Занятие №8. «Автоматическая телефонная связь»

ОП.06 Автоматизированные системы управления и связь. Тема: «Основы проводной связи»

Занятие №8. «Автоматическая телефонная связь»

 

На автоматических телефонных станциях (АТС) сам абонент управля­ет оборудованием, обеспечивающим поиск и соединение нужных ему ли­ний связи. Некоторое представление об автоматическом соединении при осуществлении телефонной связи дает упрощенная схема автоматической телефонной станции на три номера (рис. 8.1).

У каждого абонента устанавливается телефонный аппарат, 1 в котором имеется ключ – номеронабиратель 2 и микротелефонная трубка. Телефонный аппарат подсоединяется к двухпроводной линии, в которую последо­вательно включены источник питания 8 и релейный искатель на три номе­ра, установленные в здании АТС. Для полного использования линейной сети в здании АТС все линии группируются на специальном устройстве, называемом кроссом. Релейный искатель состоит из электромагнита 6, хра­пового колеса 3, ламели 5, подвижной щетки 4. Ламели всех искателей, имеющие одинаковые номера, соединяются параллельно, образуя много­кратное поле 7. В процессе соединения липни связи абонент, снимая микротелефонную трубку, приводит в действие рычажный переключатель телефонного аппа­рата и подсоединяет ключ – номеронабиратель к линейным проводам АТС, образуя электрическую цепь: «плюс» источника питания 8, электромагнит 6 релейного

Рис. 8.1. Схема АТС на три номера: 1 – телефонный аппарат; 2 – номеронабиратель; 3 – храповое колесо; 4 – подвижная щетка (токосниматель); 5 – ламель; 6 – электромагнит; 7 – многократное иоле; 8 – источник питания

искателя, верхний линейный провод аппарата абонента 1, ключ – номеронабиратель 2, нижний линейный провод, «минус» источника пита­ния N.

Набрав соответствующий номер, например «2», абонент дважды замыкает контакт номеронабирателя 2 телефонною аппарата 1. При первом замыкании якорь электромагнита 6 релейного искателя притягивается и происходит переход подвижной щетки 4 на соседние ламели 5.

Вторичное замыкание цепи вызывает переход щеток на ламели, к кото­рым подсоединены линейные провода второго абонента. Таким образом, разговорные приборы телефонных аппаратов будут соединены между собой. Построение АТС но принципу непосредственного включения абонентских пиний в линейные искатели (ЛИ) является неэкономичным, гак как требует большого количества дорогостоящих искателей. А так как каждый искатель является индивидуальным прибором отдельного абонента, то коэффициент использования их будет чрезвычайно низкий. Поэтому ЛИ делают коллективного пользования, предоставляя их только на время соединения.

Дня подключения любой абонентской линии к любому из свободных ЛИ и состав оборудования АТС вводят ступень предварительною искателя (ПИ). И ном случае абонентская линия соединяется на станции с контактнымиискателями малой емкости, выполняющими функции предварительного искателя. Их число равно числу абонентских линий. Выводы контактного поля, имеющие одинаковые номера у всех ПИ, запараллеливают, и к ним подключаются контакты ЛИ, являющиеся приборами, предоставленными абонентам только на время установления соединения и разговора.

Увеличение емкости АТС достигается применением группообразования, сущность которого состоит в том, что общая емкость АТС. делится на группы, емкость которых равна емкости контактного поля ЛИ, а между ступенями ПИ и ЛИ вводится дополнительная ступень – ступень группово­го искания (ГИ) (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Схема АТС с дополнительными ступенями искания

 

Назначением этой ступени является выбор группы, в которой находится линия вызываемого абонента. В качестве ГИ используются коммутационные приборы, как и для ступени ЛИ.

В настоящее время для организации телефонной связи используются:декадно-шаговые АТС;координатные АТС;квазиэлектронные АТС;цифровые (электронные) АТС.

