ТЕЛЕМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА "ЛИЛАНА-ВИЯ" И СИГНАЛИЗАЦИОННОЕ ЗАГРАЖДЕНИЕ С ИЗВЕЩАТЕЛЕМ В.И. ЯЦКОВА
LILANA-VIYA TELEMECHANIC SYSTEM AND ALARM BARRIER WITH ANNUNCIATOR NAMED AFTER VI YATSKOV

Изобретение относится к телемеханике и к техническим средствам охраны, в частности к системам управления и контроля для объектов, расположенных на контролируемых пунктах (КП) вдоль двухпроводной линии связи (ЛС) на большие расстояния. Телемеханическая система может использоваться для охраны объектов с пожарной сигнализацией с пожарными извещателями любых конструкций, для управления мишенными полями с получением от них необходимой информации. Весь комплекс изобретения предназначен для охраны периметров протяженных участков местности, например государственных границ, и для трубопроводов различного назначения.
Известно большое количество телемеханических систем с сигнализационными комплексными заграждениями, содержащими различные средства обнаружения. Например, комплексы различных сигнализационных заграждений, опубликованных в литературе [1]. Из всех телемеханических систем самой простой и самой экономичной является телемеханическая система «ЛИЛАНА» [2], построенная на основе принципиально нового способа передачи и приема информации. Изобретение защищено патентом №2010338. Принципиально новые технические решения после публикации этого изобретения привлекли внимание многие крупные фирмы, в том числе и за рубежом. Первым изготовителем системы по неисключительной лицензии №681/92 г. было предприятие ГП ПЦ «АЛПРОИЗ» «НПО АЛМАЗ», где автором этого изобретения была разработана система охраны для перевозки грузов Ж.Д. транспортом.
Прототипом настоящего изобретения является телемеханическая система «ЛИЛАНА», также разработанная автором, по указанному выше патенту, с комплектом сигнализационного заграждения, изготавливаемых ГУП - СНПО «ЭЛЕРОН» по неисключительной лицензии №9591/99 от 20.12.99 г. с названием «МИЛЯ-2000», (см. [1] стр.19, 27).
Недостатком прототипа является отсутствие кольцевой структуры телемеханической сети и устройств телемеханики, повышающих надежность работы системы по такой структуре. При этом, сигнализационное заграждение, состоящее из колючей проволоки, закрепленной на изоляторах опор в виде вертикального ограждения, выдает информацию только при обрыве, или при коротком замыкании проволоки, и не обеспечивает выдачу тревожного извещения, при подходе нарушителя к сигнализационным проводом и соприкосновении с ними. Это позволяет нарушителю разорвать чувствительный провод и пролезть через заграждение, установив предварительно перемычку параллельно сигнализационному проводу. Для получения сигнала от перелаза нарушителя по сигнализационным проводам, верхний ярус заграждения устанавливается козырькового типа со сложными дополнительными конструкциями, для возможности получения информации при опрокидывании козырька при перелазе. Для повышения вероятности обнаружения нарушителя, применяются специальные крепления сигнализационного провода с возможностью срыва его с изолятора при нагрузке превышающей заданный вес нарушителя. При обрыве или при срыве провода с изолятора, происходит замыкание верхнего провода с нижним, что вызывает формирование сигнала извещения о нарушении. Для повышения надежности контакта проводов, требуется их сближение, что ведет к их количественному увеличению и стоимости всего комплекта. Замысел повышения вероятности обнаружения нарушителя, таким образом, решается разрушением конструкции заграждения, при этом разрушение происходит не только от нарушителя. В период зимней эксплуатации происходит обледенение сигнализационных проводов, в результате провода срываются с таких изоляторов, что приводит к ложной сигнализации и частому восстановлению заграждения. Для заграждения северных районов, с большим выпадением снежных осадков, требуется повышенная высота заграждения и надежное крепление проводов на изоляторах, что противоречит конструктивному замыслу заграждения. Фактически заграждение не в полной мере выполняет функции защиты от проникновения нарушителя.
Настоящая телемеханическая система в комплексе с сигнализационным заграждением также разработана автором на основе способа передачи и приема информации по патенту №2010338, устраняет перечисленные недостатки и содержит ряд новых конструктивных решений заграждения, позволяющих сократить количество заградительных проводов, уменьшить металлоемкость, улучшить надежность, повысить достоверность и вероятность обнаружения нарушителя заграждения.
Это достигается путем сочетания чувствительных элементов (ЧЭ) в многоуровневом (многоярусном) заграждении, с использованием емкостных и натяжных средств обнаружения.
Из известных емкостных средств обнаружения наиболее близкими по технической сущности являются варианты устройства, разработанные автором и защищенные патентами на изобретение №2379759 и №2437156 (см. [3], [4]). Эти устройства имеют цифровую обработку частоты генератора, что позволило в них применить множители частоты и таким образом повысить чувствительность устройства при большой емкости ЧЭ. Эти устройства позволяют располагать ЧЭ на заграждении с любой конфигурацией, так как не требуют при размещении на заграждении симметричного их расположения на флангах. Они автоматически адаптируются к окружающей среде, потребляют малую мощность (до 0,05 ВА) и имеют определитель сигналов извещения, позволяющий исключить ложные сигналы и распознать сигналы нарушений, т.е. имеет такие свойства, которых нет в других емкостных средствах обнаружения.
