Способ передачи и приема команд по каналу связи

Способ передачи и приема команд по каналу связи

Реферат

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для передачи команд противоаварийной автоматики и релейной защиты по высокочастотным (ВЧ) каналам связи линий электропередач.

Известен способ, с помощью которого можно передать N различных команд противоаварийной автоматики (ПА) (или сигналов телеотключений) и релейной защиты (РЗ) с одного объекта на другой по каналу связи, организованному в физической среде ЛЭП, с ограниченной полосой частот, при заданном времени передачи одной команды, который выбран в качестве прототипа как наиболее близкий к предлагаемому способу [Микуцкий Г.В., Скитальцев B.C. Высокочастотная связь по линиям электропередачи. Учебник для учащихся энергетических и энергостроительных техникумов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., "Энергия" 1977, гл.16.]. Он заключается в том, что на передающей стороне, при отсутствии команд, непрерывно генерируют немодулированный сигнал определенной частоты в рабочей полосе частот (контрольный сигнал), а передачу команды осуществляют путем изменения частоты на определенную величину, соответствующую номеру поступившей команды, в пределах рабочей полосы частот, а также мощности сигнала на определенное время. То есть, в каждый данный момент времени по каналу передают только одну частоту. При этом на приемной стороне производят ряд измерений мощности сигнала в различных полосах частот: измеряют мощность сигнала во всей рабочей полосе 4 кГц, узкой полосе частот (порядка 100-120 Гц), соответствующей контрольному сигналу, а также мощности сигнала в узких полосах частот (также порядка 100-120 Гц), соответствующих определенным командам, и далее вычисляют отношения значений мощности сигнала в каждой из узких полос к мощности сигнала в рабочей полосе, потом, сравнивая полученные отношения с заранее заданными пороговыми значениями, принимают решение о приеме команды с определенным порядковым номером.

К передаче команд предъявляются особые требования по величине ширины рабочей полосы частот, которая должна быть не более 4 кГц, а также времени передачи команды.

Кроме того, предъявляются повышенные требования по безопасности и надежности. Под безопасностью понимается вероятность ложно принятой (не переданной) команды, которая по техническим требованиям во всех случаях не должна превышать величину 10^-6, под надежностью - вероятность пропуска достоверно переданной команды с определенным порядковым номером, что составляет величину порядка 10^-3 (надежность передачи-приема достоверно переданной команды составляет в этом случае 0.999).

Данные высокие требования по безопасности и надежности передачи команд ПА и РЗ обеспечиваются тем, что во время передачи команды контрольный сигнал снимается и вместо него передается сигнал другой частоты. Это означает, что на приемной стороне решение о приеме сигнала команд принимается обязательно с учетом пропадания контрольного сигнала.

Описанный выше способ, принимая во внимание требования по безопасности и ограничения по ширине полосы частот и времени передачи, имеет ряд существенных недостатков.

Первый из них относится к вероятности приема ложных команд. Из-за того, что канал связи организован в физической среде ЛЭП, по нему вместе с полезным сигналом передаются помехи (сигналы других передатчиков, помехи от электрических разрядов и пр.) и может создаться ситуация, когда возможен прием ложной команды. Дело в том, что пропадание контрольного сигнала может случиться не только в результате снятия его на передающей стороне во время посылки сигнала команд, а также из-за других причин. Например, из-за существенного увеличения затухания канала связи в результате аварии на ЛЭП - короткого замыкания, или в результате аварии передатчика, или просто в результате его отключения при профилактических работах и по другим причинам. В этом случае имеется вероятность приема ложных команд в результате действия помех или помех от сигналов других передатчиков, гармонические составляющие контрольных сигналов которых могут попасть в полосу приема команд. Плохо защищен такой метод (одночастотный, прим. авторов) передачи команд и по отношению к гармоническим помехам. Достаточно сигналу гармонической помехи в месте приема превысить мощность контрольного сигнала, а по частоте попасть в полосу приема одной из команд - может возникнуть прием ложной команды.

Второй существенный недостаток - это ограниченное количество передаваемых команд. Принимая во внимание ограниченность рабочей полосы частот, которая с учетом отвода части рабочего диапазона под полосу контрольного сигнала составляет величину не более 3 кГц, а также величину заданного времени передачи команд (25-30 мс), определяющую такую важную характеристику, как минимальный шаг между соседними частотами, соответствующими сигналам различных команд, составляющий величину порядка 100-120 Гц, можно оценить максимально возможное число передаваемых команд. Это число равно количеству частот, которые можно разместить с минимальным шагом в этой полосе, и оно с учетом дополнительного отступа от краев рабочего диапазона лежит в пределах от 16 до 24. Для передачи большего количества команд, например 32, необходимо либо расширить рабочий диапазон частот, либо применить для передачи команд способ последовательной передачи сигналов разных частот, находящихся в пределах рабочего диапазона. Чаще всего используют второй способ, при котором существенно увеличивается время передачи команды.

