RU2483445C1 - System for wireless atmospheric optical communication at high electromagnetic interference facilities - Google Patents
System for wireless atmospheric optical communication at high electromagnetic interference facilities Download PDFInfo
- Publication number
- RU2483445C1 RU2483445C1 RU2011149295/07A RU2011149295A RU2483445C1 RU 2483445 C1 RU2483445 C1 RU 2483445C1 RU 2011149295/07 A RU2011149295/07 A RU 2011149295/07A RU 2011149295 A RU2011149295 A RU 2011149295A RU 2483445 C1 RU2483445 C1 RU 2483445C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microcontroller
- communication
- output
- signals
- input
- Prior art date
Links
Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптической связи, в частности к атмосферным системам передачи информации на объектах, характеризующимся значительными электромагнитными помехами и шумами, как в области радиодиапазона, так и в оптической области спектра, например, на объектах электроэнергетики.The invention relates to the field of optical communication, in particular to atmospheric information transmission systems at objects characterized by significant electromagnetic interference and noise, both in the radio range and in the optical spectrum, for example, at electric power facilities.
Известна оптическая система связи по патенту РФ №2121229, МПК Н04В 10/00, 27.10.1998, состоящая из передающей части, содержащей управляемый входной информацией генератор опорной частоты, комбинированный счетчик, усилитель и излучатель света, и приемной части, содержащей фотоприемник, усилитель, одновибратор, на выходе которого восстанавливается исходный информационный сигнал, индикатор приема сигнала. Система позволяет осуществлять одностороннюю связь, например, между двумя ЭВМ.A known optical communication system according to the patent of the Russian Federation No. 2121229, IPC Н04В 10/00, 10.27.1998, consisting of a transmitting part containing a reference frequency generator controlled by input information, a combined counter, amplifier and light emitter, and a receiving part containing a photodetector, amplifier, one-shot, the output of which restores the original information signal, a signal reception indicator. The system allows for one-way communication, for example, between two computers.
При организации двусторонней связи между двумя ЭВМ в систему необходимо вводить дополнительные схемотехнические решения по блокированию помехи, возникающей в результате воздействия на фотоприемники отраженного от окружающих предметов света своих же излучателей. Данное обстоятельство приводит либо к ограничению области применения подобной системы связи, либо к усложнению схемы и снижению надежности ее работы.When organizing two-way communication between two computers, it is necessary to introduce additional circuitry solutions to block interference arising from exposure to photodetectors of light emitted from surrounding objects by their own emitters. This circumstance leads either to limiting the scope of such a communication system, or to complicating the circuit and reducing the reliability of its operation.
Наиболее близким техническим решением является оптическая система связи по патенту РФ №2174287, МПК Н04В 10/00, 20.05.2001, состоящая из передающей части, включающей первый микроконтроллер, первый выход которого соединен через первый импульсный усилитель тока с первым излучателем света, а также первый фотоприемник, соединенный через первый импульсный усилитель напряжения с первым входом первого микроконтроллера, второй выход которого подключен к первому индикатору приема сигналов, при этом второй вход и третий выход первого микроконтроллера являются соответствующим входом и выходом информационной связи с одним из первых внешних устройств, и приемной части, включающей второй микроконтроллер, первый выход которого соединен через второй импульсный усилитель тока со вторым излучателем света, а также второй фотоприемник, соединенный через второй импульсный усилитель напряжения с первым входом второго микроконтроллера, второй выход которого подключен ко второму индикатору приема сигналов, при этом второй вход и третий выход второго микроконтроллера являются соответствующими входом и выходом информационной связи с одним из вторых внешних устройств.The closest technical solution is the optical communication system according to the patent of the Russian Federation No. 2174287, IPC Н04В 10/00, 05/20/2001, consisting of a transmitting part, including the first microcontroller, the first output of which is connected through the first pulse current amplifier to the first light emitter, as well as the first a photodetector connected via a first pulse voltage amplifier to the first input of the first microcontroller, the second output of which is connected to the first signal reception indicator, while the second input and third output of the first microcontroller are are provided by the corresponding input and output of information communication with one of the first external devices, and the receiving part, including the second microcontroller, the first output of which is connected through the second pulse current amplifier with the second light emitter, as well as the second photodetector connected through the second pulse voltage amplifier with the first input the second microcontroller, the second output of which is connected to the second indicator of signal reception, while the second input and the third output of the second microcontroller are the corresponding input House and output data communication with a second external device.
При этом микроконтроллер передающей части выполняет функцию преобразователя единичных бит информации со своего второго входа в короткие одиночные импульсы для первого выхода и функцию преобразователя коротких одиночных импульсов со своего первого входа в единичные биты информации для третьего выхода, а микроконтроллер приемной части выполняет функцию преобразователя коротких одиночных импульсов со своего первого входа в единичные биты информации для третьего выхода и функцию преобразователя единичных бит информации со своего второго входа в короткие одиночные импульсы для первого выхода, причем микроконтроллеры передающей и приемной частей выполняют функции блоков, обеспечивающих двустороннюю информационную связь между внешними устройствами в полудуплексном режиме как в неподвижном состоянии обеих частей оптической системы относительно друг друга, так и при их взаимном перемещении в любом направлении по ходу оптических лучей от излучателей света.In this case, the microcontroller of the transmitting part performs the function of a converter of single bits of information from its second input into short single pulses for the first output and the function of the converter of short single pulses from its first input to single bits of information for the third output, and the microcontroller of the receiving part performs the function of a converter of short single pulses from its first input into single bits of information for the third output and the function of the converter of single bits of information from its second input into short single pulses for the first output, and the microcontrollers of the transmitting and receiving parts perform the functions of blocks that provide two-way information communication between external devices in half-duplex mode both in the stationary state of both parts of the optical system relative to each other, and when they are mutually moved in any direction along the optical rays from the light emitters.
