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 односторон­няя (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.