устройство передачи информации по линиям наружного освещения

Формула изобретения

Устройство для передачи информации по линиям наружного освещения, содержащее линию связи, модемы, выходы которых подключены к первичным обмоткам согласующих трансформаторов, первые выводы вторичных обмоток трансформаторов заземлены и связаны через нулевой провод, а вторые выводы через конденсаторы связи подключены к линии связи, роль которой выполняет один из фазных проводов линии наружного освещения, отличающееся тем, что сосредоточенные и распределенные реактивности цепи как со стороны передачи, так и со стороны приема данных, состоящей из заземленной вторичной обмотки трансформатора, конденсатора связи, выполненного с возможностью подстройки, провода подключения конденсатора к одному из фазных проводов линии наружного освещения, отрезка выбранного фазного провода до точки подключения светильника с входящими в него реактивностями, электрически подключенными между выбранным фазным проводом и заземленной нейтралью, собственно нулевым проводом линии наружного освещения, образуют составной резонансный контур на частоте максимально приближенной к частоте приема и передачи информации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в системе передачи информации по зашумленным линиям наружного освещения.

Известны устройства для передачи информации токами высокой частоты по сетям электропитания, в состав которых входят передатчик, приемник и линия связи. Общим недостатком таких устройств является затруднительное обеспечение устойчивой связи на расстояния более 300 м в условиях воздействия собственных и индустриальных помех в линии наружного освещения.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является устройство передачи информации по патенту №2221333, кл. Н04В 3/54, выбранное в качестве прототипа. Устройство содержит передатчик, приемник, конденсаторы связи и согласующие трансформаторы, соединенные линией связи, роль которой выполняет высоковольтный кабель. Линия связи, выполненная на базе высоковольтного кабеля, отличается малым уровнем помех и не имеет дополнительных нагрузок.

Недостатком данного устройства является то, что при использовании его для связи в линиях наружного освещения с дополнительными нагрузками затруднительно обеспечить устойчивую связь на расстояние свыше трехсот метров вследствие высокого уровня помех, затухания сигналов при нормированной мощности передатчика модема и с заданной чувствительностью приемника модема.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение двухсторонней связи при устойчивом приеме и высоком качестве передачи информации по линиям наружного освещения при наличии помех на расстояния до 1000 и более метров при нормированной мощности передатчика модема и с заданной чувствительностью приемника модема.

Линии наружного освещения представляют собой разветвленную воздушную или кабельную сеть с подключенными через определенное расстояние светильниками и пунктами подключения сети к трансформаторным подстанциям. Датчики, установленные в пунктах включения, собирают информацию о параметрах линии освещения, являющейся линией связи, для передачи информации на центральный диспетчерский пункт (ЦДП).

В качестве сигнала в линии связи может применяться высокочастотная несущая, модулированная информационным сигналом от датчиков.

Достоверность передачи информации по сетям наружного освещения зависит от величины и интенсивности индустриальных помех, зашумленности линии наружного освещения от светильников и степени согласования импедансов выходов (входов) модемов и волнового сопротивления линии связи.

В общем случае волновое сопротивление линии связи имеет комплексный характер и в первом приближении определяется выражением:

где z₀ - комплексное волновое сопротивление;

L - индуктивность резонансного контура;

С - емкость резонансного контура.

Коэффициент затухания определяется потерями в проводниках и диэлектриках и зависит от активного сопротивления проводников R и проводимости диэлектрика линии G.

Коэффициент затухания определяется по формулам

или

Наиболее существенное влияние на качество передачи информации оказывают собственно характеристики линий наружного освещения. Это параметры проводов подключения аппаратуры к линиям наружного освещения; наличие сосредоточенных и распределенных реактивностей в линиях наружного освещения (различные величины погонной емкости кабеля или воздушной линии) и реактивностей в самих светильниках (например, конденсатора, дросселя и др.), подключенных к каждой фазе линии наружного освещения.

Наибольшую долю в затухание сигнала вносят реактивности ближайшего к модему светильника HL1, установленного в линии наружного освещения (см. чертеж). Так, например, реактивности светильника в сочетании с различной длиной соединительного электрического кабеля (от 3 м до 300 м) от модема до первого светильника приводят к рассогласованию линий связи как со стороны выходного каскада передатчика модема, так и со стороны входа приемника модема.

Как правило, параметры линии связи до первого светильника с приемной стороны и параметры аналогичного участка линии связи с передающей стороны различны, что требует согласования импедансов линии связи со стороны входов и выходов модемов.