Прототипом настоящего емкостного средства обнаружения выбрано устройство по патенту №2437156 (см. [4]). В его устройство включены дополнительные элементы, позволяющие осуществлять самотестирование всего средства обнаружения без вмешательства человека и передавать информацию о состоянии на средства сигнализации и контроля. Предлагаемое емкостное средство обнаружения, реагирует на приближение нарушителя к ЧЭ, закрепленного на заграждении, реагирует на его разрыв и замыкание между его частями. Емкостной натяжной ЧЭ может использоваться, как часть всего ЧЭ, и предназначен для регистрации попыток перелаза через большие опоры, в том числе и при помощи опорных лестниц. В сигнализационном заграждении в качестве заградительных и чувствительных элементов в верхних уровнях заграждения, использованы информационные провода и провода источника питания, включенные по кольцевой структуре телемеханической сети. Изобретение позволяет повысить гарантию по обнаружению нарушителя границы без разрушения заграждения.
Изобретение состоит из телемеханической системы и комплекса сигнализационного заграждения с емкостными средствами обнаружения нарушителя.
На фиг.1 - функциональная схема телемеханической системы «ЛИЛАНА-ВИЯ».
Телемеханическая система содержит пункт управления (ПУ) 1 и контролируемые пункты (КП) 2, расположенные вдоль двухпроводной линии связи (ЛС) 3, включенной по кольцевой структуре телемеханической сети (ТМС).
ПУ содержит передатчик 4, включающий источник питания 5, схему управления 6, соединенную первым выходом с первым ключом 7, соединенным с линией связи, блок развязки 8, соединенный выходом с входом приемника 9, селектор признаков сигнала 10, соединенный входом с выходом приемника и выходами - с входами процессорного устройства 11, соединенного информационным входом и первым управляющим выходом со схемой управления 6, и сопряженного выходами со входами блока 12, средств воспроизведения информации и сигнализации.
С целью обеспечения дальности передаваемой информации и для организации кольцевой структуры телемеханической сети, повышающей надежность передаваемой и принимаемой информации, на ПУ передатчик 4 снабжен модулятором 13 и вторым ключом 14, образующий соединением кольцевую структуру ЛС. При этом, источник питания 5 соединен с ключами 7, 14 через последовательно соединенные блок 8 развязки и модулятор 13, соединенный входом управления со вторым управляющим выходом процессорного устройства 11, а второй ключ 14 входом управления соединен со вторым выходом схемы управления. Для визуального контроля о наличии сигналов в ЛС, на ПУ подключены индикаторы 15, 16.
КП содержит датчики 17, установленные на охраняемых частях КП, исполнительные устройства 18, передатчик 19, приемник 20, линейный коммутатор 21, информационные входы которого образуют последовательное соединение участков линии связи, ключ 22 и схему управления коммутатором и ключом 23, соединенную первым и вторым управляющими выходами с управляющими входами линейного коммутатора и третьим выходом с управляющим входом ключа, подключенного силовой частью между источником питания 24 и шиной 25, соединенной с потребителями электрической энергии средств телемеханики КП.
С целью расширения функциональных возможностей, обеспечения дальности передаваемой информации системы и обеспечения ее работы при кольцевой структуре телемеханической сети, КП снабжен линейным узлом 26, соединенным информационными входами с информационными входами линейного коммутатора 21 и с выходом передатчика 19, - выходом со входом приемника 20 и с первым входом схемы управления 23, элементом ИЛИ-НЕ 27, извещателями 28 с емкостными чувствительными элементами 29, блоком памяти 30, сопряженного с извещателями и датчиками через блок сопряжения 31, формирователем частотно-временных сигналов 32 и схемой 33 управления передатчиком 19 и блоком исполнительных устройств 18, соединенной первым входом с выходом приемника 20, вторым выходом с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 27, первым выходом с первым входом формирователя частотно-временных сигналов 32, соединенного первым выходом - с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 27, вторым выходом - со вторым входом схемы управления 33, и третьим выходом - со вторым входом схемы управления 23 и со входом сброса блока памяти 30.
Схема управления 33 передатчиком 19 и блоком исполнительных устройств 18 содержит первый 34 и второй 35 двоичные счетчики, демультиплексор 36, сопряженный адресными входами с выходами второго счетчика 35 и выходами - с блоком исполнительных устройств 18, элемент ИЛИ 37, выход которого является первым выходом схемы управления 33, блок сброса 38, соединенный первым входом с информационным входом демультиплексора и с шиной питания 25, вторым входом - с последним выходом демультиплексора, выходом -с объединенными входами R сброса счетчиков и с первым входом элемента ИЛИ 37, второй вход которого объединен с входами счета счетчиков 34, 35 и является первым входом схемы управления, вторым входом которой является вход V разрешения демультиплексора, а объединенные выход и вход С запрета счета первого счетчика с входом разрешения счета V второго счетчика являются вторым выходом схемы.
Для организации местной сигнализации аппаратура КП снабжена вторым элементом ИЛИ 39, соединенным входами с выходами блока памяти 30 и выходом - с устройством сигнализации 40, соединенным входами с выходами схемы управления 33 исполнительными устройствами 18.
