Лінійний блок системи телемеханіки

1. Лінійний блок системи телемеханіки, що містить перше та друге джерела живлення, перший та другий формувачі сигналів, ключ, інвертор, перший та другий елементи гальванічної розв'язки сигналів, перший та другий резистори, у першого резистора з'єднані: один вивід з першим виходом лінії зв'язку, а другий вивід - з одним виводом другого резистора та зі входом першого формувача сигналів, що приєднаний другим виходом до першого виходу ключа, у якого другий вихід з'єднаний з другим виходом лінії зв'язку, з другим виводом вихідного кола першого елемента гальванічної розв'язки сигналів, з від'ємним виводом першого джерела живлення, а вхід - з виходом інвертора, у якого вхід приєднаний до першого виводу вихідного кола першого елемента гальванічної розв'язки сигналів, що приєднаний першим та другим виводами вхідного кола до виходів передавача сигналів у лінію зв'язку, а у приймача сигналів з лінії зв'язку входи з'єднані з першим та другим виводами вихідного кола другого елемента гальванічної розв'язки сигналів, у якого перший вивід вхідного кола з'єднаний з першим виходом другого формувача сигналів, другий вихід якого з'єднаний з додатним виводом першого джерела живлення, який відрізняється тим, що він додатково містить перший, другий, третій та четвертий діоди, третій, че A (54) ЛІНІЙНИЙ БЛОК СИСТЕМИ ТЕЛЕМЕХАНІКИ 38859 призводять до затухання робочих сигналів. У зв'язку з тим, що нормативними документами рівень сигналів від передавачів обмежений, для забезпечення обміну інформацією між ПУ та КП при великих (більших 100 км) відстанях між ними до складу систем включаються підсилювачі-ретранслятори (Р). Ретранслятори входять до складу пристроїв КП або до спеціалізованих пунктів підсилювання та ретрансляції. Включення ретрансляторів потребує розділення єдиної МЛЗ на окремі дільниці, чим знижується працездатність системи, тому що несправність будь-якого ретранслятора унеможливлює обмін інформацією між ПУ та усіма КП, які підключені до дільниць МЛЗ після непрацездатного ретранслятора. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого є лінійний блок системи телемеханіки по заявці на патент № 2000031245 від 02.03.2000 p. (рішення про видачу патенту), що містить перше та друге джерела живлення, перший та другий формувачі сигналів, ключ, інвертор, перший та другий елементи гальванічної розв'язки сигналів, перший та другий резистори, у першого резистора з'єднані: один вивід з першим виходом лінії зв'язку, а другий вивід - з одним виводом другого резистора та зі входом першого формувача сигналів, що приєднаний другим виходом до першого виходу ключа, у якого другий вихід з'єднаний з другим виходом лінії зв'язку, з другим виводом вихідного кола першого елемента гальванічної розв'язки сигналів, з від'ємним виводом першого джерела живлення, а вхід - з виходом інвертору, у якого вхід приєднаний до першого виводу вихідного кола першого елемента гальванічної розв'язки сигналів, що приєднаний першим та другим виводами вхідного кола до виходів передавача сигналів у лінію зв'язку, а у приймача сигналів з лінії зв'язку входи з'єднані з першим та другим виводами вихідного кола другого елемента гальванічної розв'язки сигналів, у якого перший вивід вхідного кола з'єднаний з першим виходом другого формувача сигналів, другий вихід якого з'єднаний з додатнім виводом першого джерела живлення. Лінійний блок - прототип забезпечує можливість обміну інформацією (з розділенням у часі, тобто в режимі напівдуплексу) між пристроями пункту управління та контрольованими пунктами по одній магістральній лінії зв'язку. Недоліком відомого лінійного блоку є неможливість підсилювання, нормалізації рівня та ретрансляції у магістральну лінію зв'язку прийнятих сигналів, що, як вказано вище, призводить до необхідності використання зовнішніх вузлівретрансляторів та розділення єдиної магістральної лінії зв'язку на дільниці та до зменшення працездатності лінійних блоків та всієї системи телемеханіки. Мета винаходу - підвищення працездатності лінійного блоку системи телемеханіки за рахунок розширення його функціональних можливостей. Суттю винаходу є реалізація нових якостей шляхом введення до його складу вузлів та зв'язків між ними, які виконують у режимі "реального часу" додатково до функцій прототипу послідуючі операції: виділення робочих сигналів, що надходять з магістральної лінії зв'язку; нормалізацію рівня прийнятих сигналів; передачу нормалізованих сигна лів у лінію