Декадно-шаговые АТС. Коммутационным элементом в декадно-шаговых АТС является декад­но-шаговый искатель – электромеханическое устройство, имеющее после­довательно движущиеся контакты. Конструктивно декадно-шаговый иска­тель представляет собой зубатый полуцилиндр с электромагнитом, позволяющим этому полуцилиндру при получении электрического им­пульса поворачиваться на определенный угол, при этом точность угла по­ворота обеспечивается храповым механизмом.

Кинематическая схема декадно-шагового искателя ДШИ-100 приведе­на на рис. 8.3.

Когда абонент АТС снимает телефонную трубку, сигнал в виде электрического импульса поступает от него на первый шаговый искатель (так называемый предыскатель), щетки этого искателя начинают вращаться и останавливаются, когда обнаруживается первая же свободная линия, ве­ющая к следующему, групповому, искателю. Когда такой находится, або­ненту поступает сигнал о том, что он может начинать набор номера (сплошной гудок). Далее импульсы поступают уже от номеронабирателя, заставляя групповой искатель поворачиваться и передавать импульсы на линейные искатели. Число искателей в этой цепи зависит от числа цифр в номере (чем больше цифр, тем больше искателей).Когда крайние в этом процессе цилиндры замыкаются на нужном номере, линия тестируется на занятость.

Рис. 8.3. Кинематическая схема декадно-шагового искателя ДШИ-100: 1,3 вращательный и подъемный электромагниты; 2,4 – якоря; 5 – храповой полуцилиндр; 6 подъемная рейка; а,b,с – контактные щетки

Если она свободна и абонент, которому адресован вызов, берет трубку, по­сылки вызова прекращаются. А когда разговор заканчивается и один из со­беседников кладет трубку, все шаговые искатели возвращаются в исход­ные положения.

Основной недостаток указанных АТС – неустойчивость и износ контактов движущихся механизмов, а также большие шумы, вносимые в разговорный тракт механическими соединителями.

Внешний вид линейно-аппаратного зала декадно-шаговой АТС представлен на рис. 8.4.

Мощные электромагниты в декадно-шаговых АТС создают вибрацию, в результате которой сопротивление контактов является переменным. Это приводит к возникновению значительных помех на линии, что ухудшает качество телефонной передачи и сильно осложняет передачу цифровой информации по таким каналам. Устройство декадно-шагового искателя достаточно сложно, требует значительных затрат ручного труда в процессе изготовления и эксплуата­ции, что затрудняет автоматизацию их производства и техническое обслу­живание.

Рис. 8.4. Линейно-аппаратный зал декадно-шаговой АТС

Координатные АТС. В качестве коммутационного устройства используется многократный координатный соединитель (МКС), представляющий собой электро­магнитный прибор параллельного действия. От декадно-шаговых станций отличается отсутствием отдельных управляющих устройств на коммутаци­онных приборах.

Вместо них применяются регистры, принимающие и запоминающие информацию, и маркеры, устанавливающие соединение на ступенях поис­ка по получаемой от регистра информации. Причем каждый маркер обслу­живает группу координатных соединителей на ступени поиска.

Емкость контактного поля коммутационных приборов таких АТС зна­чительно больше, чем емкость поля декадно-шаговых искателей, а контак­ты скольжения заменены в них контактами давления, имеющими стабиль­ное сопротивление и гораздо больший срок службы. Эти приборы строятся в виде матриц, имеющих каждая п входов и т выходов. Матрица может ли­бо формироваться из п х т электромагнитных реле, либо выполняться в виде единой конструкции – многократного координатного соединителя (рис. 8.5), входящего в состав координатной АТС. В координатных АТС применяют различные по своей конструкции и коммутационным возможностям МКС. Основными конструктивными эле­ментами МКС являются вертикальные блоки (вертикали) и выбирающие планки с выбирающими электромагнитами.

Рис. 8.5. Стоика координатной АТС

Число вертикальных блоков и выбирающих планок зависит от типа МКС. Отечественной промышленностью были выпущены МКС различных шпон: 20x10x6; 10x20x6; 10x10x12; 10x12x12 и 20x20x3. Первая цифра обозначает число вертикальных блоков МКС, вторая цифра – емкость контактного поля одного блока и третья – проводность.

