книги из ГПНТБ / Катков, Ф. А. Телемеханика учеб. пособие

'Структурная схема временного разделения каналов связи изобра­ жена на рис. 2.4. Информация, поступающая от источников сообще­ ний I'ICj, ИС2, ..., ИС„ преобразуется в электрические сигналы входны­ ми преобразователями ВхП1; ВхП2, .... ВхПп. Затем в модуляторах импульсов МИц МИ2, ..., МИ„ осуществляется модуляция сигналов, поступающих поочередно с выходов 1, 2, ..., п непрерывно работаю-

Р и с . 2 .4 . С т р у к т у р н а я с хем а в р е м е н н о го р азд ел ен и я к а н а л о в с в я з и .

щего распределителя Рх. Частота следования импульсов задается гене­ ратором импульсов ГИ, который переключает распределитель Рх.

Временная диаграмма импульсов в отдельных каналах и общей линии ЛС показана на рис. 2.5.

Кроме импульсов поступающих с выходов модуляторов, в конце

чем обеспечивается синфазность его работы с распределителем Р2. Последующее переключение распределителя Р2 осуществляется им­ пульсами, поступающими с выхода узла образования тактовых импуль­ сов УТИ, которые формируются из импульсов каналов связи.

50

Импульсы каналов связи модулируются по длительности в зависи­ мости от амплитуды сигналов на выходе входных преобразователей Bxrij, ВхП2, .... ВхП„. Импульсы каналов связи и импульсы, поступа­ ющие с выходов распределителя Р2, подаются на входы узлов совпаде­ ний УСц УС2, УС„. При совпадении этих импульсов во времени на выходах узлов совпадений также возникают импульсы, модулиро­ ванные по амплитуде, длительности или по фазе. После демодуляции в узлах ДМИХ, ДМИ2, ..., ДМИ„ электрические сигналы преобразуют­ ся в выходных преобразователях ВыхПх, ВыхП2, ..., ВыхП„ и поступа­ ют на вход приемников сообщений ПСг, ПС2, .... ПС„. Приемные эле­ менты каждого канала отпираются только на время прохождения им­ пульса данного канала, а остальное время остаются запертыми, что обеспечивается синхронной и синфазной работой распределителей

Рі И Ро.

Количество временных каналов связи определяется частотой повто­ рения импульсов и их максимальной длительностью. При передаче непрерывных сообщений частота повторения импульсов определяется по теореме Котельникова о преобразовании непрерывных сигналов в дискретные (гл. 2, §2.3).

При передаче разговорных токов с максимальной частотой /MaKс = = 3400 гц частота повторения должна быть не ниже

обычно равна 0,5— 1 мксек, так как импульсы меньшей длительности генерировать сложно. Полоса частот, которую должна пропускать линия связи, обратно пропорциональна тмнн:

При kn = 0,7 и тшш = 1 мксек Л/ = 700 кгц, т. е. требуется очень широкая полоса частот, значительно большая, чем при частотном раз­ делении. Временное разделение телефонных каналов поэтому применя­ ется только на радиорелейных линиях в диапазоне УКВ. Очень важным при этом является то, что при импульсной модуляции можно значи­ тельно увеличить мощность в импульсе Ри при сравнительно неболь­

т называется скважностью и в случае импульсной модуляции может быть более 2000.

2.4. ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ ПО ПРОВОДНЫМ ЛИНИЯМ

Проводные линии связи широко используются для передачи инфор­ мации с помощью электрических сигналов. При небольших расстоя­ ниях (10—30 км) проводные линии используются непосредственно

51

как физические каналы связи. Если расстояние велико, то проводные линии применяются для организации многоканальной связи путем их частотного уплотнения. По конструктивному выполнению провод­ ные линии связи разделяются на воздушные и кабельные.

Кроме специальных линий, для организации каналов связи исполь­ зуются высоковольтные линии электропередачи (ЛЭП) и распредели­ тельные сети.

Первичные параметры проводных линий. Электрические свойства проводных линий характеризуются их основными, или первичными

пература окружающей среды, поэтому сопротивление воздушных линий изменяется (зимой оно минималь­ ное, летом — максимальное). Сопротивление подземных кабель­ ных линий в течение года практически не изменяется. При увеличении частоты тока вследствие поверхностного эффекта активное сопротив­ ление проводов, особенно стальных, значительно возрастает. Поэтому стальные провода при частоте тока передачи более 10— 12 кгц не используются.

