КОНТРОЛЛЕР АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ КАНАЛА СВЯЗИ ТЕЛЕМЕХАНИКИ ТОНАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ

Полезная модель относится к системам связи и телекоммуникации при эксплуатации в системах телемеханики, и может быть использована для автоматизации процесса переключения канала линейной телемеханики (ЛТМ) в пункте контроля и управления (ПКУ) магистрального нефтепровода.
В настоящее время ОАО «СВЯЗЬТРАНСНЕФТЬ» широко проводятся работы по техническому перевооружению средств связи на современные, работающие по каналу связи пакетной коммутации Ethernet. Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в настоящее время, оценивается в несколько миллионов. Использование данной технологии на базе волоконно-оптических линий связи в будущем снимет все ограничения, которые накладываются аналоговыми интерфейсами в плане организации резервирования (схема резерва будет работать по автоматическому перетеканию) протокола.
Однако на сегодняшний день необходимо переоборудовать очень большое количество ПКУ, которые работают по протоколу МЭК-870 и в качестве среды передачи используют 4-х проводной канал тональной частоты. Протокол МЭК 870 используется в устройствах телемеханики для контроля и управления территориально распределенными процессами при предъявлении жестких требований к достоверности и эффективности передачи данных. Для передачи данных используется асинхронный способ в дуплексном или полудуплексном режиме.
Известно большое количество технических решений, обеспечивающих автоматическое резервирование каналов связи в том числе как по аналоговым, так и цифровым каналам связи (WO, 94/05108); (RU, 24200012); (JP, 20011109505); (RU, 2380851); (RU, 70432, U1).
Все эти устройства имеют сложную конструкцию и, следовательно, высокую стоимость.
Для автоматической коммутации (в отличие от ручной и полуавтоматической) известно использование в качестве контроллера блоков резервирования. Примером применения автоматической коммутации за счет использования в блоках резервирования разветвителей и сумматоров сигналов может служить использование аппаратуры селекторной связи БР-4402 (или БР-6102 и т.п.) производства НП ЗАО «РЭКО-ВЕК» ().
Например, блок распределения БР-4402 используется в качестве разветвителя сигналов от контроллера ПКУ для одновременной передачи по основному и резервному каналам тональной частоты. В зависимости от количества контроллеров ПКУ выбирается конкретный тип блока распределения с необходимым количеством портов. Устанавливается он на конечных узлах связи для передачи сигналов от нескольких контроллеров ПКУ. Блоки распределения имеют следующие функциональные возможности:
- распределение/суммирование сигнала точка-многоточка с согласованием входного сопротивления линий;
- регулировка входного уровня по каналу тональной частоты (ТЧ);
- регулировка фильтра шумоподавителя по каналу ТЧ (БР-6102).
Недостатки использования данной схемы включения, определяющие надежность ее работы:
- отсутствие возможности автоматического управления резервированием в случае пропадания основного канала связи;
- влияние помехи, в случае ее появления по основному каналу связи, которая через БР-4402 в ПКУ будет вносить искажения в работу канала ЛТМ.
Наиболее близким является контроллер автоматического резервирования канала связи телемеханики тональной частоты, содержащий реле, выполненное с возможностью перевода его контактов с основного канала связи на резервный канал. (Контроллер канала связи с модемом ТЧ типа СМ216Е производства ОАО «ЮГ-СИСТЕМА плюс». . ги/).
Контроллер устанавливается с обоих сторон организованных основного и резервного каналов связи. Возможности данного контроллера позволяют организовать функции коммутатора. Кроме того, имеется возможность организовать передачу аварийного сигнала на пару холодных контактов, а также сигнала управления по цифровому каналу RS-232 или RS485. Основные функциональные возможности СМ216Е и его технические характеристики:
- анализ контрольной несущей сигнала ЛТМ; о коммутация резервного канала на удаленной стороне;
- генерация сигнала на выводы холодных контактов;
- управление и мониторинг устройством посредством цифрового канала;
- измерение уровня сигнала ЛТМ на абонентской стороне.
