АВТОМАТИКА И ТЕЛЕМЕХАНИКА

ТЕЛЕМЕХАНИКА

Редставьте себе, что мы находимся на диспетчерском пункте объединения электрических станций. Здесь сосредоточено управление многими сотнями машин и сложной электрической сетью. На щите, находящемся перед диспетчером, расположена какая-то удивительная картина, состоящая из светлых и тёмных полосок, кружоч­ков, квадратиков и приборов.

Кое-где эта картина украшена красными или зелё­ными светящимися точками.

Вдруг на этом щите погас белый световой кружок, зажглась контрольная красная лампочка и зазвенел звонок. Диспетчер нажал кнопку, и красная лампочка погасла. Что же происходит на диспетчерском пункте?

Перед диспетчером расположена так называемая мнемоническая схема, которая условно изоб­ражает всю электрическую систему. Белые световые полоски соответствуют электрическим линиям, кружочки и квадратики изображают электрические генераторы и большие выключатели. Если эти полоски и кружочки светятся, то линии и генераторы находятся в работе. Если погасли, то они не работают.

Когда погас белый световой кружочек, диспетчер узнал, что отключился электрический генератор и напряжение в сети упало, — об этом тревожно предупреждали красная лампочка и звонок. Нажатием кнопки диспетчер вклю-; чил резервный генератор. Напряжение восстановилось. Электростанция продолжает работать нормально.

Диспетчер может наблюдать и за работой других ус­тановок— паровых котлов, турбин, насосов и т. п., со­стояние которых показывают своя мнемоническая схема (см. верх рис. 22) и различные приборы (см. низ рис. 22).

Так, находясь у щита на диспетчерском пункте, один человек управляет работой огромной электрической си­стемы, распределяя электроэнергию по многим заводам,

Рис. 22. Вид щита диспетчерского пункта.

Железным дорогам, освещая улицы и жилые дома. Как это делается? Наш диспетчер управляет станцией при помощи средств телемеханики.

Под телемеханикой принято понимать совокупность разнообразных устройств, с помощью которых можно управлять автоматизированными машинами, контро­лировать их работу на расстоянии и поддерживать автоматически связь между какими-либо пунктами. Примером наиболее известного телемеханического уст­ройства являются автоматические телефонные станции.

Само слово телемеханика происходит от греческого слова «теле», что означает «далеко».

В наше время построено много различных устройств как для измерения, так и для управления на больших рас­стояниях или, как говорят, систем, телеизмере­ния и телеуправления. Обычно пункт управ­ления или контроля связан с машинами электрическими проводами, реже — трубками, заполненными маслом, во­дой или воздухом. Иногда для управления машинами на расстоянии используются радиосигналы, а иногда приме­няются особые способы связи (как, например, связь с помощью невидимых инфракрасных лучей).

Наиболее простой способ измерения на расстоянии изображён на рис. 23. При помощи манометра, соединён­ного длинной трубкой с сосудом (верхний рисунок), можно измерять давления в сосуде на расстоянии нескольких десятков метров. В этом случае давление газа в сосуде без каких-либо преобразований воздействует прямо на изме­рительный прибор. Такой способ измерения называется обычно дистанционным.

Но если расстояние достигает сотен метров и больше, то таким простым способом мы не сможем получить пра­вильного значения давления, имеющегося в контроли­руемом сосуде. В этом случае измеряемая величина, то-есть давление газа в сосуде, при прохождении по ка­налу связи оказывается недостаточной для воздействия на прибор, так как всё давление будет тратиться на пре­одоление сопротивления длинной трубки связи.

Поэтому измеряемая величина для обеспечения надёж­ных показаний прибора несколько преобразуется или уси­ливается. На рисунке 23 внизу показано, что измеряемое давление действует лишь на лёгкую заслонку воздушного усилителя. Открывая и закрывая такую заслонку, мы из­меняем давление мощного вспомогательного воздушного потока. А этот поток уже в свою очередь действует на мано­метр с усилием, пропорциональным значению измеряе­мого в сосуде давления. Такое преобразование измеряе­мой величины для того, чтобы удобнее было передать её на большое расстояние, обычно и применяется в те­леизмерении и является его характерной чертой, причём чаще всего измеряемая величина преобразуется в электрическую величину (ток, напряжение и т. п.).

Для того чтобы передавать сигнал на очень большие расстояния, достигающие нескольких десятков и сотен ки­лометров, например, в электрических сетях или при управ­лении с земли летящим самолётом, применяются, как правило, или электрические провода или радиосвязь.

В практике измерений на расстоянии часто применя­ются устройства, подобные приведённому на рис. 24.

