчерскому пункту. Телесигналы с каждого контролируемого пункта поступают в телефонный канал, при этом не нарушается связь диспетчерского пункта с другими КП.
Наряду с радиорелейными линиями возможно применение радиоканалов для управления удаленными небольшими группами объектов ( например, разъединителями контактной сети). Применение радиоканалов основано на использовании временных подсистем телемеханики МРК-85.
КП №3
КП JW
Рис. 8.37. Схема организации радиосети телемеханики электроснабжающих устройств
Связь диспетчерского пункта ДП с контролируемым КП может осуществляться по одному частотному радиоканалу /j (рис. 8.36, а) для поочередной передачи сигналов ТУ и ТС (дуплексная связь) или по двум каналам на частотах/j и по которым сигналы ТУ и ТС передаются одновременно (симплексная связь) (рис. 8.36, б). Из-за высокой дефицитности и стоимости радиоканалов симплексная связь в большинстве случаев неприемлема.
На рис. 8.37 представлена схема организации радиальной радиосети управления объектами электроснабжения контролируемых пунктов, территориально разнесенных
262
вокруг диспетчерского пункта, например, на крупном железнодорожном узле. В этом случае целесообразно организовать радиосеть по радиальному принципу с использованием одной несущей частоты для нескольких радиостанций, одна из которых является управляющей и устанавливается на диспетчерском пункте, а остальные — управляемые, располагаются на контролируемых пунктах КП1 — КП/V.
Такие сети могут быть реализованы на основе средств радиосвязи в диапазоне метровых волн (МВ), на одной из частот, не занятых в ремонтно-оперативной радиосвязи.
При использовании метрового диапазона волн в составе оборудования радиосети целесообразно использовать на ДП стационарные радиостанции типа РС-23М (PC-23) и на КП носимые радиостанции РН-12Б.
8.13.	Волоконно-оптические линии и сети связи
Количество сообщений, которое может быть передано по проводным частотным каналам связи, ограничено рабочей полосой частот, используемых для передачи информации. Расширение этой полосы в сторону высокочастотных диапазонов неэффективно в связи с резким увеличением при этом потерь энергии.
Значительное расширение рабочей полосы частот становится возможным при использовании волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Волоконно-оптическая связь является областью техники, которая возникла в результате объединения оптической связи — передачи информации в виде модулированного пучка света и волоконной оптики — распространения света внутри гибких оптических волокон. Это объединение обусловило широкое внедрение средств волоконно-оптической связи в различных отраслях производства.
Первая ВОЛС на железных дорогах России была создана в 1985 г. на участке Ленинград—Волховстрой Октябрьской железной дороги. До 1992 г. она была наиболее протяженной ВОЛС не только на железнодорожном транспорте, но и среди ВОЛС Министерства связи. Протяженность ее составляла 120 км. Созданная ВОЛС обеспечивала организацию двух линейных трактов со скоростью передачи информации 8,448 Мбит/с каждый. Многолетний опыт эксплуатации этой ВОЛС позволило оценить преимущества применения новых средств связи, целесообразность и эффективность создания железнодорожных ВОЛС.
По сравнению с медными жилами кабелей связи оптические волокна, используемые в волоконно-оптических кабелях (ВОК), обладают следующими преимуществами:
—	большой пропускной способностью;
—	защищенностью от внешних электромагнитных воздействий;
—	отсутствием взаимных влияний между сигналами, передаваемыми по различным оптическим волокнам ВОК;
—	малыми потерями энергии сигнала при его распространении;
—	электробезопасностью;
—	экономичностью;
—	высокой степенью защищенности от несанкционированного доступа к передаваемой информации;
—	небольшой массой и габаритами;
—	экономией дефицитных цветных металлов.
К недостаткам ВОЛС можно отнести высокую стоимость оптического интерфейсного оборудования.
В 1993 г. на участке Санкт-Петербург—Москва за четыре месяца была построена ВОЛС с использованием одномодового ВОК. Короткие сроки строительства линии связи были достигнуты благодаря использованию технологии подвески кабеля на опорах контактной сети (рис. 8.38). В МПС имеется опыт проектирования и реализации различных способов прокладки (подвески) ВОК: непосредственно в грунте, в полиэтилено-
263
Узел подвески кабеля на конической опоре контакной сети
Рис. 8.38. Подвеска волоконно-оптического кабеля на опорах контактной сети
Узел анкеровки кабеля на конической железобетонной опоре контактной сети
вом трубопроводе, в кабельном желобе, подвеска самонесущего кабеля на опорах контактной сети и высоковольтных линий автоблокировки. Наиболее распространенным способом прокладки ВОК на электрифицированных участках железных дорог является его подвеска на опорах контактной сети.
Успешный опыт эксплуатация ВОЛ С на железных дорогах страны, необходимость развития информационных технологий отрасли позволили разработать концепцию телекоммуникаций железнодорожного транспорта до 2005 г., основу которой составят ВОЛС, общая протяженность которых должна достигнуть 45—50 тыс. км или 50 % эксплуатационной протяженности железных дорог. Введена в эксплуатацию ВОЛС на направлении Москва—Воронеж—Новороссийск—Адлер протяженностью свыше 2000 км.
Локальные вычислительные оптические сети (ЛВОС) получили в последние годы широкое распространение во всех подразделениях транспорта, в том числе и в электроснабжении, в связи с интенсивным внедрением компьютеров, созданием автоматизированных рабочих мест (АРМ) и распределительных информационных систем.
Главная цель создания локальных сетей — повышение производительности труда за счет автоматизации всех форм деятельности работников железнодорожного транспорта. Локальные сети относятся к классу распределительных систем обработки данных, объединяющих вычислительно-информационные средства отдельных подразделений, предприятий, информационно-вычислительных центров дистанций (в том числе, энергодиспетчерских пунктов дистанций электроснабжения), сосредоточенных на ограниченной территории.
Локальные сети строятся на базе общей передающей среды, через которую проходит обмен информацией между абонентами. В большинстве существующих на железных дорогах локальных сетей в качестве передающей среды используются симметричные или коаксиальные кабели, обеспечивающие скорость передачи информации от 10 до 100 Мбит/с. При скоростях передачи выше 100 Мбит/с становится целесообразным использовать волоконно-оптические кабели и переходить к ЛОВС. Потребность в таких сетях возникает в местах обработки и хранения больших потоков информации, таких как ГВЦ М ПС и дорожные ИВЦ.
Локальные вычислительные оптические сети являются удачным итогом синтеза наиболее передовых информационных технологий, поэтому новые перспективные локальные сети целесообразно разрабатывать с применением волоконной оптики. С ВОЛС локальные вычислительные оптические сети роднит одинаковая передающая среда, но существенное отличие состоит в масштабах степени разветвленности и количестве оконечных устройств, что не позволяет механически перенести в ЛВОС применяемые на ВОЛС технические и иные решения.
Типовая схема системы связи, использующей ВОЛС, показана на рис. 8.39. Аналоговый сигнал, генерируемый оконечным оборудованием данных (ООД), например телефоном, приходит на узел коммутации, где аналого-цифровой преобразователь АЦП
264
Аналоговый	Цифровой поток	Импульсы	Импульсы	Цифровой поток	Аналоговый
сигнал	64 Кбит/с	света	света	64 Кбит/с	сигнал
л/w	ллл_	ллл_	ллл_	ллл_	л/w
Декодер |
Оптический передатчик	tt	Повторитель	н	Оптический приемник
	—ft—		W 1 "	
Волокно	Волокно
Рис. 8.39. Схема системы связи с использованием ВОЛС
(на рис. 8.39 — кодер) осуществляет кодирование сигналов в цифровой поток. Битовый поток используется для модуляции светового потока в оптическом передатчике, который передает серию оптических импульсов в оптическое волокно. Повторитель, состоящий из оптического приемника, усилителя и оптического передатчика, предназначен для усиления ослабевающего в процессе передачи распространения оптического сигнала, а также для восстановления формы оптического сигнала до первоначальной. Повторитель, восстанавливающий форму сигнала, называется регенартором. Если приемная и передающая станции удалены на большое расстояние друг от друга, например, на несколько сот километров, то может потребоваться несколько промежуточных повторителей.
На приемной стороне импульса света преобразуются обратно в электрический сигнал при помощи электрического приемника. Цифровой поток с оптического приемника поступает на декодер, который преобразует его обратно в аналоговый сигнал ООД.
Для повышения пропускной способности волокон применяются волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) информации с уплотнением по длине волн X] — XN (рис. 8.40). Они организуются по однокабельной, двухволоконной, многополосной схеме.
На передающие станции сигналы цифровых систем передачи (ЦСП) информации поступают в оборудование сопряжения (ОС) и далее на оптические передатчики (ОПер), излучающие оптические сигналы с длинами волн Х| — Хдг. С помощью волнового мультиплексора (МП) осуществляется ввод оптических несущих волн в волокно тракта передачи. В тракте приема осуществляется их разделение с помощью волнового демультиплексора (ДМ) и преобразование с помощью оптического приемника (ОПр) в электрический сигнал, поступающий на оборудование сопряжения (ОС) с цифровой системой приема (ЦСП).
Оптические сигналы, передаваемые по волокну, имеют очень малое затухание. Характерной особенностью потерь в волокне является то, что они носят избирательный характер, то есть на некоторых длинах волн X затухание волокон имеет минимум, который называют «окном прозрачности». В настоящее время используются три «окна прозрачности» с длинами Х| = 0,85 мкм, Х2 — 1,31мкм, Х3 = 1,55 мкм.
Использование диапазона 0,85 мкм обеспечивает возможность получения предельных значений коэффициента затухания в волоконно-оптическом кабеле (ВОК) порядка 3 дБ/км. Использование диапазона 1,3 мкм позволяет уменьшить величину коэффициента затухания до 1 дБ/км в градиентном волокне и до 0,5 дБ/км в одномодовом волоконно-оптическом кабеле. Диапазон 1,55 мкм позволяет получить коэффициент затухания в одномодовом волокне до 0,2 дБ/км.
Ведутся исследования по освоению диапазонов длин волн 2—4 мкм, что позволит достичь коэффициента затухания в одномодовом кабеле до нескольких тысячных долей дБ/км.
Совокупность последовательно соединенных оптических волокон линейного и станционного кабелей, а также оборудование сопряжения, включающего в себя разъемные и неразъемные оптические соединители, линейные и станционные соединительные устройства, образуют элементарный кабельный участок (ЭКУ).
Упрощенная схема ЭКУ одного из направлений передачи показана на рис. 8.41.
Модулированное оптическое излучение на станции А от источника вводится в одноволоконный станционный кабель (СК) через оптический соединитель (ОС). Ана-
265
Рис. 8.40. Структурная схема линейного тракта ВОСП с уплотнением по длинам волн
Рис. 8.41. Упрощенная схема ЭКУ
логично подключается СК через ОС к фотоприемному устройству (ФПУ) на станции В. Одноволоконные СК подключаются к линейному кабелю (ЛК) методом сварки, что уменьшает потери мощности. Сварные соединения размещаются и фиксируются в специальных устройствах стыкования станционных и линейных кабелей (УССЛ К). Эти устройства обеспечивают защиту соединений и каждого волокна от повреждений, а также хранения его запаса, необходимого для выполнения операций по сварке.
Соединения линейного кабеля также выполняются методом сварки. Сварные соединения располагаются в герметизированных муфтах.
Совокупность элементарных кабельных участков ЭКу образует ВОЛС, для создания которой применяются различные типы кабелей, кабальная арматура, оборудование и линейные сооружения. На рис. 8.42 приведена структура ВОЛС с использованием различных типов ВОК, оборудования и сооружений, показывающая разнообразие способов организации ВОЛС и используемых для этого технических средств.
В состав волоконно-оптических линий связи входят: линейные (магистральные, зоновые, городские) и станционные кабели; кабельная аппаратура и оборудование; кабельные сооружения. Некоторые ВОЛС не содержат станционных кабелей. Например, при прокладке ВОЛС в тоннелях метрополитена используют кабели с негорючей оболочкой, что позволяет вводить их непосредственно в помещения, где установлено сетевое оборудование. ВОК могут прокладываться по ЛЭП вместе с грозозащитным тросом, в кабельных каналах, в траншеях и бестраншейным способом вдоль дороги, а также могут подвешиваться на опорах. При прокладке кабелей в каналах выполняют смотровые колодцы, в которых располагают соединительные муфты.
Центральная коммутационная станция, которая может быть оснащена радиосвязью, волоконно-оптическими кабелями связывается с городскими и местными коммутационными станциями, а также с административными зданиями, имеющими локальные сети.
При прокладке (подвеске) и монтаже ВОЛС необходимо соединять (сращивать) друг с другом отдельные кабели, выполнять их разветвления на несколько кабелей меньшей емкости. Для этого в местах соединений и разветвлений кабелей устанавливают соединительные муфты, которые делятся на проходные и разветвительные. Частота установки муфт зависит от строительной длины кабелей, которая может изменяться от сотен метров до нескольких километров. Например, невозможно протянуть очень длинный отрезок кабеля через кабельную канализацию. Потребность в установке соединительных муфт возникает также при ремонтах поврежденного кабеля.
266
Грозозащитный трос с оптическими волокнами
Кабель для подвески на опорах
ПОДСТАНЦИЯ
Излучающий радиочастотный кабель
в кабельной канализации
Кабель для прокладки в кабельной канализации
Кабель для прокладки в кабельной канализации
Модуль для сращиваемых световодов
Распределительная панель
,19-дюймовый статив
Соединительная муфта
Кабельная канализация
Соединительная муфта
Неметаллический
кабель для прок->	ладки в кабельно”
г	канализации
Радиочастотный 'кабель
/ ЦЕНТРАЛЬНАЯ КОММУТАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ
Смотровой
Соединительная колодец муфта
Соединительная । муфта
I Соедини-
1 тельная И муфта
Кабель для прокладки в грунте
Кабель для подвески на опорах с несущим элементом —
n
Соедини-0 тельная муфта
Кабель для ------
прокладки в грунте
Кабель, проложенный бестраншейным способом вдоль дороги
Кабель для прокладки в грунте
Шкаф кроссовых соединений Разъемно-коммутационный щит <
Модуль для сра\
Телефонный щиваемых свето-\ распредели- водов \ /тельный	Кабель для у клад-\
пи-ягЬ	жи запасной длины
шкаф	ХГ кабеля >
Соединительная^—
Кабель для прокладки в грунте
Кабель для прокладки под водой
МЕСТНАЯ
КОММУТАЦИОННАЯ
СТАНЦИЯ
Расп редел ител ьные ' кабели
Терминал оптической линии распределительные "кабели
ГОРОДСКАЯ КОММУТАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ
Статив ДЛЯ аппаратуры Терминал оптической сети
Распредели-/ тельные кабели
Базовая станция —
Распределительные кабели
Статив для аппаратуры
Терминал оптической линии
Шкаф кроссовых соединений
Распределительные кабели
Смотровой
К°Л0ДеЦ Соединительная ^НИТеЛЬНаЯ муфта	муфта
-т-! Кабель для прокладки | кабельной канализаци
Смотровой колодец
Кабель для прокладки в грунте
I в канализации Кабель для прокладки в грунте
/Кабельдля прокладки в кабельной канализации
1 Кабели локальной сети
АДМИНИСТРАТИВНОЕ ЗДАНИЕ
Кабели с медными жилами
Рис. 8.42. Структура ВОЛС при различных способах прокладки кабелей
8.14.	Волоконно-оптические кабели
Волоконно-оптический кабель (ВОК) состоит из нескольких волокон и упрочняющего материала типа пластика, стекловолокна или металла. Кабели общего назначения не имеют огнестойких свойств, поэтому могут быть проложены только в огнестойких кабелепроводах.
Оптоволокно (или просто волокно) состоит из тонкой сердцевины для передачи светового сигнала, окруженной прозрачной оболочкой для удержания света внутри сердцевины (рис. 8.43). Сердцевина и оболочка имеют разные показатели преломления света, соответственно п^, П2- Если показатели преломления оболочки выбираются всегда постоянной величины, то показатель преломления сердцевины в общем случае может зависеть от радиуса R. На рис. 8.43 показаны пути прохождения по волокну двух лучей 1 и 2, попадающих в волокно под разными углами. Угол 6А является максимальным, при котором вводимые излучения из свободного пространства испытывают полное внутреннее отражение и распространяются по волокну. При этом угол падения 0С на границу двух сред будет критическим, при котором преломленный луч идет вдоль границы сред (62 =90°). Если угол падения на границу меньше критического угла падения 9С (луч 2), то при каждом внутреннем отражении часть энергии сигнала преломляется и уходит в оболочку, что приводит к затуханию светового сигнала. Если же угол падения больше критического, то при каждом отражении вся энергия сигнала от границы возвращается в сердцевину, благодаря полному внутреннему отражению. Лучи, траектории которых полностью лежат в оптически более плотной среде, называются направляемыми. Поскольку энергия направляемых лучей не рассеивается наружу, то такие лучи могут распространяться на большие расстояния.
Мода — это каждый световой луч, распространяемый в волокне, или его световой путь. Применяют одномодовые или многомодовые волокна. В одномодовом волокне диаметр светонесущей жилы составляет 8—10 мкм и сравним с длиной световой волны X. В таком волокне при достаточно большой длине распространяется только один луч (одна мода). В стандартном многомодовом волокне диаметр светонесущей жилы составляет 50 и 62,5 мкм, что значительно больше длины волны передачи. Это приводит к распространению множества различных типов световых лучей — мод. Большинство устройств волоконной оптики используют область инфракрасного спектра в диапазоне от 0,8 до 1,6 мкм в основном в трех окнах прозрачности: 0,8; 1,310 и 1,55 мкм.
На рис. 8.44 показана общая картина распространения света по разным типам световодов: многомодовому ступенчатому (со ступенчатой характеристикой), многомодовому градиентному (с плавной характеристикой) и одномодовому ступенчатому.
отражается внутрь
полное внутреннее отражение
Рис. 8.43. Ход лучей в многомодовом оптическом волокне
268
входной выходной импульс импульс
р .