В качестве источника питания 24 на КП, вследствие малого потребления электрической энергии средствами телемеханики, может применяться конденсатор - накопитель электрической энергии, получающий зарядку от источника питания 5 ПУ по ЛС. Для этого конденсатор подключен к выходу линейного узла 26. При больших дальностях конденсатор может подпитывать солнечная батарея 41, которая выходом подключена ко второму входу конденсатора 24. Емкостные средства обнаружения (СО) 42 состоят из чувствительных элементов 29, (устанавливаются на сигнализационном заграждении) и извещателей 28. На фиг.2 - функциональная схема извещателя В.И. Яцкова.
Извещатель 28 емкостного средства обнаружения, содержит последовательно соединенные блок 43, генератор 44 частотной последовательности, умножитель частоты 45, первый 46 и второй 47 элементы И, суммирующий счетчик импульсов 48, задатчик 49 числа, вычитающий счетчик импульсов 50, дешифратор 51, элемент ИЛИ-НЕ 52, формирователь 53 стабильных временных импульсов, первый 54 и второй 55 распределители импульсов, счетчик 56 циклов сравнения частотных последовательностей, первый 57 и второй 58 элементы ИЛИ, определитель 59 сигналов извещения, первое 60 и второе 61 исполнительные устройства, третье 62 и четвертое 63 исполнительные устройства, при этом определитель 59 содержит первый 64 и второй 65 счетчики импульсов, первый 66 и второй 67 элементы И, триггер 68 и элемент ИЛИ 69. Блок 43 - блок емкостной развязки с защитой от электрических разрядов и радиопомех. Его входы являются входами для подключения чувствительных элементов 29.
С целью автоматического самоконтроля работоспособности извещателя с чувствительным элементом и для распознавания тревожного сигнала от контрольного в извещатель введены формирователь 70 временных интервалов, триггер 71, пятое 72 и шестое 73 исполнительные устройства, и конденсаторы 74 и 75. С целью проверки работы извещателя от исполнительного устройства 18, он снабжен третьим элементом ИЛИ 76.
На фиг.3 - сигнализационное заграждение В.И. Яцкова
На фиг.4 - опоры сигнализационного заграждения: а) - межучастковая опора в аксонометрической проекции (вид фронтальный), б) - межучастковая опора в аксонометрической проекции (вид тыловой), в) - большая промежуточная опора с односторонним расположением в верхней части кронштейнов под изоляторы, г) - с двухсторонним расположением кронштейнов под изоляторы с установкой одного изолятора (вид с фланга), д) - большая промежуточная опора и е) - малая промежуточная опора в аксонометрической проекции.
Сигнализационное заграждение состоит из участков, размещенных на местности в соответствии с номерами КП с емкостными средствами обнаружения.
Сигнализационное заграждение (СЗ) содержит промежуточные малые опоры 77, промежуточные большие опоры 78 и межучастковые опоры 79. Опоры 78 и 79 установлены (фиг.3) через заданные промежутки малых 77 опор. На опорах установлены изоляторы 80, с закрепленными на них емкостными чувствительными элементами 29 из проводов или из сетки (решетки), образующих в нижней части заграждения первый ярус и из металлической сетки (решетки), образующей второй ярус емкостного сигнализационного заграждения. Над металлической сеткой на крючьях 81 опор, натянута проволока 82, предохраняющая от посадки птиц на сетчатое полотно, и служащая дополнительным препятствием для нарушителя. Провода ЛС 3, в том числе и источника питания кольцевой структуры ТМС, подвешены на изоляторах 80 (на чертежах фиг.4 показаны не все изоляторы, а только крючья для них) больших опор и расположены над малыми опорами, являются дополнительными элементами и препятствием для нарушителя, и образующими третий ярус заграждения. На этих опорах в верхней части на крючьях 83 натянут провод 84, служащий средством отвода грозовых разрядов через опоры в землю и также является дополнительным препятствием для нарушителя. В нижней части всех опор имеются крючья 85 для провода 86, выполняющего функции тройного назначения. Он служит для равномерного растекания электрических зарядов по поверхности земли через опоры, является дополнительным препятствием для нарушителя, повышает чувствительность емкостного средства обнаружения, так как является вторым элементом конденсатора вместе с землей, что в меньшей степени зависит от влажности почвы. На всех опорах установлены козырьки 87, укрывающие опорные изоляторы от снега.
Межучастковые опоры 79, предназначены для гальванической развязки СЗ по участкам КП. Отличаются от больших промежуточных опор 78 наличием дополнительных изоляторов и кронштейнов 88 для них, для гальванической развязки чувствительных элементов участков СЗ, а также наличием кронштейнов 89 для крепления участковых шкафов (не обозначенных на чертежах), в которых содержится участковая аппаратура телемеханики, и монтажные изделия. Опоры выполнены из швеллера, их межполочное пространство служит для прокладки кабеля к шкафу, тыльная сторона закрыта съемным кожухом 90, а основание 91 опор выполнено разъемным.
Контактные средства натяжного действия широко известны, в том числе они используются в упомянутом выше сигнализационном козырьковом заграждении в верхнем ярусе. Его недостатки - сложная конструкция, срабатывание от посадки птиц, от провисания заградительных проводов и разрушение при перелазе нарушителя через заграждение.