Задача настоящего изобретения:

1) существенно повысить безопасность передачи команд,

2) увеличить число передаваемых команд.

Поставленная задача решается тем, что в способе передачи и приема команд по каналу связи, в котором на передающей стороне канала связи задают контрольный сигнал С_кс с параметрами F_кс и Р_кс в рабочей полосе частот F, где F_кс и Р_кс - частота и мощность контрольного сигнала соответственно, F - ширина рабочей полосы частот, а также задают N сигналов С_i, в рабочей полосе частот, каждый из которых соответствует определенной команде с порядковым номером от 1 до N, формируют контрольный сигнал и передают его по каналу связи, и при поступлении команды прекращают передачу контрольного сигнала, после чего формируют и передают сигнал C_i, соответствующий номеру поступившей команды, при этом на приемной стороне канала связи, в рабочей полосе частот, задают N+1 полос частот F_i, где i изменяется от 1 до N+1, причем одна из которых соответствует контрольному сигналу, а остальные - сигналам команд, задают значения порога мощности сигнала U для каждой из заданных полос частот, а также порог мощности сигнала U в рабочей полосе частот, измеряют мощность P_i сигнала в каждой из полос F_i, а также мощность сигнала в рабочей полосе частот Р, сравнивают измеренные значения между собой, а также с соответствующими значениями порогов U и принимают решение о приеме команды с определенным номером, сигналы С_i на передающей стороне канала связи задают как сумму L гармонических сигналов, каждый из которых имеет определенную частоту, мощность и длительность, задают М групп одновременно передаваемых команд, дополнительно задают М сигналов C_j, соответствующих определенной группе одновременно передаваемых команд, где j изменяется от N+1 до N+M, как сумму L гармонических сигналов, каждый из которых имеет определенную частоту, мощность и длительность, а на приемной стороне канала связи задают значения для логических сигналов К_i превышения заданного порога мощности U_i сигнала в каждой из полос F_i, дополнительно задают М эталонных комбинаций логических сигналов K_i, где i изменяется от 1 до N, причем каждая из заданных комбинаций соответствует определенным принятым команде или группе команд, причем при измерении мощности сигнала Р_i в каждой из полос F_i, а также мощности сигнала Р в рабочей полосе, дополнительно формируют логические сигналы K_i как результат сравнения измеренных значений мощности Р_i и Р между собой и со соответствующими значениями порогов, после чего составляют комбинацию из полученных сигналов K_i, сравнивают полученную комбинацию с эталонными комбинациями и в случае равенства полученной комбинации с одной из эталонных комбинаций принимают решение о приеме определенной команды или группы команд.

Таким образом, в предлагаемом способе определенной команде ставится в соответствие не определенный сигнал заданной частоты, как в прототипе, а комбинация сигналов заданных частот, причем комбинации составлены таким образом, что они соответствуют не какой-либо одной команде, а группе определенных команд. На приемной стороне канала связи необходимо измерить мощность сигнала в заранее заданных полосах частот, соответствующих передаваемым частотам. Для принятия решения о наличии полезного сигнала важно не абсолютное значение измеренной мощности, а отношение этой величины к мощности сигнала в пределах рабочей полосы частот. Измерение мощности сигнала можно выполнить, применив известные способы, например, такие как аналоговая фильтрация при помощи узкополосных фильтров, цифровая фильтрация, дискретное преобразование Фурье, система ШОУ [Микуцкий Г.В., Скитальцев B.C. Высокочастотная связь по линиям электропередачи. Учебник для учащихся энергетических и энергостроительных техникумов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., "Энергия" 1977, гл.16.] и др. Система ШОУ представляет собой определенную последовательность действий, при которой сигнал подвергается сначала фильтрации широкополосным фильтром, ширина которого выбирается в пределах рабочей полосы частот, затем ограничивается определенной величиной по амплитуде и далее фильтруется узкополосным фильтром, настроенным на одну из заданных частот, после чего измеряется его амплитуда, величина которой соответствует мощности полезного сигнала, измеренного в узкой полосе частот (соответствующей сигналу определенной частоты) относительно сигнала в широкой полосе. После измерения относительной мощности в каждой из заданных полосах частот производится сравнение ее с установленным пороговым значением, величина которого выбирается на основе экспертной оценки соотношения вероятности ложного приема команды и вероятности пропуска команды, которые должны отвечать заданным требованиям 10^-6 и 10^-3 соответственно, при наименьшей величине соотношения сигнал/помеха в рабочей полосе частот. На основе сравнения формируют логические сигналы о наличии сигнала заданной мощности в той или иной полосе частот или о его отсутствии, после чего составляют из них комбинацию, которую сравнивают с эталонной, соответствующей определенной команде или группе команд, и принимают решение о приеме той или иной команды или группы команд.

