Принципы организации электросвязи на железнодорожном транспорте. Классификация систем связи

На железнодорожном транспорте основными средствами связи являются проводная телефонная связь, сети передачи данных и радиосвязь. Структурная схема организации связи приведена на рис. 1.1.

 

Рис. 1.1 Структурная схема организации связи

 

Канал передачи информации состоит из передатчика сигналов, тракта электрической связи, по которому передаются сигналы, и приемника сигналов. Основное назначение передатчика - это преобразование сообщения в электрические сигналы. Передатчиком может быть микрофон, телеграфный аппарат, компьютер и т. п. Приемник сигналов, в качестве которого может использоваться телефон, телеграфный аппарат, компьютер и
т. п., преобразует электрический сигнал в сообщение. На тракт электросвязи воздействует помеха, поступающая от источника помех (соседних цепей связи, атмосферных помех, внутренних помех и др.) и искажающая передаваемый сигнал. Для ослабления действия помех принимают специальные защитные меры.

Системы связи, используемые на железнодорожном транспорте, можно классифицировать по трем основным признакам: назначению, форме передаваемого сообщения и району действия (табл. 1.1).

По назначению системы связи разделяются на общеслужебную и технологическую.

Общеслужебная связь предназначена для передачи служебных сообщений работниками железнодорожного транспорта и является связью общего пользования.

Технологическая связь служит средством управления технологическим процессом на станциях, участках и всей сети железных дорог. Как правило, отдельные виды технологической связи (диспетчерская, станционная, дорожная распорядительная и др.) находятся в ведении соответствующих руководителей: диспетчеров, дежурных по станциям, операторов и др., которые с помощью средств связи управляют работой подчиненных им лиц.

Таблица 1.1

Классификация систем связи

По назначению	По форме передаваемого сообщения	По району действия
Общеслужебная Технологическая	Телефонная Телеграфная Передача данных Телевидение Факсимильная	Магистральная Дорожная Отделенческая Станционная

 

По форме передаваемого сообщения можно выделить следующие виды связи: телефонную (речь), телеграфную (текст), передачу данных в вычислительный центр, телевидение и факсимильную.

Электрические сигналы, отображающие передаваемые сообщения и возникающие в передатчике, имеют непрерывный или дискретный характер. Непрерывные (аналоговые) сигналы образуются при передаче речи, неподвижных и подвижных изображений и непрерывны во времени. По форме они подобны исходным сообщениям (например, звуковым колебаниям речи). Дискретные сигналы имеют вид импульсов и характерны для передачи данных в ВЦ, телеграфных сообщений, команд в системах телеуправления и телеизмерений.

Различные виды связи на железнодорожном транспорте по району действия разделяются на четыре основные группы: магистральные, дорожные, отделенческие, станционные (рис. 1.2).

Для их организации применяют сети связи, представляющие собой совокупность оконечной аппаратуры и линейных сооружений. Магистральные связи организуются между руководством ОАО «РЖД» и управлениями железных дорог, а также между управлениями смежных железных дорог.

К ним относятся телефонная и телеграфная связи общего пользования, оперативная распорядительная связь управлений ОАО «РЖД» с дорогами, связь между главным ВЦ и ВЦ дорог, а также связь между главным диспетчерским центром ОАО «РЖД» (ГДЦ) и дорожными диспетчерскими центрами (ДДЦ).

Дорожные связи организуются в пределах каждой дороги и соединяют управление дороги с отделениями и крупными железнодорожными станциями, а также эти станции между собой. К ним относятся телефонная и телеграфная связь общего пользования, оперативная распорядительная связь служб дороги с подразделениями, а также связь для передачи данных в ВЦ дороги. Отделенческие связи предназначены для оперативного управления перевозочным процессом, грузовой и коммерческой работой станций, а также для общеслужебной связи работников между собой.

Железные дороги оснащены следующими видами отделенческой связи: телефонной и телеграфной связью общего пользования, различными видами оперативной технологической связи (поездная диспетчерская, вагонная диспетчерская, линейно-путевая, билетная диспетчерская и др.), связью передачи данных в информационный ВЦ.

Станционные связи организуются в пределах железнодорожной станции и подразделяются на местную общеслужебную и оперативно-технологическую.

 

 

2. Принципы телефонной передачи. Устройство угольного микрофона и электромагнитного телефона

 

2.1. Принципы телефонной передачи

 

Схема односторонней телефонной передачи представлена на рис. 2.1.

 

Звуковые колебания от источника звука воздействуют на микрофон М, где акустическая энергия преобразуется в электрическую. На выходе микрофона возникают колебания электрического тока, которые передаются по линии и воспринимаются в пункте приема телефоном Т. В телефоне происходит обратное преобразование электрической энергии в звуковую. Звуковые колебания, излучаемые телефоном, воздействуют на орган слуха человека и вызывают у него ощущение принятого звука.