зв'язку; блокування дії сигналів, що ретранслюються, на власний вузол прийому. Завдяки новим властивостям запропонованого лінійного блоку стає можливим використання нової структури системи телемеханіки, яка наведена на фіг. 1б. В такій системі незалежно від довжини магістральна лінія зв'язку не розділяється на дільниці, а залишається єдиною. У місці приєднання кожного пристрою контрольованого пункту до лінії зв'язку вузлами, що введені до складу запропонованого лінійного блоку, забезпечується нормалізація рівня сигналів, які надсилаються у лінію зв'язку, тому умови прийому сигналів залишаються майже однаковими та близькими до оптимальних для будь-якого контрольованого пункту незалежно від його відстані до пункту управління. Слід підкреслити, що навіть непрацездатність будь-якого пристрою контрольованого пункту не порушує роботу інших компонентів системи, тому що відключається лише один вузол нормалізації, функції якого дублюються іншими. Отже, запропонованим винаходом забезпечується підвищення працездатності лінійного блоку та системи телемеханіки у цілому. Для реалізації суті та мети винаходу до лінійного блоку, крім вузлів, спільних з прототипом та вказаних вище, введені перший, другий, третій та четвертий діоди, третій, четвертий, п'ятий, шостий та сьомий резисторі, у останнього з яких один вивід приєднаний до першого виходу другого формувача сигналів, а другий вивід - до аноду першого діода, що приєднаний катодом до першого виходу лінії зв'язку, та третій елемент гальванічної розв'язки сигналів, у якого з'єднані: перший вивід вихідного кола до першого виводу третього та до другого виводу другого резисторів, другий вивід до другого виводу третього резистора та від'ємного виводу другого джерела живлення, другий вивід вхідного кола - крізь четвертий резистор, до другого виходу лінії зв'язку, додатного виходу другого джерела живлення та до аноду другого діода, що приєднаний катодом до входу першого формувача сигналів, а перший вивід вхідного кола до другого виводу вхідного кола другого елемента гальванічної розв'язки сигналів, крім того, додатній вихід першого джерела живлення з'єднаний через п'ятий резистор з входом другого формувача сигналів та з одним виводом шостого резистора, у якого другий вивід з'єднаний з анодами третього та четвертого діодів, з'єднаних катодами, відповідно, з першими виходами першого формувача сигналів та вихідного кола першого елемента гальванічної розв'язки сигналів, причому до складу інвертору підключені восьмий та дев'ятий резистори, п'ятий діод та стабілітрон, у якого анод з'єднаний з виходом інвертора та з першим виводом восьмого резистора, другий вивід якого приєднаний до другого виходу лінії зв'язку, а катод - з анодом п'ятого діода, що приєднаний катодом до входу інвертора, та з першим виводом дев'ятого резистора, що приєднаний другим виводом до додатного виходу першого джерела живлення. Схема запропонованого лінійного блоку наведена на фіг. 2. Лінійний блок містить перше 1 та друге 2 джерела живлення, перший 3 та другий 4 формувачі сигналів, ключ 5, перший 6, другий 7 та третій 8 2 38859 елементи гальванічної розв'язки сигналів, інвертор 9, перший 10, другий 11, третій 12, четвертий 13, п'ятий 14, шостий 15, сьомий 16 резистори, а також перший 17, другий 18, третій 19 та четвертий 20 діоди. До складу інвертора 9 включені восьмий 21 та дев'ятий 22 резистори, стабілітрон 23 та п'ятий діод 24. Катод діоду 17 з'єднується з першим, а анод діоду 18 - з другим виходом лінії зв'язку. Елементи 6, 7, 8 виконані, наприклад, на транзисторних оптронах, в яких вхідне коло створюється світлодіодом, а вихідне - світлочутливим транзистором. Вхідне коло 6 приєднується до гальванічне (електричне) відокремленого від лінійного блоку передавача сигналів у лінію зв'язку (передавач сигналів на фіг. 2 не показаний), а вихідне коло 7 - до гальванічне відокремленого від лінійного блоку приймача сигналів з лінії зв'язку (приймач сигналів на фіг. 2 не показаний). Вхідні кола 7 та 8 з'єднані послідовно та приєднані крізь обмежуючий резистор 13 до виходу формувача 4. Вихідне коло 8 включене паралельно з резистором 12, який разом з послідовно включеним резистором 11 підключений до від'ємного полюсу джерела 2, у якого додатній полюс з'єднаний з від'ємним полюсом джерела 1 та з другим виходом з лінії зв'язку. Вихід формувача 4, крім того, крізь коло з послідовно включених резистору 16 та діоду 17 приєднаний до першого виходу лінії зв'язку, який крізь вхідний