Существует несколько вариантов устройств, реализующих предложенный способ. Рассмотрим одно из них, состоящее из передатчика и приемника. Передатчик, в свою очередь, состоит из микропроцессора, цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и аналогового преобразователя частоты с низкой на высокую, а приемник - из аналогового преобразователя частоты с высокой на низкую, аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) и микропроцессора. В микропроцессоре передатчика формируется последовательность отсчетов контрольного сигнала или сигнала команд в полосе частот, соответствующей рабочей полосе шириной 4 кГц, которая затем в ЦАП преобразуется в аналоговый сигнал низкой частоты. Далее в преобразователе частоты выполняется дополнительное преобразование аналогового сигнала с низкой частоты (в рабочей полосе 4 кГц) на высокую (несущую) частоту, задаваемую в диапазоне от 20 до 1000 кГц. Сигнал в этой полосе частот передают по каналу связи. На приемной стороне в преобразователе частоты выполняют обратное преобразование сигнала с высокой частоты на низкую. Этот сигнал в АЦП преобразуется в последовательность числовых отсчетов, которая поступает в микропроцессор приемника. Микропроцессор приемника выполняет действия над этой последовательностью и вычисляет значения относительных мощностей сигнала в заданных полосах частот. Далее вычисленные значения сравниваются с пороговыми значениями, формируются комбинации результатов сравнения, на основе чего микропроцессор принимает решение о приеме той или иной команды или группы команд. Так как микропроцессоры передатчика и приемника выполняют действия над низкочастотным сигналом, не требующие высокой производительности, то в их качестве достаточно применить микропроцессоры с тактовой частотой 16-40 МГц с производительностью до 40 миллионов арифметических операций с 16-битными отсчетами в формате с фиксированной точкой в секунду, объемом памяти программы до 8 тысяч команд, данных до 4 кб. Поставленным требованиям соответствуют, например, сигнальные процессоры серии ADSP-21xx производства фирмы Analog Devices, США, а также ряд других.

Технический результат при использовании предлагаемого изобретения состоит в возможности существенно повысить безопасность передачи команд с одновременным увеличением числа последних.

Способ передачи и приема команд по каналу связи, заключающийся в том, что на передающей стороне канала связи задают контрольный сигнал С_кс с параметрами F_кс и Р_кс в рабочей полосе частот F, где F_кс и Р_кс - частота и мощность контрольного сигнала соответственно, F - ширина рабочей полосы частот, а также N сигналов C_i в рабочей полосе частот, каждый из которых соответствует определенной команде с порядковым номером от 1 до N, формируют контрольный сигнал и передают его по каналу связи и при поступлении команды прекращают передачу контрольного сигнала, после чего формируют и передают сигнал С_i определенной команды с соответствующим номером, при этом на приемной стороне канала связи в рабочей полосе частот задают N+1 полос частот F_i, где i изменяется от 1 до N+1, причем одна из которых соответствует контрольному сигналу, а остальные - сигналам определенных команд, задают значения порога мощности сигнала U_i для каждой из заданных полос частот, а также порог мощности сигнала U в рабочей полосе частот, измеряют мощность P_i сигнала в каждой из полос F_i, а также мощность сигнала в рабочей полосе частот Р, сравнивают измеренные значения между собой, а также с соответствующими значениями порогов U_i и принимают решение о приеме команды с определенным номером, отличающийся тем, что на передающей стороне канала связи задают сигналы С_i как сумму L гармонических сигналов, каждый из которых имеет определенную частоту, мощность и длительность, задают М групп одновременно передаваемых команд, дополнительно задают М сигналов C_j, соответствующих определенной группе одновременно передаваемых команд, где j изменяется от N+1 до N+M, как сумму L гармонических сигналов, каждый из которых имеет определенную частоту, мощность и длительность, а на приемной стороне канала связи задают значения для логических сигналов К_i превышения заданного порога мощности U_i, сигнала в каждой из полос F_i, дополнительно задают М эталонных комбинаций логических сигналов K_i, где i изменяется от 1 до N, причем каждая из заданных комбинаций соответствует определенным принятым команде или группе команд, причем при измерении мощности сигнала Р_i в каждой из полос F_i, а также мощности сигнала Р в рабочей полосе дополнительно формируют логические сигналы К_i как результат сравнения измеренных значений мощности Р_i и Р между собой и со соответствующими значениями порогов, после чего составляют комбинацию из полученных сигналов K_i, сравнивают полученную комбинацию с эталонными комбинациями и в случае равенства полученной комбинации с одной из эталонных комбинаций принимают решение о приеме определенной команды или группы команд.