В контроллере СМ216Е используются цифровые методы обработки сигналов для анализа пропадания сигнала по каналу ТЧ, и автоматическая выработка управляющего сигнала на переключение трассы прохождения сигнала с основного канала на резервный.
В контроллере СМ216Е в качестве основного элемента управляющего устройства используется процессор (CPU С 165), на корректную работу которого влияют следующие факторы:
- наличие гарантированного электропитания;
- корректность работы программного обеспечения;
- физическая исправность процессора, обусловленная строгим соблюдением эксплуатационных параметров температурно-влажностного режима и т.п.
- необходимость организации дополнительного канала управления. Невыполнение данных требований может привести к неправильной работе (либо не функционированию в целом) всего устройства и, как следствие, отсутствие входного сигнала как по основному, так и по резервному каналу связи при наличии исправных систем передачи.
Несмотря на большие функциональные возможности, контроллер СМ216Е имеет следующие недостатки:
- необходимость формирования цифрового дистанционного канала управления, что вызывает необходимость задействовать дополнительные ресурсы сети передачи данных;
- контроллер требует настройки путем программирования, а сбои по электропитанию приводят к сбросу настроек и необходимости повторной его настройки;
- конструкция является сложной, имеет высокие требования к электропитанию, что приводит к увеличению стоимости.
Решаемая полезной моделью задача - улучшение надежности резервирования.
Технический результат, который получен при выполнении заявленной полезной модели - упрощение устройства, повышение надежности резервирования.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном контроллере автоматического резервирования канала связи телемеханики тональной частоты, содержащем реле, выполненное с возможностью перевода его контактов с основного канала связи на резервный канал, согласно заявленному устройству введен полосовой фильтр, средняя частота пропускания которого выбрана равной несущей тональной частоте сигнала, вход полосового фильтра подсоединен к основному каналу связи на прием, а его выход связан с входом реле, реле выполнено с замкнутыми контактами к основному каналу связи при наличии сигнала в основном канале связи и на выходе полосового фильтра и с возможностью перевода его контактов с основного канала связи на резервный канал при отсутствии сигнала на выходе полосового фильтра и/или отключении питания.
Возможен дополнительный вариант выполнения устройства, в котором целесообразно, чтобы была введена линия задержки, а выход полосового фильтра связан с входом реле через линию задержки.
Указанные преимущества полезной модели, а так же ее особенности поясняются с помощью лучшего варианта ее выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 изображает функциональную схему заявленного контроллера ЛТМ;
Фиг.2 - функциональную схему подключения контроллера ЛТМ, где РДП - означает районный диспетчерский пункт.
Контроллер 1 автоматического резервирования канала связи телемеханики тональной частоты (фиг.1) содержит реле 2, выполненное с возможностью перевода его контактов с основного канала 3 связи (показан сплошной линией) на резервный канал 4 (показан пунктирной линией). В устройство введен полосовой фильтр 5, средняя частота пропускания которого выбрана равной несущей тональной частоте сигнала. Вход полосового фильтра 5 подсоединен к основному каналу 3 связи на прием, а его выход связан с входом реле 2. Реле 2 выполнено с замкнутыми контактами к основному каналу 3 связи при наличии сигнала в основном канале 3 связи и на выходе полосового фильтра 5 и с возможностью перевода его контактов с основного канала 3 связи на резервный канал 4 при отсутствии сигнала на выходе полосового фильтра 5 и/или отключении питания контроллера.
Кроме того, может быть введена линия 6 задержки, а выход полосового фильтра 5 связан с входом реле 2 через линию задержки.
Функциональная схема (фиг.2) подключения заявленного контроллера полностью совпадает со схемой подключения контроллера ближайшего аналога (СМ216Е) за исключением того, что не требуется организации цифрового канала управления (т.е. дополнительного оборудования - терминала управления контроллером ЛТМ в узле связи (УС), так и дополнительного ресурса сети).
На фиг.2 показаны сервер 7 управления ЛТМ регионального (районного) диспетчерского пункта (РДП) и его модем 8; контроллер 1 узла связи (УС); контроллер 1 ПКУ, сервер 9 ПКУ и его модем 10. Работает контроллер 1 следующим образом (фиг.1).