Рис. 8.44. Распространение света по разным типам волокон:
а — многомодовое ступенчатое волокно; б — многомодовое градиентное волокно; в — одномодовое ступенчатое волокно
По характеристикам зависимости мощности входного и выходного импульса Р от времени t (/[ соответствует моменту появления импульса на входе, /2 — на выходе волокна) видно, что одномодовое ступенчатое волокно обеспечивает прохождение импульса с наименьшим искажением и затуханием. В многомодовых волокнах на их выходах наблюдается дисперсия (рассеяние) волн, так как они перемещаются по путям разной длины и с разной скоростью. Таким образом, различные волны на выходе волокна будут в разное время.
Минимальная длина волны, при которой волокно поддерживает только одну распространяемую моду, называется длиной волны отсечки. Этот параметр характерен для одномодового волокна (рис. 8.44, в). Если рабочая дайна волны меньше длины волны отсечки, то имеет место многомодовый режим распространения света. В этом случае появляется дополнительный источник дисперсии — межмодовая дисперсия, ведущая к уменьшению полосы пропускания волокна.
По оптическому волокну передается не просто световая энергия, но также полезный информационный сигнал. В результате дисперсии происходит уширение импульсов. При достаточно большом уширении импульсы начинают перекрываться, накладываться друг на друга, так что становится невозможным их выделение при приеме. Чем меньше значение дисперсии, тем больший поток информации можно передать по волокну.
Одномодовое волокно — оптоволокно с очень узкой сердцевиной с диаметром 10 мкм и меньше служит для скоростной передачи информации на большие расстояния. Благодаря тому, что диаметр сердцевины невелик, световой луч отражается от поверхности сердцевины гораздо реже, в результате этого — дисперсия меньше. Пропускная способность одномодового волокна составляет около 5 Гбит/с.
Многомодовое волокно — оптоволокно с диаметром сердцевины от 50 до 125 мкм. Этот наиболее распространенный тип волокна способен передавать несколько мод (независимых световых лучей) с различными длинами волн. Однако большой диаметр сердцевины приводит к тому, что световой поток отражается от поверхности сердцевины
269
чаще, а это чревато сильной дисперсией. Дисперсия ограничивает пропускную способность и расстояние между повторителями. Пропускная способность многомодового волокна составляет примерно 2,5 Гбит/с.
Конструкция волоконно-оптического кабеля должна отвечать следующим требованиям:
—	защищать волокна от повреждений и разрушений в процессе производства, прокладки и эксплуатации;
—	обеспечивать постоянство характеристики оптического волокна в процессе всего срока службы кабеля на уровне характеристик некаблированного волокна;
—	обеспечивать прочностные характеристики кабеля такие же, как у электрического кабеля с тем, чтобы с ними можно было одинаково обращаться и использовать одни и те же механизмы для прокладки кабеля;
—	обеспечивать идентификацию волокон кабелей при их соединении в процессе монтажа.
Основное отличие конструкции ВОК от электрических кабелей заключается в том, что они должны содержать упрочняющие (силовые) элементы. Сердечник электрического кабеля, состоящий из медных жил, может использоваться в качестве несущего нагрузку элемента, так как медь может удлиняться более чем на 10 % без разрушения. Иначе ведут себя оптические волокна, которые разрушаются при удлинении в несколько процентов. Волоконно-оптический кабель для защиты волокон от повреждений и дополнительных потерь из-за микроизгибов в процессе прокладки и эксплуатации конструируется с упрочняющими элементами, чтобы выдержать нагрузки растяжения и нагрузки от температурных расширений и укорочений. Это требует, чтобы большая часть сечения ВОК состояла из прочностных и поддерживающих элементов. Поэтому конструкции оптических кабелей включают в себя компромисс между компактностью и прочностью.
По назначению сети волоконно-оптические кабели связи можно разделить на четыре группы: междугородные, городские, объектовые и монтажные. Назначение междугородных и городских кабелей такое же, как и соответствующих электрических кабелей. Объектовые кабели служат для передачи информации внутри объекта, в частности, поста электрической и диспетчерской централизации, сортировочной горки, поезда, административных зданий. Применение этих кабелей особенно перспективно при создании: микропроцессорных систем автоматики и телемеханики; внутренних сетей кабельного телевидения; различных информационных сетей на станциях, в отделениях дороги; локальных вычислительных сетей. Внутриобъектовые кабели в сочетании со светодиодными датчиками могут использоваться для дистанционных и телеизмерений различных параметров.
Для защиты оптических волокон от механических воздействий в процессе изготовления, прокладки и эксплуатации кабелей возможны два конструктивных решения: наличие пустот между элементами сердечника кабеля, дающих им свободу перемещения; применение демпфирующих слоев между элементами.
В настоящее время используется пять типов кабелей с различной компоновкой кабельного сердечника (рис. 8.45): кабели повивной скрутки (рис. 8.45, о); пучковой скрутки (рис. 8.45, б); с профильным сердечником (рис. 8.45, в)', ленточные кабели (рис. 8.45, г); кабели с сердечником в виде общей для всех волокон центральной трубки (рис. 8.45, д).
Рис. 8.45. Конструкции сердечников оптических кабелей: а — повивной скрутки; б — пучковой скрутки; в — с профильным сердечником; г — ленточные; д — с центральной трубкой
270
Оптические волокна 5 образуют одно- или многоволоконные модули 7, которые скручиваются вокруг кабельного
сердечника 2 или собираются в пучок 4из многоволоконных Z7ZZX\V\ оптических модулей. Пластмассовая оболочка оптического		* ж ж
кабеля 3 защищает сердечник кабеля от механических, теп- Рис. 8.46. SZ-скрутка оптических
ловых и химических воздействий, а также от влаги.
модулей кабеля
Профильный сердечник 9 кабеля позволяет размес-
тить волокна 5симметрично относительно упрочняющего элемента 2 (рис. 8.45, в). Оптические волокна могут располагаться в лентах б, которые слоями заполняют среднюю часть кабеля (рис. 8.45, г). Вместо лент среднюю часть кабеля может Заполнять пучок оптических волокон 7, помещенных в центральную трубку 8.
Скрутка оптических модулей может быть спиральная или SZ-скрутка, показанная на рис. 8.46. При SZ-скрутке величина радиуса кривизны изменяется вдоль оси кабеля и достигает максимума в точках смены направления скрутки. Эта скрутка обеспечивает более высокую стойкость к растягивающим усилиям. До середины строительной длины кабеля применяется направление скрутки Sj, далее — Z2.
Для предотвращения распространения влаги подлине кабеля свободное пространство между элементами сердечника заполняется специальным гидрофобным компаундом (гелем). Если продольная водонепроницаемость не требуется, например, для кабелей внутренней прокладки, то необходимость в заполнении сердечника компаундом отпадает. Для предотвращения нежелательного воздействия компаунда на силовые элементы и оболочку кабеля сердечник изолируют от внешних элементов кабеля несколькими слоями тонкой пластмассовой пленки.
Упрочняющие элементы в оптических кабелях могут располагаться в сердечнике, оболочке или там и там. Упрочняющие элементы наиболее часто изготовляются из стали, арамидной пряжи (кевлара), стеклопластиковых стержней и синтетических высокопрочных нитей. Выбор материалов для упрочняющих элементов зависит от допустимого радиуса изгиба кабеля, доступных механических нагрузок, диапазона температур, в котором должен эксплуатироваться кабель.
Оболочка оптического кабеля служит для защиты сердечника кабеля от механических, тепловых и химических воздействий. Наибольшее применение в качестве материала оболочек получили полиэтиленовые и поливинилхлоридные (ПВХ).
Кабели с полиэтиленовой оболочкой используются при их наружной прокладке. Номинальная толщина полиэтилена составляет 2 мм.
Поливинилхлоридная оболочка применяется для кабелей внутренней прокладки в производственных зданиях и для кабелей наружной прокладки в агрессивных средах.
8.15.	Электронные компоненты систем оптической связи
Передающие оптоэлектронные модули (ПОМ), применяемые в волоконно-оптических системах, предназначены для преобразования электрических сигналов в оптические. Последние должны вводиться в оптоволокно с минимальными потерями. Производятся самые разнообразные ПОМ, отличающиеся по конструкции, а также по типу источника излучения. Одни работают на телефонном диапазоне частот с максимальным расстоянием до нескольких метров, другие передают сотни и даже тысячи мегабит в секунду на расстояния в несколько десятков километров.
Главным элементом ПОМ является источник излучения, к которому предъявляются следующие требования:
—	излучение должно вестись на длине волны одного из окон прозрачности волокна (0,85; 1,31 и 1,55 мкм);
271
Оптические интерфейсы
Электрические интерфейсы
Подключение витых пар
Оптический выход
Рис. 8.47. Структурная схема передающего оптоэлектронного модуля (ПОМ)
-	источник излучения должен выдерживать необходимую частоту модуляции для обеспечения требуемой скорости передачи информации;
—	источник излучения должен быть эффективным, то есть большая часть его излучения должна попадать в волокно с минимальными потерями;
—	источник излучения должен быть достаточно мощным, чтобы сигнал можно было передавать на большие расстояния, но не на столько, чтобы излучение могло повредить волокно или оптический приемник;
—	температурные изменения не должны влиять на функционирование источника излучения;
—	стоимость источника излучения должна быть относительно невысокой.
В настоящее время используются два основных типа источников излучения: полупроводниковые лазерные диоды и светодиоды. Оба типа источников излучения весьма компактны и хорошо сопрягаются со стандартными электронными цепями. Лазерные диоды, выпускавшиеся 10 лет назад, обладали значительно меньшей надежностью по сравнению со светодиодами. Однако в настоящее время, благодаря совершенствованию конструкций и технологии изготовления, удалось значительно повысить надежность лазерных диодов и приблизить их к светодиодам по времени наработки на отказ, которое составляет до 50000 часов и более (5—8 лет).
На рис. 8.47 представлена структурная схема передающего оптоэлектронного модуля, составными элементами которого являются:
—	электрические интерфейсы ввода информации;
—	электрические преобразователи для преобразования поступающих электрических сигналов в оптические;
—	источник излучения светового луча, на который накладывается световой сигнал;
—	блоки оптического и температурного мониторинга для контроля параметров источника излучения и поддержания их в заданных пределах с помощью блоков охлаждения и тока накачки;
—	внутренний модулятор для формирования оптических модулированных потоков;
—	аттенюатор для осуществления снижения уровня излучения до необходимой величины;
—	оптические интерфейсы для вывода информации и ввода ее в оптический кабель.
В конструкцию ПОМ входит специальный держатель, который позволяет закрепить и защитить составные элементы передатчика.
a
Каскад электронных усилителей
_	i	1	электрически и								
свет	Фото-приемник		Малошумящий предусилитель	—	Главный усилитель	—	Демодулятор	сигнал
Линейный модуль	Блок регенерации
Рис. 8.48. Структурные схемы приемных оптоэлектронных модулей (ПРОМ): а — аналогового; б — цифрового
Приемные оптоэлектронные модули (ПРОМ) служат для преобразования оптического сигнала, принятого из оптоволокна, в электрический. Основными функциональными элементами ПРОМ являются:
—	фотоприемник, преобразующий полученный оптический сигнал в электрическую форму;
—	каскад электрических усилителей, усиливающих сигнал и преобразующих его в форму, удобную и пригодную к дальнейшей обработке;
—	демодулятор, воспроизводящий первоначальную форму электрического сигнала.
На рис. 8.48 приведены структурные схемы аналогового (рис. 8.48, а) и цифрового (рис. 8.48, б) ПРОМ. Аналоговые. ПРОМ принимают аналоговый оптический сигнал, а на выходе выдают электрический аналоговый сигнал. К аналоговым приемникам предъявляют требования высокой линейности преобразования и усиления сигнала при минимуме побочных частот, в противном случае возрастают искажения сигнала. На протяженных линиях с большим количеством приемо-передающих узлов искажения и побочные шумы накапливаются, что снижает эффективность аналоговых многоретрансляционных линий связи.
При цифровой передаче информации не требуется очень точная ретрансляция форм импульсов. Цифровой приемник (рис. 8.48, б), включающий «Цепь принятия решения» или дискриминатор, имеющий установленные пороги на принятие сигналов О и 1, который распознает, какой сигнал пришел, устраняет шумы и восстанавливает необходимую амплитуду сигнала. Правильное выделение нужного сигнала может происходить при большом уровне шумов.
Различают синхронные и асинхронные режимы приема-передачи цифрового сигнала. При синхронном режиме поток информации между передатчиком и приемником носит непрерывный характер. Таймер блока регенерации приемника выделяет в приходящей серии импульсов специальные сигналы — синхроимпульсы, на основе которых приемник регулярно настраивает или подстраивает свои часы (таймер).
При асинхронном режиме данные передаются в виде организованных последовательностей импульсов — пакетов. В промежутках между пакетами линия молчит — сигнала нет. При этом режиме приемник имеет свой независимый таймер. Принимая начальные импульсы пакета (преамбулу), таймер настраивает «Цепь принятия решений» так, чтобы определение приходящего импульса выполнялось на его середине. Электрический сигнал, который выдает «Цепь принятия решения», идет на частоте таймера. Так как у разных таймеров есть погрешность, то, по мере принятия последующих им-
18-6086
273
a
Электрический сигнал
Входной оптический сигнал
Электрические сигналы
Выходной оптический сигнал
б
Рис. 8.49. Типы ретрансляторов: а — электронно-оптический повторитель; б — оптический усилитель
Входное Выходное
волокно Оптический волокно
Входной
оптический сигнал
Выходной оптический сигнал
пульсов пакета, момент определения приходящего импульса плавно смещается в одну из сторон относительно середины приходящего импульса. Для правильной индентифика-ции всех импульсов пакета важно, чтобы смешение за время принятия пакета не превысило 0,5 импульса. Это приводит к ограничению максимальной длины пакета. Чем меньше погрешность таймера, тем больше длина пакета, используемого для передачи.
Повторители и оптические усилители являются ретрансляторами оптических сигналов. По мере распространения оптического сигнала происходит его ослабление, а также уширение импульсов из-за дисперсии. Любой из этих факторов может оказаться причиной ограничения максимальной длины безтрансляционного участка волоконно-оптической связи. Если же максимальная допустимая длина между приемником и передатчиком превышает действительную, то необходимо в промежуточных точках линии связи добавлять один или несколько ретрансляторов. В общем случае ретранслятор выполняет функцию усилителя оптического сигнала, и дополнительно (при цифровой передаче) восстанавливает форму импульсов, уменьшает уровень шумов и устраняет ошибки. Такой ретранслятор называется регенератором.
В локальных волоконно-оптических сетях ЛВОС повторители значительно больше распространены, чем оптические усилители, в то время как при построении оптических магистралей оптические усилители играют незаменимую роль.
Повторитель (рис. 8.49, а) преобразует оптический сигнал в электрическую форму, усиливает, корректирует, а затем преобразовывает обратно в оптический сигнал, то есть повторитель можно рассматривать как последовательное соединение приемного и передающего оптических модулей.
Аналоговый повторитель в основном выполняет функцию усилителя сигналов. При этом вместе с полезным сигналом усиливается также входной шум. Однако при цифровой передаче повторитель наряду с усилением может выполнять регенерацию сигнала, свойственную цифровому оптическому приемнику (рис. 8.48, б). Обычно блок регенерации охватывает «Цепь принятия решения» и таймер. Блок регенерации восстанавливает прямоугольную форму импульсов, устраняет шум, рассинхронизирует передачу так, чтобы выходные импульсы совпадали с соответствующими синхроимпульсами таймера. Повторитель может и не содержать таймера и восстанавливать прямоугольную форму импульсов по определенному порогу, независимо от того, на какой скорости ведется передача. Такие повторители применяются в локальных сетях, где имеет место асинхронный режим передачи.
274
Оптический усилитель {ОУ), в отличие от повторителей, не осуществляет оптоэлектронного преобразования, а сразу производит усиление оптического сигнала (рис. 8.49, б). Оптические усилители не производят также регенерацию оптического сигнала. Они в равной степени усиливают как входной сигнал, так и шум, а также вносят собственный шум в выходной оптический канал. ОУ имеют более высокую надежность, чем повторители. Они не привязаны к скорости передачи информации, в то время как повторители выполняются для работы на определенной скорости. Именно на эту скорость настраивается таймер повторителя. Повторитель работает с одним сигналом. ОУ может усиливать несколько оптических сигналов на разных длинах волн в пределах определенного интервала, который называется зоной усиления. Это позволяет увеличивать пропускную способность линий связи, на которой установлены ОУ, без добавления новых волокон.
8.16.	Кабельная арматура и оборудование
В состав волоконно-оптических линий связи входят: линейные и станционные кабели; кабельная арматура и оборудование; кабельные сооружения.
К кабельной арматуре относятся: муфты и организаторы (всех типов); стойки, применяемые при подвеске кабелей по крышам зданий; различного рода кронштейны для крепления кабелей при их прокладке в тоннелях и по стенам зданий, для подвески на опорах контактной сети железных дорог; высоковольтных и сигнальных линий автоблокировки, линий электропередачи; промежуточные и оконечные анкеровки; поддер-
Рис. 8.50. Кабельная арматура для подвески ВОК на опорах линий автоблокировки
275
Распределительная панель
Соединитель
л	Распределительная панель,
совмещенная со сплайсами
Рис. 8.51. Способы оконцевания волокон линейного кабеля:
а — непосредственное; б — через сварку с пигтейлами; б — через сварку с волокнами станционного кабеля
Рис. 8.52. Распределительная коробка для разделки оптических волокон
живающие зажимы; ролики, используемые при подвеске ВОК; реперные столбики для обозначения трассы и мест установки муфт подземных ВОЛС.
Муфта обеспечивает защиту и запас волокна; восстановление целостности оболочки кабеля. Выбор конструкции муфты определяется условиями эксплуатации ВОК: подвеска на опорах ЛЭП, контактной сети и линий автоблокировки; прокладка в грунте, желобах, тоннелях; монтаж кабеля внутри помещений. Основой муфты является полимерный или металлический корпус в форме цилиндра или параллелепипеда.