Индуктивность и емкость линии определяется, в основном, расстоя­ нием между проводами и диаметром проводов. Емкость кабельных ли­ ний, кроме того, зависит также от материала диэлектрика между про­ водами, а индуктивность воздушных линий — от материала проводов.

Проводимость изоляции воздушных линий зависит от погоды, а кабельных — от типа изоляции Е Линии связи, у которых первич­ ные параметры остаются неизменными по всей длине, называются одно­ родными. При расчетах однородных линий связи по первичным пара­ метрам пользуются эквивалентной схемой для 1 км цепи (рис. 2.6). Все параметры линии относят к 1 км двухпроводной цепи и определяют из таблиц в зависимости от типа линии и частоты передаваемого сигнала.

Вторичные параметры проводных линий. Кроме первичных парамет­ ров, проводные линии характеризуются также вторичными парамет­ рами, к которым относятся волновое сопротивление и затухание сиг­ нала.

Электромагнитная энергия распространяется вдоль линии в виде

52

Величина волнового сопротивления завйсит от гіёрвйЧйШ парамет­ ров линии и частоты тока.

Волна напряжения и тока, приходящая к концу линии, отдает нагрузке всю энергию только в том случае, когда сопротивление H a - г., равно волновому сопротивлению линии гс. В противном слу­

Затухание, приходящееся на 1 км цепи, называется километри-

с увеличением частоты тока. Если известно затухание, допустимое системой связи или телемеханики, то длина линии

Ь_

ß •

53

Если, например, 6 = 3 неп, а линия имеет стальные провода диа­ метром d = 4 мм, то при частоте 4000 гц по кривой 1 находим, что

ß = 46 мнепікм. Тогда

Максимальная дальность передачи без применения усилителей определяется затуханием в линии и допустимыми значениями мощности

Передача телемеханических сигналов по проводным линиям. Во многих случаях для работы устройств ТУ—ТС представляется пара проводов в кабельной линии, а передача сигнала ТИ осуществляется по отдельной паре. В пределах города для этого используются свобод­ ные пары кабельной сети АТС. Расчет канала связи для устройств дис­ кретного действия при этом заключается лишь в выборе напряжения источника, достаточного для компенсации затухания в линии.

Передача сигналов ТУ или ТС по одной паре проводов осуществ­ ляется последовательно во времени или с разнесением по частоте. В последнем случае во избежание влияния передатчиков на приемни­ ки, находящиеся на одном и том же конце линии, применяются диф­ ференциальные трансформаторы (рис. 2.8). Сигналы, приходящие с линии связи ЛС, замыкаются через обмотки хмг и іѵа трансформатора и балансный контур БК. При этом через обмотку w2сигналы поступа­ ют на вход приемника Пр. Выход передатчика Прд подключен на сред­ ние точки обмоток и»! и w3. При равенстве входного сопротивления линии и сопротивления балансного контура токи в полуобмотках

54

Wx и Доз будут одинаковы. Поскольку эти токи направлены встречно, то энергия в обмотку w2 не поступает. Но так как равенство входного сопротивления линии и сопротивления балансного контура получить трудно, передача сигналов ТУ и ТС осуществляется на различных час­ тотах.

При построении систем телемеханики для рассредоточенных объек­

обычно с последовательным во времени использованием линии связи. Сигналы ТС и ТИ от отдельных объектов, расположенных на различных КП, передаются по опросу с пункта управления (ПУ). При помощи устройства ТУ выбирается заданный КП. На этом КП производятся затем операции телеуправления по командам с ПУ и выдаются сигна­ лы ТС и ТИ, а при необходимости и сигналы телефонной связи. Если в системе с рассредоточением объектов по одной линии необходимо передавать только сигналы ТУ и ТС, то зачастую устройство ТУ—ТС строится так, чтобы сигналы ТС от различных КП передавались на не­ совпадающих частотах, которые на ПУ разделяются полосовыми фильт­ рами. При необходимости передачи сигналов ТУ телесигнализация отменяется, сигналы запасаются на КП, а после окончания сигнала ТУ передаются на ПУ.