Основным недостатком известного устройства является низкая надежность связи из-за низкой помехоустойчивости и вероятности гарантированной связи на объекте, имеющем высокий уровень помех и шумов, как в радиодиапазоне, так и в оптической области спектра, например, на объекте энергетики.The main disadvantage of the known device is the low reliability of communication due to the low noise immunity and the likelihood of guaranteed communication at an object having a high level of interference and noise, both in the radio range and in the optical region of the spectrum, for example, at an energy facility.
Недостатки обусловлены отсутствием в устройстве-прототипе средств и элементов, предназначенных для отстройки и уменьшения влияния на его работу интенсивных электромагнитных помех и шумов, как в радиодиапазоне, так и в оптической части спектра.The disadvantages are due to the lack of means and elements in the prototype device designed to detune and reduce the influence of intense electromagnetic interference and noise on its operation, both in the radio range and in the optical part of the spectrum.
В частности, на объектах электроэнергетики интенсивные помехи и шумы обнаруживаются от оборудования и приборов, находящихся под высоким потенциалом рабочего напряжения, при проведении оперативных переключений с помощью такого оборудования, а также при возникновении ненормальных и аварийных режимов работы, и при прохождении волн атмосферных и внутренних перенапряжений.In particular, at electric power facilities, intense interference and noise are detected from equipment and devices under high operating voltage potential, during operational switching using such equipment, as well as during abnormal and emergency operation, and during the passage of waves of atmospheric and internal overvoltages .
Более того, устройство-прототип не может работать с внешними устройствами, информационные сигналы которых являются аналоговыми. Кроме этого, оно не выполняет функции устройства сопряжения с объектом для систем автоматики, в частности, для автоматизированной системы управления, учета и контроля на объекте энергетики с высоким уровнем электромагнитных помех, и, соответственно, не обеспечивает «бесшовную» интеграцию устройства в такие системы.Moreover, the prototype device cannot work with external devices whose information signals are analog. In addition, it does not perform the functions of a device for interfacing with an object for automation systems, in particular, for an automated control system, metering and control at an energy facility with a high level of electromagnetic interference, and, accordingly, does not provide a “seamless” integration of the device into such systems.
Задача изобретения - повышение надежности связи за счет повышения помехоустойчивости и вероятности гарантированной связи на объектах, имеющих высокий уровень помех и шумов, как в радиодиапазоне, так и в оптической части спектра, например, на объектах электроэнергетики.The objective of the invention is to increase the reliability of communication by increasing the noise immunity and the likelihood of guaranteed communication at objects with a high level of interference and noise, both in the radio range and in the optical part of the spectrum, for example, at electric power facilities.
Технический результат достигается тем, что в системе беспроводной атмосферной оптической связи на объектах с высоким уровнем электромагнитных помех, состоящей из передающей части, включающей первый микроконтроллер, первый выход которого соединен через первый импульсный усилитель тока с первым излучателем света, а также первый фотоприемник, соединенный через первый импульсный усилитель напряжения с первым входом первого микроконтроллера, второй выход которого подключен к первому индикатору приема сигналов, при этом второй вход и третий выход первого микроконтроллера являются соответствующим входом и выходом информационной связи с одним из первых внешних устройств, и приемной части, включающей второй микроконтроллер, первый выход которого соединен через второй импульсный усилитель тока со вторым излучателем света, а также второй фотоприемник, соединенный через второй импульсный усилитель напряжения с первым входом второго микроконтроллера, второй выход которого подключен ко второму индикатору приема сигналов, при этом второй вход и третий выход второго микроконтроллера являются соответствующими входом и выходом информационной связи с одним из вторых внешних устройств, согласно предлагаемому изобретению, первый микроконтроллер выполнен в виде микроконтроллера связи, содержащего встроенный многоканальный аналогово-цифровой преобразователь и выполненного с возможностью обеспечения информационной связи с одним из аналоговых или цифровых первых внешних устройств на объекте с высоким уровнем электромагнитных помех, причем первый микроконтроллер связи выполняет функцию преобразования каждого отдельного бита сигналов телеизмерения и телесигнализации в пакет импульсов с частотой следования, отличной от промышленной частоты 50 Гц и кратных ей частот, и функцию преобразования пакета импульсов в единичные биты сигналов телеуправления, а второй микроконтроллер выполнен в виде микроконтроллера связи с возможностью обеспечения «бесшовной» интеграции системы оптической связи в одно из вторых внешних устройств, представляющим собой автоматизированную систему управления, учета и контроля на объекте с высоким уровнем электромагнитных помех, причем второй микроконтроллер связи выполняет функцию преобразования каждого отдельного бита сигналов телеуправления в пакет импульсов с частотой следования, отличной от промышленной частоты 50 Гц и кратных ей частот, и функцию преобразования пакета импульсов в отдельные биты сигналов телеизмерения и телесигнализации, при этом первый излучатель света и первый фотоприемник, а также второй излучатель света и второй фотоприемник составляют соответственно первый и второй приемопередающие модули беспроводного оптического канала связи, причем в качестве первого и второго излучателей света, а также первого и второго фотоприемников соответственно в первом и во втором приемопередающих модулях беспроводного оптического канала связи использованы излучатели света и фотоприемники с основной рабочей областью, по меньшей мере, для фотоприемников, приходящейся на солнечно-слепой диапазон оптического спектра.The technical result is achieved in that in a wireless atmospheric optical communication system at objects with a high level of electromagnetic interference, consisting of a transmitting part including a first microcontroller, the first output of which is connected through a first pulse current amplifier to a first light emitter, and also a first photodetector connected through the first pulse voltage amplifier with the first input of the first microcontroller, the second output of which is connected to the first signal reception indicator, while the second input and The output of the first microcontroller is the corresponding input and output of information communication with one of the first external devices, and the receiving part, including the second microcontroller, the first output of which is connected through the second pulse current amplifier to the second light emitter, as well as the second photodetector connected through the second pulse amplifier voltage with the first input of the second microcontroller, the second output of which is connected to the second indicator of signal reception, while the second input and the third output of the second microcon the trollers are the corresponding input and output of information communication with one of the second external devices, according to the invention, the first microcontroller is made in the form of a communication microcontroller containing an integrated multi-channel analog-to-digital converter and configured to provide information communication with one of the analog or digital first external devices at an object with a high level of electromagnetic interference, and the first microcontroller of communication performs the conversion function of each of a separate bit of telemetry and signaling signals into a pulse packet with a repetition rate different from the industrial frequency of 50 Hz and its multiples, and the function of converting the pulse packet into single bits of telecontrol signals, and the second microcontroller is designed as a communication microcontroller with the possibility of providing "seamless" integration of the optical communication system into one of the second external devices, which is an automated control system, accounting and control at the facility with a high level of electromagnet total interference, and the second communication microcontroller performs the function of converting each individual bit of the telecontrol signals into a pulse packet with a repetition rate different from the industrial frequency of 50 Hz and its multiple frequencies, and the function of converting the pulse packet into separate bits of the television measurement and telealarm signals, with the first emitter light and the first photodetector, as well as the second light emitter and the second photodetector, respectively, constitute the first and second transceiver modules of the wireless optical communication, moreover, as the first and second light emitters, as well as the first and second photodetectors, respectively, in the first and second transceiver modules of the wireless optical communication channel, light emitters and photodetectors with a main working area, at least for photodetectors in solar -blind range of the optical spectrum.