Организаторы волокон предназначены для обеспечения соединения волокон кабеля в установленном порядке, минимального увеличения затухания волокон в местах их соединения, повторного соединения волокон при изменении схемы связи.
Различают следующие типы организаторов: барабан с боковыми лепестками; поддон с загнутыми вверх и внутрь краями; несколько разводных колец. Организаторы крепятся в корпусе муфты на защелках, винтах или шпильках, с помощью липкой ленты или резиновой стяжки. Организаторы используются также в коммутационнораспределительных устройствах.
Кронштейны, анкеровки, зажимы различных типов используются при подвеске кабелей, прокладке их по стенам зданий. Анкеровки должны обеспечивать сохранность и эксплуатационную надежность ВОК в зоне подвески и не ухудшать их конструктивных элементов и не вызывать разгерметизации оболочки. На рис. 8.50 приведена кабельная арматура, используемая при подвеске ВОК на опорах линии автобокировки.
Оборудование ВОЛС включает в себя оптические распределительные коммутационные устройства: распределительные коробки, панели, шкафы, оптические кроссовые устройства. Расшивка оптических волокон линейных кабелей и их соединение с сетевым оборудованием может быть выполнена тремя способами (рис. 8.51): непосредственное оконцевание; оконцевание с помощью сварки; оконцевание с помощью сварки и соединение с волокнами станционного ВОК.
На рис. 8.52 показана разделка оптических волокон 3 линейного кабеля 7, вводимого через герметический ввод 2 в распределительную коробку 4. Оптические волокна линейного кабеля свариваются с волокнами 9 небольшой длины (пигтейлами). Место сварки /защищается термоусаживающейся защитной гильзой 6. Технологический
276
Стена
Анкерный болт
вок
Рис. 8.53. Установка кабельной пробки	пробка
при вводе ВОК в помещение
запас волокна и защитные гильзы укладываются во внутреннем организаторе (соединительной спайс-пластине 5). Обычно каждая коробка комплектуется полностью или частично пигтейлами заводского производства с различными типами коннекторов 10 и оптических розеток 11. Распределительные коробки выполняют функции разветвительных муфт или кросса от линейного кабеля к станционным, проложенным внутри здания.
Оптические кроссовые устройства используются при построении оптических узлов с большим количеством волокон (больше 100) входящих линейных ВОК. Кроссовое подключение характерно тем, что оптические волокна линейных или станционных кабелей, а также оптические шнуры разделываются на задней панели устройства, а коммутация (кросс-коммутация) окончаний этих волокон осуществляется на передней панели при помощи коммутационных шнуров.
Кабельные сооружения подземных ВОЛС включают: кабельную канализацию, колодцы кабельной канализации; коллекторы, трубопроводы, желоба, муфты и т. д.
Воздушные ВОЛС не содержат кабельных сооружений за исключением вводов ВОК в здания, называемых кабельными пробками (рис. 8.53). Совмещение узла анкеровки кабеля с вводом возможно только в том случае, если высота провеса кабеля над проезжей частью или пешеходными дорожками не менее 4,5 м.
Глава 9 УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ В УСТРОЙСТВАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
9.1.	Принципы построения АСУЭ
При создании автоматизированной системы управления энергоснабжением (АСУЭ) центр тяжести переносится из области стабилизации основных параметров системы электроснабжения и автоматизации повторяющихся операций в область решения задач оптимального управления, т.е. автоматического выбора наилучшего в данной ситуации варианта управления.
Наряду с задачами оптимального управления технологическими процессами в АСУЭ решаются также задачи, связанные со сбором, обработкой и передачей данных, необходимых для расчета различных технико-экономических показателей и составления отчетов, разработки планов работы производственных подразделений.
Автоматизированные системы управления, объединяющие решение административно-организационных вопросов (учет, планирование, оперативное управление) и непосредственное управление технологическими процессами (оптимизация технологического режима работы системы, автоматическое регулирование или стабилизация определенных параметров и т.д.) называют интегрированными или организационнотехнологическими (АСУ ОТ). АСУЭ по выполняемым ею функциям является такой интегрированной организационно-технологической системой.
Под отдельной задачей АСУЭ понимают операцию, выполняемую с помощью технических средств и программного обеспечения, в результате которого формируется протокол, представляющий одну или серию однотипных управляющих команд, например, вывод на экран дисплея сообщений обслуживающему персоналу о состоянии управляемых объектов или формирование массива информации, используемых для решения отдельных технологических задач.
АСУЭ — иерархическая система, характеризующаяся автономностью входящих в нее подсистем, имеющих самостоятельные цели управления и общую цель, единую для всей системы в целом; наличием внутренних и внешних связей у каждой подсистемы; уплотнением информации при движении ее вверх по иерархии. Как любая иерархическая система, АСУЭ состоит из ряда подсистем, находящихся на различных уровнях иерархии и тесно взаимосвязанных между собой.
Определение оптимальной структуры системы управления — одна из важнейших задач, возникаюших при разработке системы в каждом конкретном случае. Возможны три основных пути выполнения систем управления на новой элементной базе: аппаратный, программный и аппаратно-программный. Аппаратный путь предполагает использование устройств с жесткой логикой на интегральных микросхемах с малой ИС и средней СИС степенью интеграции. Аппаратная система управления оправдана при необходимости иметь высокое быстродействие в системах с небольшим число микросхем при выполнении сложных операций управления. Если же требуется гибкость управления, частое изменение его задач или периодическая модерни
278
зация и расширение задач, то более приемлемой является программная или аппаратно-программная реализация задач.
При разработке АСУЭ железных дорог необходимо иметь в виду, что инфор-мационно-управляющие подсистемы диспетчерского управления исторически возникли и внедрялись раньше комплектных АСУ в виде систем оперативного управления (СОУ) или автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ). Во многих случаях телемеханические системы диспетчерского управления не обладают в полной мере качествами, необходимыми для АСУЭ (например, не могут передавать информацию производственно-статистического характера; не имеют устройств, необходимых для обработки информации и стыковки с вычислительными машинами).
9.2.	Управляющие вычислительные системы
Управляющие вычислительные машины (УВМ) являются основными органами
управляющих систем, используемых для обработки и хранения информации.
На рис. 9.1 показана схема включения УВМ в систему диспетчерского управления объектами. УВМ выполняет роль советчика диспетчера (рис. 9.1, а). Диспетчер, пользуясь пультом управления по системе ТУ, осуществляет воздействие на объект через его исполнительный орган (ИО). Информация о состоянии объекта или его параметрах поступает на датчик Дт, который по системе ТС передает ее УВМ. При необходимости получения информации диспетчер воздействует на УВМ, с выхода которой информация поступает на диспетчерский щит (ДЩ), дисплей (Д) или устройство печати (УП). В данном случае УВМ непосредственного воздействия на объект управления не имеет и
работает в режиме разомкнутого контура.
Когда УВМ включена в замкнутый контур управления (рис. 9.1, б) (режим прямо
го автоматического управления), управляющее воздействие передается на объект управления непосредственно от УВМ, минуя диспетчера. УВМ может воздействовать также на локальные системы управления первого уровня (см. рис. 1.3), которые в свою очередь осуществляют автоматическое управление объектами (режим непрямого авто
матического управления).
Управляющая вычислительная машина УВМ воспринимает и выдает информацию, представленную в виде электрических сигналов цифровой формы. Датчики Дт
воспринимают аналоговую (ток, напряжение) или дискретную (положение коммутационных аппаратов, срабатывание релейной защиты и т.д.) информацию. Их выходные сигналы обычно не приспособлены для непосредственного ввода в УВМ и требуют преобразования по виду, форме и уровню. Выходные сигналы УВМ необходимо также преобразовывать перед тем, как подать в систему телемеханики, которая воздействует на исполнительный орган ИО. Поэтому для сопряжения УВМ с датчиками и исполнительными органами устанавливают специальные устройства связи с объектом.
Информацию с датчиков УВМ снимает циклически по мере необходимости. Отдельные датчики, напри
Рис. 9.1. Схемы использования УВМ в системе: а — в режиме советчика диспетчера; б — в режиме прямого автоматического управления
279
мер, фиксирующие срабатывание релейной защиты, в произвольные моменты требуют сами их немедленного обслуживания, выставляя для этого запрос на прерывание выполнения текущей программы УВМ.
Взаимодействие УВМ с устройствами ввода информации и устройствами связи с объектом служит интерфейс ввода-вывода, который представляет собой совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для обеспечения информационной, электрической и конструктивной совместимости этих устройств.
Данные о состоянии объекта управления поступают в УВМ, которая перерабатывает их в соответствии с алгоритмом (законом) управления. Результатом переработки является управляющее воздействие, поступающее на объект. Скорость переработки информации, поступающей на УВМ, должна обеспечивать своевременную реакцию системы на все изменения в объекте управления. Результаты переработки могут оказаться непригодными, более того — неверными, если в промежутке времени между приемом УВМ исходных данных и выдачей результатов переработки информации проходит много времени и происходит существенное изменение данных о состоянии управляемого объекта.
УВМ используют в системах, действующих на основе принципа программного управления. Ее действия осуществляются по программе, реализующей алгоритм управления путем решения соответствующих задач. Программа является описанием алгоритма управления и представляет собой последовательность команд управления в УВМ. Каждая команда определяет действия УВМ по выполнению только одной операции. Таким образом, работа УВМ представляет собой последовательность проводимых ею операций в порядке, заданном программой. Число различных команд, являющихся внутренним языком УВМ, может быть от нескольких десятков до нескольких сотен. Команды подразделяются на арифметические, логические, пересылочные, управляющие, ввода-вывода.
9.3.	Информационное, математическое и ораанизационное обеспечение АСУЭ
Информационная подсистема обеспечивает все структурные подразделения АСУ необходимой информацией в требуемые сроки и в удобной форме. Информационная подсистема охватывает комплекс методов сбора, обработки, хранения и поиска информации. Она включает в себя: нормативные и справочные данные, составляющие информационную базу системы; текущие сведения, поступающие в систему в процессе ее функционирования и требующие ответной реакции системы или влияющие на алгоритм выработки решения (оперативная информация); учетные и архивные сведения, необходимые для работы системы.
Объем и содержание данных, обрабатываемых информационной подсистемой, зависят от масштаба объекта управления и сложности происходящих в нем процессов. Подсистема информационного обеспечения должна обладать гибкостью, возможностью перестройки информационных потоков в соответствии с требованиями системы управления.
Различают информацию, предназначенную для решения организационных задач, и информацию для оперативного управления. Это связано с тем, что указанные задачи отличаются друг от друга видом и содержанием входной и выходной информации, частотой и временем решения, принципами построения алгоритмов.
Источниками информации являются аналоговые и дискретные датчики, командная аппаратура (кнопки, ключи управления), документы, звуковые и световые сообщения. В процессе управления информация преобразуется (аналог-код, код-код), кодируется, шифруется, дешифруется и т.д.
280
Информационным обеспечением (ИО) называется совокупность единой системы классификации и кодирования технико-экономической информации, унифицированных систем документации и массовой информации.
При разработке ИО АСУЭ определяют состав данных, необходимых для решения задач управления: формализуют представление информации; унифицируют входную и выходную документацию; определяют способы представления информации на всех этапах ее движения и обработки; выбирают носители информации; определяют содержание и порядок размещения информации на машинных носителях; выбирают виды и объем хранимой информации, а также способы хранения, поиска и внесения изменений в массивы данных и способы контроля информации; разрабатывают способы классификации и словари наименований отдельных показателей; регламентируют информационные связи между задачами, взаимный обмен данными с АСУЭ, состав и структуру банка данных.
Для машинной обработки информацию кодируют, т.е. записывают сообщения и сведения с помощью условных комбинаций (например, цифр и букв). Наибольшее распространение получили цифровые коды, используемые при вводе и обработке данных на ЭВМ и при передаче их по каналам связи.
Кодирование идентифицирует информацию, упрощает составление программ, реализующих алгоритмы различных вычислений. Для задач АСУЭ широко используется пози
ционный метод кодирования, при котором кодируемая номенклатура объектов разделяется на классификационные группы. Структура позиционного кода отражает принятую систему классификации объектов. На практике при построении цифровых кодов каждую классификационную группировку формируют таким образом, чтобы она состояла из числа группировок нижестоящего уровня, кратного 10. Такие коды называются десятичными. Как правило, в АСУЭ кодирование исходной информации осуществляется в десятичном исчислении, дальнейшее преобразование кодов зависит от конкретной ЭВМ.
Информационные массивы, предназначенные для хранения информации, составляют основу ИО любой АСУЭ. От организации и структуры информационных массивов во многом зависят оперативность и достоверность вырабатываемых управляющих воздействий, а следовательно, эффективность АСУЭ.
Массивы ИО АСУЭ классифицируют по различным признакам. Любой информа
ционный массив представляет собой совокупность данных, постоянных или обновляющихся, объединенных единым смысловым содержанием, например, массив расхода
электроэнергии за сутки, массив параметров тяговой сети в пределах диспетчерского
круга. По отношению к АСУЭ все информационные массивы делятся на: входные, внутренние и выходные. Основу АСУЭ составляет организация передачи информации с объектов к единым центрам сбора, обработки, хранения и выдачи информации. Такими центрами в системах тягового электроснабжения являются энергодиспетчерские пункты, оснащенные современными средствами телемеханики и вычислительной техники.
Структура информационного обеспечения АСУЭ приве
Рис. 9.2. Структура информационного обеспечения АСУЭ
дена на рис. 9.2, где видно, что входная информация поступа-
281
ет в АСУЭ непосредственно с энергообъектов через машинные носители информации (жесткие и гибкие диски), или вводится в систему управления с документов, нормативных материалов. Внутреннюю информацию АСУЭ составляют различные массивы технико-экономической, нормативно-справочной информации, а также информации для решения задач оперативного управления. Выходная информация выдается в виде управляющих команд, поступающих по системе телеуправления на объекты или выводится на дисплей или печать. В состав приведенной на рис. 9.2 структуры информационного обеспечения АСУЭ входит ввод, вывод и хранение информации для решения задач оперативного управления, а также задач, присущих АСУЭ.
Математическое обеспечение (МО) АСУ представляет собой систему алгоритмов и программ, с помощью которых осуществляется автоматизированная обработка информации. Соответственно МО подразделяется на алгоритмическое и программное обеспечение.
Алгоритмическое обеспечение (АО) включает описание алгоритмов реализации отдельных функций и общего алгоритма функционирования АСУ.
Программное обеспечение (ПО) реализует алгоритмы функционирования и в свою очередь состоит из стандартных (внутренних) и специальных (внешних) программ. Внутренние программы обеспечивают нормальную, эффективную работу вычислительных машин и представляют общее (системное) ПО, а внешние программы, представляющие специальное (прикладное) ПО, позволяют решать на машине необходимые задачи наиболее простым и удобным способом. На рис. 9.3 представлена структура программного обеспечения.
Важнейшей и центральной частью общего ПО является операционная система реального времени (ОС РВ), управляющая последовательностью всех действий УВМ и контролирующая входной и выходной потоки информации. Она является связующим звеном между УВМ и объемом управления, человеком, а также другими УВМ, входящими в локальную сеть этого или более высокого уровня. Общее ПО подразделяется на подсистемы подготовки программ и обеспечения вычислительного процесса. Подсистема подготовки программ объединяет программы автоматизации проектирования и отладки систем. Подсистема обеспечения вычислительного процесса включает программы функционального контроля процесса и операциональную систему реального времени.
Специальное ПО организуется в виде набора взаимодействующих и вместе с тем автономных программ для решения задач управления. Каждая такая задача решается независимой последовательностью команд. Задачи управления могут решаться УВМ одновременно или поочередно. Для одновременного решения надо на каждую задачу иметь индивидуальный микропроцессор. При высоком быстродействии современных УВМ более распространенным является поочередное выполнение одним процессором нескольких задач в определенном режиме времени.
Для повышения производительности и надежности управляющих вычислительных систем предусматривается распределение во времени решения задач управления.
Рис. 9.3. Структура программного обеспечения
282
При этом в системе устанавливается несколько УВМ или процессоров, образуя многомашинные и многопроцессорные распределенные управляющие вычислительные системы. Если объекты управления территориально рассредоточены, то стремятся к тому, чтобы наибольший объем информации обрабатывался в непосредственной близости к объекту, например, на тяговой подстанции. Для обмена информацией УВМ соединяют каналами связи, образуя управляющую вычислительную сеть (УВС). Таким образом, УВС — это многомашинная система, состоящая из территориально распределенных УВМ, связанных между собой каналами связи. Расстояние между УВМ является существенным отличительным признаком таких систем. Если это расстояние не более 20 км, то управляющую вычислительную сеть называют локальной. Так, АСУЭ строится как распределенная многомашинная система, в которой УВМ располагаются на отдельных тяговых подстанциях и энергодиспетчерских пунктах с организацией взаимообмена сообщениями, обеспечивающего их согласованные действия, например, в масштабах диспетчерского круга или дистанции электроснабжения. Децентрализация обработки информации позволяет не только повысить производительность всей системы, но и является эффективным средством обеспечения надежности (живучести) всей системы. Так, если система разделена на отдельные автономно работающие подсистемы с УВМ, образующие в совокупности сеть, то отказ одной из подсистем, как правило, не влечет отказа всей системы, хотя эффективность в целом снизится. Надежность управляющих вычислительных систем является одним из определяющих факторов их применения. Главная цель мероприятий по повышению надежности — обеспечение непрерывной работы системы, на которую не влияют ошибки и сбои. Защита от неправильных действий и сбоев является ключевой во всех случаях применения вычислительной техники в управлении. Для обеспечения требуемых показателей надежности широко используются разнообразные методы резервирования и автоматического диагностирования технических и программных средств, помехозащищенные коды, информационная избыточность, резервирование источников информации, дублирование сообщений и т.д.
9.4.	Техническое обеспечение АСУЭ
Подсистема технического обеспечения АСУ представляет собой комплекс технических средств, обеспечивающих реализацию процесса сбора, формирования, передачи, обработки, хранения и воспроизведения информации.