резистор 10 з'єднаний зі входом формувача 3. Перший вихід 3 приєднаний крізь послідовно включені діод 19 та резистор 15 до входу формувача 4, який крізь діод 20 приєднаний до першого виводу вихідного кола 6, який з'єднаний зі входом інвертора 9. Вихід інвертора приєднаний до входу ключа 5, другий вихід якого з'єднаний з другим виходом лінії зв'язку. Додатній полюс джерела 1 підключений до другого входу формувача 4, а також до виводів резисторів 14 та 22. Для стабілізації робочих режимів до входів 4 та 5 підключені резистори 14 та 21. Формувачі 3, 4 та ключ 5 виконані, наприклад, на транзисторах. Розглянемо роботу запропонованого лінійного блоку. Лінійний блок приєднується до магістральної лінії зв'язку крізь виходи 1 та 2. Сигнали з лінії зв'язку надходять до входу формувача 3 крізь резистор 10 (позначений на фіг. 1 як Rвх), який визначає опір вхідного кола блоку та рівень затухання робочих сигналів, що вносяться кожним лінійним блоком (тобто кожним контрольованим пунктом), підключеним до спільної магістральної лінії зв'язку. Режим роботи формувача 3 визначається співвідношенням величин струмів, що надходить від передавача та від джерела живлення 2. Для прикладу, на фіг. 2 наведена схема для додатної полярності джерела робочого струму від передавача. Струм від джерела живлення 2 проходить по колу: додатній полюс джерела 2, анод-катод діоду 18, резистори 11 та 12, від'ємний полюс джерела 2. Видно, що напрям струму від 2 протилежний відносно сигналу, що надходить з лінії зв'язку. Струм від джерела 2 використовується для створення порогу чутливості лінійного блоку. Його величина обирається якомога більшою для підвищення завадозахищеності лінійного блоку, але обмежується рівнем робочого сигналу при макси мально дозвільному рівні сигналів передавача цих сигналів. Так, у випадку, коли рівень сигналів від передавача (Un) не перевищує 12 В, опір дільниці лінії зв'язку (Rлз) між передавачем та приймачем може дорівнювати 2 кОм, а опір вхідного кола лінійного блоку (RBX) - 4 кОм, величина струму робочого сигналу: Un = 2 мА . Ip = R лз + R У цьому випадку струм від джерела 2, тобто поріг чутливості лінійного блоку, можна обрати рівним In=0,5 Ір=1 мА. Таким чином, завади, що створюють вхідний струм лінійного вузла, який співпадає з напрямом робочого сигналу, але менший ніж 1 мА, не будуть прийняті, тому що формувач 3 у цьому випадку залишиться у неробочому стані. Зауважимо, що підвищення чутливості лінійного блоку за рахунок зменшення величини опору 10 вхідного кола призводить до відповідного підвищення затухання робочого сигналу та зменшення кількості контрольованих пунктів, підключених до однієї магістральної лінії зв'язку, або їх максимальної відстані від пункту управління, тобто негативно впливає на параметри системи в цілому. Як вже вказувалось, збільшення величини опорів резисторів 11 та 12, що визначають поріг чутливості, призводить до підвищення чутливості до завад, тобто теж негативно впливає на параметри системи телемеханіки. Струм, що дорівнює різниці між Ір та In, надходить на вхід формувача 3. В результаті по колу: додатній полюс джерела 1, вихід 2 - вхід формувача 4, резистор 15, діод 19, виходи 1-2 формувача 3, виходи 1-2 ключа 5, від'ємний полюс джерела 1, проходить струм (необхідна умова для проходження струму - робочий стан ключа 5, як буде показано далі, у випадку, що розглядається, виконана). Величина резистору 15 визначає струм крізь вхідне коло формувача 4; резистор 14 забезпечує стабілізацію режиму роботи 4, тобто надійне відключення формувача 4 при відсутності робочого сигналу. Якщо визначити, що робочий струм на виході 4 повинен бути не меншим ніж 50 мА, а його коефіцієнт підсилення струму не перевищує 10, величина струму вхідного кола 4 повинна бути рівною 5 мА, а резистору 15-2,4 кОм, якщо напруга від джерела 1 дорівнює 12 В. Якщо прийняти, що параметри формувачів 4 та 3 однакові, величина струму на вході 3 повинна бути не меншою ніж 0,5 мА, що виконується у розглянутому вище прикладі. Вихідний сигнал формувача 4 використовується для переводу у робочий режим елементів 7 та 8 гальванічної розв'язки сигналів. Струм крізь вхідне коло елемента 7 призводить до появи робочого сигналу у його вихідному ланцюзі. Виходи 1 та 2 вихідного кола 7, які електрично (гальванічно) відокремлені від кіл, зв'язаних з лінією зв'язку, підключаються до приймача (не наведеного на фіг. 2) сигналів пристроїв пункту управління чи контрольованого пункту системи телемеханіки. Крім