Таким образом, технический результат достигается тем, что в предлагаемую систему беспроводной атмосферной оптической связи на объектах с высоким уровнем электромагнитных помех введены первый и второй приемопередающие модули беспроводного оптического канала связи, основными элементами которых являются первые и вторые фотоприемники, а также первые и вторые излучатели света, устанавливаемые, соответственно, в первом и втором приемопередающих модулях беспроводного оптического канала связи (далее - приемопередающие модули), с основной рабочей областью, по меньшей мере, для фотоприемников, приходящейся на солнечно-слепой диапазон (ССД) оптического спектра (240-290 нм), в котором в светлое время суток, на поверхности Земли отсутствует солнечное излучение.Thus, the technical result is achieved by the fact that the first and second transceiver modules of the wireless optical communication channel, the main elements of which are the first and second photodetectors, as well as the first and second light emitters, are introduced into the proposed wireless atmospheric optical communication system at objects with a high level of electromagnetic interference installed, respectively, in the first and second transceiver modules of a wireless optical communication channel (hereinafter referred to as transceiver modules), with the main p bochey area, at least for detectors attributable to solar-blind range (MICs) of the optical spectrum (240-290 nm), wherein in the daytime, there is no solar radiation at the earth's surface.
Кроме этого, первый микроконтроллер - микроконтроллер связи передающей части (МСПЧ) со встроенным многоканальным аналогово-цифровым преобразователем (АЦП) обеспечивает передачу сигналов телеизмерения (ТИ) и телесигнализации (ТС), а также прием сигналов телеуправления (ТУ) первыми внешними устройствами (устройствами и приборами, находящимися под потенциалом высокого напряжения на токоведущих частях электроэнергетической установки (ЭУ), при этом второй вход МСПЧ является входом встроенного многоканального АЦП МСПЧ, обеспечивающим оцифровку аналоговых сигналов с первых внешних устройств, причем третий выход МСПЧ является входом исполнительных элементов и механизмов первых внешних устройств, предназначенных для выполнения сигналов (команд) ТУ.In addition, the first microcontroller - the transmitting part communication microcontroller (MCHR) with the built-in multi-channel analog-to-digital converter (ADC) provides the transmission of telemetry signals (TI) and tele-signaling (TS), as well as the reception of telecontrol signals (TU) by the first external devices (devices and devices that are under high voltage potential on live parts of an electric power installation (EI), while the second input of the MCCF is the input of the integrated multi-channel ADC of the MSCH, which provides digitization Patent Application analog signals from the first external device, the third output is the input of ISHR actuators and mechanisms of the first external device designed to perform the signals (commands) TU.
Микроконтроллер связи передающей части выполняет функцию преобразователя каждого отдельного бита сигналов ТИ и ТС со своего второго входа в пакет импульсов (с периодом T1) для первого выхода и функцию преобразователя пакета импульсов (с периодом Т2) со своего первого входа в единичные биты сигналов ТУ для третьего выхода МСПЧ.The communication microcontroller of the transmitting part performs the function of a converter for each individual bit of TI and TS signals from its second input to the pulse packet (with period T 1 ) for the first output and the function of the converter of the pulse packet (with period T 2 ) from its first input to single bits of TU signals for the third output of the MHRC.
Для отстройки от существующих в ССД оптических помех и шумов от коронных разрядов и искусственных источников света, периоды T1 и Т2 должны быть выбраны таким образом, чтобы частота следования коротких импульсов в пакетах была отстроена от промышленной частоты - 50 Гц, и кратных ей частот.For detuning from the existing optical noise and noise from corona discharges and artificial light sources, the periods T 1 and T 2 must be chosen so that the repetition rate of short pulses in the packets is tuned from the industrial frequency of 50 Hz, and multiple frequencies .
В общем случае, передающая часть системы беспроводной атмосферной оптической связи на объектах с высоким уровнем электромагнитных помех находится под потенциалом высокого напряжения токоведущих частей ЭУ, в окрестности с первыми внешними устройствами. Более того, возможна интеграция МСПЧ в такие устройства на ЭУ. В последнем случае, функции МСПЧ могут выполнять микроконтроллеры самих первых внешних устройств.In general, the transmitting part of the wireless atmospheric optical communication system at objects with a high level of electromagnetic interference is under the high voltage potential of the live parts of the EU, in the vicinity of the first external devices. Moreover, it is possible to integrate MHPCH into such devices on the EU. In the latter case, the microcontrollers of the first external devices themselves can perform the functions of the MHPF.
