СИСТЕМА СВЯЗИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ ПО ЛИНИЯМ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к области передачи информации по линиям электропередач всех классов напряжений. Может быть использована, при организации ведомственных каналов диспетчерского и технологического управления в энергосистемах.
Предпосылкой создания заявляемой полезной модели является существующая проблема организации передачи данных между технологическими станциями, обслуживающими, например, магистральные трубопроводы (газопроводы, нефтепроводы, нефтепродуктопроводы). В настоящее время основными способами сбора данных с технологических станций являются: аренда каналов существующих операторов связи; личное посещение обслуживающего персонала (в труднодоступных местах посредством, например, вертолета); строительство среды передачи (например, прокладка кабеля). Основным недостатком известных систем является большое количество затрат на получение телемеханической информации с технологических станций. Для решения этой проблемы заявителями предложено использовать в качестве каналов передачи данных уже существующую среду передачи, которой являются существующие линии электропередачи, сопровождающие объекты, которыми являются, например, магистральные трубопроводы.
Известна система связи и телемеханики по линиям электропередачи, принятая за прототип, включающая две станции, каждая из которых содержит устройство управления, взаимосвязанное с преобразователем напряжения, блок фильтров, взаимосвязанный с интерфейсными окончаниями, усилитель мощности (патент RU 120529, з. 11.03.2010, оп. 20.10.2010).
Недостатком известной системы является невозможность организации цепочечной, радиальной системы связи, объединяющей большое количество станций, отсутствие полного перечня интерфейсов.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является снижение затрат на организацию связи и получение телемеханической информации с технологических станций, расширение функциональных возможностей известной системы связи и телемеханики, организация цепочечной, радиальной системы связи и телемеханики по линиям электропередачи, объединяющей большое количество станций, преимущественно от 2 до 12.
Для решения поставленной задачи, заявляемая система связи и телемеханики по линиям электропередачи, включающая станции, каждая из которых содержит устройство управления, взаимосвязанное с преобразователем напряжения, блок фильтров, взаимосвязанный с блоками интерфейсных окончаний посредством усилителя мощности, согласно полезной модели, включает станции в количестве от двух до двенадцати, блок мультиплексора, взаимосвязанный с блоками интерфейсных окончаний, которые выполнены в количестве от одного до семи, с возможностью формирования каждым блоком интерфейсных окончаний от 1 до 4 каналов тональной частоты, при этом устройство управления выполнено в виде внешнего устройства.
Снабжение станции блоком мультиплексора позволяет объединять цифровые данные от периферийных станций в один цифровой поток на головной станции.
Выполнение блоков интерфейсных окончаний в количестве от одного до семи, с возможностью формирования каждым интерфейсным окончанием от 1 до 4 каналов тональной частоты позволяет расширить перечень интерфейсов на периферийных станциях.
Выполнение устройства управления в виде внешнего устройства позволяет расширить перечень интерфейсов, организовать дополнительные интерфейсы пользователя RS232, RS422, RS485, Ethernet.
Система связи и телемеханики по линиям электропередачи включает станции в количестве от двух до двенадцати, при этом одна станция является головной, остальные - периферийными. Каждая станция содержит блок фильтров, преобразователь напряжения, усилитель мощности, блоки интерфейсных окончаний в количестве от одного до семи, блок мультиплексора, устройство управления, выполненное в виде внешнего устройства.
Блок фильтров выполнен с возможностью работы на любой полосе частот и любой несущей частоте.
Каждый блок интерфейсных окончаний выполнен с возможностью формирования от 1 до 4 каналов тональной частоты. Каждый блок интерфейсных окончаний содержит:
- интерфейсы пользователя RS232, RS422, RS485,
- аналоговые выходы стыка по токовой петле 0-5/4-20 мА;
- платы телефонии, для сопряжения с двухпроводными линиями связи;
- устройства сопряжения с четырехпроводными линиями связи;
- модемы FSK, OOK, QAM и OFDM модуляции.
Преобразователь напряжения предназначен для преобразования сети переменного тока 220 В 50 Гц, переменного тока 230 В 50 Гц, переменного тока HOB 60 Гц, постоянного тока стандартного ряда 36 В, 48 В HOB, 220 В, любого напряжения питания постоянного тока в диапазоне от 36 до 350 В в напряжение 48 В.
Усилитель мощности состоит из двух одинаковых, взаимозаменяемых блоков. Схема усилителя мощности построена на операционном усилителе, транзисторном каскаде, работающем по классу B, питание усилителя - плавающее.
Каждая станция оснащена системой резервирования канала передачи данных по GSM модему и системой сопряжения со стандартными цифровыми потоками E0, E1.