Подсистема технического обеспечения (ТО) включает в себя:
-	средства вычислительной техники (вычислительные машины и решающие устройства, устройства ввода и вывода программ и информации, устройства сопряжения вычислительных средств, запоминающие устройства, устройства подготовки данных и т.д.);
-	устройства связи с объектами (преобразователи сигналов контроля и управления, коммутаторы сигналов, устройства телемеханики и др.);
-	устройства связи с оперативным персоналом (сигнальные ключи, световые табло, диспетчерские щиты, пульты управления, дисплеи, печатающие устройства и т.д.).
При организации комплекса технических средств используются также устройства, обеспечивающие получение и формирование информации о контролируемых режимах технологических процессов, состоянии объектов управления. К первым относятся датчики, реле-повторители состояния объектов и т.п., ко вторым — преобразователи вида, формы, уровня сигналов и различные коммутаторы.
К техническому обеспечению относятся также устройства локальной автоматики (АПВ, АВР и др.) и исполнительные органы.
Таким образом, комплекс средств ТО включает в себя вычислительные и управляющие устройства, устройства передачи и обработки сигналов данных, датчики информации и исполнительные устройства, обеспечивающие полное выполнение всех функций АСУ.
283
Необходимым условием формирования комплекса средств ТО АСУ является возможность сопряжения между собой всех видов технических устройств, входящих в подсистему ТО, т.е. возможность объединения их в единую техническую систему, обеспечивающую непрерывный процесс автоматической обработки информации.
Как уже отмечалось, УВМ играют главную роль среди всех видов технических средств, используемых в АСУЭ, обеспечивая функционирование и взаимодействие всех элементов системы.
К средствам вычислительной техники, используемым в АСУЭ, предъявляются следующие основные требования:
-	обеспечение эффективного решения всех функциональных задач АСУЭ в заданное время и с требуемой достоверностью;
-	совместимость средств, используемых в разных подсистемах и обеспечение оперативного обмена данными между ними;
-	агрегатность структуры, позволяющая осуществлять замену и наращивание устройств в процессе развития АСУЭ;
-	высокая надежность, определяемая непрерывным характером работы системы;
-	учет особенностей эксплуатации и участия управленческого и производственного персонала в функционировании АСУЭ.
Используемые в АСУЭ технические средства можно разделить на центральный и периферийный комплексы.
Центральный комплекс размещается в специальных аппаратных помещениях вычислительной и телемеханической техники или на энергодиспетчерском пункте. В состав центрального комплекса входят средства обработки и хранения информации, подготовки данных, ввода-вывода информации, устройства электропитания.
Периферийный комплекс располагается за пределами аппаратных и диспетчерских помещений (на тяговых подстанциях, постах секционирования и т.д.). К периферийным комплексам относятся средства ввода-вывода (дисплеи, пульты дистанционного управления; аппаратура передачи данных, включая устройства сопряжения).
При выборе варианта комплекса технических средств (КТС) учитывают наиболее важные системные характеристики комплекса:
-	экономичность — обеспечение требуемого качества функционирования АСУ с меньшими затратами;
-	технологичность (упорядоченность) — отсутствие лишних перетоков данных, обеспечиваемых упорядочиванием информационных потоков;
-	поточность (согласованность) — совпадение пропускной способности устройств, осуществляющих последовательность операции обработки данных;
-	реактивность (своевременность) — обеспечение требуемой реакции системы на поступающие запросы и повышение быстродействия при выдаче результатов;
-	безошибочность (точность) — обеспечение высокой точности и достоверности выдаваемых результатов;
-	живучесть (устойчивость) — снижение влияния отказов при повреждении комплекса на эффективность функционирования системы;
-	гибкость — простота функционального и территориального расширения комплекса в процессе развития АСУ;
-	автономность — возможность самостоятельного функционирования КТС каждой отдельной подсистемы АСУ;
-	совмещенность (концентрация) — возможность размещения технических средств централизованно, что позволяет обеспечить более эффективное их использование при меньшей численности персонала;
-	локальность (децентрализация) — наличие УВМ вблизи управляемых объектов.
Влияние системных характеристик проявляется и соответственно учитывается в подсистемах различных уровней при построении многоуровневой системы КТС АСУЭ.
284
На рис. 9.4 представлена структура комплекса технических средств АСУЭ, на которой показаны основные элементы КТС и их взаимодействие. Представленная структура характерна для систем, имеющих несколько диспетчерских кругов. Для каждого диспетчера оборудовано рабочее место (РМЭД-1 и РМЭД-2). Для визуального отображения информации используется диспетчерский щит. Управление контролируемыми пунктами КП, на которых располагаются объекты электро- и энергоснабжения, осуществляется с пультов управления через системы телемеханического управления СУТМ, включающие в себя компьютерную
Объекты	Объекты	Объекты
электроснабжения электро-, энерго- энергоснабжения снабжения
Рис. 9.4. Структура комплекса технических средств АСУЭ
технику, устройства печати УП, накопители на гибких магнитных дисках НГМД. Для связи с объектами электро- и энергоснабжения может быть использована управляющая вычислительная машина УВМ. Для согласования связи с объектами применяются согласующие устройства ССО. Для хранения информации используются накопители на магнитных дисках НМД и лентах НМЛ.
Такая структура КТС АСУЭ универсальна, применима для промышленных предприятий и железнодорожного транспорта. Техническая совместимость подсистем, взаимодействующих в составе АСУЭ, достигается путем применения соответствующих интерфейсов между устройствами и средствами коммутации для обмена данными, а также выбора конфигурации КТС, обеспечивающих совместимость программного и информационного обеспечения.
Взаимодействие подсистем АСУЭ может осуществляться путем непосредственной связи между УВМ, которые могут обмениваться данными и программами по каналам связи.
При выборе структуры КТС АСУЭ устанавливают способы передачи данных с конкретных удаленных объектов электроснабжения, рассчитывают тип и количество терминальных устройств для размещения на удаленных объектах; определяют моменты времени для ввода-вывода данных между терминальными устройствами и УВМ; осуществляют расчет характеристик сети передачи данных в КТС, сопряжения, расчет количества устройств сопряжения, необходимых для передачи данных между УВМ АСУЭ и КТС отдельных подсистем.
При разработке КТС АСУЭ необходимо решить вопросы обеспечения надежности его работы. Например, если вычислительная техника, используемая в АСУЭ, предназначена для решения задач оперативного управления в реальном масштабе времени, то при ее выборе следует отдавать предпочтение двухпроцессорным системам или использовать две однопроцессорные однотипные ЭВМ, каждая из которых должна резервировать другую.
Так как проектирование и внедрение АСУЭ осуществляется поэтапно, то выбор типа ЭВМ, емкости оперативного запоминающего устройства, внешних запоминающих устройств и состава периферийного оборудования осуществляют на первом этапе использования ЭВМ с учетом возможности последующего расширения функций системы.
285
Для решения задач оперативного управления и для вывода буквенно-цифровой и графической информации используются видеотерминальные устройства (дисплеи). При этом количество дисплеев зависит от количества и схемы контролируемых пунктов (подстанций, постов секционирования, железнодорожных станций и т.д.).
При выборе технических средств АСУЭ, используемых в различных ее подсистемах, следует учитывать необходимость совместимости и взаимодействия каждой такой подсистемы с подсистемами вышестоящего и нижестоящего уровней.
Комплексная автоматизация производства, массовое внедрение средств телемеханики и расширение области их применения существенно изменили и сделали более разнообразными требования, предъявляемые к устройствам управления и контроля производственными процессами, привели к расширению объема и видов передаваемой информации.
9.5.	Электронные вычислительные машины
Электронные вычислительные машины (ЭВМ) предназначены для выполнения различных логических и арифметических операций. По характеру перерабатываемой ими информации ЭВМ бывают аналоговые и цифровые. Аналоговые машины оперируют непрерывными сигналами и в автоматизированных системах применяются редко. Цифровые машины оперируют дискретными сигналами.
По назначению ЭВМ можно разделить на три основных вида: расчетные, предназначенные для выполнения трудоемких научных и инженерных расчетов; управляющие, предназначенные для управления реальными процессами; информационные, предназначенные для логической обработки различных потоков информации.
Расчетные ЭВМ характеризуются широким набором выполняемых операций, наличием двусторонних оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) для записи, хранения и выбора программы решения задач и исходных данных системы ввода информации и фиксации результатов решения.
Информационные ЭВМ отличаются большим разнообразием оперативных и внешних запоминающих устройств, широким набором логических операций, использованием различных способов обращения к запоминающим устройствам, развитым комплексом ввода-вывода информации и возможностью обработки как числовой, так и буквенной информации.
Отличительной особенностью управляющих ЭВМ является наличие специальных преобразующих и согласующих устройств, непосредственно связанных с датчиками информации, с исполнительными цепями объектов управления, с локальными системами автоматического управления и регулирования, с устройствами ручного ввода.
Характер и порядок выполнения операций, необходимых для осуществления ЭВМ требуемых функций, можно представить в виде четырех основных действий: формулировка и запись условий задачи и исходных данных; разработка способа решения задачи и представления его в виде логической последовательности операций (алгоритмов); выполнение заданий последовательности операций; представление результатов решения задачи в удобном для использования виде.
Первые два из перечисленных основных действий выполняются человеком, последние два — вычислительной машиной.
Возникновение микропроцессорной техники обусловлено экономической целесообразностью перехода от технических средств с жесткой логикой к универсальным программируемым устройствам, выполненным на основе крупносерийных больших интегральных схем (БИС). Структура таких БИС повторяет процессорную часть универсальных ЭВМ.
МикроЭВМ[ — устройство, управляемое оператором, состоит из микропроцессора (МП), полупроводниковой памяти, интерфейса ввода-вывода, пульта управления и источников питания, объединенных общей конструкцией.
286
На рис. 9.5 показана наиболее распространенная схема микроЭВМ, имеющая три общие магистрали (на схеме показаны двойными линиями со стрелками), к которым под воздействием устройства управления поочередно подключаются входящие в МП узлы. Микропроцессор осуществляет обработку информации. Наиболее характерными узлами МП являются: арифметико-логическое устройство (АЛУ), составляющее основу операционного устройства, устройство управления, под воздействием которого
к трем общим магистралям поочередно подключа-	Рис. 9.5. Схема микроЭВМ
ются узлы, входящие в МП. Магистрали служат для обмена информацией между МП и остальными блоками микроЭВМ, в качестве которых на рис. 9.5 представлены блок памяти и устройство ввода-вывода.
МикроЭВМ выпускаются в нескольких модификациях:
-	встраиваемые, предназначенные для конструктивного встраивания в технологическое и другое оборудование в качестве сборочной единицы и не имеющие индивидуального пульта управления, источника питания, декоративного оформления;
-	портативные сервисные, имеющие небольшой дисплей и легко транспортируемые;
-	настольные со встроенными, как правило, в единую конструкцию дисплеем, пультом, малогабаритным устройством печати, памятью на гибких дисках;
-	настольной и стоечной конструкции, содержащие набор отдельных конструктивно законченных модулей: микрокомпьютер, экранный пульт, малогабаритное печатающее устройство, память на гибких дисках, функционально объединенных в целостную автономную микросистему.
Такие микросистемы используются в качестве персональных микроЭВМ, интеллектуальных терминалов больших вычислительных систем коллективного доступа, абонентских или рабочих станций локальных вычислительных сетей или элементов систем обработки информации и управления.
Среди большого разнообразия микропроцессоров, применяемых в микроЭВМ, наибольшее распространение получили 16- и 32-разрядные МП. Разрядность МП влияет на скорость вычислений, поскольку если разрядность МП меньше длины хранимого в памяти слова, то обработка данных будет производиться с последовательными обращениями к памяти с затратами в два или более циклов обращения к памяти.
В автоматике, телемеханике и вычислительной технике наибольшее распространение подучили микропроцессорные комплекты серии К580, в которых МП вместе с устройством управления реализован в виде отдельной БИС и имеет фиксированные разрядность и систему команд. Микропроцессорный комплекс серии К580 включает в себя микропроцессорную БИС, программируемое устройство ввода-вывода, программируемый блок приоритетного прерывания, программируемое устройство полупроводниковой динамической памяти, интегральный таймер, универсальный синхронноасинхронный программируемый приемопередатчик, программируемые и системные контроллеры. МикроЭВМ, построенная на базе комплекта, работает с тактовой частотой до 2 МГц. Схемы программируются с помощью фиксированного набора команд МП.
На рис. 9.6 приведена упрощенная структурная схема микроЭВМ на базе МП КР580ИК80. В состав процессорного модуля (ПМ) входят МП и ряд вспомогательных схем, обеспечивающих работу МП.
Микропроцессор КР580ИК80 предназначен для обработки 8-разрядных двоичных чисел, называемых словами или байтами, поэтому порты ввода-вывода должны быть 8-разрядными. Каждый периферийный модуль имеет вход для приема сигналов ВМ (выбор модуля), с помощью которого можно «активизировать» только один периферийный модуль. МП состоит из семи 8-разрядных регистров общего назначения (РОН):
287
A,B,C,D,E,H,L, регистра признаков результата выполнения операции F и двух 16-разрядных регистров SP (указатель стека) и PC (счетчика команд).
Регистр А называется аккумулятором и используется для хранения операнда. С операндом работает арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее все действия с данными. Регистры В, С, D, Е, Н, L образуют регистровые пары для хранения 16-разрядных данных; в регистре PC подготавливается адрес очередной команды программы; по содержимому регистра SP осуществляется адресация к ячейкам памяти (в нем предварительно записывают код начала стековой области ОЗУ).
Регистр F (флаги) представляет собой набор триггеров, регистрирующих результат последней операции, выполненной АЛУ. Устройства процессорного модуля ПМ используются для выбора команд из памяти и их выполнение. Пусть, например, должна быть считана и выполнена команда, хранящаяся в ячейке с адресом 1000. Для этого счетчик команд PC (программный счетчик) через шину адреса ША выводит на устрой-ство памяти адрес 1000. Из памяти на шину данных ШД поступает содержимое ячейки 1000, т.е. код операции, и МП записывает его в регистр кода операции SP. Этот регистр передает информацию дешифратору кода операции, который распознает код и выдает управляющие сигналы для схем синхронизации и управления, которые как бы представляют процессор внутри процессора. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) внутри МП содержит микропрограмму, которая указывает МП, что делать для выполнения каждой команды. Записанная микропрограмма, задаваемая обычно пользователем, определяет язык МП и не может изменяться при записи программ, выполняемых МП.
На схеме рис. 9.6 тонкими стрелками показаны шины 1, 3, 4 — считывания информации соответственно из оперативного (ОЗУ) и постоянного (ПЗУ) запоминающих устройств и устройств ввода-вывода (УВВ). Шины 2, 5 используются для записи информации в ОЗУ и УВВ. От шины адреса ША через дешифраторы ДШ по шинам ВМ (выбор модуля) осуществляется передача сигналов к портам ввода-вывода и запоминающим устройствам ОЗУ и ПЗУ. Порты ввода и вывода по шинам 6 связаны с внешними устройствами. Процессорный модуль (ПМ) связан с шинами ША, ШД и ШУ через формирователь шин (ФШ).
Для включения ПМ предусматривается автоматическая команда его начальной установки. При этом счетчик команд указывает начальный адрес программы. Так, МП КР580ИК80 нормально устанавливает на шине ША нулевой адрес. Далее программа выполняется автоматически под действием импульсов с тактового генератора (ТГ).
Для выбора порта ввода-вывода или запоминающего устройства (ОЗУ, ПЗУ) служит шина управления (ШУ). По ней в микропроцессор поступают при необходимости
Рис. 9.6. Упрощенная структурная схема микроЭВМ на базе МП КР580ИК80
сигналы от внешних устройств о готовности к передаче информации. Шины ША, ШУ и ШД содержат каждая столько проводов, сколько разрядов имеют передаваемые по ним кодовые комбинации. Другими словами, по ним к внешним цепям и обратно передаются параллельные кодовые комбинации. Такой способ связи микропроцессора с внешними цепями применяют тогда, когда расстояние между ними не более 15 м. В про-
288
тивном случае к шинам подключают порты последовательного ввода-вывода, содержащие преобразователи параллельного кода в последовательный и обратно. При этом максимальное расстояние между микропроцессорным устройством и контролируемым объектом определяется используемой системой передачи данных.
Микропроцессор КР580ИК80 выполняет четыре основные операции: чтение данных из памяти или порта ввода; запись данных в память или порт вывода; внутренние операции (действия с регистрами общего назначения); передачу управления другой ячейке памяти.
Применение персональных ЭВМ обеспечивает децентрализацию вычислительных процессов, значительное снижение стоимости машинного времени, повышение удобства работы персонала и эксплуатации сети.
Характерной конструктивной особенностью микроЭВМ является модульность их построения. Все функциональные элементы этих машин строятся в виде отдельных модулей, т.е. отдельных плат, комплектных блоков. При размещении в стойках ЭВМ эти модули нуждаются в специальном монтаже. Поэтому при изменении и расширении системы установка новых модулей может выполняться самим пользователем. Кроме того, такая структура позволяет создавать наиболее экономную, без избыточности, конфигурацию микроЭВМ, ориентированную на выполнение заданных функций, при этом обеспечиваются минимальная стоимость и наименьшие размеры системы.
9.6.	Устройства связи с объектом
Устройства связи с объектом (УСО) являются важнейшими элементами при использовании ЭВМ в АСУЭ. Они служат для автоматического ввода в ЭВМ информации поступающей от датчиков электрических сигналов, и вывода из ЭВМ информации, необходимой для автоматического управления технологическим процессом или элементами отображения и сигнализации.
По назначению УСО делятся на устройства ввода и вывода информации, по характеру входных и выходных сигналов — на устройства ввода и вывода непрерывных (аналоговых) и дискретных сигналов.
Устройства ввода аналоговой информации (УВАИ) (рис. 9.7) обеспечивают: ввод аналоговой информации от одного или нескольких датчиков (Д1—ДА) по линии связи (ЛС) обычно в виде изменяющихся во времени значений постоянного тока или напряжения; аналого-цифровое преобразование этой информации, т.е. превращение аналогового сигнала в цифровой двоичный код, понятный ЭВМ; ввод цифровой информации в ЭВМ для дальнейшей обработки.