Простейшее, но более надежное контактное средство обнаружения натяжного действия, выполнено с применением емкостного средства обнаружения, которое исключает отмеченные недостатки. Контактное емкостное натяжного типа средство обнаружения нарушителя устанавливается на больших опорах 78, 79 (фиг.4в, г). Оно не срабатывает от посадки птиц, так как располагается в вертикальном положении, не разрушается при попытке перелаза нарушителя и более надежное в выработке тревожного сигнала, так как формируется сигнал не только от контакта ЧЭ с опорой, но и при соприкосновении с ним.
Чувствительный элемент 92 (провод) подвешен через изолятор 93 на вершине большой опоры на пружинящем козырьке 94 и соединен нижним концом с ЧЭ 29 (с сеткой) в области изолятора и проходящего перед изоляторами 80 и козырьками 87. Емкостной ЧЭ может контролироваться отдельным извещателем. В таком случае используются проводные ЛС третьего яруса заграждения. Для этого нижний конец ЧЭ 92 крепится на отдельном изоляторе и гальванически не связан с сеткой второго яруса, а его верхний конец соединен с проводом в третьем ярусе, (из-за насыщенности элементов заграждения на чертежах не показано) который одновременно служит не только для передачи сообщения в извещатель, размещенный в шкафу межучастковой опоры, но и сам является ЧЭ.
Телемеханическая система в комплексе с сигнализационным заграждением работает следующим образом.
В исходном состоянии все КП отключены от участков ЛС линейными коммутаторами 21. Для опроса состояния всех средств обнаружения сигнализационного ограждения и датчиков, на ПУ включают ключ 7. С источника питания 5, постоянный ток поступает на индикатор 15, указывающий на поступление питания через ЛС в первый КП. Через ЛУ 26 напряжение питания поступает на конденсатор 24, заряжая его, на вход приемника 20 и по первому входу в схему управления 23, которая включает ключ 22 и через него с конденсатора 24 подается питание по шине 25 к приемнику 20, к формирователю 32 и в схему управления 33. Блок памяти 30, блок сопряжения 31 и извещатель 28 питаются от внешнего источника, чтобы непрерывно функционировать в периоде опроса системой других КП, но в случае подзарядки конденсатора от солнечной батареи 41, могут быть подключены к конденсатору, согласно чертежа схемы. С получением питания, приемник 20 входом подключается к ЛС и выходом - к первому входу схемы управления 33. Блок 38 формирует импульс сброса, которым приводятся в исходное состояние схема управления 33 и, через элемент ИЛИ 37, формирователь 32, который с исходного состояния начинает формировать частотно-временные сигналы и при помощи передатчика 19 передавать сообщение о состоянии всех извещателей и датчиков КП. Сообщение через ЛУ 26 по ЛС 3 поступает на ПУ и через блок 8 в приемник 9, где проходит фильтрацию от помех, усиливается, нормируется в форме видеоимпульсов и поступает на селектор 9 признаков сигнала. Видеоимпульсы селектор анализирует и группирует их по признакам слов переданного сообщения и передает данные на процессорное устройство 11 и через него на другие средства сигнализации и воспроизведения информации блока 12, например, с компьютером, электронным табло и т.д. По окончанию передачи, если нет сообщения с ПУ, формирователь 32 последним (третьим) выходом выдает импульс на сброс блока памяти 30 и на второй вход схемы управления 23. После сброса блок памяти будет запоминать новые состояния извещателей и датчиков в текущем времени, а схема управления 23, ключом 22 отключит питание средств телемеханики и подключит коммутатором 21 ЛС к следующему КП, в котором процесс передачи информации аналогичен предыдущему. В первом КП остается подключенным к ЛС для подзарядки только конденсатор. После опроса всех КП, ЛС замкнется по кольцевой структуре ТМС и на ПУ высветится индикатор 16, свидетельствующий о получении информации со всех КП и о целостности ЛС. В процессе приема и передачи сигналов по ЛС, индикаторы отображают сигналы мерцанием. Повторный опрос начинается автоматически по истечении заданного времени в обратном направлении, что обеспечивается схемай управления 6, сохраняя при этом порядок нумераций КП процессором, т.е. система работает в кольцевом циклическом непрерывном опросе.