Устройство имеет два канала: основной канал 3 и резервный канал 4. Сигнал основного канала (по приему) поступает для анализа на вход полосового фильтра 5 (узкополосного), настроенного на контрольную несущую частоту ЛТМ - 1300 Гц (для протокола МЭК-870). При наличии данной частоты на входе полосового фильтра 5 с его выхода поступает управляющий сигнал для включения реле 2. Таким образом, реле 2 замыкает контакты основного канала 3 связи при наличии сигнала в основном канале 3 связи и на выходе полосового фильтра 5. При отсутствии сигнала на выходе полосового фильтра 5 или пропадания электропитания контакты реле 2 выполнены нормально замкнутыми к резервному каналу 4. Поэтому в случае неполадок в оборудовании основного канала 3, пропадания сигнала ЛТМ по основному каналу 3 формируется сигнал на отключение полосового реле 2, и оно переходит в состояние с нормально замкнутыми контактами к резервному каналу 4. Аналогично работает контроллер, установленный на УС (фиг.2).
В качестве реле 2 могут использоваться те же реле, что и в аналогах.
Ввиду текущих условий работы ЛТМ по протоколу МЭК-870, контроллер настроен на частоту 1300 Гц. Колебательный контур полосового фильтра 5, отвечающий за анализ входного сигнала может быть перенастроен на другую частоту. В зависимости от требуемых условий, перед монтажом устройства оно может быть настроено и на другой сигнал, передаваемый по каналу тональной частоты.
Поскольку корректность работы устройства зависит от модулированного канала ЛТМ частотой 1300 Гц, то возможны перебои в работе колебательного контура полосового фильтра 5 в случае нестабильности модулирующей частоты. Если контрольный сигнал пропадает кратковременно, то линия 6 задержки (ЛЗ) по включению реле 2 коммутации играет роль защиты от ложных срабатываний. Если модулирующая частота пропадает на продолжительное время, устройство расценивает это как проблему с основным каналом 3 связи и переключается на резервный канал 4. При восстановлении сигнала по основному каналу 3 схема возвращается в исходное состояние.
Полезная модель обладает следующими преимуществами пред аналогами:
- простота в реализации;
- имеет в составе схему анализа состояния основного канала 3 связи;
- экономическая эффективность (низкая стоимость);
- минимальные требования к электроснабжению;
- отсутствие необходимости в постоянном присутствии обслуживающего персонала.
Основные технические характеристики:
- климатические условия эксплуатации:+10…+40°С при относительной влажности воздуха не более 75%;
- электропитание: 48В, 4Вт.
- частота полосового фильтра 5: 1300 ± 25 Гц при уровне -10 dB;
- нижний порог сигнала для перехода на резерв: -27 dB на частоте 1300 Гц;
- время задержки по срабатыванию реле: 1±0,5 сек;
- количество каналов ТЧ: 1 абонентская линия, 2 линии канала ЛТМ;
- количество пар холодных контактов: 1 (необязательно). Сопоставительный анализ аналогов с заявленным устройством приведен в таблице 1.
Таблица 1
Характеристика
БР-4402/БР-6102
СМ216Е
Заявленная ПМ
Функция
Распределение канала ТЧ по линии
+
-
-
Настройка каждого канала по направлению
+
-
-
Анализ контрольной частоты ЛТМ
-
+
+
Необходима
Коммутация резервного канала в случае аварии
-
+
+
Необходима
Коммутацияхолодныхконтактов
-
+
-
Нетнеобходимости
Программное управление и мониторинг
-
+
-
Нетнеобходимости
Измерение уровня сигнала ЛТМ
-
+
-
Нетнеобходимости
Потребляемая мощность
3 Вт
2 Вт
4 Вт
Стоимость комплекта
33 т.р./83 т.р.
31 т.р.
~1000 р.
Наиболее успешно заявленный контроллер автоматического резервирования канала связи телемеханики тональной частоты промышленно применим для автоматизации процесса переключения канала линейной телемеханики (ЛТМ) в пункте контроля и управления (ПКУ).