Если необходимо организовать несколько независимых телемехани­ ческих каналов связи на одной проводной линии, то применяется аппаратура, аналогичная аппаратуре частотного телеграфирования. Для этих целей используется аппаратура ТМТМ, служащая для пере­ дачи сигналов телемеханических устройств в тональном диапазоне по методу частотной модуляции или манипуляции. Аппаратура обеспе­ чивает передачу сигналов по шести каналам с любыми несущими час­ тотами из числа принятых в аппаратуре тонального телеграфа ТТ 12/16. Несущие частоты каналов определяются по формуле

В аппаратуре ТМТМ имеется дифференциальная система, обеспе­ чивающая двустороннюю передачу по одной паре проводов. Допус­ кается образование до четырех прямых каналов и двух обратных или наоборот. Частота сигнала ТИ не должна превышать 23—45 гц, а

Для уплотнения проводных линий каналами телемеханики исполь­ зуется также аппаратура КП—58—ТМ, которая имеет семь каналов телемеханики, из них шесть используют несущие частоты 1050, 1220, 1410, 1560, 1870 и 2150 гц. Седьмой канал предназначен для быстро­

действующей аппаратуры телемеханики и занимает диапазон 300— 800 гц.

Выбор структуры каналов связи для рассредоточенных объектов ТУ—ТС. В ряде отраслей народного хозяйства многочисленные объек­

55

ты, подлежащие телемеханизации, располагаются вдоль лилии (сюда относятся трубопроводы, оросительные каналы, системы дальней связи и железные дороги) или рассредоточены по площади (к ним при­ надлежат нефтяные и газовые промыслы, промышленные комбинаты, аэродромы и др.). Эти рассредоточенные объекты ТУ—ТС при телеме­ ханизации должны контролироваться и управляться с одного или не­ скольких ПУ. При этом требуется выбрать структуру каналов связи, сочетающую высокую надежность с экономичностью и удобствами эксплуатации.

Анализ структуры каналов связи показывает, что для объектов ТУ—ТС, рассредоточенных по площади, при использовании для теле­ механизации проводных линий наиболее це­ лесообразным является кустовой принцип по­ К П строения системы, когда все КП в зависимости от их расположения делятся на группы (кусты),

КП

Рис. 2.9. Построение систем ТУ—ТС для рассредоточенных объектов:

а — цепочная структура; б — древовидная структура; в — зависимость числа кустов от количества КП; г — районирование КП.

которые связываются с общим ПУ посредством отдельных линий свя­ зи. При этом все КП данного куста присоединяются к общей линии связи или непосредственно (рис. 2.9, а) — цепочная структура, или через дополнительные отрезки линии (рис. 2.9, б) — древовидная структура.

Чтобы повысить надежность работы системы, все КП подключают­ ся к линии, как правило, параллельно, без разрыва линии. Оптималь­ ное с точки зрения надежности и экономичности число кустов зави­ сит от количества КП в системе (рис. 2.9, в).

При телемеханизации объектов, расположенных вдоль общей ли­ нии, оборудуются районные ПУ, которые размещаются равномерно по длине и середине кустов (рис. 2.9, г). Информация от районных ПУ на центральный ПУ поступает по отдельным каналам связи.

При использовании радиоканалов КП целесообразно разделить на группы с передачей ТС на одной общей волне. Если количество ин­ формации, передаваемой от каждого из К.П, невелико, то при таком построении системы вероятность потери сигнала ТС (в случае одно­ временной передачи ТС от нескольких КП) будет незначительна.

56

2.5. ИСКАЖЕНИЯ В КАНАЛАХ СВЯЗИ

Искажения сигналов при передаче их по каналам связи возникают вследствие линейных и аппаратурных искажений в самом канале связи, а также из-за проникающих в канал помех от соседних каналов и атмосферных или индустриальных помех.

Линейные искажения сигналов возникают при прохождении их по линейной цепи, а аппаратурные — вследствие нелинейности отдель­

Форма сигнала при ограничении последовательности прямоуголь­ ных импульсов третьей гармоникой показана на рис. 2.10, в, а при ограничении пятой гармоникой — на рис. 2.10, г.