Блок мультиплексора содержит устройство сопряжения с персональным компьютером по интерфейсам RS232, RS485, Ethernet, устройство сопряжения с интерфейсами E0 и E1, устройство объединения цифровых потоков модемов интерфейсных окончаний (мультиплексор). Блок мультиплексора обеспечивает возможность объединения цифровых данных со всех интерфейсных окончаний и получить один цифровой поток со скоростью до 256 кБит/сек. Блок мультиплексора обеспечивает возможность подключения персонального компьютера для управления и диагностики, а также подключить систему связи и телемеханики по линиям электропередачи к сети Ethernet для диагностики и передачи данных.
Устройство управления выполнено в виде внешнего устройства с креплением на DIN-рейку. Устройство управления по цепи питания подключено к преобразователю напряжения, для получения питания. Данное питание используется также и для питания всей аппаратуры и рассчитано на круглосуточный режим работы. Устройство управления по цифровой шине подключено к блоку мультиплексора витой парой по которой передаются цифровые данные, позволяющие получить дополнительный набор интерфейсов пользователя - RS232, RS485, Ethernet. Устройство управления имеет устройство индикации, выполненное в виде жидкокристаллического дисплея отображения информации, и кнопочную клавиатуру, позволяющую управлять станциями системы без внешнего ПК. При снабжении заявляемой системы персональным компьютером, на него устанавливают специальное программное обеспечение.
Устройство управления обеспечивает возможность диагностики и управления системой связи и телемеханики по линиям электропередачи в круглосуточном режиме.
Все блоки заявляемой системы выполнены в евроконструктиве 19″, высотой 6U и 3U, а также с креплением на DIN-рейку.
Заявляемая система использует среду передачи - ВЧ тракт в составе линий электропередач всех классов напряжений.
Заявляемая система обеспечивает прием и передачу сигналов, как с частотной, так и с временной системой уплотнения. Возможен совместный одновременный режим использования частотной и временной системой уплотнения.
Скорость передачи цифровых данный в одном интерфейсном окончании - до 64 кБит/сек.
Система связи и телемеханики по линиям электропередачи оснащена системой оцифровывания, сжатия и шифрования речи.
Номинальные полосы частот приема и передачи заявляемой системы выбирают в пределах диапазона частот от 16 до 1000 кГц.
Номинальная ширина полосы частот для одного направления приема и передачи от 4 кГц до 84 кГц с шагом 1 кГц. Предусмотрена инверсия спектра.
Число аналоговых каналов телефонии с частотным диапазоном 0,3-3,4 кГц от одного до двадцати восьми.
Общая номинальная полоса частот распределяется программным путем между каналами, предающими информацию в режимах частотного и временного распределения сигналов.
Систему связи и телемеханики по линиям электропередачи изготавливают с разнесенным и смежным расположением полос пропускания направлений приема и передачи.
Разнос частот между краями полос направлений приема и передачи при разнесенном расположении полос соответствует международному стандарту.
Подключение другой системы связи и телемеханики по линиям электропередачи возможно при разнесенном расположении частот к полосе передачи не ближе, чем на полосу одного канала умноженного на число каналов, но не менее полосы двух каналов, а к полосе приема не ближе, чем на полосу двух каналов.
Заявляемая система обеспечивает в аналоговом режиме организацию стандартных или комбинированных телефонных каналов для передачи речевой информации в полосе от 0,3 до 2,1-3,4 кГц с двух- и четырехпроводными окончаниями.
Стандартный телефонный канал - четырехпроводной, с эффективно передаваемой полосой частот от 0,3 до 3,4 кГц с уровнями в направлении передачи минус 13,0 дБ, в направлении приема плюс 4,3 дБ с регулировкой уровней в пределах ±6 дБ от номинального значения с шагом 0,1 дБ.
Комбинированный канал - четырехпроводный, разделенный на полосы от 0,3 до 2,1-3,4 кГц для организации ТФ канала и от 2,1 до 3,7 кГц для каналов телемеханики.
При номинальной полосе частот 8 кГц производится разделение на две полосы по 4 кГц с разделением каждой полосы 4 кГц аналогично выше описанному или на три полосы по 8/3 кГц с размещением в каждой из полос телефонной сигнализации и канала речи от 0,3 до 2,4 кГц.
Каждая станция имеет встроенные платы телефонии с двухпроводными окончаниями, работающие по протоколам удаленного абонента, аппаратуры дальней автоматической связи энергосистем.
Встроенные FSK И OOK модемы со скоростями от 100 до 1200 бит/сек в надтональном диапазоне канала тональной частоты от 2,56 до 3,7 кГц, 1200 и 2400 бит/с в тональном диапазоне канала тональной частоты от 0,3 до 2,4 кГц и от 0,3 до 3,4 кГц соответственно.
Параметры входных и выходных импульсов по стыку RS232 -стандартный двухуровневый сигнал. Предусмотрена возможность переключения на стыки RS422/RS485.
Предусмотрена возможность подключения аналоговых входов/выходов внешних асинхронных модемов со скоростью от 100 до 2400 бит/сек.
