Модернизация сетей проводного вещания

 

 

Структурная схема ТП. Рисунок 12

1.8 Блок станция

Блок-станция  оборудуется усилителями при  отсутствии резервных МФ, оборудование станции совмещается с оборудованием  ТП. На БС должен быть один усилитель  с номинальной выходной мощностью, необходимой для питания подключенных к данной станции РФ. В городе Владивосток на БС используют усилители  Енисей D-1,25. Передатчики ПТПВ на БС не устанавливаются.

После прошедшей  в октябре 2007года снежной бури сопровождавшейся  сильнейшим ветром вызвало обледенение и обрыв магистральных проводов и выходных стоек, что привело во многих районах города к длительному простою в вещании и огромному количеству жалоб от абонентов.

 В  итоге было принято решение  оборудовать большинство ТП под  Блок-станции с управлением через  ТП-центр. На данный момент  все ТП оборудованы аппаратурой  ТП-центр и приобретено 2 усилителя  Енисей D-1,25, для резервирования ТП на случай выхода магистрального фидера, в дальнейшем количество усилителей планируется увеличить.

 

2. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Теоретические и практические вопросы диагностики и управления линиями радиофикации.

 

ЦСПВ  была построена в 1962г. Передо мной была поставлена задача, заменить морально устаревшее оборудование  компьютеризированной системой управления линиями радиофикации «ТП-Центр».

Мной  был разработан следующий план мероприятий

1. перенести ТП в помещение линейного участка.
2. установить на кровле здания по Океанскому пр-ту, 24 3-х стороннюю выходную стойку под магистральные фидера.
3. установить на кровле здания по Океанскому пр-ту, 24 стойку под спутниковую антенну.
4. необходимо помещение под ЦСПВ площадью 45 кв.м.

помещение под ОУС площадью 45 кв. м.

помещение под студию площадью 18 кв. м.

помещение под ЗИП площадью 10 кв. м.

помещение для начальника станционного участка  и ИТР станционного участка -5 человек.

помещение для начальника цеха-1человек.

5. подвести два электрических  ввода 380В от разных ТП.

 

 

Таблица 1.                    Перечень оборудования ЦСПВ (Семеновская, 32)       

 

