Классификация систем телеизмерения (ТИ) осуществляется по раз­личным признакам: по принципу действия, по дальности действия, по 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 постоянный ток, модулируемый по амплитуде;

- импульсные системы, в которых в качестве переносчиков инфор­мации используется периодическая последовательность импульсов;

- частотные системы, характеризуемые тем, что в качестве пере­носчика информации используются импульсы постоянного тока или переменный ток, причем частота импульсов или частота переменно­го тока зависят от значения контролируемой величины

- кодовые системы характеризуются тем, что измеряемая величи­на преобразуется и передается по каналу связи в виде цифрового кода, т.е. определенной комбинации 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 электроснабжения железных дорог.

Частотные системы ТИ позволяют передавать информацию по занятым линиям связи без дополнительной аппаратуры частотного уплотнения, при этом несущая частота устройства 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 дают возможность обеспечить любую требуемую точность, позволяют обойтись без специальных каналов связи ТИ и передавать кодовые комбинации ТИ по системе телесигнализации.

Принцип выполнения этой системы заключается в том, что не­прерывная функция времени F(t) квантуется (заменяется дискретной) по амплитуде или по времени. Каждое дискретное значение переда­ется определенной кодовой комбинацией.

На рис. 5.9 представлена структурная схема кодоимпульсной сис­темы ТИ, которая состоит из датчика Д (первичного преобразовате­ля измеряемой величины), аналогоцифрового преобразователя

(АЦП), блоков разделения элементов сигнала, линейных передатчи­ка (ЛП) и приемника (ЛПр) канала связи, линии связи, декодирую­щего устройства (ДКУ) и цифрового индикатора (ЦИ).

Измеряемая величина F{t) преобразуется с помощью датчика 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 поступают на аппара­туру канала связи, на выходе с которого элементы сигнала попада­ют в блок РЭС, преобразуясь в вид, удобный для декодирования в блоке ДКУ. Далее сигнал в виде числа, соответствующего значению величины F(t), поступает на цифровой индикатор, 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 электрифицированных железных дорог «Лисна». В ней с помощью устройств ТИ осуществляется передача уровня напряже­ния в контактной сети, линиях автоблокировки, а также расстояния в них до места к.з.

5.6 а. Каналы связи телемеханики

Каналы связи являются ответственной частью системы управле­ния, во многом определяющей надежность и точность передачи ин­формации от ее источника до приемника.

Каналом связи или каналом передачи информации называется сово­купность приемопередающей аппаратуры и линии связи, предназна­ченных для независимой передачи сигналов на расстояние от источ­ника информации до ее приемника.

В системах телемеханики широко используются электрические ка­налы связи. В соответствии с характером и расположением объектов управления и контроля выбирается структура и конфигурация линий связи, которые в каждом конкретном случае будут иметь свои особен­ности. Линии связи могут быть: радиальными (см. рис. 5.3, а), когда каждый КП соединяется с ДП отдельной линией; цепочными или лу­чевыми (см. рис. 5.3, б), у которых рассредоточенные КП последова­тельно присоединяются к общей линии связи без пересечений и ответвлений; древовидными одно- (см. рис. 5.3, в) и многоствольными (см. рис. 5.3, г), когда к общей линии связи в различных точках подключа­ют рассредоточенные КП с ответвлениями от основных направлений.

На предприятиях транспорта и промышленности обычно исполь­зуются электрические каналы связи по кабельным и воздушным про­водным линиям.

Воздушные линии — наиболее старый вид проводной связи. Они очень подвержены влиянию внешних условий и помех. Для ВЛ ис­пользуют стальные и биметаллические (стальные, покрытые слоем меди) провода. Линии со стальными проводами имеют худшие ха­рактеристики, однако их стоимость значительно ниже, поэтому они находят широкое применение.

Кабельные линии получили наибольшее распространение, несмот­ря на их высокую стоимость (в 8—10 раз выше воздушных). Это объяс­няется рядом существенных преимуществ кабельных линий, которые заключаются в их высокой механической прочности, значительно меньшей зависимости от метеоусловий и т.д. Кроме того, во многих случаях вообще не представляется возможным прокладывать воздуш­ные линии (например, вдоль железнодорожных линий, электрифи­цированных на переменном токе).