Второй микроконтроллер - микроконтроллер связи приемной части системы (МСПрЧ) - обеспечивает «бесшовную» интеграцию приемной части системы беспроводной атмосферной оптической связи во вторые внешние устройства, представляющими собой автоматизированную систему управления, учета и контроля на объекте энергетики, в которую входят автоматизированные системы управления технологическими процессами в электроэнергетике (АСУ Э), автоматизированные системы диспетчерского управления (АСДУ), автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ), устройства релейной защиты и автоматики на ЭУ (РЗиА), а также системы «цифровых подстанций» («интеллектуальные сети», smart grid) на ЭУ, при этом второй вход и третий выход МСПрЧ являются соответствующими входом и выходом информационной связи с автоматизированной системой управления, учета и контроля на объекте энергетики (системами АСУ Э, АСДУ, АСКУЭ, РЗиА, и «интеллектуальными сетями» ЭУ).The second microcontroller - the receiving microcontroller of the receiving part of the system (MSChR) - provides a “seamless” integration of the receiving part of the wireless atmospheric optical communication system into the second external devices, which are an automated control system, accounting and control at the energy facility, which includes automated process control systems in electric power industry (ACS E), automated dispatch control systems (ASDU), automated systems for commercial accounting of electric power supply system (ASKUE), relay protection and automation devices at the electric power substations (RE&A), as well as the system of "digital substations" ("smart grids", smart grids) at the electric power generators, while the second input and the third output of the MCRCH are the corresponding input and output of information communication with an automated control, accounting and control system at an energy facility (ACS E, ASDU, ASKUE, RZiA systems, and “smart grids” of ES).
Микроконтроллер связи приемной части выполняет функцию преобразователя каждого отдельного бита сигналов ТУ от вторых внешних устройств (систем АСУ Э, АСДУ, РЗиА, и «интеллектуальных сетей» ЭУ) со своего второго входа в пакет импульсов (с периодом Т2) для первого выхода, и функцию преобразователя пакета импульсов (с периодом T1) со своего первого входа в отдельные биты сигналов ТИ и ТС от первых внешних устройств - для третьего выхода МСПрЧ.The communication microcontroller of the receiving part performs the function of a converter for each individual bit of TU signals from second external devices (ACS E, ASDU, RZiA systems, and “smart networks” of EI) from its second input to the pulse packet (with period T 2 ) for the first output, and the function of the pulse packet converter (with a period T 1 ) from its first input to the individual bits of the TI and TS signals from the first external devices - for the third output of the MFPRCH.
Для отстройки от существующих в ССД оптических помех и шумов от коронных разрядов, имеющихся на высоковольтном электрооборудовании, и искусственных источников света, периоды Т1 и Т2 должны быть выбраны таким образом, чтобы частота следования коротких импульсов в пакетах была отстроена от промышленной частоты - 50 Гц, и кратных ей частот.For detuning from the existing optical interference and noise from corona discharges available on high-voltage electrical equipment and artificial light sources, the periods T 1 and T 2 must be chosen so that the repetition rate of short pulses in the packets is tuned from the industrial frequency - 50 Hz, and its multiple frequencies.
В общем случае, приемная часть системы беспроводной атмосферной оптической связи на объектах с высоким уровнем электромагнитных помех находится под потенциалом низкого напряжения (земли), на расстоянии от передающей части системы, обеспечивающем необходимый уровень электрической изоляции между токоведущими частями ЭУ (первыми внешними устройствами) и заземленными элементами ЭУ.In general, the receiving part of the wireless atmospheric optical communication system at objects with a high level of electromagnetic interference is under the potential of low voltage (earth), at a distance from the transmitting part of the system, providing the necessary level of electrical isolation between the live parts of the EU (first external devices) and grounded elements of EU.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная структурная схема предлагаемой системы беспроводной атмосферной оптической связи на объектах с высоким уровнем электромагнитных помех.The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic structural diagram of the proposed system of wireless atmospheric optical communication at objects with a high level of electromagnetic interference.
Цифрами на чертеже обозначены:The numbers in the drawing indicate:
1 - первый микроконтроллер связи, содержащий встроенный многоканальный АЦП;1 - the first microcontroller of communication containing an integrated multi-channel ADC;
2 - первый импульсный усилитель тока;2 - the first pulsed current amplifier;
3 - первый излучатель света;3 - the first emitter of light;
4 - первый фотоприемник;4 - the first photodetector;
5 - первый импульсный усилитель напряжения;5 - the first switching voltage amplifier;
6 - первый индикатор приема сигнала;6 - the first indicator of signal reception;
7 - второй микроконтроллер связи;7 - the second microcontroller of communication;
8 - первый приемопередающий модуль беспроводного оптического канала связи;8 - the first transceiver module of a wireless optical communication channel;
9 - второй импульсный усилитель тока;9 - second pulse current amplifier;
10 - второй импульсный усилитель напряжения;10 - second pulse voltage amplifier;
11 - сигналы телеизмерения (ТИ) и телесигнализации (ТС) с первых внешних устройств (устройств и приборов, находящиеся под потенциалом высокого напряжения токоведущих частей ЭУ);11 - signals of telemetry (TI) and telesignalization (TS) from the first external devices (devices and devices that are under the potential of high voltage of live parts of EU);
12 - сигналы телеуправления (ТУ) к исполнительным элементам и механизмам первых внешних устройств;12 - telecontrol signals (TU) to the actuators and mechanisms of the first external devices;
13 - сигналы телеизмерения (ТИ) и телесигнализации (ТС), передаваемые из системы беспроводной атмосферной оптической связи во вторые внешние устройства, представляющие собой автоматизированную систему управления, учета и контроля на объекте энергетики (системы АСУ Э, АСДУ, АСКУЭ, РЗ и А, «интеллектуальные сети»), по соответствующим протоколам, принятым в указанных системах;13 - signals of telemetry (TI) and telesignalization (TS) transmitted from a wireless atmospheric optical communication system to second external devices, which are an automated control system, accounting and control at the power plant (ACS E, ASDU, ASKUE, RZ and A, “Intelligent networks”), according to the relevant protocols adopted in these systems;
14 - сигналы телеуправления (ТУ) из вторых внешних устройств (систем АСУ Э, АСДУ, РЗ и А, «интеллектуальных сетей»), предназначенные для передачи по системе беспроводной атмосферной оптической связи на исполнительные элементы и механизмы первых внешних устройств (устройств и приборов, находящихся под высоким потенциалом токоведущих частей ЭУ);14 - telecontrol signals (TU) from second external devices (ACS E, ASDU, RZ and A systems, “smart grids”), intended for transmission via a wireless atmospheric optical communication system to actuators and mechanisms of the first external devices (devices and devices, under high potential of live parts of power units);
15 - второй излучатель света;15 - second light emitter;
16 - второй фотоприемник;16 - second photodetector;
17 - второй индикатор приема сигнала;17 is a second signal reception indicator;
18 - второй приемопередающий модуль беспроводного оптического канала связи;18 is a second transceiver module of a wireless optical communication channel;
19 - первые внешние устройства (устройства и приборы, находящиеся под высоким потенциалом токоведущих частей ЭУ);19 - the first external devices (devices and devices that are under high potential of live parts of EU);
20 - вторые внешние устройства, представляющие собой автоматизированную систему управления, учета и контроля на объекте энергетики, в которую входят системы АСУ Э, АСДУ, АСКУЭ, РЗиА, «интеллектуальные сети» ЭУ.20 - second external devices, which are an automated control system, accounting and control at the energy facility, which includes systems ACS E, ASDU, ASKUE, RZiA, "smart grids" EA.