№ п/п	Имеющееся оборудование	Кол- во	Необходимое оборудование (аналог)	Кол-во	Цена тыс. руб.
1	СТР-5 (статив распределительных фидеров)	1	СТР-6 (статив распределительных фидеров)	1	-
2	СТП-3 (статив трансформаторной подстанции)	1	СТП-3 (статив трансформаторной подстанции)	1	-
3	ТП-Ц (компьютерная система контроля ТП)	1	ТП-Ц (компьютерная система управления и контроля ТП)	6	342
4	ПУУС (пульт управления ОУС)	1	Микшерский пульт на 4 прогр. с рез. каналом	1	188
5	ВУК 140/35(блок питания)	1	Не выпускается	1	-
6	ВУК 36/60(блок питания)	1	Не выпускается	1	-
7	ВБ 60/10-3(блок питания)	1	Не выпускается	1	-
8	ВБ 60/15-3(блок питания)	1	Не выпускается	1	-
9	ЩВРА 380/145(щит вводной распределит.)	1	ЩВРА 380/145(щит вводной распределит.)	1	-
10	ПТПВ 500/250-2(передатчик 3-х прогр. вещ.)	1	ПТПВ 500/250-2(передатчик 3-х прогр. вещ.)	1	-
11	ПТПВ 500/250-3(передатчик 3-х прогр. вещ.)	1	ПТПВ 500/250-3(передатчик 3-х прогр. вещ.)	1	-
12	УПВ- 15	4	Енисей-5.0Д (усилитель ПВ)	4	520
13	ТУУ-600Т-2(усилитель трансляционный)	1	ТУУ-600Т-2(усилитель трансляционный) аналог	1	100
14	СЛТУ-осн. (усилитель трансляционный)	1	СЛТУ-осн. (усилитель трансляционный) аналог	1	100
15	УКТП-1(статив управления и контроля ТП)	1	Не выпускается	1	-
16	Бокс телефонный (шкаф соединит. 150пар)	1	Бокс телефонный (шкаф соединит. 200пар)	1	-
17	Ишим-003(радиоприемник)	4	Ишим-003(радиоприемник) аналог	4	60
18	ВКК(статив корректирующих устройств)	1	Цифровая аппаратура «Декарт»	2	200
19	ТУС-К (статив дист. управления-командный)	1	Не выпускается	1	-
20	СЛТУ-рез. (усилитель трансляционный)	1	СЛТУ-рез. (усилитель трансляционный) аналог	1	100
21	СВК-СПК (статив распределения нагрузки)	1	СВК-СПК (статив распределения нагрузки ЦСПВ)	1	-
22	УКТП-3-осн.(статив управления и контроля ТП)	1	Не выпускается	1	-
23	УКТП-3-рез. (статив управления и контроля ТП)	1	Не выпускается	1	-
24	СПК (статив промежуточной коммутации)	1	Не выпускается	1	-
25	СВК-3(статив выходной коммутации)	3	СВК-3(статив выходной коммутации)	3	-
26	Система оповещения ГО	2	Система оповещения ГО	2	-
27	ПК ТП-Ц (ПК управления системы ТП-центр)	1	ПК ТП-Ц (ПК управления системы ТП-центр)	1	-
28	БСЛ (блок соединит. линий ТП-центр)	1	БСЛ (блок соединит. линий ТП-центр)	1	-
29	БКПС (блок коммутации и передачи сигналов)	1	БКПС (блок коммутации и передачи сигналов)	1	-
30	ПК АКСУ (ПК автоматизированной сист. упр.)	1	ПК АКСУ (ПК автоматизированной сист. упр.)	1	-
31	Коммутатор каналов АКСУ	1	Коммутатор каналов АКСУ	1	-
32	ПК технологический	1	ПК технологический	1	-
33	Сигнализация охр-пож.	1	Сигнализация охр-пож.	1	-
34	Дизель-генератор	1	Дизель-генератор	1	-
35	Щит вводной распределительный осн.-рез.	1	Щит вводной распределительный осн.-рез.	3	2
36	Спутниковая антенна	1	Спутниковая антенна	1	-
			итого		1612

 

Техническая возможность заменить это оборудование компьютеризированной системой ТП-центр существует, но для этого необходимо приобрести 10 комплектов ТП-центр с расширенной функцией управления ОУС и 10 комплектов ТП-центр с функцией управления.

В дальнейшем на передающий центр УКВ, программа  от междугородней станции до КРА  будет передаваться по ВОЛС, поэтому  необходимо предусмотреть перевод  подачи от КРА до ЦСПВ и далее  по всем опорно-усилительным станциям  в цифровом виде по технологии «Отзвук».

Далее будут  рассмотрены некоторые практические вопросы, которые были рассмотрены  при переходе на цифровое управление ЦСПВ.

Так как  существует несколько способов по автоматизации  и контролю за состоянием воздушных  линий радиофикации мне следовало сделать выбор из нескольких доступных вариантов отвечающий моим требованиям;

- надёжность;

- возможность  резервирования данных;

- не высокое  энергопотребление;

- простота  в эксплуатации. 

Рисунок 13а

 

Рисунок 13б

Рисунок 13в

 Структурная  схема аппаратуры «ТП-ЦЕНТР». Рисунок 13 а, б, в.

Мной  была выбрана вторая схема, в которой  применялся стабилизированный блок  питания за счёт чего повышалась его  надёжность, но усложнялась его эксплуатация.

 

2.2 Выбор и замена усилителей.

В ЦСПВ использовались ламповые усилители УПВ – 15  с  принудительным воздушным охлаждением 1980 года выпуска. В процессе эксплуатации выявились все достоинства и недостатки данного оборудования.

Среди основных проблем можно выделить следующие:

- высокие  эксплуатационные расходы

- повышенный  уровень шума

- отсутствие  запасных частей и как следствие сложности при серьезных поломках

- наличие  вытяжной вентиляции

- вследствие повышенной температуры произошло высыхание монтажных  проводов.