Проходя по линии, гармоники прямоугольных импульсов затуха­ ют не одинаково, так как с увеличением частоты тока затухание во­ зрастает. Сумма гармоник в конце линии поэтому приобретает форму, отличную от формы импульса в начале линии,— происходят амплитуд­ ные искажения импульса. Кроме этого, возникают также фазовые иска­ жения вследствие неодинаковой скорости распространения гармоник по линии.

Амплитудно-фазовые искажения уменьшают полезную длительность импульсов (рис. 2.11, а). Прямоугольный импульс в начале линии имеет длительность tB = t2— tv После прохождения линии импульс

57

искажается, в результате чего приемное пороговое устройство с током

амплитудно-фазовых искажений амплитудные и фазовые характеристи­ ки линии корректируются посредством включения в нее выравниваю­ щих элементов.

При несогласованных нагрузках наблюдаются дополнительные искажения за счет отражений, изменяющих форму сигналов, поступа­ ющих в приемник.

Рис. 2.11. Амплитудно-фазовые (а) и аппаратурные (б) искажения пря­ моугольных импульсов.

Аппаратурные искажения. Аппаратурные искажения сигналов связаны с ограничением полосы пропускания приемной аппаратуры и проявляются в искажении фронтов импульсов, так как ток устанав­ ливается не мгновенно и исчезает не сразу (рис. 2.11, б).

Если считать, что устанавливающийся процесс закончился, когда ток при включении достиг 90%, а при выключении 10%, максималь­ ного значения, то величина запаздывания

где А/Пр — ширина полосы пропускания аппаратуры.

Если требуется передать третью гармонику сигнала, то необходи­

При т > ta передача импульсных сигналов невозможна. Переходные помехи. Взаимное влияние цепей связи вызывает пере­

ходные помехи. Количественная оценка взаимного влияния между цепями определяется по переходному затуханию на ближнем и дальнем концах связи.

Если уровень передачи влияющей цепи обозначить через plt

58

Переходное затухание, при воздушных линиях связи на ближнем конце (там же, где включен источник мешающих сигналов) на частоте 800 гц должно быть больше, чем

где N — количество участков цепи между усилительными пунктами. Переходное затухание в кордельных кабелях между любыми пара­ ми жил на любом конце должно быть не менее 9 неп на частоте 800 гц. Уменьшение взаимного влияния между воздушными цепями связи достигается скрещиванием, а между парами жил в кабеле — скручи­

ванием в группы с различным шагом скрутки.

2.6.КАНАЛЫ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СВЯЗИ

Вмногоканальных системах связи для передачи информации от большого числа источников сообщений применяются высокочастот­ ные каналы связи. Для работы этих систем используются воздушные или кабельные линии связи, а также линии электропередачи и радио­ линии.

Для междугородней связи наиболее широко применяются кабельные

ирадиорелейные линии, обладающие значительной пропускной спо­ собностью и высокой надежностью. Из кабельных линий, применяе­ мых в настоящее время, наибольшей пропускной способностью обла­ дают коаксиальные кабельные линии.

£Высокочастотные каналы по линиям связи. Для уплотнения воз­

душных линий связи используется аппаратура В-3 и В-12, а для симме­ тричных кабельных цепей — К-12, К-24, К-60 и К-180 \ Эта аппарату­ ра работает без передачи по линии токов несущих частот и снабжена устройствами автоматической регулировки уровня АРУ.

Многоканальная аппаратура высокочастотной связи позволяет выделить дополнительные каналы для телемеханики. Например, в аппаратуре В-3, применяемой для оперативной служебной связи, не используется спектр частот (3,5—6 кгц) фототелеграфа. В этом диапазоне могут передаваться сигналы телемеханики — непосред­ ственно или с использованием аппаратуры ТМТП.

Если в аппаратуре уплотнения предусмотрена передача контроль­ ных частот для АРУ, то эти частоты можно дополнительно промодулировать сигналами телемеханики.

f-Для передачи сигналов телемеханики часто используется часть полосы телефонного канала. Нижнюю часть полосы — 300—2400 (2700) гц занимает при этом телефонная связь, а верхняя часть 2500— 3400 гц отводится для передачи сигналов телемеханики.

Высокочастотные каналы связи по линиям электропередачи (ЛЭП). Высокочастотные каналы связи по ЛЭП, как правило, выполняются

59