Система беспроводной атмосферной оптической связи на объектах с высоким уровнем электромагнитных помех состоит из передающей и приемной частей.A wireless atmospheric optical communication system at objects with a high level of electromagnetic interference consists of a transmitting and receiving part.
Передающая часть содержит первый микроконтроллер, первый выход которого соединен через первый импульсный усилитель 2 тока с первым излучателем 3 света, а также первый фотоприемник 4, соединенный через первый импульсный усилитель 5 напряжения с первым входом первого микроконтроллера, второй выход которого подключен к первому индикатору 6 приема сигналов. Второй вход и третий выход первого микроконтроллера являются соответствующим входом и выходом информационной связи с одним из первых внешних устройств 19.The transmitting part comprises a first microcontroller, the first output of which is connected through the first pulse current amplifier 2 to the first light emitter 3, and a first photodetector 4, connected through the first pulse voltage amplifier 5 with the first input of the first microcontroller, the second output of which is connected to the first reception indicator 6 signals. The second input and the third output of the first microcontroller are the corresponding input and output of information communication with one of the first external devices 19.
Приемная часть содержит второй микроконтроллер, первый выход которого соединен через второй импульсный усилитель 9 тока со вторым излучателем 15 света, а также второй фотоприемник 16, соединенный через второй импульсный усилитель 10 напряжения с первым входом второго микроконтроллера, второй выход которого подключен ко второму индикатору 17 приема сигналов. Второй вход и третий выход второго микроконтроллера являются соответствующими входом и выходом информационной связи с одним из вторых внешних устройств 20.The receiving part contains a second microcontroller, the first output of which is connected through a second pulse current amplifier 9 with a second light emitter 15, and a second photodetector 16, connected through a second pulse voltage amplifier 10 with the first input of the second microcontroller, the second output of which is connected to the second reception indicator 17 signals. The second input and the third output of the second microcontroller are the corresponding input and output of information communication with one of the second external devices 20.
Отличием предлагаемой системы беспроводной атмосферной оптической связи на объектах с высоким уровнем электромагнитных помех является то, что первый микроконтроллер выполнен в виде микроконтроллера 1 связи, содержащего встроенный многоканальный аналогово-цифровой преобразователь и выполненного с возможностью обеспечения информационной связи с одним из аналоговых или цифровых первых внешних устройств 19 (устройств и приборов, находящихся под потенциалом высокого напряжения токоведущих частей ЭУ) на объекте с высоким уровнем электромагнитных помех.The difference of the proposed wireless atmospheric optical communication system at objects with a high level of electromagnetic interference is that the first microcontroller is made in the form of a communication microcontroller 1 containing an integrated multichannel analog-to-digital converter and configured to provide informational communication with one of the analogue or digital first external devices 19 (devices and instruments that are under the potential of high voltage of live parts of power plants) at the facility with a high level of electrical magnetic interference.
Первый микроконтроллер 1 связи выполняет функцию преобразования каждого отдельного бита сигналов 11 - сигналов телеизмерения и телесигнализации - с первых внешних устройств 19 в пакет импульсов с частотой следования, отличной от промышленной частоты 50 Гц, и кратных ей частот, и функцию преобразования пакета импульсов в единичные биты сигналов 12 телеуправления к исполнительным элементам и механизмам первых внешних устройств 19.The first communication microcontroller 1 performs the function of converting each individual bit of signals 11 — television measurement and telealarm signals — from the first external devices 19 into a pulse packet with a repetition rate other than the industrial frequency of 50 Hz and multiples of it, and the function of converting the pulse packet into single bits remote control signals 12 to the actuators and mechanisms of the first external devices 19.
Второй микроконтроллер выполнен в виде микроконтроллера 7 связи с возможностью обеспечения «бесшовной» интеграции системы оптической связи в одно из вторых внешних устройств 20, представляющей собой автоматизированную систему управления, учета и контроля на объекте с высоким уровнем электромагнитных помех, в которую входят системы АСУ Э, АСДУ, АСКУЭ, РЗиА, «интеллектуальные сети» ЭУ. Второй микроконтроллер 7 связи выполняет функцию преобразования каждого отдельного бита сигналов 14 телеуправления из вторых внешних устройств 20 (систем АСУ Э, АСДУ, РЗ и А, «интеллектуальных сетей»), предназначенных для передачи по системе беспроводной атмосферной оптической связи на исполнительные элементы и механизмы первых внешних устройств 19 (устройств и приборов, находящихся под высоким потенциалом токоведущих частей ЭУ) в пакет импульсов с частотой следования, отличной от промышленной частоты 50 Гц и кратных ей частот, и функцию преобразования пакета импульсов в отдельные биты сигналов 13 - сигналов телеизмерения и телесигнализации, передаваемых из системы беспроводной атмосферной оптической связи во вторые внешние устройства 20, представляющие собой автоматизированную систему управления, учета и контроля на объекте энергетики (системы АСУ Э, АСДУ, АСКУЭ, РЗ и А, «интеллектуальные сети»), по соответствующим протоколам, принятым в указанных системах.The second microcontroller is made in the form of a microcontroller 7 communication with the ability to ensure "seamless" integration of the optical communication system in one of the second external devices 20, which is an automated control system, metering and control at the facility with a high level of electromagnetic interference, which includes ACS E systems, ASDU, ASKUE, RZiA, "smart grids" of power plants. The second communication microcontroller 7 performs the function of converting each individual bit of the telecontrol signals 14 from the second external devices 20 (ACS E, ASDU, RZ and A systems, “smart grids”) intended for transmission via the wireless atmospheric optical communication system to actuators and mechanisms of the first external devices 19 (devices and devices at high potential of live parts of the EU) in a pulse packet with a repetition rate different from the industrial frequency of 50 Hz and its multiple frequencies, and the function the formation of a packet of pulses in separate bits of the signals 13 - telemetry and telealarm signals transmitted from the wireless atmospheric optical communication system to the second external devices 20, which are an automated control system, accounting and control at the power plant (ACS E, ASDU, ASKUE, RZ and A, “intelligent networks”), according to the relevant protocols adopted in these systems.