В дежурном режиме в извещателе 28 (фиг.1, 2) генератор 44 формирует частотную последовательность с частотой зависимой от величины емкости чувствительного элемента 29, включенного в частотозадающую цепь генератора через блок 43. Формирователь 53 выдает последовательность стабильных прямоугольных импульсов с периодом следования, равным периоду измерения частоты генератора 44 увеличенной множителем частоты 45. Эти импульсы поступают на счетные входы распределителей 54 и 55. Второй распределитель 55, включается в работу только с разрешения первого распределителя 54, который первым импульсом, поступившим с формирователя 53, переключается в первое положение. С его первого выхода сигнал поступает на вход W разрешения записи числа суммирующего счетчика 48. Происходит перезапись числа установленного порога чувствительности в задатчике 49, сопряженного с информационными входами, в триггеры суммирующего счетчика и эта информация сохраняется до начала счета. Вторым счетным импульсом, распределитель переключается и с его второго выхода сформированный импульс поступает на второй вход элемента И 46, к первому входу которого выходом подключен умножитель частоты 45. С выхода элемента И 46 умноженная частота импульсов поступает на счетный вход С суммирующего счетчика 48. В ходе счета происходит сложение числа импульсов, поступивших на счетный вход, с числом, записанным по информационным входам установки числа задатчика, при помощи которого установлен порог чувствительности. Третьим импульсом, распределитель 54 переключается в третье положение, в суммирующем счетчике фиксируется число, которое принимается за эталон при измерении и сравнении последующих чисел импульсов частотных последовательностей. С третьего выхода распределителя сигнал логической единицы поступает на вход С разрешения счета импульсов второго распределителя 55 и на вход V запрета своего счета, которым блокируется. С этого момента в работу включается второй распределитель. При переключении, с его первого выхода поступает сигнал на вход W разрешения записи чисел вычитающего счетчика 50 и переписываются данные из суммирующего счетчика. При следующем переключении, с его второго выхода сигнал поступает на второй вход второго элемента И 47, к первому входу которого выходом подключен умножитель частоты 45. С выхода элемента И 47, импульсы умноженной частоты поступают на счетный С вход вычитающего счетчика 50. Происходит вычитание чисел импульсов переписанных из суммирующего счетчика, которое заканчивается при переключении распределителя в третье положение и с фиксированием полученной разности, являющейся результатом сравнения чисел. Сформированный на третьем выходе импульс, служит в качестве контрольного сигнала, при его формировании всегда в дешифраторе формируется результат разности чисел импульсов суммирующего и вычитающего счетчиков. Контрольный сигнал поступает на вход С счетчика 56, фиксируя первый результат сравнения частотных последовательностей, и на первый вход определителя 59 сигналов извещения. Результат вычитания счетчика 50 выводится на выходах дешифратора 51.
При сравнении чисел импульсов суммирующего и вычитающего счетчиков возможны случаи, когда в вычитающем счетчике остается число равное заданному числу порога чувствительности в задатчике 49, или это число окажется с разницей в пределах заданного числа порога чувствительности, что будет соответствовать незначительному воздействию на чувствительный элемент, например, при изменении погодных условий. В этих случаях, при контрольном сигнале, предупредительного сигнала о нарушении в дешифраторе не формируется, на его первом выходе должен быть сигнал логической единицы, а на втором - логический ноль. На инверсном выходе элемента ИЛИ-НЕ 52 так же будет логический ноль, и исполнительное устройство 61 включенное к его выходу не включится. Со второго выхода дешифратора на соединенный с ним второй вход определителя 59, предупредительного сигнала тревоги не поступит. Поступивший контрольный сигнал на первый вход определителя переключает счетчик 65 и триггер 68, так как на его втором входе со второго выхода дешифратора поступает логический ноль. Сформированная на выходе триггера логическая единица поступает на первый вход элемента ИЛИ 69, который сигналом логической единицы на выходе сбрасывает в исходное состояние счетчик 64 и удерживает сброс до момента, пока на втором выходе дешифратора не появится логическая единица В результате сброса счетчика 64, на первом входе и на выходе элемента И 67, будет присутствовать уровень логического нуля и устройство будет продолжать работать. При следующем переключении второго распределителя 55, с его четвертого выхода сигнал поступает через второй вход элемента ИЛИ 58 на вход R сброса, и распределитель возвращается в исходное состояние. С выхода его исходного состояния сигнал поступает на вход R сброса вычитающего счетчика 50 и возвращает его в исходное состояние. С этого момента алгоритм измерения и сравнения числа импульсов, следующих частотных последовательности, повторяется до заполнения заданного значения импульсами счетчика 56, при этом от предпоследнего цикла сравнения частотных последовательностей срабатывает индикатор 63, сигнализируя о работе извещателя. При заполнении счетчика 56 до заданного числа циклов сравнения, сигнал с его выхода поступает через первый вход элемента ИЛИ 57, на вход R сброса первого распределителя 54 и через третий вход определителя на входы сброса R счетчика 65 и через элемент ИЛИ 69 - счетчика 64. С выхода исходного состояния распределителя 54 сигнал поступает на входы сброса R счетчиков 48, 56 и через элемент ИЛИ 58 на вход сброса второго распределителя 55, который сигналом на выходе исходного состояния сбрасывает вычитающий счетчик 58. С этого момента извещатель возвращается в исходное состояние, циклы сравнения частотных последователей завершаются, и устройство адаптируется к новым условиям окружающей среды, путем повторного цикла сравнений частотных последовательностей.
Если разность чисел суммирующего и вычитающего счетчиков при сравнении частотных последовательностей выходит за пределы числа установленного порога чувствительности, тогда на выходах дешифратора 51 сформируется предупредительный сигнал о нарушении. Это может быть в случаях приближения нарушителя к емкостному чувствительному элементу, при записи сигнала помехи, или при частичном или полном обрыве чувствительного элемента. Введенные в устройство дополнительные исполнительные устройства позволяют распознать причины их появления.