Аналоговые сигналы,
передаваемые от датчиков Д1— ДА, чувствительны к помехам, что требует принятия мер по их устранению, например, установки фильтров Ф. Для подключения к УВАИ нескольких датчиков обычно используют коммутатор, например, мультиплексор (МП), который поочередно подключает датчики к аналого-цифровому преобразователю (АЦП). Ослабленные сигналы усиливаются с помощью усилителей Ус.
Рис. 9.7. Структурная схема ввода аналоговых сигналов
19-6086
289
Выбор датчика (канала) осуществляет центральный процессор (ЦП), посылая по шине адрес ША, код адреса в порт ввода-вывода (ПВВ), где происходит выбор канала (ВК) и его подключение с помощью мультиплексора. Для правильного преобразования в цифровую форму быстро изменяющихся аналоговых сигналов устанавливают блок выборки запоминания (БВЗ). Этот блок выбирает исходный сигнал, который запоминается на время, необходимое для его полного преобразования АЦП. Выходной цифровой сигнал (ВЦС) с преобразователя АЦП поступает в ПВВ, который согласует его с сигналами шин данных (ШД) и управления (ШУ). ПВВ осуществляет управление вводом (УВ) информации из БВЗ в АЦП.
Основными характеристиками УВАИ являются: диапазон изменения входных аналоговых сигналов; количество входных каналов, т.е. число подключаемых датчиков; время или скорость преобразования входных сигналов; число разрядов (бит) кода, выдаваемого в ЭВМ; погрешность преобразования АЦП.
Устройства вывода аналоговой информации выполняют действия, обратные УВАИ, т.е. обеспечивают прием от ЭВМ и преобразование с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) кодовых сигналов в аналоговые, которые используются для управления исполнительными механизмами, например, приводами выключателей или разъединителей. Выходные каналы при этом имеют гальваническую развязку с внешними цепями. Устройства вывода аналоговой информации имеют характеристики, аналогичные рассмотренным ранее для УВАИ.
Устройства ввода дискретной информации (УВДИ) предназначены для ввода в ЭВМ двухпозиционных сигналов и параллельного кода от кодовых датчиков. Дискретные сигналы, поступающие от датчиков (Д1-ДА) (рис. 9.8) отличаются продолжительностью и важностью передаваемого сигнала. Так, например, датчик, контролирующий состояние коммутационного аппарата, может находиться в замкнутом или разомкнутом состоянии длительное время (часы, сутки и более). С другой стороны, датчики, фиксирующие аварийные режимы, например, устройство релейной защиты выдает сигнал, измеряемый десятками миллисекунд и требует немедленного реагирования. Имеются также датчики с большой частотой повторения сигналов, например, счетчики расхода электроэнергии, требующие не только фиксации появления сигнала, но и подсчета их числа, которое определяет расход электроэнергии. В зависимости от свойств сигнала применяют различные схемы ввода дискретных сигналов.
Структурная схема ввода дискретных сигналов представлена на рис. 9.8. При замыкании контакта датчика (Д1-ДА) источник напряжения (ИН) создает ток в цепи устройства для выравнивания уровней (ВУ), представляющего делитель напряжения, на выходе которого возникает сигнал. По линии связи (ЛС) сигнал поступает на фильтр (Ф), который подавляет помехи. Пороговые элементы (ПЭ) не пропускают сигналы низкого уровня (помехи). С выхода ПЭ сигнал поступает на формирователь импульсного сигнала (ФИС), который через схему ИЛИ (1) переключает триггер прерывания (ТП). Запрос прерывания (ЗП) с выхода ТП поступает на шину управления (ШУ). Центральный процессор (ЦП) выдает адрес группы датчиков и сигнал ввода. Порт ввода-вывода опознает адрес всей группы и
Рис. 9.8. Структурная схема ввода дискретных сигналов
290
при наличии разрешения на ввод подает управляющий сигнал на схему И логического устройства (ЛУ). С его выхода сигнал поступает в буферный регистр порта ввода-вывода (ПВВ) и далее на шину данных (ШД). Буферный регистр позволяет фиксировать не только продолжительные, но и кратковременные (импульсные) сигналы датчиков.
Число одновременно опрашиваемых датчиков обычно выбирается равным числу разрядов ЦП. Возможно выполнение ввода с индивидуальной проверкой каждого датчика. Вместо логического устройства устанавливается, например, при большом числе датчиков мультиплексор, управляемый контроллером ввода-вывода.
Устройство ввода дискретной информации характеризуется числом и уровнем входных сигналов; временем опроса всех входных каналов; способом ввода сигналов в ЭВМ (пассивным или инициативным).
Устройства вывода дискретной информации обеспечивают управление от ЭВМ различными двухпозиционными элементами, такими как сигнальные лампы, реле, а также устройствами с кодовым управлением. По принципу построения и основным характеристикам устройства вывода дискретной информации аналогичны УВДИ.
9.7.	Информационно-управляющие системы на тяговых подстанциях
Применение в управлении тяговыми подстанциями микроЭВМ дает целый ряд преимуществ:
-	повышение надежности выполнения всех функций управления за счет автоматического самодиагностирования системы и более полного использования исходной информации, что позволяет системе управления принимать более обоснованные и достоверные управляющие решения;
-	появление возможности решения новых задач управления, в том числе применение новых устройств системной и технологической автоматики;
-	осуществление функций, присущих устройствам телемеханики.
Вместе с тем высокая стоимость программного обеспечения, сложность его типизации, частая смена технических средств в связи с быстрым развитием вычислительной техники, а также недостаточность опыта применения микроЭВМ для управления оборудованием тяговых подстанций и технологическими процессами на них создают определенные сложности.
Для их преодоления необходимо создавать многомашинные децентрализованные комплексы управления с иерархической структурой.
Структурная схема системы управления нижнего уровня представлена на рис. 9.9. Она включает в себя подсистемы, управляющие объектом (или группой объектов) в необходимом для каждого из них объеме.
Подсистема сбора и первичной обработки информации вводит дискретную и аналоговую информацию об объекте, проверяет ее достоверность и формирует необходимые для других подсистем массивы информации. Дискретная информация о состоянии объектов (выключателей, разъединителей, срабатывание устройств релейной защиты и автоматики и т.д.) обычно вводится циклически или спорадически по запросу решаемых задач управления, от датчиков — по запросу прерывания. Аналого-
Вышестоящий уровень
Рис. 9.9. Структурная схема системы управления нижнего уровня
291
вая информация (значение тока, напряжения и др.) вводится циклически. Показания расхода электроэнергии снимаются со счетчика со скоростью не более 5 импульсов в секунду. Для наиболее ответственных устройств (релейная защита и противоаварийная автоматика) периодичность сбора информации составляет 1-2 мс, а для остальных функций в пределах до 30 с в зависимости от контролируемого параметра.
В соответствии с этим в подсистеме выделяется быстродействующий сбор информации — для задач аварийных режимов и средний или медленнодействующий — для задач нормального режима. Для обеспечения достоверности введенной информации используют различные методы: многократное сравнение текущих значений одного и того же параметра, измеренного по одному или разным каналам, проверка известных физических или логических соотношений между значениями различных параметров и т.д.
Подсистема контроля, диагностирования и прогнозирования предусматривает решение задач по комплексной оценке состояния объектов управления. К ним относятся: распознавание режима работы объекта, обнаружение неисправностей и их местонахождения, контроль изоляции, электробезопасности и др. Подсистема может контролировать и вычислять различного рода интегрированные показатели, в том числе определять потери электроэнергии, оценивать правильность работы объекта и его систем управления.
Подсистема автоматического управления решает задачи, установленные для данного конкретного объекта, в соответствии с режимом его работы (защита от коротких замыканий, АПВ, АВР, программно-логическое управление). К функциям релейной защиты предъявляют наиболее высокие требования по надежности и быстродействию. Отказы должны быть исключены.
Подсистема хранения и предъявления информации обеспечивает размещение программ решения задач контроля и управления, инструктивной и нормативно-справочной информации, о его текущем и прошлом (за определенный период) состоянии. Подсистема должна иметь возможность накопления данных отдельных параметров объекта, выдачи информации для решения других задач, а также отображения на индикаторах, а при необходимости и документирования.
Подсистема диалоговой связи циклически и спорадически передает информацию, объем которой устанавливается в зависимости от вида объекта, режима его работы и места данной системы в общей иерархической системе управления подстанцией. По инициативе объекта передается (отображается и документируется) информация о событиях и параметрах аварийного и послеаварийного режимов; при возникновении режима, опасного для людей; при отклонениях значений текущих параметров от расчетных; коммутационных переключениях и т.д.
Диалоговая связь должна обеспечивать автоматический обмен информацией с другими системами управления, а также общение с человеком: с оперативным персоналом, для которого надо иметь наиболее простой, близкий к естественному язык общения; с обслуживающим персоналом, производящим проверку, настройку, изменение уставок и т.д., со сложными специализированными языками.
На рис. 9.10 представлена структурная схема системы управления подстанцией. Подсистемы, которые в нее входят, выполняют задачи контроля и управления на об-щеподстанционном уровне. Назначение подсистем сбора и первичной обработки информации, хранения и представления информации, отображения, документирования и диалоговой связи аналогично ранее рассмотренным для систем нижнего уровня.
Подсистема контроля, диагностики и прогнозирования состояния и режима работы подстанции выполняет следующие функции: регистрирует аварийные значения параметров режима, переключения коммутационной аппаратуры, срабатывания релейной защиты и автоматики; определяет ресурс высоковольтных выключателей и трансформаторов; контролирует состояние преобразовательных агрегатов, нагрев проводов контактной сети, изоляцию высоковольтного оборудования, время работы оборудования под нагрузкой и при перегрузках, плавку гололеда.
292
В энергодиспетчерский пункт
Рис. 9.10. Структурная схема системы управления подстанцией
Решение этих задач может предусматриваться периодически или по запросу оперативного персонала подстанции и энергодиспетчерского пункта.
Подсистема ретроспективного анализа аварий включает в себя определение места повреждения и расстояния до него, а также правильности функционирования релейной защиты и автоматики.
Подсистема контроля режимов, опасных для людей и окружающей среды наряду с другими функциями предусматривает контроль электробезопасности при выполнении работ, их места и времени проведения.
Подсистемы управления в аварийном и послеаварийном режимах — релейная защита, автоматика повторного включения, автоматика включения резерва осуществляют управление при отказе выполнения этих функций системами нижнего уровня.
Подсистема управления в нормальном и утяжеленном режимах осуществляет программное переключение оборудования; регулирование мощности подстанции и уровня напряжения на шинах распределительных устройств; учет расхода и потерь электроэнергии; автоматическую разгрузку подстанции.
На этом уровне предусматривается отображение и документирование информации о работе подстанции, ее передача в установленном объеме на энергодиспетчерский пункт и выполнение его команд, т.е. функции телеконтроля и телеуправления.
Организация решения задач и распределение технических средств предусматривают последовательную, параллельную и последовательно-параллельную обработку информации. Из-за большого объема решаемых задач последовательная обработка может занять недопустимо большое время. В связи с этим с учетом состояния микропроцессорной техники предпочтительна последовательно-параллельная обработка информации, предусматривающая децентрализацию технических средств и соответствующее распределение задач по ним.
Для подстанций возможно создание различных вариантов микропроцессорных управляющих систем, отличающихся по структуре, составу решаемых задач и их распределению.
Системы управления могут быть разделены на группы: регистры событий, многоканальные устройства защиты параметров аварийных режимов, устройств релейной защиты и автоматики, информационно-управляющие комплексы. Для их создания используются микропроцессорные устройства с длиной обрабатываемых слоев не менее 8 бит.
Регистры событий запоминают все события, происходящие на подстанции, в том числе последовательность срабатывания релейной защиты и переключений коммутационной аппаратуры с последующей передачей информации на энергодиспетчерский пункт.
293
Рис. 9.11. Структурная схема микропроцессорной релейной защиты
Их применение существенно ускоряет анализ аварийных ситуаций и восстановление электроснабжения. Их используют на распределительных подстанциях энергосистем.
В состав регистров входят: микроЭВМ, оснащенная модулем ввода дискретных сигналов; цифропечатающие устройства, например, телетайп или устройства записи на магнитную ленту, дискету; электронные часы (таймер); модули сопряжения с каналом связи.
Применяют два вида регистров:
централизованный, если на подстанции имеется одно устройство; децентрализованный, при наличии нескольких устройств, распределенных по отдельным группам объектов.
Для оценки общей обстановки на диспетчерских пунктах устанавливаются центральные системы регистрации событий, собирающие информацию от нескольких регистров и обобщающие ее. Для тяговых подстанций регистрация событий предусматривается как одна из задач информационно-управляющей системы.
Структурная схема микропроцессорной релейной защиты приведена на рис. 9.11. Применение микроЭВМ для выполнения функций релейной защиты обусловлено ее широкими функциональными возможностями, позволяющими создать унифицированное устройство релейной защиты различных объектов с характеристиками срабатывания практически любой сложности. Информация о состоянии объекта защиты, например, фидера контактной сети поступает в устройство релейной защиты через измерительные трансформаторы тока и напряжения, а о положении выключателей фидеров — от датчиков положения выключателей. Входные согласующие устройства (промежуточные трансформаторы и фильтры) осуществляют гальваническое разделение цепей и защиту от проникновения помех в электронные цепи. Для согласования выходных сигналов микро ЭВМ по форме и мощности с сигналами управления исполнительными механизмами устанавливают выходные согласующие устройства, которые осуществляют функции, аналогичные функциям входных согласующих устройств. Для уменьшения влияния помех желательно связь микроЭВМ с внешними устройствами выполнять по волоконно-оптическим каналам. Основой микроЭВМ является центральный процессор (ЦП), запоминающие устройства — постоянное (ПЗУ) и оперативное (ОЗУ), модули ввода аналоговых, дискретных, а также вывода дискретных сигналов и уставок от модуля уставок.
Информационно-управляющие комплексы (ИУК) выполняют совокупность задач, предусмотренных структурами систем нижнего и верхнего уровня управления подстанциями. Они основываются на единой информационной базе и имеют централизованную или децентрализованную структуру технических средств и выполняемых задач.
294
Рис. 9.12. Структурная схема микропроцессорного информационно-управляющего комплекса «Подстанция»
Микропроцессорный информационно-управляющий комплекс «Подстанция» предназначен для оперативного контроля и управления режимами и оборудованием тяговых подстанций, обеспечения энергодиспетчерского пункта необходимой информацией и выполнения его команд.
Структурная схема микропроцессорного ИУК “Подстанция” представлена на рис. 9.12. Комплекс имеет двухуровневую структуру, состоит из функционально автономных систем:
-	локальных систем управления первого уровня;
-	центральной системы управления второго уровня;
-	системы связи, отображения и документирования.
Локальные системы децентрализованы по группам однотипных объектов тяговых подстанций, которые функционально объединены для осуществления приема, преобразования и распределения электроэнергии железнодорожным и районным потребителям. На первом этапе создания комплекса каждая локальная система содержит одну, общую для всех объектов микроЭВМ с возможностью модульного наращивания микроЭВМ в составе системы. Эти системы имеют быстродействующие каналы связи с объектами через датчики аналоговой и дискретной информации, выходные цепи управления. Они имеют также возможность автоматического взаимообмена информацией через центральную систему по межсистемной магистрали связи. Последняя предназначена для информационно-управляющих функций на общеподстанционном уровне, координации и диагностики действия локальных систем, резервирования отдельных их функций и наряду с медленнодействующими каналами связи с объектами имеют и быстродействующие каналы.
В состав системы входят: центральный процессор, дисплей Д с клавиатурой, цифропечатающее устройство ЦПУ, внешнее запоминающее устройство ВЗУ и аппаратура передачи данных (модем) для связи с энергодиспетчерским пунктом ЭДП. Связь с персоналом подстанции, ЭДП, а также отображение и документирование информации требуют сравнительно большого времени. Для того, чтобы не отвлекать локальные системы от непрерывного слежения за работой подстанции, все эти функции сосредоточены в специальной системе связи, отображения и документирования информации.
295
По завершении цикла обработки информации все другие системы передают массивы информации с большой скоростью в систему связи. Порядок их доступа к системе связи обеспечивается установленными приоритетами передаваемой информации.
9.8.	Автоматизация работы энераодиспетчерских пунктов
Автоматизированная система диспетчерского управления (АСДУ) представляет собой комплекс средств вычислительной техники, сбора, передачи и отображения информации, программ и методов, обеспечивающих наряду с планированием режи
мов оперативное и автоматическое управление технологическим процессом производства, передачи и распределения электроэнергии. Мощным толчком развития АСДУ послужило внедрение микропроцессорной техники. МикроЭВМ нашли широкое применение при создании новых средств телемеханики и передачи информации, для авто
матизации диспетчерского управления. Автоматизация труда энергодиспетчера вызвана его большой напряженностью и высокой ответственностью. Использование компьютерной техники для решения оперативных и режимных задач, возникающих в практической деятельности энергодиспетчера, позволяет повысить производительность и ка
чество труда, сократить задержки поездов за счет наиболее полного использования пропускной способности по устройствам электроснабжения, ускорить принятие решений в экстремальных ситуациях, автоматизировать процессы послеаварийных переключений. Использование микроЭВМ для создания систем автоматического регулиро
вания, устройств системной и противоаварийной автоматики, релейной защиты по-
зволяет облегчить труд энергодиспетчера, повысить надежность и экономичность ра-
боты систем электроснабжения.
Рис. 9.13. Структурная схема АСУ энергодиспетчерских пунктов
На рис. 9.13 представлена структурная схема построения АСУ на диспетчерских пунктах в зависимости от расположения энергодиспетчерского пункта на иерархической лестнице структуры АСУЭ. Различают энергодиспетчерские пункты отделений дороги (ЭЧЦ), управлений дороги ЦЦП-Э и энергодиспетчерский пункт Департамента электрификации и электроснабжения МПС (ЦЭ МПС). Эти пункты взаимодействуют с АСУ перевозочным процессом (АСУ ПП) через вычислительные комплексы (ВК) и управляющие вычислительные комплексы (УВК).