Измеряемая величина, в данном случае уровень жидкости, при помощи поплавка, действует на положение ротора, то-есть на подвижную часть специальной электри­ческой машины, которая называется сельсином.

Первый сельсин, называемый датчиком, связан электри­ческой цепью со вторым, называемым приёмником. Пово­рот ротора на датчике вызывает поворот на тот же угол

Зз

Ротора приёмника. К валу же ротора сельсина-приём­ника присоединяется обычно стрелка указательного при­бора.

Такое устройство, производящее не измерения, а ка­кие-нибудь рабочие операции (например, поворот руля корабля), называют электрическим валом, и оно находит широкое применение в автоматике и телемеха­нике. Рассмотрим несколько примеров практического применения устройств измерения на расстоянии. Контроль

И измерение на расстоянии, осуществляемые по прово­дам, особенно распространены в электрических сетях и станциях, а также на железных дорогах. В этих случаях в энергосистемах измеряют значение вырабатываемой электростанцией мощности напряжения в разных местах сети, давления пара в котлах и многое другое; на же­лезных дорогах — положение стрелок и семафоров.

Во время плавания в незнакомых водах морякам очень важно знать глубину моря. Вблизи берегов всегда вели­ка опасность наскочить на подводный камень или сесть на мель. Раньше для измерения глубины моря нужно было спускать за борт лот, что требовало много вре­мени и сил.

В наше время на кораблях устанавливают особое уст­ройство — эхолот, который «сам» непрерывно изме­ряет глубину, даёт сигналы в случае приближения к мели и может автоматически наносить на бумагу очертания дна под кораблём.

При этом с корабля специальным прибором посылаются ультразвуковые сигналы очень большой частоты (30 000 и более колебаний в се­кунду). Звуковые сиг­налы, дойдя до дна, от­ражаются от него и ула­вливаются приёмным устройством, находя­щимся на корабле. При этом точно определяет­ся время посылки сиг­нала прибором, устано­вленным на судне, и время его приёма. Тог­да, зная скорость про­хождения звука в воде (равную в среднем 1500 метрам в секунду), лег­ко определить глубину моря в данном месте.

По этому же прин­ципу построены измери­тели высоты полёта самолёта, так называе­мые радиоальти­метры. Только в этом случае вместо звуковых волн посылаются радио­волны. С помощью ана­логи чного р адиоал ьти - метра, работающего на принципе радиолокатора, несколь­ко лет назад было измерено точное расстояние от Земли до Луны. При помощи мощного радарного радиопередатчика был послан на Луну радиосигнал, который через 2, 5сек., отразившись от Луны, пришёл обратно и был воспринят земным радиоприёмником. Зная скорость распростране­ния радиоволн и время путешествия сигнала, можно было
определить расстояние от Земли до Луны. За время 2,5 сек. луч успел пройти сотни тысяч километров.

Широкое распространение в метеорологии — науке о предвидении погоды — в настоящее время получили не­большие воздушные шары, наполненные водородом. Шары снабжены метеорологическими приборами, радиопередат­чиком и парашютом. На различных заданных высотах радиопередатчик передаёт на землю показания метеоро­логических приборов (преобразованные в электрические токи). На некоторой высоте шар лопается (на большой высоте воздух разрежён, а давление внутри шара остаётся большим), после чего раскрывается парашют, на котором и спускаются на землю в целости все приборы. Такие устройства называются радиозондами, они играют большую роль в метеорологической службе.

Для этих же целей служат автоматические ра­диометеорологические станции, устанавливае­мые в труднодоступных местах, например, на северных островах, высоко в горах. В течение многих месяцев прибо­ры, находящиеся на метеорологической станции, автомати­чески подают сигналы о состоянии погоды в данном месте.

Весьма широкое практическое значение из устройств телемеханики имеют также системы телеуправления, которые позволяют на значительном расстоянии произво­дить включение, выключение, замедление и ускорение тех или иных процессов. Например, они позволяют открывать и закрывать шлюзы каналов, останавливать и пускать электрические генераторы, моторы. Причём наиболее су­щественным моментом для таких систем является то, что с помощью особых устройств, так называемых селек­торов, можно управлять по одному каналу связи не­сколькими машинами поочерёдно или сразу.

Посмотрим теперь, как работают устройства телеуправ­ления.

Простейший пример устройства телеуправления изоб­ражён на рис. 26. Здесь нажатием пусковой кнопки на пункте управления (диспетчерском пункте) включается реле, которое и запускает электрический мотор, приводя­щий в действие, например, насос или какие-либо другие машины. Выключение кнопки приводит к остановке мото­ра. Такой способ управления часто называют также дистанционным управлением.