Телефонный тракт представляет собой комплекс электроакустических и электрических устройств, участвующих в преобразовании речи и передачи ее от рта говорящего к уху слушающего. Он состоит из акустических участков АУ, электрического участка - линии и электроакустических преобразователей (микрофон и телефон).

Акустические участки телефонного тракта от источника звука до микрофона и от телефона до уха слушающего являются проводниками звуковой энергии. Они оказывают большое влияние на телефонную передачу, так как вносят затухание в тракт. Через эти участки помимо полезного сигнала в тракт поступают акустические шумы. Электрический участок тракта состоит из абонентских и соединительных линий, каналов связи и коммутационных устройств, которые необходимы для соединения одного абонента с другим. Электроакустические преобразователи монтируются или в микрофонах, или раздельно в виде микрофона и телефона (громкоговорителя).

 

2.2. Устройство угольного микрофона и электромагнитного телефона

Для высокого качества телефонной передачи необходимо, чтобы электроакустические преобразователи не вносили нелинейных искажений в разговорный тракт, обладали максимально возможными для данного типа преобразователей чувствительностью и коэффициентом полезного действия и были бы надежными в работе. Кроме этого, преобразователи должны иметь невысокую стоимость и быть экономичными в эксплуатации.

Для оценки качества работы микрофона и телефона в отношении преобразования одного вида энергии в другой вводится понятие чувствительности преобразователя.

Чувствительностью микрофона S_м называется отношение электродвижущей силы Е_м, В, развиваемой микрофоном, к звуковому давлению р_м,Па, действующему на его мембрану (рис. 2.2),

 

S_м = Е_м / р_м.

 

 

Чувствительностью телефона называется отношение звукового давления р_т, Па, развиваемого телефоном, к напряжению U_т, В, на зажимах телефона

 

S_т = р_т / U_т.

 

Чувствительность преобразователей в значительной степени зависит от частоты колебаний.

Электроакустические преобразователи можно разделить на две основные группы – обратимые и необратимые. Обратимые преобразователи обладают свойством преобразования как акустической энергии в электрическую, так и наоборот – электрической энергии в звуковую. Необратимые преобразователи этим свойством не обладают.

Угольный микрофон (рис. 2.3) является преобразователем необратимого типа. Действие угольного микрофона основано на свойстве угольного порошка изменять свое сопротивление в зависимости от изменения его плотности.

Звуковые волны воздействуют на мембрану М и заставляют ее колебаться. Под влиянием колебаний мембраны угольный порошок сжимается, а сопротивление его изменяется. Вследствие этого в цепи нагрузки R_н будет проходить ток, изменяющийся в соответствии с изменением звукового давления, действующего на мембрану.

Большим достоинством угольного микрофона по сравнению с другими типами микрофонов является высокое значение средней чувствительности, достигающее 0,7 В/Па. это сделало его наиболее распространенным в телефонных аппаратах местной связи. Однако угольные микрофоны имеют большую неравномерность частотной характеристики (до 30 дБ) и значительный коэффициент нелинейных искажений (до 20 %), поэтому они не применяются в качестве студийных микрофонов при организации таких видов связи, как связь совещаний, диспетчерская поездная, дорожная распорядительная, оповестительная и др., где используются главным образом электродинамические микрофоны. Микрофоны изготовляют с разным сопротивлением угольного порошка:

НО – низкоомные (30-80 Ом);

СО – среднеомные (не более 120 Ом);

ВО – высокоомные (не более 200 Ом).

При малых токах питания (до 25 мА) применяют ВО микрофоны; при токах питания от 25 до 60 мА – СО, а при токе питания свыше 60 мА – НО. Ток питания микрофона ограничен значением тока спекания угольного порошка, при котором гранулы угольного порошка спекаются (80 100 мА), и микрофон приходит в негодность. Капсюльные угольные микрофоны обозначаются МК-10, МК-16, МК-16Н. Конструктивно они выполнены в виде неразборных капсюлей.

Кроме угольных микрофонов, в телефонных аппаратах используют электромагнитные микрофоны (обозначаются ДЭМК-7Т, ДЭМШ и ДЭМШ-1, причем два последних применяются в аппаратуре громкоговорящей связи). Распространенными являются электродинамические микрофоны типов МД-44, МД-53, МД-59, которые предназначены для передач из студии.

Электромагнитный телефон (рис. 2.4) состоит из постоянного магнита, полюсных надставок, на которых размещены обмотки и мембрана из ферромагнитного материала. Под действием постоянного магнита, создающего магнитный поток Ф₀, мембрана всегда находится в изогнутом состоянии.