Если при сравнении чисел импульсов суммирующего и вычитающего счетчиков, при контрольном сигнале, на выходах дешифратора появятся два логических нуля, то это соответствует тому, что в вычитающий счетчик поступило большее число импульсов, чем зафиксировано в суммирующем счетчике и сработает исполнительное устройство 61 - «саботаж». Это означает, что емкость чувствительного элемента уменьшилась, а частота генератора 44 частотной последовательности увеличилась. Это возможно только при отключении части или всего ЧЭ. В обоих случаях, с выхода исполнительного устройства 61 сигнал поступит на первый вход устройства сопряжения 31 и запишется в элемент памяти блока 30. Устройство 61, при частичном отключении ЧЭ, на время сравнения частотных последовательностей, будет выдавать прерывистым сигналам извещение о «саботаже». При полном отключении ЧЭ частота генератора станет запредельной и суммирующий счетчик своим последним выходом заблокируется через вход V запрета счета и выдаст сигнал извещения на индикатор 62, который будет сигнализировать, пока не будет подключен ЧЭ. Этот сигнал при необходимости можно вывести через устройство сопряжения 31 в блок памяти 30 для передаче его на ПУ.
Если при контрольном сигнале в первом цикле сравнения чисел на втором выходе дешифратора появится сигнал логической единицы, означающий о появлении предупредительного сигнала о тревоге, тогда на инверсном выходе элемента ИЛИ-НЕ 52 будет логический ноль, исключающий работу исполнительного устройства 61, а логическая единица с второго выхода дешифратора поступит на второй вход определителя 59.
Задача определителя распознать, на основании каких причин сформировался этот сигнал, от помехи при записи, или от нарушителя. Если помеха присутствовала при формировании эталонного числа, тогда при двух последовательных сравнениях на выходе дешифратора не должно быть повторяющейся логической единицы, так как сигнал случайной помехи не может быть величиной с одинаковыми параметрами в разных промежутках времени. В этом случае, определитель формирует сигнал сброса всего устройства для повторного сравнения чисел частотных последовательностей. Это происходит следующим образом. Логическая единица со второго выхода дешифратора поступает через второй вход определителя на объединенные вторые входы элемента И 66 и триггера 68 и переключает выход триггера с логической единицы на логический ноль. На входах элемента ИЛИ 69 появятся два логических нуля, что формирует на его выходе также логический ноль и защищает счетчик 64 от сброса. Две логические единицы, поступившие одновременно по первому и по второму входам определителя на входы элемента И 66 формируют на его выходе сигнал, который поступает на вход V счетчика 64 и переключает его в первое положение. Поступивший сигнал по первому входу определителя на вход V счетчика 65, также переключает его в первое положение, и тогда на входах элемента И 67 и на его выходе появляются логические единицы. Логическая единица с выхода элемента И 67 через второй вход элемента ИЛИ 57 поступает на входы сброса первого распределителя 54, что приводит к возврату всего устройства в исходное состояние выше описанным образом. После сброса начинается повторный цикл работы. Если во время второго цикла работы, при контрольном сигнале, на втором выходе дешифратора 52 не появится логическая единица, то это будет означать, что в предыдущем цикле была помеха. Устройство будет продолжать работу без сигнала тревоги.
Если при последующих сравнениях чисел импульсов частотных последовательностей, каждый раз при контрольном сигнале, на втором выходе дешифратора будет появляться логическая единица, то это будет означать, что емкость ЧЭ увеличилась, число принятых импульсов вычитающим счетчиком уменьшилось, и разность сравниваемых чисел частотных последовательностей превышает заданный порог чувствительности. Это возможно в случае приближения нарушителя к ЧЭ. В этом случае повторным поступлением контрольного сигнала на счетный вход V счетчика 65, счетчик переключится во второе положение и встанет на самоблокировку до поступления сигнала на его вход сброса. Поступающий сигнал логической единицы, от дешифратора на второй вход триггера, опережает поступление контрольного сигнала на его первый вход и запаздывает на отключение, которое происходит от сброса второго распределителя 55, что не позволяет сбрасывать счетчик 64 в исходное состояние. Поступающие сигналы (логические единицы) на входы элемента И 66, его выходными импульсами переключает счетчик 64 до выхода заданного подсчета сигналов нарушения, сигналом которого счетчик устанавливается на самоблокировку и выдает сигнал тревожного извещения на вход исполнительного устройства 60 и на второй вход устройства сопряжения 29 и записывается в блоке памяти 30.
Если нарушитель предпримет попытку проникнуть через заграждение, то он разорвет провод, тогда за сигналом «тревога» последует сигнал «саботаж», так как при разрыве ЧЭ емкость его изменится сначала на увеличение (при соприкосновении с проводом), затем на уменьшение (при обрыве). При обрыве чувствительного провода первого яруса, подключенного последовательно через конденсатор 74 к выходу сеточного полотна второго яруса, происходит обрыв основной емкости ЧЭ от второго входа блока 43, что значительно уменьшает емкость ЧЭ и вызывает срабатывание исполнительного устройства 61.
