Типовая структура системы телемеханики

Типовая структура системы телемеханики приведена на рис.1.

Рис. 1. Типовая структура системы телемеханики (конфигурация пункт-пункт)

В курсовом проекте моделируется подсистемы телеуправления (ТУ), телесигнализации (ТС) и телеизмерения текущих значений (ТИТ) для магистральной многоточечной системы, в которой центральная приемо-передающая станция (ЦППС) находится на пункте управления (ПУ) и через магистраль связывается с контролируемыми пунктами (КП). Схема такой системы приведена на рис.2.

Рис.2. Магистральная многоточечная структура системы телемеханики

В проекте рассматривается полудуплексный трафик. Он характеризуется наличием только одного канала связи общего для обоих направлений, что делает невозможной одновременную передачу в обоих направлениях. Такой трафик требует усиленной защиты от потери информации, которая осуществляется введением соответствующих диалоговых процедур.

В проекте необходимо смоделировать пользовательские процессы на ПУ и КП. Эти пользовательские процессы через телемеханическую систему (сервис связи) взаимодействуют между собой. Элементы сервиса связи также требуется моделировать. Физический канал связи предполагается цифровым. Помехи представляются белым шумом, уровень помех указывается в задании на проектирование. Моделирование необходимо выполнить в среде MATLAB-SIMULINK. Схема взаимодействия пользовательских процессов показана на рис.3.

Рис.3. Схема взаимодействия контролируемого и управляющего пунктов

Таким образом, необходимо смоделировать работу 4-х элементов для диспетчерского пункта (пункта управления) и 4-х элементов для контролируемого пункта.

Система телеуправления

Физический уровень

Физический уровень использует рекомендации комитета по стандартизации международного союза электросвязи (МСЭ-Т), что соответствует модели двоичного симметричного канала без памяти в требуемой среде. Это позволяет сохранить высокий уровень достоверности данных при блочном кодировании на канальном уровне.

Минимальное число цепей интерфейса – 3, их назначение приведено в табл.2.

Рис.4 Интерфейсы и соединения между ПУ и КП

Таблица 2

Назначение цепи обмена (по рекомендациям ITU-T V.24 и V.28)

Марка цепи обмена для интерфейса	Назначение цепи обмена	Направление обмена
МСЭ-Т X.24/X.27	RS-232	МСЭ-Т V.24		От АКД	К АКД
G	SG		Сигнальное заземление или общий обратный провод
T	TxD		Передаваемые данные		+
R	RxD		Принимаемые данные	+

На физическом уровне передается битовый поток, сгруппированный в символы. Каждый символ содержит стартовый бит (двоичный 0), 8 информационных бит (передаются в канал, начиная с младшего бита), один бит четности, один стоп-бит (двоичная 1). В проекте необходимо смоделировать работу интерфейса RS-232C при использовании трех цепей согласно табл.2.

Все сигналы имеют два состояния: “1” передается напряжением положительной полярности и “0” – отображается отрицательной полярностью. Используется последовательная асинхронная связь, при которой сигналы по интерфейсу передаются по одной цепи в каждую сторону. В режиме передачи необходимо преобразовывать каждый полученный от уровня канала байт в серию битов, посылаемых в линию связи. При этом необходимо указывать приемнику начало и конец каждого байта. На рис.5 проиллюстрирована концепция последовательной асинхронной связи. Передаваемые данные поступают в регистр сдвига R, из которого передаются в линию связи, предварительно обрамляемые служебными символами St -старт, P-четность, En-стоп.

St-старт-бит; P-бит четности; En-стоп-бит; R-сдвиговый регистр

Рис.5. Асинхронная последовательная связь

Если линия находится в режиме ожидания, то по ней передается единица, обозначая незанятость линии. Логическая единица рассматриваются как MARK, а логический ноль как SPACE. Фрагмент битового потока физического уровня показан на рис. 6.

В асинхронной связи изменение условия состояния линии с MARK на SPACE означает начало символа (рис.6). Это называется стартовым битом St. За стартовым битом следует комбинация битов, представляющая байт данных, и затем бит контроля четности P. Наконец, линия переходит в состояние ожидания MARK, которая представляет собой стоповый бит En и означает конец текущего символа. Контрольный бит P используется для выполнения элементарной проверки на наличие ошибки.

И передатчик, и приемник должны знать длительность каждого бита или детектирование битов будет невозможно. Длительность каждого бита определяется генераторами тактовых импульсов приемника и передатчика. Выбор частоты генератора зависит от скорости передачи в бодах (числа изменений состояния линии). Тактовая частота "16-кратная скорость передачи в бодах" означает, что линия проверяется на каждом бодовом интервале 16 раз и это обеспечивает надежное распознавание бит. Нормальным состоянием линии является MARK (или 1) и начало символа определяется переходом SPACE (0). Если линия находится в состоянии SPACE в течение периода времени большем, чем время, которое она затратила бы на получение всех битов символа, то наступает состояние BREAK. BREAK означает, что линия "отсутствует".

Рис.6 Фрагмент битового потока физического уровня

Контроль по четности.Бит контроля четности присутствует для обнаружения ошибок. Например, если выбрана проверка на четность, этот бит устанавливается таким образом, что общее число единиц в текущем байте является четным. В приемнике четность вычисляется заново и сравнивается с битом контроля четности. Если они не равны, то приемник сообщает, что имеет место ошибка четности.

Синхронизация. Стартовый бит осуществляет запуск генератора тактовых импульсов приемного устройства. Он является пусковым импульсом, и таким образом система передачи имеет циклическую синхронизацию.

Генератор тактовых импульсов обеспечивает временную синхронизацию премного и передающего устройства. Временная диаграмма на рис. 7 поясняет применяемый вид синхронизации. После фиксации стоп-бита приемник переходит в ожидание старт-бита.

Рис. 7 Временные диаграммы работы асинхронной системы передачи

Канальный уровень