При прохождении переменного тока через обмотку создается переменный магнитный поток Ф_~, взаимодействующий с потоком постоянного магнита Ф₀ и вызывающий колебания мембраны. При этом мембрана колеблется с частотой тока, проходящего по обмоткам телефона, создавая звуковые волны. Для неискаженной передачи необходимо, чтобы телефон имел достаточно сильный постоянный магнит. Чтобы мембрана колебалась пропорционально изменению намагничивающей силы магнитной системы, рабочую точку перемагничивания мембраны выбирают в средней части прямолинейного участка кривой намагничивания. Поэтому обмотки телефона наматывают не прямо на полюсы постоянных магнитов, обладающих высокой степенью намагничивания, а на полюсные надставки, изготовленные из мягкой стали. Телефоны подобно микрофонам конструктивно выполняют в виде телефонных капсюлей ТА-4, ТК-67 и др.

На железнодорожном транспорте для озвучивания открытых площадей, перронов, вокзалов, сортировочных горок используют громкоговорители (рупорные, радиальные), в которых реализован изложенный выше принцип работы.

3. Приборы и схемы телефонных аппаратов.
Классификация телефонных станций

3.1. Классификация телефонных аппаратов

Телефонные аппараты можно классифицировать:

а) по способу питания микрофонов:

- аппараты местной батареи (ТА МБ);

- аппараты центральной батареи (ТА ЦБ);

б) по способу построения схемы разговорной части:

- аппараты с постоянной схемой включения разговорных приборов (рис. 3.1, а);

- аппараты с переменной схемой включения разговорных приборов (рис. 3.1, б);

В аппаратах с переменной схемой на время передачи к линии подключается только микрофон, а на время приема - телефон, такие аппараты используются в сети служебной связи;

в) по способу посылки вызова:

- аппараты с вызовом переменным током частотой 15-50 Гц. Приемником вызова в таких аппаратах служит поляризованный звонок переменного тока. Аппараты являются наиболее распространенными и выполняются как по системе МБ, так и по системе ЦБ;

-
аппараты с батарейным вызовом, в которых источником вызывного тока является батарея, а приемником вызова - звонок постоянного тока или зуммер. Такие аппараты выполняются по системе МБ и применяются в избирательной телефонной связи.

3.2. Основные приборы телефонных аппаратов

К классическим телефонным аппаратам относятся электромеханические приборы, собранные на навесных полупроводниковых компонентах, но не интегральные схемы.

В классическом телефоне можно выделить шесть функциональ­ных основных блоков (рис. 3.2): рычажный переключатель, звонок, номеронабиратель, приемник, передатчик и разговорную схему. Каждый из этих узлов в том или ином виде присутствует в любом телефонном аппарате, в том числе и в электронных, беспроводных и сотовых телефонах, но их схемотехника намного сложнее, и для построения этих узлов используется другая элементная база. Рассмотрим схемотехнику классических теле­фонов.

 

Звонок

Звонок — это устройство, предназначенное для того, чтобы поставить абонента в известность о поступлении вызова. Технически в качестве него может исполь­зоваться любое устройство (звуковое или визуальное), которое привлекает внимание. При вызове незанятого телефона оборудование телефонной станции посы­лает в линию короткие импульсы переменного сигнала с напряжением 90 – 120 В и частотой 20 Гц.

Этот сигнал возбуждает в обмотке (или обмотках) звонка переменное магнитное поле, притягивающее или отталкивающее якорь, кото­рый, поворачиваясь вокруг оси, в свою очередь перемещает молоточек, ударяю­щий по одной или двум металлическим чашкам. Характер звучания звонка определяется физическими размерами и формой этих чашек.

3.2.2. Рычажный переключатель

Рычажный переключатель – это простое коммутационное устройство, имеющее несколько групп электрических контактов, которые подключают (или отключают) разговорную схему телефонного аппарата к АТС. В старых моде­лях телефонов используется конструкция рычажного переключателя с несколь­кими группами контактов, на которые воздействует вес трубки, лежащей на телефонном аппарате. Когда телефонная трубка находится на отведенном ей месте на аппарате, контакты рычажного переключателя разомкнуты, и телефон отключен (т. е. свободен). Когда телефонная трубка поднимается, под действием натянутой пружины контакты рычажного переключателя замыкаются, подклю­чая телефонный аппарат к АТС.

В современных электронных телефонах такие механические контакты, как правило, заменены отдельным выключателем, который управляет герметизиро­ванным электромагнитным реле. Реле выполняет ту же функцию, что и кон­такты механического рычажного переключателя, но управляется электрическим сигналом. Релейный способ обычно используется в беспроводных и сотовых телефонных аппаратах.

 

3.2.3. Микротелефонная трубка

Микротелефонная трубка обычно содержит передатчик и приемник, подключенные к разговорной схеме телефонного аппарата с помощью длинного витого шнура.