Питання та завдання для самоконтролю.

1. З яких елементів може складатися структурна схема систем ручного і автоматичного управління?

2. Чим відрізняється замкнута СУ від розімкнутої?

3. Дайте класифікацію АСУ.

4. За методом управління, які є автоматичні СУ?

5. Чи є різниця між лінійними і не лінійними АСУ?

2.7. Загальні відомості про системи телемеханіки та апаратні засоби

збору та передачі інформації

В наш час існує велика кількість різних по виконанню САУ. Є такі, в яких всі елементи просторово зосереджені, тобто відстань між ними істотного впливу на роботу системи не має. Таку систему можна розділити лише по функціональним ознакам.

Але є і такі, коли УП (управляючий пристрій) і ОУ (об’єкт управління) розташовані достатньо далеко один від одного. Наприклад, в АСУ відстань між пунктом управління (ПУ), де зосереджена апаратура управління, і контрольованим пунктом (КП), де розміщені ОУ, може складати від десятків метрів до десятків кілометрів і більше, а в космічних системах телекерування ця відстань досягає мільярдів кілометрів.

У цих випадках навколишнє фізичне середовище впливає на сигнали, що передаються між ПУ і КП. Для того, щоб понизити вплив перешкод до допустимого рівня і забезпечити працездатність таких систем, необхідно погоджувати параметри передаваних сигналів з параметрами середовища, по якому вони розповсюджуються. З цією метою передавані сигнали піддають спеціальним перетворенням.

Область науки і техніки, що охоплює теорію і технічні засоби контролю і управління об'єктами на відстані із застосуванням спеціальних перетворень сигналів, називається - телемеханікою.

Для здійснення таких перетворень використовують спеціальні передавальні і приймальні пристрої. Сукупність пристроїв прийому - передачі і фізичного середовища, що забезпечує матеріальне з'єднання ПУ (пункт управління) і КП (контролюючий пункт) між собою, утворює лінію зв'язку. Таким чином, принципова особливість систем телемеханіки полягає у наявності лінії зв'язку. Роль лінії зв'язку настільки важлива, що її параметри є визначаючими для параметрів всієї телемеханічної системи: її точності, швидкодії, дальності дії, надійності і вартості. (Рис. 21).

Рис. 21. Структурна схема телемеханічної системи

Джерелами передаваної по лінії зв'язку інформації на КП можуть бути різні датчики, машинні носії інформації (перфоносії, магнітні носії), передаючі телевізійні трубки, різні пристрої ручного введення (кнопки, клавіатури), периферійні ЕОМ, а на ПУ - пристрої ручного введення на пульті, з якого здійснюється управління, центральна ЕОМ і машинні носії.

Одержувачами інформації на КП можуть бути різні виконавчі пристрої, периферійні ЕОМ і машинні носії, а на ПУ - пристрої індикації різного роду на пульті управління, центральна ЕОМ і машинні носії.

Системи телемеханіки забезпечують управління з одного ПУ великим числом КП, розташованих різним чином і на різних відстанях. Відповідно видозмінюються і сполучаючі їх лінії зв'язку. Залежно від взаємного розташування ПУ і КП розрізняють лінії зв'язку: радіальні, ланцюгові і деревоподібної структури.

Сучасні телемеханічні системи забезпечують взаємодію в межах однієї великої системи багатьох сотень і навіть тисяч ПУ і КП. В цьому випадку доводиться говорити вже не про окремі лінії зв'язку, сполучаючих ПУ зі своїми КП, а про мережі зв'язку. Оптимізація структури таких мереж зв'язку за часом передачі сигналів, надійності, вартості і іншим параметрам є досить складною задачею.

У великих телемеханічних системах виникає задача передачі сигналів між певною парою ПУ і КП, тобто від конкретного джерела до конкретного одержувача інформації. Сукупність технічних засобів, що забезпечують незалежну передачу сигналів між одним ПУ і одним КП, називається каналом зв'язку. Таким чином, канал включає лінію (або мережу) зв'язку і апаратуру, що забезпечує зв'язок.

Також існують однорівневі, або одноступінчасті, системи, в якій всі КП безпосередньо пов'язано з ПУ. Але ускладнення телемеханічних систем, зростання об'ємів передаваної і опрацьованої інформації призводять до того, що часто ефективнішими виявляються багаторівневі системи, побудовані за ієрархічним принципом. У ієрархічних системах інформація відбирається, частково обробляється і узагальнюється на кожному проміжному рівні при передачі її від КП до ПУ і, навпаки, конкретизується і уточнюється на кожному рівні при передачі від ПУ до КП. При цьому в сучасних телемеханічних системах кожен КП сам є досить складною місцевою системою централізованого контролю. Ієрархічний принцип побудови широко використовується в АСУ.