Линейные подразделения электроснабжения (тяговые подстанции, посты секционирования, районы контактной сети, станции), на которых установлены микропроцессорные комплексы (МПК) релейной защиты, автоматики и телемеханики или персональные ЭВМ (ПЭВМ), обмениваются информацией с энергодиспетчерским пунктом ЭЧЦ отделения дороги. На ЭЧЦ размещают управляющий вычислительный комплекс (УВК), состоящий как минимум из двух УВМ (основной и резервной), в качестве которых используются микроЭВМ. Во избежание больших затрат на первом этапе развития АСУЭ связь между тяговыми подстанциями, постами секционирования, станциями и УВК на ЭЧЦ осуществляется через
296
существующую систему телемеханики. Для этого аппаратуру ТС ДП и ТУ ДП подключают к УВК через специальные устройства сопряжения системы телесигнализации (УСТС) и системы телеуправления (УСТУ) с УВК.
В качестве УСТС и УСТУ могут быть использованы специально изготовленные устройства или программируемые контроллеры, микроЭВМ. Достоинством такого пути является скорейшая и наименее трудоемкая организация автоматического обмена информацией между УВК и линейными подразделениями системы электроснабжения.
Однако при этом остаются не связанными с УВК ЭЧЦ микропроцессорные комплексы — на контролируемых пунктах КП1—КП-и тяговых подстанций и районов контактной сети. По мере развития линий и средств связи можно будет перейти ко второму этапу организации обмена информацией между линейными подразделениями КП-J—КП-да и УВК ЭЧЦ, установив на них персональные ЭВМ (ПЭВМ). В перспективе ПЭВМ заменяют существующую систему телемеханики.
Использование на ЭЧЦ УВК дает возможность на обоих этапах применять все режимы работы ЭВМ: счетный, информационный, управляющий.
Приемная аппаратура телесигнализации ТС ДП с частотным и временным разделением каналов подключается к УВК через УСТС. Для телеуправления объектами на КП по командам УВК имеется связь УВК с передатчиками ТУ ДП устройства УСТУ, которое способно формировать команды ТУ для передачи с частотным и временным разделением сигналов.
На каждом диспетчерском пункте создается автоматизированное рабочее место (АРМ) энергодиспетчера (рис. 9.14), которое оборудовано алфавитно-цифровым дисплеем Д и цветным ЦД, печатающим устройством ЦПУ для каждого диспетчерского круга. Для отображения информации об однолинейных схемах подстанций, схемах контактной сети станций и перегонов ЦД подключается к УВК через систему отображения диспетчерской информации СОДИ. Дисплеи Д подключаются к УВК через мультиплексор передачи данных МПД, который поочередно подключает их к УВК. Скорость работы МПД велика и поэтому пользователи не замечают разделения во времени работы дисплеев Д.
От УВК ЭЧЦ информация передается на следующий энергодиспетчерский уровень управления дороги ЦДПЭ по специально выделенному каналу связи, который оснащен модемами М на передающей и приемной сторонах. Автоматизированные сис-
Рис. 9.14. Схема размещения технических средств АСУ энергодиспетчерского пункта в отделении дороги
297
темы управления ЦДПЭ принимают обобщенную информацию с уровня отделения дороги, обмениваются информацией с ЭЧЦ нескольких отделений дороги. В этих системах обмена информацией отсутствует система телеуправления объектами по команде ЭВМ, поэтому режимами работы УВК будут счетный и информационный, с которыми могут справиться микроЭВМ или ПЭВМ, работающие в мультипрограммном режиме. Каналы отделений дорог подключаются к УВК через МПД. Применение на ЦДПЭ СОДИ цветных графических дисплеев позволяет избежать установки громоздких и дорогостоящих диспетчерских щитов, а машинный обмен информацией между ЭЧЦ и ЦДПЭ избавляет от дорогостоящей и медленнодействующей системы ретрансляции сигналов телемеханики.
Аналогичные требования удовлетворяет АСУ на самом высоком уровне — ЦЭ МПС. С ЦДПЭ управления дороги информация может передаваться в МПС через информационно-вычислительные центры (ИВЦ), связанные с Главным вычислительным центром МПС (ГВЦ).
Использование на диспетчерских пунктах УВК позволяет возложить на них решение ряда задач, входящих в практическую деятельность энергодиспетчеров. Управляющая вычислительная машина позволяет решать задачи, которые ранее не решались или их решение основывалось на опыте и интуиции энергодиспетчера.
Прием и обработка телемеханической информации производится с помощью средств технического и программного обеспечения. К средствам технического обеспечения относится устройство связи системы телесигнализации (УСТС) с УВК, состоящее из приемных запоминающих буферов, блоков центрального управления, блоков текстовой проверки, микропроцессорного модуля, блока питания. Приемные запоминающие модули выполнены в двух вариантах: для системы с частотным разделением каналов связи и для системы с временным разделением каналов. Информация поступает от ТС асинхронно, каждый буфер принимает и запоминает информацию своего канала автономно.
После записи серии информации каждый буфер сигнализирует блоку центрального управления свою готовность передавать информацию управляющей вычислительной машине. Из УСТС информация передается 16-разрядными словами (16 бит). Каждая серия ТС, состоящая из 124 бит считывается восемью словами. К ним УСТС добавляет девятое адресное слово для того, чтобы управляющая вычислительная машина УВМ могла идентифицировать массивы информации, относящиеся к разным каналам. В микропроцессорном модуле еще до ввода в УВМ определяется наличие изменений в принятой серии телемеханики. Если изменения отсутствуют, то серия в УВМ не вводится. Кроме того, микропроцессорный модуль накапливает и определяет информацию телеизмерения в заданном интервале времени, а затем передает ее в УВМ. Информация, поступающая в УВМ, специальной программой помещается в промежуточный буфер. После заполнения буфера включается программа, организующая разбор буфера и формирование массивов телесигнализации на магнитном диске. С магнитного диска информация может быть выведена на экран дисплея для отображения текущего состояния аппаратуры на контролируемых пунктах.
Для оперативного принятия решения о межпоездных интервалах в вынужденных режимах работы системы электроснабжения используется имитационное моделирование системы электроснабжения. Для задания схем питания и параметров тяговой сети необходимо определить токи во всех ее звеньях, потери напряжения, потери энергии, мощности подстанций на основе математического обеспечения вычислительной техники. На экране дисплея графически отображаются: схема питания участка, профиль пути, результаты расчета на каждом шаге моделирования и ведение протокола расчета.
При организации пропуска поездов в вынужденных режимах электроснабжения, например, при отключении одной или нескольких подстанций, необходимо увеличить интервалы между поездами. Цель расчетов состоит в разработке рекомендаций энерго
298
диспетчеру об интервалах времени между соседними поездами в зависимости от их массы и профиля участка пути. Межпоездные интервалы определяет управляющая вычислительная машина УВМ для каждого конкретного случая, дает рекомендации по обеспечению максимальной пропускной способности с учетом возникающих ограничений по устройствам электроснабжения.
Для настройки релейных защит рассчитываются токи короткого замыкания. В системе АСДУ функционирует специальная программа для решения этой задачи. Характеристика межподстанционной зоны, графическая схема питания участка, место короткого замыкания и результаты расчета отображаются на экране дисплея.
Для поиска места короткого замыкания в тяговой сети на железнодорожных станциях со сложной схемой питания и секционирования используют метод пробных включений, который требует длительного периода времени. В АСДУ решение этой задачи возлагается на УВМ, для чего все питающие фидеры контактной сети снабжаются датчиками сопротивления петли короткого замыкания. Результаты измерений по системе ТС передаются на УВМ, сравниваются с результатами расчетов этих же параметров при повреждениях в различных точках схемы тягового электроснабжения. На основании такого сравнения УВМ определяет место короткого замыкания.
Для выявления отказов релейной защиты осуществляется анализ ее работы. Сведения о работе релейной защиты при коротком замыкании на перегоне передаются автоматически по системе ТС в УВМ. После установления места короткого замыкания рассчитываются токи короткого замыкания питающих фидеров и определяются те виды защит, которые при этом должны были сработать. УВМ сравнивает данные, полученные по системе ТС о фактической работе защиты, с расчетными и указывает на неисправные виды защит. Эти сведения позволяют оперативно выявить отказы устройств релейной защиты.
Для автоматизации учета расходов и потерь энергии информация от счетчиков расходов и потерь электроэнергии поступает на концентратор-переработчик, где она может накапливаться в течение суток. По запросу энергодиспетчера информация о расходах и потерях энергии передается несколькими сериями телесигнализации на диспетчерский пункт и автоматически вводится в УВМ. На этот период (не более 20 с) текущая телесигнализация автоматически отключается. Информация, поступившая в УВМ, при необходимости выводится на печать по соответствующей форме.
Таким образом, АРМ ЭЧЦ решает задачи автоматизированного управления устройствами электроснабжения электрифицированных железных дорог. АРМ ЭЧЦ представляет собой программные средства, устанавливаемые на оснащенном сетью ETHERNET компьютерном комплексе энергодиспетчерского пункта. АРМ ЭЧЦ реализует функции автоматизации, включающие подготовку и производство переключений (под контролем энергодиспетчера), ведение базы данных энергодиспетчерского круга. С помощью АРМ энергодиспетчер может осуществить быстрый перевод схем электроснабжения в аварийные и вынужденные режимы работы путем выбора и запуска на выполнение оперативного приказа из базы данных ранее подготовленных и хранящихся в АРМ наборов переключений. В состав функций АРМ ЭЧЦ обычно включается компьютерный расчет переключений при указании энергодиспетчером участков схем, на которые необходимо подать напряжение или с которых необходимо снять напряжение.
АРМ ЭЧЦ представляет энергодиспетчеру средства для приема и выполнения заявок на проведение ремонтных, профилактических и иных работ на электрифицированных участках железных дорог. При этом автоматически контролируются права и допуски на выполнение работ указанного в заявках персонала, наличие всех переключений по подготовке места работы бригады. Контролируется возможность выполнения переключений для восстановления схемы при наличии нескольких бригад, работающих на общем участке. АРМ ЭЧЦ ведет журнал утвержденных заявок и журнал приказов.
299
9.9.	Система автоматизированного учета электроэнергии
Автоматизация учета потребления электроэнергии в рамках АСДУ или АСУЭ предприятиями железнодорожного транспорта позволяет решать целый ряд задач:
-	обеспечение многотарифного (до 4-х тарифов) учета электроэнергии и фиксация по каждому тарифу максимальной получасовой мощности;
-	графическое и табличное представление текущих данных и данных за любой отчетный период (сутки, месяц, квартал, год) по каждому месту учета;
-	передача данных с подстанций, где ведется по каналу энергодиспетчерской связи и коммутируемым телефонным каналам автоматически или по запросу;
-	формирование базы данных по расходу электроэнергии;
-	вывод на экран и документирование текущих данных и данных за любой отчетный период;
-	выполнение команды энергодиспетчера по дистанционному обслуживанию системы;
-	хранение данных при перерывах питания;
-	защита данных от несанкционированного доступа;
-	самодиагностика системы с выдачей сбоев и рекомендаций энергодиспетчеру.
Круг решаемых задач и функциональных возможностей систем автоматизированного учета электроэнергии постоянно расширяется. Эффективное решение перечисленных выше задач, оперативное управление электроснабжением потребителей, сокращение потерь электроэнергии, совершенствование текущего и долгосрочного планирования электропотребления в большинстве случаев возможно только при автоматизации учета и контроля расхода и потерь электроэнергии.
Автоматизированным называется учет, при котором сбор, передача, обработка и воспроизведение измерительной информации осуществляется автоматически, а задание алгоритмов и программ выполнения этих операций, а также уставок и других показателей, необходимых для их выполнения, производится человеком.
Автоматизированный учет и контроль позволяют обеспечить требуемую полноту и достоверность получаемой информации, унификацию форм отчетных документов, оперативность обработки текущей информации, сокращения численности персонала, необходимого для осуществления учета электроэнергии. Согласно Правил учета электроэнергии (ПУЭ) предусматривается расчетный и технический учет электроэнергии.
Расчетный (коммерческий) учет электроэнергии предназначен для осуществления финансовых расчетов между электроснабжающей организацией и потребителями электроэнергии, а также для контроля за соблюдением потребителем установленных лимитов, норм и режимов электропотребления.
Счетчики, используемые для расчетного учета, называются соответственно расчетными. Они устанавливаются, как правило, на вводах подстанции со стороны высшего напряжения или на вводах распределительных устройств, от которых питается электрическая тяга, а также на отходящих от подстанций линиях, питающих районные и железнодорожные нетяговые потребители.
Технический (контрольный) учет предназначен для контроля расхода электроэнергии внутри предприятия (по отдельным участкам, агрегатам и т.д.). Счетчики, осуществляющие технический учет, соответственно называются счетчиками технического учета.
Структурная схема информационно-измерительной системы учета и контроля электро
Рис. 9.15. Структурная схема информационно-измерительных систем учета и контроля электроэнергии
300
энергии представлена на рис. 9.15. Здесь предусмотрены прямые каналы (линии) связи ЛС от электрических счетчиков I, 2, ..., N до информационно-вычислительного устройства (ИВУ) системы, выполняющего предварительную обработку информации, поступающей от счетчиков. Для последующей обработки информации предусмотрен выход с ИВУ на устройство регистрации УР, устройство диспетчера УД и на автоматизированную систему управления АСУ нижнего (подстанционного) уровня. Система дает возможность вести учет получаемой и отдаваемой электроэнергии для расчетов с электроснабжающими предприятиями по многоставочному тарифу.
Система может также использоваться для технического учета в цехах промышленных предприятий, для межцехового учета, на подстанциях, в районах электроснабжения в качестве нижней ступени АСУЭ.
Автоматизированная система коммерческо-технического учета электроэнергии (АСКУЭ) на базе измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) предназначена для измерения и учета электрической энергии, автоматического сбора, накопления, хранения, обработки и отображения полученной информации. Структурная схема АСКУЭ представлена на рис. 9.16. С тяговых подстанций информация, снимаемая с электронных счетчиков через последовательный интерфейс RS-485 и узел связи, передается на диспетчерский круг ЭЧЦ по каналам связи ТС/ТУ. Сервер (центральный управляющий компьютер диспетчерского пункта) через интерфейс RS-232C получает информацию от узлов связи, осуществляет ее переработку, хранение, при необходимости воспроизводит на дисплее или передает по факсу через автоматическую телефонную станцию (АТС) по нужному адресу.
В АСКУЭ в качестве измерителей расхода электроэнергии применяются счетчики Альфа. Передача данных от счетчиков осуществляется по каналам ТС/ТУ системы телемеханики с использованием специальных модемов (узлов связи). Полоса частот, занимаемая в канале связи, соответствует первому частотному каналу телемеханики «Лиена».
Использование АСКУЭ позволяет:
применять до 4-х дифференцированных во времени тарифов на электроэнергию и выполнять расчет платы за электроэнергию; вычислять отклонения от договорной величины заявленной мощности за отчетный период; вести общую и раздельную получасовую (за любой отчетный период) обработку информации от каждой подстанции и по всем подстанциям, получающим питание от одной энергосистемы; анализировать суточный график нагрузки с определением принятых в энергетике показателей; выдавать данные о максимальной получасовой мощности за заданный отчетный период в пределах одной энергосистемы; передавать информацию с ЭВМ «Энергоучета» (сервера) с помощью модемной связи по коммутируемым телефонным каналам в вышестоящие структуры учета электроэнергии.
Рис. 9.16. Структурная схема АСКУЭ
Энергодиспетчерскии круг
г Л Узел
--- связи
PS-232C
Сервер
301
Используемый в АСКУЭ многофункциональный микропроцессорный счетчик электрической энергии типа Альфа предназначен для учета активной и реактивной энергии, а также для передачи измеренных или вычисленных параметров на диспетчерский пункт.
Структурная схема счетчика Альфа представлена на рис. 9.17. Счетчик состоит из измерительных датчиков напряжения (резистивный делитель) и тока ( трансформатор тока), которые подключаются с одной стороны к трансформаторам напряжения и тока контролируемых цепей, с другой — к СБИС измерения; микроконтроллера, воздействующего на электронные реле и дисплей счетчика; интерфейсов для обмена информацией с другими устройствами по импульсным или цифровым каналам; запоминающих устройств — постоянного (ПЗУ) и оперативного (ОЗУ); импульсного источника питания и стабилизатора напряжения, обеспечивающих питание счетчика в нормальном режиме работы; литиевой батареи, обеспечивающей питание основных устройств во время перерыва питания счетчика переменным напряжением -L^; дисплея, позволяющего осуществлять просмотр данных коммерческого учета и других вспомогательных данных.
Преобразование и умножение сигналов напряжения и тока осуществляется измерительной схемой СБИС. Эта схема содержит три группы аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и высокопроизводительный микропроцессор (МП). На основе выборок напряжения и тока МП производит расчет требуемых величин. Тактовая частота 6,2208 МГц подается от генератора, выполненного на внешнем кристалле кварца. Эта частота используется СБИС и микроконтроллером, расположенным на той же плате.
Микроконтроллер обладает мощными функциональными возможностями, включая внутренние драйверы для управления жидкокристалльным индикатором (ЖКИ), ПЗУ и ОЗУ, аппаратные средства UART (универсальная асинхронная схема приема/ передачи). Кварцевый генератор с частотой 32,768 кГц обеспечивает точность хода ±2 минуты в месяц внутренних часов календаря счетчика. При перерывах в подаче
Рис. 9.17. Структурная схема счетчика Альфа
302
питания энергия поступает от суперконденсатора, который имеет емкость, достаточную для поддержания работы памяти и календаря в течение нескольких часов. После разряда конденсатора литиевая батарея обеспечивает хранение данных в течение длительного времени (до 2-3 лет) в зависимости от температуры окружающей среды.
Жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) может работать в одном из трех режимов: нормальном, вспомогательном и тестовом. Счетчик всегда работает в нормальном режиме до тех пор, пока не будут нажаты кнопки ALT или TEST, или пока не будет обнаружена ошибка в работе узлов счетчика. Во всех режимах работы отображаемые на дисплее величины, их последовательность и время отображения устанавливается с помощью программного обеспечения.