Вследствие  этого сложилась критическая  ситуация, так как в случае выхода из строя одного из УПВ ЦСПВ оставалась без резерва.

Мной  было принято решение по замене выработавшего свой ресурс оборудования.

Поскольку уже имелся большой опыт эксплуатации усилителей Енисей К-5,0м на протяжении 12лет, то мой выбор остановился на них. Так как они имеют низкую энергоемкость, высокую защищенность при критических сопротивлениях нагрузки, то технические параметры данного усилителя идеальны, например коэффициент нелинейных искажений порядка 2,0%.

Принцип работы усилителей этого класса, получившего  название D, (режим D у транзисторов), состоит в том, что выходной каскад возбуждается импульсами прямоугольной формы. Скважность последовательности импульсов должна быть пропорциональной амплитуде полезного сигнала, Усилители класса D позволяют получить более высокий КПД.  Как показала практика  Енисей D-5,0 только за счет экономии электроэнергии окупается за 2-3 года. Блочная конструкция усилителей универсальна и очень удобно при

поиске неисправности,  а так же есть возможность установки 2-х дополнительных блоков БУМ преобразовав Енисей D-5,0 в Енисей D-10,0 что позволяет обойтись минимальными трудозатратами при преобразовании радиоузла, а так же очень удобно при поиске неисправности.

 

2.3 Проектирование блока распределения нагрузок.

Я выбрал один из наиболее часто принимаемых способов увеличения надежности которым является резервирование. Существует много различных вариантов резервирования, один из них резервирование замещением, при этом методе вместо отказавшего устройства вводят резервное устройство.

На радиоузлах для такого резервирования обычно используют или специальный резервный, или  свободный в данный момент от работы. Ввод в работу резервного усилителя  происходит автоматически для чего используется комплекс аппаратуры управления и сигнализации ТП-Центр разработанного Омским НТК “Темас”, которое контролирует исправность основного оборудования и в случае аварии дает команду на включение резервного оборудования.

Величина  сопротивления  нагрузки одного усилителя  Енисей D-5,0 составляет 11,52 Ом  +/-2%.

 

 

 

 

Таблица 2                                                             Режимы нагрузок ЦСПВ

Нагрузка	Режим работы
Ц+ЭГ=20 Ом ДЗ+КС=19.6 Ом	/  основной  /  режим
Ц+ЭГ+ПР=12.45 Ом Ц+ЭГ+ДЗ=12.85 Ом ДЗ+КС+ПР=14.3 Ом	/ аварийный / режим /  основной
Ц+ЭГ+ДЗ+КС=10.3 Ом Ц+ЭГ+ПР+ДЗ=9.2 Ом         Ц+ЭГ+ДЗ+КС+ПР=7.6 Ом	/   аварийный  / критический / режим

 

   

В связи  с тем что исполнительный элемент  должен обеспечить надежную работу двух усилителей (в аварийном режиме 3-4)  на четыре нагрузки Центр + Эгершельдт  и  Дальзавод + Корейка мной был использован магнитный пускатель серии ПМЕ 211:

номинальный ток:- 25А;

степень защиты:- IP00;

нереверсивный без теплового реле;

мощность  управляемых элементов 5,5 кВт. 

Данный  вариант по сопротивлению нагрузки лучше всего подходит для Енисей D-5,0, а также в случае аварии ОУС ПР на пять нагрузок.

Так же должна быть возможность подачи сигнала  на центральную площадь и улицу  Светланскую (громкоговорители) сигнала  оповещения служб ГО и ЧС.

Так как  устанавливается четыре усилителя  то возможно шесть вариантов включения. Это значительно повышает надежность и маневренность использования  оборудования, а также для проведения регламентных и измерительных работ.

 

2.4 Расчет усилителя мощности для ТП-Центр.