Рис. 22. Лінії зв’язку (а) – радіальна; (б) – ланцюгова; (в) – деревоподібна.

Рис. 23. Системи телемеханіки (а) – трирівнева; (б) – однорівнева.

Залежно від виконуваних функцій телемеханічні системи прийнято ділити на системи: телевимірювання, телесигналізації, телекерування і телерегулювання.

Задачею систем телевимірювання (ТВ), або телеметрії, є передача від КП до ПУ інформації про значення будь-яких параметрів контрольованого об'єкту (наприклад, швидкості перекачування нафти в системі АСУ нафтопроводу або температури у відсіках космічного корабля в системі космічної телеметрії). Системи ТВ прийнято ділити на системи телевимірювання поточних параметрів і системи телевимірювання інтегральних параметрів (наприклад, витрата пального або електроенергії за певний проміжок часу). Вимірюваний параметр в системах ТВ в загальному випадку має безперервний ряд значень. Отже, від КП до ПУ по лінії зв'язку необхідно передавати інформацію про значення аналогових величин.

Системи телесигнализації (ТС) служать для отримання за допомогою пристроїв телемеханіки інформації про дискретні стани контрольованих об'єктів (наприклад, включений або вимкнений виконавчий двигун, і т. д.).

Задачею систем телекерування (ТК) є передача від ПУ до КП управляючих дій - команд. У системах ТК можуть передаватися як прості двохпозиційні команди (типа «включити - вимкнути»), так і багатопозиційні (наприклад, «повернути антену станції радіолокації на певний кут» або «включити двигуни космічного корабля на заданий час»). Пункти управління систем ТК можуть видавати команди як безпосередньо на виконавчі органи контрольованих об'єктів, так і записувати їх в пристрої, що запам'ятовують, для подальшого виконання.

У багатьох випадках на КП є місцеві САУ, підтримуючі необхідний режим роботи контрольованого об'єкту (наприклад, кут повороту керма, необхідний тиск або температуру і ін.). При цьому з ПУ епізодично передаються лише задані значення керованих параметрів - так звані вставки, а в решту часу місцеві САУ працюють автономно. Така функція систем телемеханіки називається телерегулюванням (ТР).

В даний час не застосовуються системи телемеханіки, що виконують будь-яку одну з перерахованих функцій: ТВ, ТС, ТК або ТР. Практично всі сучасні телемеханічні системи є багатофункціональними, або комплексними, системами. Так, наприклад, на підставі вимірювання параметрів орієнтації космічного корабля за системою ТВ пункт управління видає команди на двигуни орієнтації по системі ТК; виконання цих команд контролюється за системою ТС. Для реалізації всіх цих функцій використовується загальне устаткування, тобто одна система виконує функції ТВ – ТК – ТС.

Незалежно від конкретних виконуваних функцій всі телемеханічні системи є системами передачі інформації, головна задача яких - передати інформацію на необхідну відстань з мінімальними витратами (часто і за мінімальний час). У цьому плані системи телемеханіки все тісніше перетинаються з інформаційними системами передачі даних (СПД).

Специфічними особливостями систем телемеханіки в порівнянні із СПД залишаються менший об'єм передаваної інформації, але значно вищі вимоги до її достовірності. Так, в системах ТК вірогідність виникнення помилкової команди не повинна перевищувати , а в системах ТВ потрібна точність до .

Тенденціями розвитку систем телемеханіки є розширення можливостей системи по управлінню контрольованими об'єктами, збільшення числа ПУ і КП, зростання об'ємів передаваної інформації разом з підвищенням вимог до надійності і точності систем. Для вирішення цих задач все більш широке застосування в системах телемеханіки знаходять ЕОМ різних класів і продуктивності. Як ПУ використовують універсальні ЕОМ з відповідними приймально-передаючими пристроями, пультами управління і пристроями індикації. Застосування вбудованих мікропроцесорів і мікро-ЕОМ на КП дозволяє виконувати попередню обробку і відбір інформації, що підвищує оперативність і гнучкість управління і розвантажує канали зв'язку.

Широке впровадження ЕОМ призводить до того, що, як і в САУ, задачею телемеханіки стає не розробка відповідної апаратури, а пошук алгоритмів оптимального управління об'єктами.