Если расстояние между пунктом управления и управ­ляемыми объектами большое, например достигает несколь­ких десятков и сотен километров, то делать отдельные линии связи, соединяющие каждую управляемую машину и пункт управления между собой, становится' сложным и дорогим.

Пусковая кнопка

С

Оіїдект управленая Рис. 26. Схема дистанционного управления.

В таких случаях применяют методы селекции, позволяющие, как говорилось, по одному и тому же ка­налу связи управлять несколькими машинами.

Одна из распространённых схем селекции приведена на рис. 27. В этом случае на пункте управления помешает­ся столько выключателей, сколько имеется управляемых машин. Каждый выключатель одним своим зажимом свя­
зан с электрической батареей, а другим — с плоским контактом. По контактам, расположенным по кругу, перемещается подвижная «щётка» переключателя — иска­теля. Щётка приводится во вращение маленьким электро­моторчиком и как бы «шагает» от одного контакта к дру­гому. Поэтому такое устройство принято называть шаго­вым искателем. Такой же искатель находится у объектов управления, причём его щётка вращается точно с такой же скоростью и в той же последовательности проходит контакты, как и щётка искателя поста управ­ления. Замкнув нужный выключатель, мы тем самым соз­дадим в момент прохождения щётки по соответствующему контакту замкнутую электрическую цепь, и по ней прой­дёт ток, который может с помощью, например, уже из­вестного нам реле включить или выключить электромотор или какую-либо другую машину. Таким образом, мы можем управлять по одной линии связи несколькими машинами. С помощью современных средств автоматики и телемеха­ники можно передавать по одному проводу более 400 команд одновременно. К числу современных быстродействующих элементов телемеханики следует отнести электронно­лучевой переключатель, работа которого похожа на работу шагового искателя, но в нём роль щётки играет поток электронов, вращаемый с большой скоростью вращающимся магнитным полем [3]). Устройства телеуправ­ления в настоящее время находят себе всё большее приме­нение. Так, например, на одном из участков электрифици­рованной железной дороги Московского узла нет ни стрелочников, ни сигнальщиков. На этом участке, протя­жённостью в 65 километров, всем движением поездов управляет при помощи телемеханических устройств один человек — диспетчер, сидящий за пультом в Москве. Он переводит стрелки и управляет входными и выходными семафорами, действуя рукоятками, расположенными на его щите. Так как командование движением находится в руках одного человека, то он имеет возможность хорошо его регулировать, сокращая до минимума ненужные стоян­ки, увеличивая пропускную способность дороги и безо­пасность движения.

Практическим примером, показывающим, как телемеха­ническое устройство может быть использовано для управ­ления движением корабля по радио, служит схема, при­ведённая на рис. 28.

Сигналы управления, поступающие от радиопередат­чика, установленного на берегу, воспринимаются радио­приёмным устройством, расположенным на управляемом

Корабле, находящемся в море. Сигналы, воспринятые радиоприёмником, воздействуют на маломощное реле, ко­торое в свою очередь управляет более мощным реле. Это реле через толкатель, присоединённый к его якорю, воздействует на зубцы поворотного переключателя, имею­щего три группы контактов. Две из них (на чертеже пока­заны в виде тёмных и светлых кружков) связаны между собой и присоединены к катушкам больших электро­магнитов, а третья группа контактов является холостой.

Когда на радиоприёмное устройство поступает радио­сигнал, переключатель поворачивается на один зубец. Щётка при этом скользит по контактам и останавливается на одном из них.

В зависимости от того, к какой группе относится этот контакт, будет включена та или иная цепь электромагни­тов. Если ток протекает по обмотке верхнего электро­магнита, железный сердечник передвинется вверх, так как он втянется внутрь верхней катушки. Если ток потечёт по нижней катушке, сердечник двинется в обратную сторону.

Как видно из рисунка, благодаря движению этого сер­дечника будет поворачиваться руль, управляющий дви­жением корабля.

Если щётка переключателя будет стоять на холостом контакте, то руль будет находиться в среднем положении и корабль будет двигаться прямолинейно.

На этом же принципе в настоящее время может быть основано управление летающими снарядами и ракетами, находящимися от поста управления на расстоянии многих десятков и даже сотен километров.

В качестве ещё одного примера устройства телеуправ­ления можно назвать устройства, применяемые на неко­торых противопожарных станциях.

При подаче на такую станцию сигнала о пожаре авто­матически, посредством специального реле, заводятся моторы пожарных автомобилей, что в несколько раз сокра­щает срок готовности пожарной команды к выезду.