Нормальный режим используется обычно для отображения данных, используемых для коммерческих расчетов. В нормальном режиме счетчик обрабатывает, сохраняет и выводит на ЖКИ параметры, которые были запрограммированы пакетом программ.
Вспомогательный режим используется для отображения вспомогательных данных. Последовательность показа вспомогательных данных на ЖКИ также осуществляется пакетом программ. Это режим устанавливается путем кратковременного нажатия кнопки ALT. По истечении одного цикла вспомогательного режима счетчик автоматически возвращается к нормальному режиму работы.
Режим тестирования используется для проверки счетчика. В этом режиме измерение энергии не отражается на показаниях счетчика, зафиксированных в нормальном режиме работы счетчика. В режим тестирования можно перейти двумя способами: нажатием кнопки TEST; заданием режима с помощью персонального компьютера.
С целью унифицированного применения, в зависимости от необходимых требований, счетчик может быть различных модификаций:
Обозначения возможных модификаций счетчиков АЛЬФА
A1R-4-AL-C8-T
ЧТ — Трансформаторное включение
П — Прямое включение
Типы дополнительной платы А+
AO — Плата, позволяющая производить измерение энергии и мощности в двух направлениях
— OL — Плата для записи и хранения измеренных данных графика нагрузки
AL — Плата для измерения энергии и мощности в двух направлениях и хранения измеренных данных
13 — Двухэлементный счетчик (трехпроводная линия)
4 — Трехэлементный счетчик (четырехпроводная линия)
Базовые модификации счетчиков АЛЬФА
D — Счетчик, измеряющий активные энергию и мощность в однотарифном режиме
 Т — Многотарифный счетчик для измерения активной энергии и максимальной мощности
R — Многотарифный счетчик для измерения активной и реактивных энергий и максимальной мощности
К — Многотарифный счетчик для измерения активной и полной энергии и максимальной мощности
1 — Класс точности 0,2
2 — Класс точности 0,5
А — Тип счетчика — АЛЬФА
Обозначение С8, не расшифрованное в обозначении счетчиков, относится к дополнительной плате реле. Применяется несколько типов таких плат. В частности, С8 — плата с шестью полупроводниковыми реле плюс последовательный интерфейс «токовая петля».
303
Глава 10 НАДЕЖНОСТЬ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
10.1.	Надежность устройств автоматики и телемеханики
Надежность — это способность аппаратуры выполнять возложенные на нее функции в полном объеме при определенных условиях эксплуатации в течение заданного срока службы.
Нарушение надежности выражается в виде отказов. Различают внезапные отказы, вызываемые случайными причинами (перенапряжение, ошибочные действия персонала и т.п.) и постепенные отказы, являющиеся следствием старения элементов аппаратуры. Наряду с устойчивыми отказами, устраняемыми эксплуатационным персоналом, наблюдаются сбои — однократные самоустраняющиеся отказы, вызываемые, например, действиями помех.
Наиболее характерный закон появления отказов во времени приведен на рис. 10.1. Частота отказов X в начальный период эксплуатации (период I), составляющий от нескольких месяцев до года, повышенная и снижается по мере «приработки» аппаратуры. Затем частота отказов стабилизируется (период П) и остается постоянной. Это наиболее длительный период, характеризующийся редкими, преимущественно внезапными отказами. Продолжительность его зависит от особенностей и режима работы аппаратуры, может составлять 20—25 лет. В конце срока службы аппаратуры (период Ш) частота отказов вновь возрастает в результате старения элементов аппаратуры.
Наибольший интерес представляет период П. Это период нормальной эксплуатации. Ему соответствуют следующие свойства: среднее число отказов в единицу времени X ( частота отказов) — величина постоянная; отказы отдельных элементов в устрой
ствах не зависят друг от друга.
Зная X, можно определить одну из важнейших характеристик надежности — среднюю наработку на отказ:
Рис. 10.1. Временная диаграмма зависимости частоты появления отказов от времени
Л>=|-	(Ю.1)
Л
Наработка на отказ системы, выполненной из однотипных элементов, зависит от степени ее сложности и условий эксплуатации. Чем сложнее система при прочих равных условиях, тем меньше То. Среднее время восстановления Тв показывает, сколько времени персонал затрачивает на устранение одного отказа.
304
При отсутствии резерва любой отказ приводит к простою аппаратуры. Продолжительность простоя зависит от свойств аппаратуры (степени сложности, ремонтнопри-годности и т.п.), от условий эксплуатации, количества и квалификации персонала. Поэтому наряду с наработкой на отказ То надежность аппаратуры оценивается также коэффициентом готовности
КГ=ТО/(ТО+ТЪ),	(10.2)
где То — наработка на отказ;
Тв — среднее время восстановления.
Как видно из выражения (10.2) коэффициент готовности КГ представляет собой отношение времени исправной работы аппаратуры устройства между двумя отказами к общему времени (исправной работы и восстановления) за один и тот же период эксплуатации.
Назначение коэффициента готовности можно пояснить на следующем примере. Пусть у двух аппаратов, выполняющих одни и те же функции, но имеющих разную элементную базу, наработки на отказ равны соответственно То1 и То2, причем То1 = 1,5 То2.
В то же время среднее время восстановления аппаратуры у второго аппарата в три раза меньше, чем у первого, и составляет Т’в2 = 0,1 То2. При этих условиях
ЛГ1 —
= 0,83;	------0,91.
1,5То2+0,ЗГо2	г2 Trf + O,!^
Таким образом, несмотря на меньшую наработку на отказ, эффективность использования второго аппарата выше, чем первого, благодаря менее длительным простоям (рис. 10.2).
Чем выше Кт, тем меньше продолжительность простоев аппаратуры и выше качество и эффективность работ по восстановлению исправности. При использовании метода централизованного обслуживания Хг=0,98—0,995. Иными словами, затраты времени при простоях аппаратуры составляет от 0,5 до 2% продолжительности исправной работы между двумя следующими друг за другом повреждениями устройств.
Повышение надежности аппаратуры может быть достигнуто не только путем применения высоконадежных базовых элементов, схемных и технологических запасов, но и путем резервирования аппаратуры или отдельных ее блоков.
При использовании высоконадежных элементов ожидаемое число отказов отдельных блоков становится весьма малым ( один отказ в течение нескольких лет). В этих условиях нет смысла повышать надежность аппаратуры путем дублирования всех ее блоков.
Целесообразно иметь определенное число резервных блоков и модулей и обеспечить быструю замену поврежденных. Ремонт модулей и блоков, вышедших из строя, в большинстве случаев целесообразней производить в мастерской телемеханики, расположенной обычно в здании отделения дороги с энергодиспетчерским пунктом.
Рис. 10.2. Диаграмма соотношений времени наработки на отказ и восстановления двух элементов системы
20-6086
305
10.2.	Эффективность внедрения автоматизированных систем и их обслуживания
Внедрение автоматизированных систем управления позволяет повысить надежность работы силового оборудования электротяговых устройств путем непрерывного контроля, быстрой локализации повреждений и восстановления нормального электроснабжения путем повторного включения или включения резерва. Их эффективность определяется обеспечением бесперебойного электроснабжения, снижением затрат на устранение повреждений, исключением ручного труда персонала и рутинного контроля за работой оборудования и основными показателями производственного процесса.
Эксплуатационные расходы при внедрении автоматизированных систем сокращаются вследствие повышения оперативности управления, высвобождения оперативного персонала и сокращения простоев поездов при повреждениях контактной сети.
Одной из основных составляющих технико-экономической эффективности автоматизации является сокращение числа технологических «окон» (отключение напряжения питания контактной сети), необходимых для текущего обслуживания контактной сети, и сокращение их продолжительности при восстановлении повреждений. Значительная часть работ может быть выполнена в малые «окна» — естественные интервалы в движении поездов. Соответственно уменьшаются число задержек поездов и затраты энергии на их разгон и торможение.
Кроме того, определяющую часть экономического эффекта составляет ускорение локализации поврежденных участков (отключение только поврежденных секций и восстановление питания неповрежденных) и восстановления тем самым движения поездов.
Другая существенная составляющая — высвобождение оперативного персонала. На ряде тяговых подстанций возможен полный отказ от эксплуатационного персонала с обслуживанием их выездными бригадами соседних подстанций и ремонтно-ревизионных участков (РРУ). Частично сокращается персонал бригад контактной сети, так как в большинстве случаев необходимые переключения при подготовке рабочего места на контактной сети осуществляет энергодиспетчер с помощью системы телемеханики.
Годовой экономический эффект, получаемый при внедрении автоматизированных систем управления устройствами электроснабжения, можно определить по выражению
Эгод=1ДЭ-Кгод,	(10.3)
где ЕД Э — суммарное снижение эксплуатационных расходов при автоматизации;
Кгод — приведенные капитальные затраты.
Приведенные капитальные затраты можно ориентировочно определить по выражению
Кгод = 0,15 (КАСУ - ДК),	(10.4)
где 0,15 — нормативный коэффициент окупаемости, соответствующий сроку окупаемости 6 лет;
Кдсу — стоимость устройств АСУ, их монтажа и наладки;
ДК — сокращение капитальных затрат на сооружение устройств электроснабжения при внедрении АСУ.
Эффективность обслуживания и качество выполняемых при этом работ оценивается средним временем восстановления Гв и временем простоя устройств Тпр, а также коэффициентом использования Kw
Время простоя 7^ определяется от момента возникновения повреждения до момента восстановления исправности и включения аппаратуры в работу
Тпр’Гев+^+Т,,	(10.5)
где Тоб — время обнаружения повреждения;
ТП — время подготовки к восстановлению;
Тв — время восстановления.
306
Анализ составляющих времени простоя Гпр показывает, что оно является комплексным показателем, характеризующим правильность выбора метода обслуживания, организации и методики поиска повреждений. Время восстановления характеризует лишь процесс восстановления исправности аппаратуры на месте возникновения повреждения. Продолжительность как простоя, так и восстановления может быть значительно уменьшена в случае незамедлительной замены неисправного модуля или блока на исправный, предварительно проверенный в лаборатории и доставленный специально выделенным транспортом. Очевидно, при этом время Гв практически не зависит от квалификации персонала и особенностей повреждения, поскольку выявление причин неисправности и ее устранение производят в лаборатории.
Продолжительность технического обслуживания определяется выражением
= Г/Гф + «ПО.	(10-6)
где Е Тпр — суммарное время простоя аппаратуры при повреждениях;
Х7ПО — суммарное время простоя аппаратуры при техническом обслуживании.
При длительности эксплуатации Т продолжительность исправной работы системы определяется выражением
Тир^-^то-	(10.7)
Рассмотренные временные показатели, характеризующие организацию технического обслуживания, позволяют определить коэффициент использования для каждого отдельного устройства или для системы в целом:
Чем более эффективно используется автоматизированная система управления, чем меньше затраты времени на все виды работ по техническому обслуживанию, включая профилактические, и процесс восстановления исправности, тем выше коэффициент использования. При правильно организованном техническом обслуживании аппаратуры = 0,96...0,98, т.е. затраты времени на все виды работ по техническому обслуживанию составляют от 2 до 4 % от продолжительности ее эксплуатации Т.
10.3.	Техническое обслуживание и текущий ремонт устройств автоматики и телемеханики
В соответствии с инструкцией по техническому обслуживанию и ремонту оборудования тяговых подстанций, пунктов питания и секционирования электрифицированных железных дорог предусматриваются следующие виды и периодичность работ на устройствах телемеханики:
-	профилактический контроль (ежедневный контроль и периодический осмотр устройств 1 раз в 3 месяца);
-	профилактическое восстановление с частичной проверкой 1 раз в год;
-	профилактическое восстановление с полной проверкой 1 раз в 3 года.
Исходя из местных условий (интенсивное загрязнение, повышенная влажность, вибрационные воздействия, устаревшие устройства и т.п.), допускаются дополнительные осмотры и ремонты, утвержденные приказом начальника дистанции электроснабжения.
Методы обслуживания устройств телемеханики ( централизованный, децентрализованный и т.д.) определяется местными условиями и протяженностью телемехани-зированного участка. Устройства телемеханики обслуживаются работниками группы по
307
телеуправлению, входящими в штат ремонтно-ревизионного участка с привлечением в отдельных случаях персонала тяговых подстанций.
Техническое обслуживание и ремонтные работы на диспетчерском пункте выполняются обычно дежурным электромехаником (кроме работ, требующих выполнения двумя лицами), работы на контролируемых пунктах выполняются не менее, чем двумя лицами.
Периодический осмотр проводится 1 раз в 3 месяца с целью выявления и предупреждения повреждений аппаратуры. При осмотре обращают внимание на положение переключателей, показания приборов, табло, сигнальных ламп. При периодическом осмотре целесообразно выполнять следующие работы:
-	удаление пыли и грязи с поверхностей кожухов и стоек, со стенок блоков, монтажных жгутов, панелей выводов и разъемов;
-	контроль за нагревом обмоток трансформаторов и дросселей блоков питания, электролитических конденсаторов, резисторов и т.д.;
-	проверка состояния узлов аппаратуры — подтяжка болтов крепления блоков к каркасу и раме, проверка крепления трансформаторов и дросселей;
-	принятие мер по снижению шума при работе блоков питания;
-	осмотр рабочих контактов реле, кнопок, тумблеров и в случае их потемнения или подгара проведение чистки.
Объем периодического осмотра может быть увеличен, включая в него дополнительные работы, обусловленные специфическими особенностями конкретного устройства телемеханики.
Ежедневно бригада телемеханики выполняет контроль исправности аппаратуры как на диспетчерском, так и на контролируемых пунктах. При этом устраняют замеченные за прошедшие сутки повреждения, передают на каждый КП по одной двухпозиционной команде и контролируют ее исполнение, опробуя по мере возможности телеуправление теми объектами, которые предстоит переключать энергодиспетчеру во время смены. При осмотре контролируют напряжение блоков питания и состояние линий связи с помощью звукового усилителя любого типа.
Обычно ежедневный контроль исправности выполняется в начале рабочего дня, на некоторых дистанциях электроснабжения аналогичный контроль повторяют и в конце рабочего дня, особенно в пятницу, перед двумя неработающими днями.
Профилактическое восстановление с частичной проверкой проводится один раз в год для определения технического состояния аппаратуры и устранения возможных неисправностей. Такая работа производится в три этапа.
Первый этап заключается в выполнении осмотра обесточенной аппаратуры и проверке состояния узлов.
Внешний осмотр производится после снятия напряжения со стойки телемеханики, отключения блока питания и снятия предохранителей основного и резервного питания. Выполняют все работы, входящие в объем периодического внешнего осмотра. После этого проверяют предохранители основного и резервного питания. Затем снимают разъемы со всех блоков, при этом следует убедиться в плотности их соединения и отсутствии натяжения проводов.
Внутренний осмотр выполняют после извлечения блоков из стоек и панелей, обращая внимание на недопустимость соприкосновения оголенных проводников, на прочность пайки в разъемных соединителях, отсутствие препятствий при установке и извлечении блоков. Проверяют состояние монтажных проводов блока согласования, целостность заземления экранированных проводов связи. Во всех блоках осматривают контактные ножи разъемных соединений и протирают их спиртовыми тампонами, очищая от грязи и продуктов коррозии.
308
Затем из блоков извлекают модули и с помощью пинцета проверяют прочность контактных соединений (пайку) печатного монтажа, слегка подергивая провода с внутренней стороны модуля. Особое внимание обращают на внешнее состояние элементов: вздутие и коробление краски на полупроводниковых элементах, почернение резисторов и т.п. Элементы с такими дефектами заменяют. Модули, в которых обнаружены неисправности, заменяют резервными, а неисправные — ремонтируют в лаборатории телемеханики, проверяют и испытывают не специальном стенде проверки аппаратуры телемеханики (СПАТ).
Контроль работы блока питания выполняют после удаления пыли и грязи, проверки механического состояния блока, затяжки крепежных болтов, крепления трансформатора, дросселей, конденсаторов, платы выпрямительных мостов. Особое внимание уделяется подгарам, потемнениям и разрушениям изоляции выводов трансформатора, что является признаком старения вследствие перегрузки. Специальным прибором проверяют исправность электролитических конденсаторов фильтров, предварительно разрядив их. Эталонным комбинированным прибором замеряют уровень всех напряжений блока питания и убеждаются в точности показания его вольтметра.
После проверки блока питания и установки предохранителей все блоки закрепляют в стойке или панели, подключают разъемы и подают напряжение.
Второй этап профилактического восстановления с частичной проверкой сводится к контролю технических характеристик и электрических параметров под током. На втором этапе выполняются следующие виды работ:
-	наблюдение за работой канала связи, включающего проверку на отсутствие искажений тактовой серии и на равенство длительности импульсов и пауз, наблюдение за тактовой серией телесигнализации на выходе передатчика и за синусоидальностью формы кривой его выходного напряжения, контроль за равенством амплитудных значений частотно-модулированных сигналов при передаче импульсов и пауз:
-	оценка работоспособности узлов и блоков полукомплектов телемеханики является одним из основных видов работ при профилактическом восстановлении с частичной проверкой и заключается в проведении ряда наблюдений и проверок, выполняемых в строго определенной последовательности и зависящих от назначения и схемы проверяемого устройства;
-	проверка действия автоматических устройств подключения резервного питания и контроль за работой аппаратуры при временном отключении основного питания.
Третий этап профилактического восстановления с частичной проверкой сводится к опробованию действия устройств ТУ и ТС. Его проводят только при нормальном режиме питания, посыпая двухпозиционные команды на каждый объект и проверяя телесигнализацию в полном объеме. Выходные цепи телеуправления подвергают проверке только в случае обнаружения их неисправности в процессе опробования.
По окончании третьего этапа профилактического восстановления с частичной проверкой закрывают и пломбируют стойки или панели телемеханики, делают соответствующие записи в паспортной карте и оперативном журнале. В суточной ведомости фиксируют полную исправность отремонтированной аппаратуры после опробования устройств ТУ и ТС дежурным энергодиспетчером и старшим электромехаником группы телемеханики.