Первый излучатель 3 света и первый фотоприемник 4, а также второй излучатель 15 света и второй фотоприемник 16 составляют соответственно первый 8 и второй 18 приемопередающие модули беспроводного оптического канала связи. В качестве первого 3 и второго 15 излучателей света, а также первого 4 и второго 16 фотоприемников соответственно в первом 8 и во втором 18 приемопередающих модулях беспроводного оптического канала связи использованы излучатели света и фотоприемники с основной рабочей областью, по меньшей мере, для фотоприемников, приходящейся на солнечно-слепой диапазон (ССД) оптического спектра (240-290 нм), в котором в светлое время суток, на поверхности Земли отсутствует солнечное излучение.The first light emitter 3 and the first photodetector 4, as well as the second light emitter 15 and the second photodetector 16 constitute the first 8 and second 18 transceiver modules of the wireless optical communication channel, respectively. As the first 3 and second 15 light emitters, as well as the first 4 and second 16 photodetectors, respectively, in the first 8 and second 18 transceiver modules of the wireless optical communication channel, light emitters and photodetectors with a main working area, at least for photodetectors, per on the sun-blind range (SSD) of the optical spectrum (240-290 nm), in which there is no solar radiation on the Earth’s surface during daylight hours.
Система беспроводной атмосферной оптической связи на объектах с высоким уровнем электромагнитных помех работает следующим образом.A wireless atmospheric optical communication system at objects with a high level of electromagnetic interference works as follows.
Передающая часть системы беспроводной атмосферной оптической связи подключена к первым внешним устройствам 19 (устройствам и приборам, находящимся под высоким потенциалом токоведущих частей ЭУ). Такими устройствами и приборами могут быть, например, измерительная аппаратура, подвешенная к проводам высоковольтной воздушной ЛЭП, порталам открытых распределительных устройств электрических станций и подстанций. Указанная аппаратура для передачи сигналов 11 во вторые внешние устройства 20 (системы АСУ Э, АСДУ, АСКУЭ, РЗ и А, «интеллектуальные сети») подключена ко второму и последующим входам первого микроконтроллера 1 связи передающей части (МСПЧ). При этом основной электрической изоляцией таких аппаратов будет воздушная изоляция, уровень которой определяется только высотой подвеса провода.The transmitting part of the wireless atmospheric optical communication system is connected to the first external devices 19 (devices and devices that are at high potential of live parts of the EU). Such devices and devices can be, for example, measuring equipment suspended from wires of a high-voltage overhead power line, portals of open switchgears of power plants and substations. The specified equipment for transmitting signals 11 to the second external devices 20 (ACS E, ASDU, ASKUE, RZ and A, "smart grids") is connected to the second and subsequent inputs of the first microcontroller 1 of the communication of the transmitting part (MPSCH). In this case, the main electrical insulation of such devices will be air insulation, the level of which is determined only by the height of the wire suspension.
Первый микроконтроллер 1 связи передающей части может представлять собой микроконтроллер самих таких аппаратов, и выполнять все функции и алгоритмы работы (т.е. быть аппаратно совместимым и иметь соответствующее программное обеспечение), необходимые для полноценного функционирования предлагаемой системы беспроводной атмосферной оптической связи.The first communication microcontroller 1 of the transmitting part can be a microcontroller of such devices themselves, and perform all the functions and operating algorithms (i.e., be hardware compatible and have the appropriate software) necessary for the full functioning of the proposed wireless atmospheric optical communication system.
Первый микроконтроллер 1 связи передающей части со встроенным многоканальным АЦП циклично опрашивает все вводы своих портов, отведенных для опроса всех подключенных к передающей части измерительных аппаратов или их элементов, а также все вводы портов, отведенных для приема дискретной информации, и далее формирует в своем оперативно-запоминающем устройстве (ОЗУ) массив соответствующих данных сигналов 11 - сигналов ТИ и ТС.The first microcontroller 1 of the communication of the transmitting part with the built-in multi-channel ADC cyclically polls all the inputs of its ports allocated for polling all the measuring devices connected to the transmitting part or their elements, as well as all the inputs of the ports allocated for receiving discrete information, and then forms in its operational memory device (RAM) an array of corresponding data signals 11 - signals TI and TS.
Первый микроконтроллер 1 связи передающей части из таких массивов формирует информационную посылку (сигналы 11 - сигналы ТИ и ТС), преобразуя каждый отдельный бит данных в пакет импульсов с частотой следования, отличной от промышленной (50 Гц), и кратных ей частот.The first microcontroller 1 of the communication of the transmitting part from such arrays forms an information package (signals 11 are TI and TS signals), converting each individual data bit into a burst of pulses with a repetition rate different from the industrial (50 Hz), and multiples of it.