В результате перечисленных выше причин при передаче сигнала в несогласованной линии связи возникает отраженная волна, которая переизлучается и в совокупности с помехами ухудшает характеристики сигнала.

Таким образом, в линии связи происходит затухание сигнала, а также понижение его качества как на выходе передатчика модема со стороны передачи, так и на входе приемника модема со стороны приема, кроме того, происходит искажение сигнала по всей длине линии с увеличением уровня гармонических составляющих в сигнале.

Вследствие вышеназванных причин снижается качество передачи телеметрических данных, а на вход приемника модема поступает искаженный сигнал с заниженным уровнем, недостаточным для проведения достоверной расшифровки информации, что снижает устойчивость связи на расстояниях, например, свыше трехсот метров.

Для решения поставленной задачи в заявляемом устройстве для передачи информации по линиям наружного освещения, содержащем модемы (приемопередатчики), согласующие трансформаторы, подсоединенные через конденсаторы связи к линии связи, которой является один из фазных проводов линии наружного освещения, образован составной резонансный контур на частоте, максимально приближенной к частоте приема и передачи информации.

Составной резонансный контур образуют сосредоточенные и распределенные реактивности цепи, состоящей из заземленной вторичной обмотки трансформатора, подстроечного конденсатора связи, провода подключения конденсатора к одному из фазных проводов линии наружного освещения (кабельной, воздушной или иной), отрезка этого фазного провода до точки подключения светильника с входящими в него реактивностями (конденсатора, дросселя и др.), электрически подключенных между выбранным фазным проводом и заземленной нейтралью, собственно нулевым проводом линии наружного освещения. Перечисленные выше элементы образуют составной резонансный контур на частоте, максимально приближенной к частоте передачи информации с возможностью вызвать резонанс на заранее заданной частоте.

На чертеже представлена электрическая схема устройства передачи информации, на которой изображены: модемы 1 и 2, согласующие трансформаторы TV1 и TV2, конденсаторы связи С1 и С2, светильники HL₁...HLn, нулевой провод N, фазные провода линии наружного освещения А, В и С.Устройства передачи информации располагаются в пунктах включения освещения.

Работа устройства заключается в следующем. Телеметрическая информация с модема (приемопередатчика) передается в организованную линию связи на базе линии наружного освещения по выбранному фазному проводу. Как на приемной, так и на передающей стороне установлены однотипные модемы 1 и 2. Модемы подключены к линии связи с каждой стороны через составной резонансный контур.

Токи, возбуждаемые сигналом с выхода передатчика модема, в составном контуре в режиме, близком к резонансному, примерно в Q1 (где Q1 - добротность контура на стороне передачи) раз больше по сравнению с входными токами. Высокочастотный сигнал, распространяясь вдоль линии связи, возбуждает токи на стороне приема в Q2 (где Q2 - добротность контура на стороне приема) раз больше в аналогичном резонансном контуре на частоте, максимально приближенной к частоте приема.

Согласно теории резонанса в электрическом контуре на элементах составного резонансного контура, собственно в линии связи, увеличивается уровень напряжения сигнала как на передающей стороне, так и на приемной стороне. Избирательность контура позволяет понизить уровень гармонических составляющих в сигнале и эффективно согласовать импедансы линии и модемов как при передаче, так и при приеме.

В результате этого происходит увеличение уровня сигнала и уменьшение гармонических составляющих в сигнале как со стороны выхода передатчика модема, так и со стороны входа приемника модема.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в наиболее полном согласовании импедансов линии связи и выхода (входа) модемов, увеличении уровня сигнала в линии связи, уменьшении гармонических составляющих в сигнале со стороны выхода (входа) модема. Это позволяет существенно повысить качество сигнала и обеспечить высокую достоверность передачи и приема телеметрической информации по линии связи на удаленных расстояниях до 1000 и более метров.

Для реализации данного устройства в качестве модема может быть использован модем на базе приемопередатчика КР1446ХК1 с дополнительным усилителем и высокочастотным трансформатором. В качестве конденсатора связи рекомендуется для настройки использовать магазин конденсаторов с последующей установкой требуемого типономинала.

Заявляемое устройство реализовано и испытано в автоматизированной системе управления наружным освещением АСУНО «Аврора» в реальных условиях на предприятиях в городах Санкт-Петербурге (700 шт.), Москве (300 шт.), а также в Уральске и Ижевске.

Использование заявляемого устройства передачи информации по линиям наружного освещения в автоматизированной системе наружного освещения АСУНО «Аврора» обеспечивает высокое качество передачи и приема телеметрической информации о параметрах сетей наружного освещения на удаленных расстояниях до 1000 и более метров.