Профилактическое восстановление с полной проверкой аппаратуры автоматики и телемеханики производят один раз в три года. При этом тщательно проверяют и регулируют все устройства и устраняют обнаруженные неисправности. При этом выполняют все работы, предусмотренные профилактическим восстановлением с частичной проверкой.
На первом этапе по внешнему и внутреннему осмотру аппаратуры добавляется ряд операций, важнейшими из которых являются:
-	проверка всех креплений, включая присоединения и пайки, уплотнения шкафов и стоек;
309
-	контроль исправности переключателей, тумблеров, кнопок и арматуры предохранителей;
-	проверка наличия и целостности защитных заземлений.
На втором этапе работы, входящие в объем профилактического восстановления с частичной проверкой, дополняются рядом операций. Испытание изоляции цепей стойки, панели и блоков проводят мегаомметром на 500 В. Аналогичные испытания проводят для всех кабелей внешних присоединений от индивидуальных выходов цепей ТУ и ТС. Сопротивление изоляции во всех случаях должно быть не менее 0,6 МОм.
Контроль отсутствия связи с землей цепей напряжения питания выполняют с помощью вольтметра или осциллографа. При этом проверяют отсутствие связи с заземленными частями аппаратуры цепей переменного напряжения 220 В и постоянного 110 В. Далее убеждаются в отсутствии связи цепей постоянного тока (Ск, Щ, UCM) блока питания с заземленными конструктивными элементами.
Профилактические испытания и замеры параметров полупроводниковых приборов и интегральных схем производят на специальных стендах, основным из которых является стенд проверки аппаратуры телемеханики (СПАТ). Замер параметров полупроводниковых приборов и схем позволяет производить анализ их состояния и прогнозировать возможность отказов этих элементов, особенно при увеличении периода эксплуатации и, следовательно, старения элементов. В случае обнаружения значительных отклонений параметров схем и модулей производят проверку работы схемы, выявление и замену поврежденных элементов.
Контроль исправности блока питания кроме работ, входящих в объем частичной проверки, включает также замеры всех напряжений и профилактические испытания элементов. Замеры всех напряжений в трех позициях переключателей выполняют эталонным прибором, при этом проверяют точность показаний встроенного в блок вольтметра. Проверка стабилизации напряжения на выходе блока питания производится при отклонениях напряжения на входе, от 170 до 250 В (СНОМ=220 В). При этом отклонения выходных напряжений не должны превышать 10% от номинального. Проверяют также пульсацию выпрямленного напряжения, установив переключатель отпаек обмоток трансформатора в положение «Номинал». Пульсация выпрямленного напряжения не должна превышать 4% для UK, 2% для Ссм и 5% для UC4.
Проверка исполнительных реле в блоке стойки ТМ производится после очистки от пыли, проверки механического состояния блока и исправности контактных соединений и разъемов. В проверку реле входит измерение сопротивления изоляции цепей блока, затем убеждаются в работоспособности механической системы реле.
Если в системе телемеханики в качестве исполнительных используют реле с герметическими магнитоуправляемыми контактами, то в процессе обслуживания этих реле нет необходимости проверять механическое состояние контактов, производить их чистку, регулировку. Обращают внимание только на целость стеклянной колбы и зазор между контактами.
Испытание блоков и модулей проводят в лаборатории телемеханики на специализированных стендах, например, СПАТ. С помощью этого стенда проверяют каналы связи телемеханики, контролируя их совместную работу и настройку фильтров. Модули для проверки извлекают из блоков. Прочность пайки контактных соединений печатного монтажа проверяют пинцетом путем подергивания. Поврежденные модули заменяют резервными и восстанавливают централизованно в мастерской телемеханики дистанции электроснабжения. Существует методика проверок и испытаний модулей на стендах СПАТ, позволяющая определять эксплуатационные запасы по основным параметрам полупроводниковых элементов в режимах, предусматривающих незначительные изменения питающих напряжений унифицированных блоков питания постоянного тока. Осуществляется проверка выпаяных элементов полупроводниковых схем.
310
Контроль работоспособности узлов и элементов электронных схем включает в себя практические проверки и испытания, производимые при профилактическом восстановлении с частичной проверкой. Дополнительно проводятся испытания элементов схем в граничных режимах.
Третий этап профилактического восстановления с полной проверкой включает следующие виды работ.
Испытание схем в граничных режимах проводят, устанавливая переключатели напряжения питания унифицированных блоков питания поочередно в крайние положения. Продолжительность работы в указанных режимах составляет 15 минут. Причем работоспособность схем проверяют опробованием при посылке трех различных команд на произвольно выбранные объекты. При этом наблюдают за функционированием элементов по основным контрольным точкам, обращая особое внимание на сохранение работоспособности блока синхронизации и защиты. Во всех указанных режимах не должно происходить ложного срабатывания объектов ТУ, неисполнения нормально принятых команд и появления недостоверной информации, не соответствующей действительному положению объектов ТС.
Опробование телесигнализации и телеуправления в полном объеме начинается с проверки цепей общеподстанционной сигнализации при передаче сигнала непосредственно с контактов реле, являющихся датчиками ТС. Правильность передаваемой информации контролируют по воспроизведению соответствующего сигнала на диспетчерском щите ТС.
Далее проводят опробование всех объектов ТУ путем посылки на них двухпозиционных команд, при этом контролируют срабатывание исполнительных реле непосредственно у переключаемых объектов. Одновременно фиксируют своевременную передачу и устойчивое воспроизведение сигнализации о положении соответствующего объекта после переключения по ТУ.
После окончания третьего этапа профилактического восстановления делают соответствующую запись в оперативном журнале и суточной ведомости энергодиспетчера, а также в паспортной карте устройства ТМ. Кроме того, заполняют бланк протокола профилактического восстановления с полной проверкой.
Техническое обслуживание устройств автоматики и телемеханики заключается в выполнении в полном объеме работ, соблюдении технологий, обеспечивающих ее надежность и эффективность использования. Техническое обслуживание представляет собой совокупность организационных и технических мероприятий, направленных на поддержание в исправном состоянии систем автоматики и телемеханики.
Организационные мероприятия состоят в определении штата и обязанностей персонала, выбора форм и методов обслуживания устройств (централизованный и децентрализованный и т.д.), обеспечения безопасности производства работ в условиях эксплуатации.
Технические мероприятия предусматривают контроль исправности аппаратуры, профилактическое обслуживание и восстановление исправности после повреждений, плановые работы по улучшению технических показателей устройств. Основные работы по техническому обслуживанию аппаратуры автоматики и телемеханики проводятся в лаборатории телемеханики, находящейся при энергодиспетчерском пункте или в мастерской ремонтно-ревизионного участка.
В лаборатории имеется специальный испытательный стенд, позволяющий выполнять целый комплекс работ по наладке и ремонту устройств ТУ, ТС и ТИ, проверке и настройке передатчиков и приемников каналов связи. В комплект приборов стенда СПАТ входят осциллографы для контроля серий ТУ-ТС, генераторы импульсов, частотометр ЧЭ-32, миллисекундомер, милливольтметр, прибор для проверки устройств телемеханики ПТУ.
311
Рис. 10.3. Эмулятор кодовых серий
На смену ПТУ в настоящее время пришел эмулятор кодовых серий ЭКС-1, общий вид которого представлен на рис. 10.3. Эмулятор предназначен для формирования кодовых серий систем телемеханики «Лиена» и МСТ-95 при проведении наладочных и ремонтных работ. Эмулятор выполнен на базе микропроцессора. Для выбора режимов работы и параметров кодовых серий эмулятор снабжен кнопками (блок 4x4). Информация о выбранном режиме и параметрах кодовой серии отображается на жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ). С помощью кнопок задаются номера кодируемых импульсов и пауз. Имеется дополнительный режим, которого не было в ПТУ — эмуляция работы шкафа КПР. В этом режиме на эмулятор необходимо подать кодовую серию от приемного устройства ТС ДПР, после чего можно кодировать ответные импульсы, поступающие на это устройство, как если бы шкаф КПР был действительно включен.
Наладка ЧМ приемников и передатчиков системы «Лиена» обычно производится на стенде СПАТ. Для проверки и настройки приемников и передатчиков системы телемеханики МСТ-95, а также модернизированных на их базе передатчиков и приемников системы «Лиена» предназначено устройство для наладки приемников и передатчиков ЧМПП (рис. 10.4). Оно позволяет обеспечить режим совместной проверки приемников и передатчиков в паре.
Устройство выполнено в металлическом корпусе. Все органы управления и разъемы для подключения приемников и передатчиков расположены на лицевой панели. В комплект устройства входят соединительные кабели для подключения приемников и передатчиков.
Включение питания устройства осуществляется тумблером «Сеть». При этом загорается светодиод «Сеть». Питание приемника и передатчика системы «Лиена» включается тумблером «24 В», а системы МСТ-95 — тумблером «±12 В». Наличие питания 24 В сигнализируется светодиодом «24В», а питания 12 В — светодиодами «+12 В» и «—12 В».
312
Рис. 10.4. Устройство для наладки ЧМ-приемников и передатчиков
Два светодиода «Вых. ТБ» позволяют визуально контролировать работу приемника. Они подключаются к выходам телеблокировки приемника.
Переключатель и тумблер «Канал № АБ» служат для выбора номера канала: переключателем включаются десятки, тумблером — единицы числа, соответствующего номеру канала.
Группа кнопок «Девиация» служит для выбора необходимого отклонения генерируемой частоты от среднего ее значения, а тумблер «ЧМ» включает частотную манипуляцию с девиацией ±45 Гц, независимо от положения кнопок «Девиация». При этом светодиод «ЧМ» сигнализирует о включении режима «ЧМ».
Тумблер «Скорость» задает частоту манипуляции 25 или 50 Гц. Группа кнопок «—45», «±45», «Мод», «Блок» определяет режим работы передатчика.
Тумблеры «Вид сигнала» устанавливают скважность сигнала манипуляции и его вид:
«1:1» — все элементы серии короткие и равны между собой; «1:5» — чередуются короткий и длинный элементы серии, причем, «И» — удлиняется импульс, «П» — удлиняется пауза.
Ручки «Грубо», «Точно» служат для регулирования уровня сигнала на входе приемника. Тумблер «Совместная работа» обеспечивает переключение входа приемника с внутреннего генератора устройства на выход передатчика.
313
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Беркович М.А., Гладышев В.А, Семенов В.А. Автоматика энергосистем. М.: Энергоатомиздат, 1985. — 208 с.
2.	Носовский В.Е., Попов В.С. Техническое обслуживание электронных систем телемеханики ЭСТ-62 и «Лиона». М.: Транспорт, 1982. — 224 с.
3.	Овласюк В.Я., Почаевец В.С., Сухопрудский Н.Д. Автоматика и телемеханика электроснабжающих устройств. М.: Транспорт, 1989. — 239 с.
4.	Соскин Э.А., Киреева Э.А. Автоматизация управления промышленным энергоснабжением. М.: Энергоатомиздат, 1990. — 384 с.
5.	Система телемеханики «Лиена» для электрифицированных железных дорог / Е.Е. Бакаев, Г.М. Корсаков, В.Я. Овласюк, Н.Д. Сухопрудский. Под ред. Н.Д. Сухопруд-ского. М.: Транспорт, 1979. — 215 с.
6.	Сухопрудский Н.Д. Электрификатору о микропроцессорах. М.: Транспорт, 1988. — 206 с.
7.	Сборник технических указаний, информационных материалов и руководящих документов по хозяйству электроснабжения железных дорог, разработанных в 1999 г. Департаментом электрификации и электроснабжения Министерства путей сообщения Российской Федерации. М.: Трансиздат, 2000. — 160 с.
8.	Типовые нормы времени на техническое обслуживание и текущий ремонт устройств телемеханики «Лиена» и ЭСТ-62. Проектный и внедренческий центр организации труда Министерства путей сообщения Российской Федерации. М.: Трансиздат, 1999. - 112 с.
9.	Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000. — 267 с.
Оглавление
От автора..................................................................3
Введение...................................................................4
ГЛАВА 1. Принципы управления системой электроснабжения
1.1.	Принципы управления и задачи, решаемые автоматизированными системами...............................................................7
1.2.	Автоматизация управления системой электроснабжения.................9
1.3.	Информация в системах управления электроснабжением железных дорог..11
1.4.	Модуляция.........................................................17
1.5.	Демодуляция.......................................................20
1.6.	Кодирование.......................................................22
ГЛАВА 2. Функциональные и преобразовательные элементы и устройства
2.1.	Транзисторные ключевые устройства.................................27
2.2.	Логические элементы...............................................29
2.3.	Шифраторы и дешифраторы...........................................31
2.4.	Триггеры..........................................................36
2.5.	Счетчики импульсов................................................41
2.6.	Распределители импульсов..........................................46
2.7.	Операционные усилители............................................48
2.8.	Устройства, реагирующие на уровни сигналов........................52
2.9.	Времязадающие и времяизмеряющие схемы.............................55
2.10.	Модуляторы импульсных последовательностей........................61
2.11.	Преобразователи непрерывной величины в код.......................64
2.12.	Устройства хранения и преобразования кодированной информации......65
2.13.	Устройства ввода и вывода информации.............................68
ГЛАВА 3. Автоматика питающих линий и фидеров нетяговых потребителей
3.1.	Устройства автоматического повторного включения...................73
3.2.	Устройства автоматического включения резервных линий..............82
3.3.	Устройства АПВ и АВР фидеров автоблокировки.......................84
3.4.	Автоматическое включение резерва на переменном оперативном токе....90
ГЛАВА 4. Автоматика фидеров контактной сети
4.1.	Назначение устройств автоматики контактной сети...................92
4.2.	Устройства автоматики фидеров контактной сети переменного тока....93
4.3.	Телеблокировка выключателей контактной сети.......................95
4.4.	Испытание контактной сети постоянного тока до АПВ.................98
4.5.	Устройство автоматики фидеров контактной сети постоянного тока....99
4.6.	Автоматика постов секционирования................................105
4.7.	Автоматика пунктов параллельного соединения......................107
4.8.	Определение места повреждения контактной сети и высоковольтных линий автоблокировки........................................................112
315
ГЛАВА 5. Автоматика трансформаторов, преобразователей и вспомогательных устройств подстанций
5.1.	Автоматизация работы трансформаторов..............................114
5.2.	Автоматика понижающих трансформаторов.............................117
5.3.	Автоматика трансформаторов собственных нужд......................121
5.4.	Автоматика трансформаторов напряжения.............................124
5.5.	Автоматика преобразователей тяговых подстанций....................125
5.6.	Автоматическая общеподстанционная сигнализация....................130
5.7.	Автоматическое регулирование напряжения в тяговой сети...........131
ГЛАВА 6. Принципы построения устройств телемеханики
6.1.	Общие сведения об устройствах телемеханики........................134
6.2.	Разделение элементов сигнала при передаче.........................138
6.3.	Методы избирания объектов телемеханики............................140
6.4.	Методы синхронизации распределителей..............................145
6.5.	Принципы построения устройств телеизмерения......................147
ГЛАВА 7. Системы телемеханики в устройствах электроснабжения железных дорог
7.1.	Телемеханизация системы электроснабжения.........................151
7.2.	Основные сведения о системе телемеханики «Лиена».................152
7.3.	Принципы построения ТУ и ТС подсистемы «Лисна-Ч».................155
7.4.	Передающее устройство телесигнализации...........................158
7.5.	Приемное устройство телесигнализации.............................168
7.6.	Передающее устройство телеуправления.............................177
7.7.	Приемное устройство телеуправления...............................186
7.8.	Принципы выполнения ТУ и ТС подсистемы «Лисна-В».................196
7.9.	Техническая характеристика системы телемеханики МСТ-95...........200
7.10.	Передающий полукомплект телесигнализации системы МСТ-95.........204
7.11.	Приемный полукомплект телесигнализации системы МСТ-95............211
7.12.	Передающий полукомплект телеуправления системы МСТ-95...........217
7.13.	Приемный полукомплект телеуправления системы МСТ-95.............222
7.14.	Автоматизированная система телемеханического управления (АСТМУ)..231
ГЛАВА 8. Телемеханические каналы связи и их аппаратура
8.1.	Классификация каналов связи......................................234
8.2.	Проводные линии связи............................................235
8.3.	Разделение каналов связи.........................................239
8.4.	Каналы телемеханики по линиям электропередачи и распределительным силовым сетям.........................................................242
8.5.	Включение аппаратуры телемеханики в линию связи..................244
8.6.	Основные сведения по аппаратуре частотных каналов связи..........246
8.7.	Аппаратура каналов связи системы МСТ-95 .........................247
8.8.	Электрические фильтры............................................248
8.9.	Генераторы гармонических колебаний...............................253
8.10.	Демодуляторы AM- и ЧМ-сигналов..................................257
8.11.	Частотные приемники и передатчики системы «Лиена»...............259
8.12.	Каналы телемеханики по радиорелейным линиям и радиоканалам.......261
8.13.	Волоконно-оптические линии и сети связи..........................263
8.14.	Волоконно-оптические кабели......................................268
8.15.	Электронные компоненты систем оптической связи..................271
8.16.	Кабельная арматура и оборудование...............................275
316
ГЛАВА 9. Управляющие системы в устройствах электроснабжения
9.1.	Принципы построения АСУЭ.........................................278
9.2.	Управляющие вычислительные системы...............................279
9.3.	Информационное, математическое и организационное обеспечение АСУЭ.....................................................280
9.4.	Техническое обеспечение АСУЭ....................................283
9.5.	Электронные вычислительные машины...............................286
9.6.	Устройства связи с объектом...................'.................289
9.7.	Информационно-управляюшие системы на тяговых подстанциях........291
9.8.	Автоматизация работы энергодиспетчерских пунктов................296
9.9.	Система автоматизированного учета электроэнергии................300
ГЛАВА 10. Надежность, эффективность и техническое обслуживание автоматизированных систем управления
10.1.	Надежность устройств автоматики и телемеханики..................304
10.2.	Эффективность внедрения автоматизированных систем и их обслуживания....................................................306
10.3.	Техническое обслуживание и текущий ремонт устройств автоматики и телемеханики.......................................................307
Список литературы.......................................................314