Далее пакеты импульсов поступают в первый импульсный усилитель 2 тока, последовательно подключенный к излучателю 3 света первого приемопередающего модуля 8 беспроводного оптического канала связи. Первый излучатель 3 света может быть оптимизирован под ССД оптического спектра, излучая со спектральной мощностью, в основном приходящимся на жесткий и средний УФ-диапазон спектра.Next, the pulse packets enter the first pulse current amplifier 2, connected in series to the light emitter 3 of the first transceiver module 8 of the wireless optical communication channel. The first emitter 3 of the light can be optimized for the SSD of the optical spectrum, emitting with a spectral power mainly attributable to the hard and medium UV range of the spectrum.
Таким образом, первый излучатель 3 света испускает короткие импульсы света с увеличенной мощностью, в основном приходящиеся на УФ-диапазон, что увеличивает дальность оптического взаимодействия системы.Thus, the first light emitter 3 emits short pulses of light with increased power, mainly in the UV range, which increases the range of the optical interaction of the system.
Второй приемопередающий модуль 18 беспроводного оптического канала связи приемной части системы, через второй фотоприемник 16, оптимизированный для приема оптического сигнала в области ССД, формирует, согласно передаваемым посылкам сигналов 11 - сигналов ТИ и ТС - с первых излучателей 3 света передающей части системы, пакеты электрических импульсов с периодом Т1, которые затем поступают на второй импульсный усилитель 10 напряжения.The second transceiver module 18 of the wireless optical communication channel of the receiving part of the system, through the second photodetector 16, optimized for receiving an optical signal in the SSD region, generates, according to the transmitted signal packets 11 — TI and TS signals — from the first light emitters 3 of the transmitting part of the system, electrical packets pulses with a period T 1 , which are then supplied to the second pulse voltage amplifier 10.
Второй микроконтроллер 7 связи приемной части системы преобразует полученные с второго импульсного усилителя 10 напряжения пакеты электрических импульсов в посылки сигналов 13 - сигналов ТИ и ТС - в соответствующие системы АСУ Э, АСДУ, АСКУЭ, РЗ и А, «интеллектуальные сети» согласно принятым в таких системах протоколам.The second microcontroller 7 of the communication of the receiving part of the system converts the packets of electrical pulses received from the second pulse amplifier 10 to send signals 13 - signals TI and TS - to the corresponding systems ACS E, ASDU, ASKUE, RZ and A, “smart networks” according to systems protocols.
Приемная часть системы беспроводной атмосферной оптической связи, через второй микроконтроллер 7 связи приемной части системы (МСПрЧ) полностью интегрирована во вторые внешние устройства 20, представляющие собой автоматизированную систему управления, учета и контроля на объекте энергетики (системы АСУ Э, АСДУ, АСКУЭ, РЗ и А, «интеллектуальные сети» на ЭУ).The receiving part of the wireless atmospheric optical communication system, through the second microcontroller 7 of the receiving system (MCRCH), is fully integrated into the second external devices 20, which are an automated control system, accounting and control at the power plant (ACS E, ASDU, ASKUE, RZ and Ah, “smart grids” on the EU).
Приемная часть системы, при получении сигналов 14 - сигналов (команд) ТУ - от систем АСУ Э, АСДУ, АСКУЭ, РЗ и А, «интеллектуальных сетей» на ЭУ, формирует через второй импульсный усилитель 9 тока приемной части и второй излучатель 15 света, оптимизированный под ССД оптического спектра, приемопередающего модуля 18 беспроводного оптического канала связи, информационную посылку на останов передачи сигналов 11 - сигналов ТИ и ТС - с передающей части системы, и затем, преобразуя каждый отдельный бит сигналов 14 - сигналов (команд) ТУ - в пакеты импульсов с периодом Т2, пересылает их через второй приемопередающий модуль 18 беспроводного оптического канала связи посредством коротких импульсов света на передающую часть системы.The receiving part of the system, when receiving signals 14 - signals (commands) of the technical specifications - from ACS E, ASDU, ASKUE, RZ and A systems, “smart grids” to the electronic control systems, generates the receiving part current and the second light emitter 15 through the second pulse amplifier 9, optimized for SSD of the optical spectrum, transceiver module 18 of the wireless optical communication channel, an information packet to stop the transmission of signals 11 — TI and TS signals — from the transmitting part of the system, and then, converting each individual bit of the 14 signals — TU signals (commands) —to packets pulses with Heat-T 2, sends them through the second wireless transceiver module 18 via optical link short light pulses on the transmitting side of the system.
Таким образом, обеспечивается полудуплексный режим работы предлагаемой беспроводной атмосферной оптической системы связи.Thus, a half-duplex operation mode of the proposed wireless atmospheric optical communication system is provided.
Первый приемопередающий модуль 8 передающей части, через первые фотоприемники 4, оптимизированные для приема оптического сигнала в области ССД оптического спектра, формирует пакеты электрических импульсов с периодом Т2, которые усиливаются в первом импульсном усилителе 5 напряжения и подаются на первый вход первого микроконтроллера 1 связи передающей части.The first transmitting and transmitting module 8 of the transmitting part, through the first photodetectors 4, optimized for receiving an optical signal in the SSD region of the optical spectrum, generates packets of electrical pulses with a period T 2 , which are amplified in the first pulse voltage amplifier 5 and fed to the first input of the first transmitting communication microcontroller 1 parts.
Первый микроконтроллер 1 связи передающей части преобразует полученные пакеты коротких импульсов в сигналы 12 - сигналы (команды) ТУ, и формирует на своем третьем выходе (согласно полученным сигналам 14 - сигналам ТУ) управляющие воздействия - сигналы (команды) 12 - к первым внешним устройствам 19 (исполнительным элементам и механизмам устройств и приборов, находящихся под потенциалом высокого напряжения токоведущих частей ЭУ).The first microcontroller 1 of the communication of the transmitting part converts the received packets of short pulses into signals 12 - signals (commands) TU, and generates on its third output (according to the received signals 14 - signals TU) control actions - signals (commands) 12 - to the first external devices 19 (executive elements and mechanisms of devices and devices under high potential of current-carrying parts of EU).