Если в периоде формировании сигнала тревоги, при контрольном сигнале, на втором выходе дешифратора хотя бы один раз появится сигнал логического нуля, то счетчик 64 будет возвращен в исходное состояние, так как триггер 68 переключится контрольным сигналом и выдаст сигнал логической единицы через элемент ИЛИ 69 на его вход R сброса. Сигнала тревоги не будет, и поступающие предупредительные сигналы о нарушении были следствием помех. Таким образом, извещатель выдает тревогу на приближение нарушителя к ЧЭ сигнализационного заграждения и в случае обрыва ЧЭ почти одновременно выдаст сигнал «саботаж». Такой вид извещения с высокой степенью достоверности будет соответствовать о нарушении заграждения. Если сигнал саботажа получен без сигнала тревоги, то это соответствует наличию высокого уровня радиопомехи. Некачественное соединение ЧЭ может привести к ложным извещениям, чтобы избежать это, необходимо стыковочные узлы ЧЭ пропаивать или сваривать.
Целостность ЧЭ и нормальная работа извещателя проверяются самоконтролем (самотестированием), по истечению заданного времени (циклов) работы. Формирователь 70, по истечению заданного времени включит на время проверки триггер 71 и он выдаст сигнал через элемент ИЛИ 76 на срабатывание исполнительных устройств 60, 72 и 73. Если к выходу исполнительного устройства 60 была подключена местная сигнализация, то она будет отключена. Исполнительное устройство 73 подключит конденсатор 75 к заземленному проводу. Так как второй вывод конденсатора соединен со вторым входом блока 43, к которому подключен выход чувствительного элемент из провода, соединенного входом через конденсатор 74 с выходом чувствительного элемента из сетки, то таким соединением увеличивается общая емкость ЧЭ. Увеличение емкости ЧЭ, приводит к формированию сигнала тревожного извещения, выше описанным способом. Однако при переключении счетчика 64 с его второго выхода сигнал поступит через включенное исполнительное устройство 72 в третий вход устройства сопряжения 29 и в блок памяти 30, для передачи сообщения о том, что передаваемый сигнал тревоги есть сигнал проверки работы извещателя. При необходимости тестирование можно проводить и при помощи оператора с ПУ, подачей команды на исполнительное устройство 18. Порядок подачи команд с ПУ описан ниже. При необходимости, формирователь 70 может выдавать тестирование не по времени, а через определенное количество циклов сравнения, для этого достаточно его вход соединить с выходом счетчика 56, показано на схеме пунктирной линией.
При снежном заносе проводов ЧЭ, диэлектрическая проницаемость увеличивается, увеличивается и емкость ЧЭ, однако вследствие того, что это происходит с меньшей скоростью, чем скорость перезаписи циклов сравнения частотных последовательностей (время адаптации к окружающей среде) тревожных сигналов не формируется. Последовательное подключение конденсатора 74, между сеточным и проводным ЧЭ, обеспечивает работу извещателя при утечки тока ЧЭ проводов до полного их замыкания с заземленным проводом. При снежных заносах нарушителю заграждения еще труднее проникнуть через заграждение, так как его тело становится ближе к сеточному ЧЭ, что повышает его чувствительность. Преодолеть заграждение через малые опоры без сигнала тревоги нарушитель не может, так как они охраняются ЧЭ сетки и проводами над сеткой. Попытка преодолеть заграждение через высокую опору могла быть только при помощи лестницы. Для предотвращения такого нарушения вдоль верхних частей больших опор установлены дополнительные контактно натяжные емкостные ЧЭ 92 на изоляторе 93 и опорном сеточном изолятре 80. При наклоне лестницы на опору пружинящий козырек 94 прогибается и ЧЭ 92, не обрываясь, касается козырьков 87 изоляторов опоры, и вызывает срабатывание извещателя 28.
Для управления исполнительными устройствами, например для включения освещения, видеокамеры или для проверки исправности датчиков, выполняются следующие операции. На ПУ при помощи клавиатуры вводят в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) процессорного устройства номер КП и номера исполнительных устройств, которые нужно включить и выключить. Если команды нужно отправить сразу, то после набора команд, нажимается клавиша «ввод», для отправки команд. Если команды необходимо отправить в заданное время, необходимо дополнительно при помощи клавиатуры установить время отправления команд. Все операции контролируются при помощи дисплея процессорного устройства или монитора компьютера. Если команды отправляются сразу, то после нажатия клавиши «ввод» с процессорного устройства сначала подается команда на устройство управления 6 для отключения ключами 7, 14 ЛС, с обесточиванием которой отключаются все КП. После этого, ключом 7 подключается ЛС и сразу же на ПУ начинает поступать ответная информация со всех извещателей и датчиков из КП в последовательности их подключения. Прием информации, описанный выше, отслеживается процессором. С поступлением информации из КП, номер которого введен в ОЗУ процессорного устройства, процессор выдает сигналы на модулятор 13 и из него начинают поступать модулированные сигналы по ЛС только в тот блок, из которого пришла информация, так как другие блоки отключены от ЛС.Модулированные сигналы управления отличаются признаками от сигналов передачи информации из КП. Приемник 20 на КП принимает их, и подает сигнал на первый вход схемы управления 33, которая своим первым выходом приостанавливает формирование частотно - временных сигналов формирователя 32, прерывая передачу сообщения, и переключает счетчик 34 на самоблокировку. Сигнал блокировки разрешает счетчику 35 принимать дискретные сигналы из приемника 20 и через элемент ИЛИ-НЕ 27 отключает передатчик 19. С этого момента формирователь 32, вторым выходом выдает на вход разрешения демультиплексора 36 по второму входу схемы управления 33 сигналы с временными признаками, соответствующие временным признакам поступающих сигналов управления. При этом, для переключения счетчика 35 поступают временные признаки меньшей длительности. С получением признака сигнала большей длительности одновременно переключается счетчик 35 и с формирователя 32 на вход разрешения V демультиплексора 36 приходит сигнал, разрешающий в данном адресе коммутировать питание шины 25 с исполнительным устройством соответствующего адреса. Таким образом, выборочное подключение исполнительных устройств 18 и 40, происходит в соответствии с принимаемыми сигналами с ПУ. С получением последней команды управления, с последнего выхода демультиплексора подается сигнал на второй вход 38 блока сброса, который сигналом сброса возвращает в исходное положение формирователь 32 и схему управления 33, которая вторым выходом через элемент ИЛИ-НЕ 27 включает передатчик 19. Передатчик передает содержащую информацию в блоке памяти 30 в виде сформированных формирователем 32 частотных признаков через линейный узел 26 по ЛС на ПУ. В конце передачи третьим выходом, сбрасывает блок памяти в исходное состояние и через второй вход схемы управления 23 отключает ключ 22, который обесточивает приемную и передающую части телемеханических средств. Коммутатором 21, ЛС, подключается к следующему КП. Далее происходит циклическая работа по кольцевой структуре ТМС.