Схема МКС с десятью вертикальными блоками (для упрощения у каждого вертикального блока показана одна контактная струна, в действительности их может быть до 12) приведена на рис. 8.6.

Рис. 8.6. Выбирающая планка: 1 – основание; 2 – выбирающие пальцы; 3 – якорь; 4 – штифт

 

Совокупность контактных пружин и струн вертикальных блоков образуетконтактное поле МКС, емкость которого может быть на 100, 120 или 200 номеров. Устойчивость работы контактов поля достигается установле­нием на одной пружине двух контактов рядом. Каждая горизонтальная группа контактных пружин имеет свою подвижную гребенку – толкатель.

Таким образом, горизонтальная группа контактных пружин замыкает­ся с вертикальными струнами в результате взаимодействия двух планок - выбирающей и удерживающей.

По окончании соединения удерживающий электромагнит отпускает свой якорь, и удерживающая планка под действием возвратной пружины приходит в исходное положение, освободив при этом зажатый выбираю­щий палец. В результате этого подвижная гребенка с подвижными кон­тактными пружинами возвращается в исходное положение.

В Советском Союзе сначала было организовано производство город­ских координатных подстанций ПС-МКС-100 (1956 г.), а в последующие годы были разработаны сельские координатные АТС малой и средней ем­кости К-40/80, К-100/2000. Стала также выпускаться модификация АТС типа К-100/2000 для учрежденческой связи. В середине 80-х гг. заверши­лось создание координатной станции типа АТСК для городских телефон­ных сетей, внешний вид которой представлен на рис. 8.7.

По мере развития технологий стали появляться заменители традици­онных электромеханических коммутационных элементов – электронные и магнитные устройства, в которых отсутствовали подвижные части и, сле­довательно, практически исключалась вероятность механических повре­ждений, повышалось быстродействие, уменьшались габариты и масса. К преимуществам электронных коммутационных элементов относятся: вы­сокая технологичность изготовления и интеграция компонентов в одном корпусе, возможность использования печатного монтажа. Соответственно электронные АТС по сравнению с электромеханическими имели меньшиегабариты, требовали меньших площадей и объема зданий, меньших затрат на электроэнергию и эксплуатационное обслуживание, обеспечивали более гибкие возможности построения телефонных сетей.

Рис. 8.7. Координатная АТС

Рис. 8.8. Квазиэлектронная АТС

 

Квазиэлектронные АТС. На первом этапе достижения электроники стали применяться только в управляющих устройствах АТС, что привело к появлению квазиэлектронных АТС, сочетавших в себе электронное управление и электромеханические коммутационные элементы (рис. 8.8).

Коммутация осуществляется герконами, управление – электронное, микропроцессорное. Квазиэлектронными АТС часто также называют координатные станции с электронным управлением. Качество связи хорошее, но на подобных АТС иногда встречаются абонентские комплекты, имею­щие нестандартное (заниженное) напряжение в линии.

Название квазиэлектронные АТС предполагает сохранение пространственной аналоговой коммутации с применением механических контактов н одновременно использование электронных программируемых управляющих устройств. Для построения коммутационного поля в квазиэлектронных АТС применялись быстродействующие малогабаритные коммутационные элементы с электрическим, магнитным или механическим удержанием контактов в рабочем состоянии. К коммутационным элементам с электрическим удержанием относились герконовые реле.

Герконы (герметизированные контакты) представляют собой маленькие стеклянные баллоны длиной 20-50 мм и диаметром 3-5 мм, заполнен­ные инертным газом и содержащие контактные пружины из магнитного чаи-риала. Контактные поверхности покрыты золотом или другим неокисляемым металлом.

Из отдельных герконовых реле создаются многократные герконовые соединители, представляющие собой основные коммутационные блоки.

Отечественной разновидностью многократного соединителя с магнит­ным удержанием стал многократный интегральный соединитель, в котором магнит (из полутвердого магнитного материала) в выбираемой точке ком­мутации работает по принципу безгистерезисного намагничивания.