По одной паре проводов может осуществляться либо односторон­ няя (симплексная ), либо двусторонняя (дуплексная) связь. На рис. 5.10 приведена структурная схема телемеханической связи. Для работы устройств телемеханики при симплексной связи (рис. 5.10, я) необходимо иметь две пары проводов: в одной из них образуются каналы телеуправления (ТУ), работающие в одну сторону; в другой — каналы телесигнализации (ТС) и телеизмерения (ТИ), работающие по линии ТС. При этом для передачи приказов ТУ с диспетчерского пункта ДП на КП можно использовать одну частоту- переменно­го тока или две —f_ТУ1 u - Передача сообщений ТС и ТИ с каж­дого КП ведется на своей частоте

Дуплексная связь (рис. 5.10, б) осуществляется по одной общей паре проводов как для телеуправления, так и для телесигнализации. Для уменьшения влияния передатчиков на приемники одного и того же пункта при дуплексной связи их подключают к линии связи через дифференциальные фильтры (ДФ). Однако полностью исключить это влияние на удается, уровень помех при дуплексной связи оказывает­ся более высоким, чем при симплексной.

В системах телемеханики электрифицированных железных дорог применяют частотные каналы связи. Аппаратура позволяет образо­вывать до 19 каналов на частотах от 450 до 3690 Гц. Частоты сосед­них каналов отличаются друг от друга на 180 Гц.

На рис. 5.11, а представлена структурная схема передатчика час­тотно-модулированных сигналов, включающего в себя: модулятор (М), изменяющий частоту генератора в процессе модуляции; генератор (Г), создающий несущую частоту канала; каскад предварительного усиле­ния (ПУ); полосовой фильтр (ПФ); выходной усилитель мощности (ВУ) и линейный блок (ЛБ), обеспечивающий присоединение передатчика к линии связи. Кодовая серия телемеханики поступает на модулятор, который изменяет частоту работы генератора в соответствии с посту­пающими элементами кодовой серии. Предварительно усиленные уси­лителем ПУ частотные импульсы через фильтр ПФ поступают на уси­литель ВУ, с которого модулированные и усиленные до необходимо­го уровня импульсы через линейный блок поступают в линию связи.

Приемник частотно-модулированных (ЧМ) сигналов (рис. 5.11, б) состоит из следующих блоков: линейного блока, обеспечивающего присоединение приемника к линии связи; полосового фильтра (Ф); усилительного каскада (У); усилителей-ограничителей (У01 и У02) для ограничения сигналов с большой и малой амплитудой; дискри­минатора Д, осуществляющего детектирование частотно-модулиро­ванных сигналов; выходного триггера (ТГ), с выхода которого сиг­нал поступает на объект ТУ или на сигнальный элемент ТС.

Количество сообщений, которое можно передать по проводным линиям связи, ограничено рабочей полосой частот, используемых для передачи информации.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) позволяют значитель­но расширить рабочую полосу частот. ВОЛС используются для пе­редачи информации в виде модулированного пучка света, распрост­раняющегося внутри гибких оптических волокон.

Первая ВОЛС на железных дорогах России была проложена в 1985 г. на участке Ленинград-Волховстрой Октябрьской железной дороги. Протяженность ее составила 120 км. Через 20 лет общая протяжен­ность железнодорожных ВОЛС возросла до 50 тыс. км.

Типовая схема системы связи, использующей ВОЛС, показана на рис. 5.12. Аналоговый сигнал, генерируемый оконечным оборудова­нием данных (ООД), например, телефоном, приходит на узел комму­тации, где аналого-цифровой преобразователь (АЦП) (на рис. 5.12 — кодер) осуществляет кодирование сигналов в цифровой поток. Этот поток используется для модуляции светового потока в оптическом передатчике, который передает серию оптических импульсов в оп­тическое волокно. На линии установлены повторители, предназначенные для усиления ослабевающего в процессе передачи оптического сигнала. Если передающая и приемная станции удалены друг от друга на большое расстояние, например, на несколько сот километров, то может потребоваться несколько промежуточных повторителей.

На приемной стороне импульсы света преобразуются обратно в электрический сигнал с помощью оптического приемника, с которо­го цифровой поток поступает на декодер, преобразующий его в ана­логовый сигнал ООД.

Волоконно-оптические линии связи обладают целым рядом пре­имуществ по сравнению с проводными. Они обладают большой про­пускной способностью, защищенностью от внешних электромагнит­ных воздействий, малыми потерями сигнала при его распростране­нии, электробезопасностью, экономией дефицитных цветных металлов. К недостаткам ВОЛС можно отнести высокую стоимость приемопередающего оптического оборудования.

Сооружения большого количества ВОЛС в короткие сроки на железнодорожном транспорте было достигнуто благодаря исполь­зованию технологии подвески кабеля на опорах контактной сети и высоковольтных линиях автоблокировки.