В процессе замены  аппаратуры ТУС-И на комплекс ТП-Центр передо мной возникла следующая проблема. На ОУС ЭГ очень часто происходили сбои при запросе-ответе аппаратуры. Это связано с тем что максимальные затухания вносимые соединительной линией оказались гораздо больше нормы. Так как большинство ОУС территориально расположены на одной территории с АТС то было предложено установить дополнительный промежуточный усилитель на 46 АТС (ОУС ЭГ).

 

 

 

Прохождение сигнала ЦСПВ – ЭГ. Рисунок 14   

 

Подключение будем производить через модуль гальванической развязки.

 

ЗАДАНИЕ

Рассчитать усилитель мощности по следующим данным:

1. Температура окружающей среды:           5 ÷ 45 ºС

2. Частота:                                                      300 ÷ 3500 Гц

3. Коэффициент усиления:                           К = 90

4. Выходное напряжение:                             Uвых = 6 В

5. Выходной каскад:                                     схема Дарлингтона

6. Нагрузка:                                                    Rн. = 90 Ом

7. Инвертирующий усилитель

8. Операционный усилитель:                       К154УД1

 

Параметры микросхемы К154УД1:

Uпит = 2х(4...18), В ― напряжение питания

Uпит. ном = 2х15, В

KD = 150∙10³   ― минимальный коэффициент усиления

Uсф. max = 10 В  ― допустимое значение синфазного входного  

                                          напряжения

VU = 10 В/мкс  ― скорость увеличения выходного напряжения

RD вх = 1 Мом  ― входное сопротивление

Uсм = 5 мВ   ― напряжение смещения

Iп = 0.15 мА    ― потребляемый ток

IKUсм = 30 мкВ/К ― температурный коэффициент напряжения                       смещения   "нуля"

I1 = 40 нА   ― входной ток

ΔI1 = 20 нА   ― разностный входной ток

Uдф. max = 10 В ― допустимое значение дифференциального входного напряжения

Ксф = 80 дБ ― коэффициент ослабления синфазного сигнала

f1 = 1 МГц   ― частота единичного усиления

±U2m max = 11 В ― наибольшая амплитуда выходного напряжения

R2н min = 2 кОм  ― наименьшее сопротивление нагрузки

В данной работе мной был произведен расчет усилителя мощности для аппаратуры ТП-Центр звуковой частоты на основе операционного усилителя К154УД1 и кремниевых транзисторов КТ814Б, КТ815Б, КТ315А, КТ361А, была предусмотрена защита выходного каскада и внешняя коррекция напряжения смещения нуля.

В данном  случае мне предстояло решить задачу проектирования усилителя мощности (УМ) на основе операционного усилителя (ОУ).  Мне необходимо было сделать выбор типа электронных компонентов, входящих в состав устройства, с предусмотрением защиты выходного каскада и внешней коррекции напряжения смещения нуля.

Такой выбор активных и пассивных элементов является важным этапом в обеспечении высокой надежности и устойчивости работы схемы. 

Для разработки данного усилителя мощности необходимо было произвести предварительный расчёт и оценить количество и тип основных элементов. После этого следовало выбрать принципиальную схему предварительного усилительного каскада на ОУ и оконечного каскада.

Оптимизация выбора составных компонентов состояла в том, что при проектировании усилителя следовало использовать такие элементы, чтобы их параметры обеспечивали максимальную эффективность устройства по заданным характеристикам, а также его экономичность с точки зрения расхода энергии питания и себестоимости, входящих в него компонентов.

 

ВЫБОР ИСТОЧНИКА  ПИТАНИЯ

   Напряжение  источника питания должно удовлетворять  условию [3]

 

Eп ≥ 2*Uвых m + Uнас + Uдоп ,                            (1) 

 

 где  Eп ― напряжение источника питания,

Uвых m ― амплитуда напряжения сигнала на выходе, считываемая                   по  формуле 2

 

Uвых m = √2 *Uвых.                                            (2)

 

Uнас ― коллекторное напряжение, при котором транзистор входит режим насыщения  (Определяется по справочным данным и составляет  Uнас = (0,5...2), В).

   

Uдоп ― запас напряжения, учитывающий температурную              нестабильность  каскада (Составляет Uдоп = (3...5), В)