Цифровые АТС. Коммутация аналогового сигнала в цифровых АТС осуществляется полупроводниковыми приборами, а управление является микропроцессор­ным. Первоначально цифровые АТС использовались в качестве офисных автоматических станций малой емкости (рис. 8.9).

Применение цифровых АТС в качестве городских не представляется возможным в силу их низкой помехозащищенности.

Замена названия электронные АТС на цифровые АТС имеет в большей степени исторический, чем технический смысл. По времени эта замена терминов совпала с успехами микропроцессорной техники, сменившей специализированные централизованные компьютеры в системах управле­ния цифровых АТС.

Изобретение микропроцессоров представляло собой четвертую ин­формационную революцию, которая, как и первые три (изобретение пись­менности, обеспечившее возможность передачи знаний от поколения к по­колению, изобретение книгопечатания в середине XVI в. и изобретение электричества, благодаря которому в конце XIX в. появились телеграф, те­лефон и радио), привела к кардинальным изменениям в технологиях и в обществе в целом.

Рис. 8.9. Цифровые АТС

Рис. 8.10. Линейно-аппаратный зал цифровой АТС

 

Практически в тот же период, на рубеже 60-70-х гг., делаются важ­нейшие шаги в развитии систем коммутации, связанные с компьютерной революцией. Именно программное управление коммутацией послужило важной предпосылкой зарождения современной теории программирова­ния. Многие ее достижения были результатом исследований и разработок ученых и инженеров телекоммуникационных компаний, в частности BellLaboratories. Первое программное обеспечение коммутации в АТСбыло реализовано до изобретения современной операционной системы. Программы управления коммутацией писались на языке Ассемблера, и распределением программных сегментов управляли сами разработчики программ.

Коммутация и управление в цифровых АТС полностью электронные. Сигнал оцифровывается и передается внутри станции и между станциями и цифровом виде. Это гарантирует минимальное число помех и отсутствие затухания независимо от длины телефонных линий между АТС.

Внешний вид линейно-аппаратного зала цифровой АТС представлен па рис. 8.10.

В настоящее время для организации телефонной связи в пожарно-спасательных гарнизонах используется большая номенклатура технических средств проводной связи. К средствам проводной связи относятся:

– автоматические телефонные станции различных систем и емкости (декадно-шаговые, координатные, квазиэлектронные, электронные);

– пульты оперативно-диспетчерской и оперативной связи различных типов и емкостей;

– системы оповещения;

– системы радиотелефонной связи;

– устройства аудио-, видеозаписи и оргтехника;

– системы телевидеонаблюдения.

Задачей автоматизации управления процессом соединения абонентов телефонной сети пожарной охраны является переход на современные циф­ровые технологии телекоммуникаций, обеспечение функционирования всех средств проводной связи в едином номерном пространстве МЧС России.

 

Вопросы и задания

 

1. Нарисуйте схему АТС (рис. 8.1) с обозначением наименованием ее составляющих элементов на три номера и кратко опишите принцип ее действия.

2*. Нарисуйте схему АТС с дополнительными ступенями искания (рис. 8.2) с обозначением наименованием ее составляющих элементов на три номера и кратко опишите принцип ее действия.

3. Какие в настоящее время используются АТС для организации телефонной связи?

4**. Кратко опишите декадно-шаговую АТС.

5. Каковы недостатки декадно-шаговой АТС?

6**. Кратко опишите координатную АТС.

7**. Что такое МКС? Кратко опишите принцип действия МКС.

8*. Как исторически развивались координатные АТС?

9. Каковы преимущества электронных коммутационных элементов?

10. Кратко опишите квазиэлектронную АТС.

11*. Что предполагает название квазиэлектронные АТС?

12**. Что представляют собой герконы (герметизированные контакты)?

13. Кратко опишите цифровую АТС.

14. Каков основной недостаток цифровых АТС?

15. В чем заключается различие в названиях электронная АТС и цифровая АТС?

16*. Как осуществляется коммутация и управление в цифровых АТС?

17. Что относится к средствам проводной связи?

18. Какова основная задача автоматизации управления процессом соединения абонентов телефонной сети пожарной охраны?