того, вихідний сигнал формувача 4 крізь резистор 16 та діод 17 надсилається у лінію зв'язку. Опір 17 захищає формувач 4 від виходу з ладу при наявності короткого замикання на виходах 1, 2 лінії зв'язку. 3 38859 наведеного на фіг. 2) надходять на виводи 1 та 2 вхідного кола елемента 6. Якщо на вхід 6 надходить сигнал "1", у робочий стан переводиться його вихідне коло, в результаті чого струм проходить по двом колам: додатній полюс джерела 1, вихід 2 вхід формувача 4, резистор 15, діод 20, виводи 1-2 елементу 6, від'ємний полюс джерела 1; додатній полюс джерела 1, резистор 22 інвертору 9, діод 24, виводи 1-2 елемента 6, від'ємний полюс джерела 1. Струмом першого кола переводиться у робочий стан формувач 4 і, як описано вище, у лінію зв'язку крізь обмежуючий резистор 16 та діод 17 надходить сигнал з номінальним рівнем. Струмом вказаного вище другого кола знижується рівень напруги у точці з'єднання діода 22 та стабілітрона 23 до величини, меншої порогового рівня для стабілітрону. В результаті струм крізь вхідне коло ключа 5 не проходить, він переводиться у неробочий стан та блокує роботу кола, що включає формувач 3. Отже, при роботі власного передавача шунтуюча дія приймача виключається. Резистор 21 діє аналогічно резистору 14, тобто забезпечує надійне блокування переходу ключа 5 у робочий стан при відсутності струму на вході. Якщо сигнал "1" від передавача не надходить, вихідне коло елемента 6 не переводиться у робочий стан, а струм проходить по колу: додатній полюс джерела 1, резистор 22, стабілітрон 23, вхід-вихід 2 ключа 5, від'ємний полюс джерела 1. В результаті ключ 5 виявляється переведеним у робочий стан, деблокуючи роботу кола, що містить формувач 3. Таким чином, запропонований лінійний блок автоматично без часових затримок перетворює сигнали, прийняті з лінії зв'язку, у сигнали, еквівалентні тим, що формуються передавачем, та передає сформовані сигнали у лінію зв'язку, водночас формуючи сигнали, якими компенсується дія сформованих сигналів на власний приймач. Тобто кожен лінійний блок функціонує як підсилювачретранслятор без розриву єдиної магістральної лінії зв'язку, що забезпечує виконання мети створення лінійного блоку - підвищення як його працездатності, так і працездатності всієї системи телемеханіки. Лінійний блок системи телемеханіки по заявці на патент № 2000031245 від 02.03.2000 p. (рішення про видачу патенту) - прототип винаходу, є водночас базовим зразком. Видно, що сигнали, які пройшли по колам з формувачами 3 та 4, мають на виході 4 рівень, еквівалентний номінальному рівню сигналів від передавача. Сформовані 4 сигнали направляються у лінію зв'язку. Якщо не приймати запобіжних заходів щодо дії сигналів від 4 на вхідне коло, лінійний блок заблокується, тобто буде продовжувати формувати робочий сигнал на виході 4, навіть після зникнення робочого сигналу від передавача. Щоб уникнути блокування, у запропонованому лінійному блоці сигналами від формувача 4 переводиться у робочий стан елемент 8. При переводі у робочий стан елементом 8 шунтується включений з ним паралельно резистор 12. В результаті опір кола, яким визначається поріг чутливості лінійного блоку, зменшується, а порогове значення струму збільшується. До входу лінійного блоку виявляються підключеними три джерела струму: від передавача сигналів у лінію зв'язку (Ір), від формувача 4 (Іф) та від джерела живлення 2 (Іn1). Щоб забезпечити нормальну роботу лінійного блоку, необхідно виконати нерівність: Iф < I n1 < Iф + Ір - I n Тоді можна отримати оптимальне значення: Ip - I n I n1 = Iф + 2 Отже, U пер U пер I n1 = + , R вх 4(R вх + R лз ) де Uпep - номінальний рівень джерела живлення передавача. Для наведеного вище прикладу: 12 12 + I n1 = 3,5 мА. 4 4×6 З одержаних значень In та In1 при визначеній напрузі джерела 2 можна обчислити величини опорів резисторів 11 та 12. Так, якщо напруга джерела 2 дорівнює 12 В, опори резисторів 11 та 12 повинні бути, відповідно, 3,5 кОм та 8,5 кОм. Як видно, у лінію зв'язку від будь-якого лінійного блоку, що сприйняв робочі сигнали, надсилаються сигнали, еквівалентні тим. що формуються передавачем, тобто сигналом з номінальним рівнем. В той же час дія сигналів, що додатково надсилаються у лінію зв'язку, на власний приймач лінійного блоку відсутня. Розглянемо роботу лінійного блоку в режимі передачі сигналів від передавача власного контрольованого пункту. Сигнали від передавача (не 4 38859 Фіг. 1 5 38859 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6