Если передача команд будет производиться по заданному времени, то, как только в процессорном устройстве подойдет текущее время, при котором начнет поступать информация из КП, в который необходимо отправить команды, так процессор сразу же начнет передачу команд записанных в ОЗУ процессора. Процесс передачи и прием команд описан выше. Передачу команд с ПУ на КП можно осуществлять не в полном объеме, но если не передать последней команды, связанной с возвратом схемы управления 33 в исходное состояние, тогда из КП будет получена информация только при опросе. Передача команд с ПУ в КП может осуществляться временными признаками сигналов, с любой формой их наполнения, например, радиоимпульсами, фазовыми импульсами, амплитудными и т.д. Задача приемника 20 преобразовать полученные сигналы в видеоимпульсы, с соответствующими временными признаками.
В случае обрыва ЛС, схема управления 6 не получает в установленное время информации из КП и формирует сигнал реверса, который подается в процессорное устройство 11, для принятия информации в реверсном режиме опроса КП и переключает при помощи ключей 7, 14 ЛС для опроса КП в обратном направлении. Система начинает работать как с двумя фланговыми ЛС. Процессор фиксирует КП из которого не получена информация и выдает об этом сигналы на средства сигнализации и средства наблюдения. Тоже происходит и при коротком замыкании в ЛС, и при умышленном блокировании ЛС емкостью конденсатора, с целью блокировки переменной составляющей информационных сигналов. Поскольку перед передачей информации каждый КП отключен от ЛС, то короткое замыкание действует только на его участке опроса. Все КП до участка нарушения ЛС передают информацию установленным порядком. При подключении участка ЛС в котором короткое замыкание, или блокирующий конденсатор, то ответа из КП аппаратура не получает и происходит работа аппаратуры как при обрыве ЛС. Таким образом, кольцевая структура ТМС позволяет получить информацию при неисправности ЛС на любом участке, не теряя получения информации из всех контролируемых пунктов. Прием и передача информации на большие расстояния обеспечивается малым потреблением электрической энергии аппаратурой телемеханики КП, подключаемой выборочно к ЛС только в периоде обмена информации между одним КП и ПУ, т.е. обеспечивается в режиме двухсторонней связи. Отключенные остальные КП не нагружают ЛС.
Важным качеством системы является автоматическая установка адреса КП и всех датчиков, извещателей и исполнительных устройств, что значительно упрощает эксплуатацию. Все одноименные блоки КП взаимозаменяемые, достаточно иметь один из них, чтобы заменить неисправный в любом КП, не беспокоясь об его адресации. При замене блока на ПУ будет информация сначала об обрыве ЛС, затем информация о сработанных всех датчиках и извещателей с указанием номера КП в котором заменен блок. Поэтому заменить несанкционированно любой блок на КП невозможно. После замены блок адресуется автоматически.
Источники информации
1. Иванов И.В. Охрана периметров, М.: Паритет Граф, 2000 г.
Патенты:
2. В.И. Яцков и Л.П. Яцкова. RU 2010338 C1 G08C 15/08. Прототип ТМС.
3. В.И. Яцков. RU 2379759 С2, G08В 13/26 (2006/01).
4. В.И. Яцков. RU 2437156 C1, G08В 13/26 (2006/01). Прототип извещателя.
5. Патенты: RU №2281558 С2, МПК G08B 13/ 26, 12.07.2004. RU №2277263 С1, МПК G08B 13/26, 19.10.2004. RU №2025781 C1, G08B 13/26, RU №2126173, МПК G08B 13/26 RU №2012925, МПК G08B 13/26, 10.06.1991. Авторские свидетельства СССР: №372571, МКИ G08B 13/26, 1969; №1299353 A1, G08 13/26, 07.01.85.