Заявляемая система в цифровом режиме работы имеет возможность организации цифрового канала передачи данных с помощью встроенного QAM и OFDM модема в каждом блоке интерфейсных окончаний со скоростью до 28,8 кбит/сек в полосе частот 4 кГц.
Заявляемая система в цифровом режиме работы имеет возможность адаптации скорости цифрового канала передачи данных от встроенного QAM и OFDM модема в каждом блоке интерфейсных окончаний под параметры высокочастотного тракта.
Заявляемая система имеет возможность изменения и оптимизирования несущей частоты QAM модема в каждом блоке интерфейсных окончаний.
Заявляемая система имеет возможность организации стыка с внешними контроллерами телемеханики с токами 0-5 мА и 4-20 мА в каждом блоке интерфейсных окончаний.
Заявляемая система имеет возможность интеграции в систему автоматического управления технологическими процессами.
Заявляемая система имеет возможность организации передачи контрольной частоты на несущей частоте, что позволяет ее стыковать с подобной аппаратурой.
Управление всеми режимами, контроль и диагностика состояния системы связи и телемеханики осуществляют, при помощи внешнего устройства управления, или программы управления и внешнего персонального компьютера по специальной программе, поставляемой к заявляемой системе.
Заявляемая система имеет технологическую связь контроля и управления между станциями, которая осуществляется по модему на основе контрольной частоты каждого канала тональной частоты.
Заявляемая система имеет встроенную защиту всех внешних сигналов от вредных электромагнитных воздействий.
Система связи и телемеханики по линиям электропередачи работает следующим образом.
Внешние сигналы подаются на разъемы блоков интерфейсных окончаний с соответствующими названиями - четырехпроводное окончание, двухпроводное окончание, телемеханика, передача данных. Далее все эти сигналы внутри блоков подвергаются цифровой обработке, осуществляется их перенос на нужные рабочие частоты, для этого в блоке предусмотрены платы телефонии, платы цифрой обработки сигналов, аналогово-цифровые преобразователи. Наличие большого количества таких блоков в одной станции (до семи) позволяет значительно увеличить возможное количество таких подключений, а также позволяет, при заказе потребителя с малым количеством интерфейсов, устанавливать только их необходимое количество, что снижает стоимость системы связи и телемеханики по линиям электропередачи при реализации такого заказа. Все блоки системы устанавливаются для объединения сигналов в кросс-плату, закрепленную в каркасе евроконструктива. Далее сигнал по общему проводу от всех, установленных блоков интерфейсных окончаний поступает на вход усилителя мощности, где усиливается до нужной величины для обеспечения параметров системы связи и телемеханики по линиям электропередачи. Усилитель мощности имеет нормированное выходное сопротивление, для оптимальной работы блока фильтров. Блок фильтров принимает сигнал с усилителя мощности. Частоты и полоса настройки фильтра имеет значение, указанные в заказе на систему связи и телемеханики по линиям электропередачи. Основное назначение данного блока - это обеспечить параллельную и одновременную работу нескольких станций на одном высокочастотном тракте. Подключение этого тракта производится к разъему блока 75/150 Ом. Блок имеет возможность, в силу конструктивных особенностей, настраиваться на любые полосы и несущие частоты, необходимые для организации любых высокочастотных трактов без замены в нем радиоэлементов.
Приемный сигнал поступает с высокочастотного тракта на этот же разъем и далее с блока фильтров, его приемной части, по цепи кросс-платы ВЧ прием распределяется на все подключенные блоки интерфейсных окончаний. Далее происходят все обратные преобразования с помощью плат цифровой обработки сигналов, плат телефонии, цифро-аналоговых преобразователей.
В блоке интерфейсных окончаний установлены аналогово-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи низкоскоростного и высокоскоростного типов, что позволяет снизить стоимость оборудования без потерь функциональных качеств.
При установке нескольких блоков интерфейсных окончаний включается режим мультиплексирования данных, при котором все цифровые данные по шине TDM на кросс-плате направляются на блок мультиплексора, где они объединяются в один цифровой поток и выводятся на нужный разъем - RS232, RS485, Ethernet. Наличие блока фильтров с определенным набором характеристик позволяет осуществлять цепочечную, радиальную схему построения высокочастотного тракта, в котором используется до двенадцати станций одновременно. По шине RS485 внутренней кросс-платы объединяются все блоки станции для их контроля и управления. Служебный телефон используется при проведении пуско-наладочных работ системы связи и телемеханики по линиям электропередачи.
Заявляемая система позволяет значительно снизить затраты на организацию связи и получение телемеханической информации с технологических станций, расширить функциональные возможностей известной системы, позволяет организовать цепочечную, радиальную систему связи и телемеханики по линиям электропередачи, объединяющую большое количество станций, преимущественно от 2 до 12.