Техническими результатами, обеспечиваемыми при использовании предлагаемого изобретения, являются:The technical results provided by using the invention are:
1. Повышение надежности связи за счет повышения помехоустойчивости и вероятности гарантированной связи в условиях высоких помех и шумов, как в радиодиапазоне, так и в оптической части спектра, например, на объектах электроэнергетики.1. Improving the reliability of communication by increasing the noise immunity and the likelihood of guaranteed communication in conditions of high interference and noise, both in the radio range and in the optical part of the spectrum, for example, at electric power facilities.
2. Уменьшение общей стоимости систем АСУ Э, АСДУ, АСКУЭ, РЗ и А, и «интеллектуальных сетей» ЭУ благодаря исключению дополнительных устройств сопряжения с объектами (УСО) и обеспечению «бесшовной» интеграции электроэнергетического оборудования ЭУ в такие системы;2. Reducing the total cost of ACS E, ASDU, ASKUE, RZ and A systems, and “smart grids” of ESs due to the exclusion of additional devices for interfacing with objects (USO) and ensuring “seamless” integration of electric power equipment of ES in such systems;
3. Значительное упрощение и удешевление монтажных и пуско-наладочных работ при проведении мероприятий по интеграции ЭУ в системы АСУ Э, АСДУ, АСКУЭ, «интеллектуальные сети» благодаря отсутствию необходимости в установке и настройке УСО;3. Significant simplification and cheapening of installation and commissioning when carrying out measures for the integration of power plants into ACS E, ASDU, ASKUE, "smart grids" due to the absence of the need to install and configure USO;
4. Обеспечивается полная гальваническая развязка устройств и приборов, находящихся под потенциалом высокого напряжения у токоведущих частей электроэнергетических установок (ЭУ) при передаче и приеме сигналов телеинформации в системах АСУ Э, АСДУ, АСКУЭ, РЗ и А, «интеллектуальных сетях».4. A complete galvanic isolation of devices and devices under high voltage potential from live parts of electric power plants (EI) is provided when transmitting and receiving teleinformation signals in ACS E, ASDU, ASKUE, RZ and A systems, “smart grids”.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011149295/07A RU2483445C1 (en) | 2011-12-02 | 2011-12-02 | System for wireless atmospheric optical communication at high electromagnetic interference facilities |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011149295/07A RU2483445C1 (en) | 2011-12-02 | 2011-12-02 | System for wireless atmospheric optical communication at high electromagnetic interference facilities |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2483445C1 true RU2483445C1 (en) | 2013-05-27 |
Family
ID=48792059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011149295/07A RU2483445C1 (en) | 2011-12-02 | 2011-12-02 | System for wireless atmospheric optical communication at high electromagnetic interference facilities |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2483445C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994009575A1 (en) * | 1992-10-13 | 1994-04-28 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Light path switching system |
| GB2278971A (en) * | 1993-06-07 | 1994-12-14 | Fujitsu Ltd | Bidirectional optical communications |
| RU2121229C1 (en) * | 1995-09-12 | 1998-10-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью Предприятие "А. & П" | Optical communication system |
| RU2174267C2 (en) * | 1999-03-09 | 2001-09-27 | Красноярский фонд "Конверсионный технопарк" | Field-effect emissive display |
-
2011
- 2011-12-02 RU RU2011149295/07A patent/RU2483445C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994009575A1 (en) * | 1992-10-13 | 1994-04-28 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Light path switching system |
| GB2278971A (en) * | 1993-06-07 | 1994-12-14 | Fujitsu Ltd | Bidirectional optical communications |
| RU2121229C1 (en) * | 1995-09-12 | 1998-10-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью Предприятие "А. & П" | Optical communication system |
| RU2174267C2 (en) * | 1999-03-09 | 2001-09-27 | Красноярский фонд "Конверсионный технопарк" | Field-effect emissive display |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2089913B1 (en) | Monitoring of distributed power harvesting systems using dc power sources | |
| ES2755411T3 (en) | Photovoltaic installation with module supervision | |
| US7869707B2 (en) | Measuring system comprising an intelligent sensor head and having a reduced power consumption for medium-voltage or high-voltage systems or in mining, and method therefor | |
| US9581624B2 (en) | Corona avoidance electric power line monitoring, communication and response system | |
| KR20160098282A (en) | Transmission system for a nuclear power plant and associated method | |
| US20100238045A1 (en) | System, a tool and a method for communicating with a faulted circuit indicator using a display | |
| KR101014269B1 (en) | A photovoltaic power generation system | |
| RU2483445C1 (en) | System for wireless atmospheric optical communication at high electromagnetic interference facilities | |
| WO2016028274A1 (en) | Corona avoidance electric power line monitoring and response system | |
| CN201266420Y (en) | Infrared correlation detector | |
| RU111938U1 (en) | RADIO CHANNEL SECURITY COMPLEX | |
| CN1028807C (en) | Device for signalling position of mobile member | |
| Zhang et al. | Capacity of MIMO visible light communication channels | |
| CN114814397A (en) | Monitoring system and method for transient interference on site of converter station | |
| CN205178487U (en) | Intelligence residual current circuit breaker controlling means | |
| RU71043U1 (en) | MULTI-CHANNEL ARC PROTECTION DEVICE FOR COMPLETE DISTRIBUTION DEVICES | |
| CN105160860A (en) | Power-device remote monitoring system based on power line carrier technology | |
| CN201060281Y (en) | High voltage isolation device based on optical fiber transmission | |
| JP2008064473A (en) | Water level measuring system | |
| CN103969512A (en) | Receiving and transmitting device for electromagnetic pulses of thunder and lightning | |
| Chaabna et al. | Performance evaluation of illuminance based on LEDs spacing in indoor positioning system based on VLC | |
| CN216122424U (en) | Self-powered optical fiber matrix communication system in high-voltage environment | |
| RU123612U1 (en) | DEVICE FOR AUTOMATIC DIAGNOSTICS OF OPERATION OF FIBER-OPTICAL LINES OF TRANSFER OF DIGITAL INFORMATION IF EXPOSED TO EXTERNAL PERFECTING FACTORS | |
| RU2510031C1 (en) | Method to determine availability or unavailability of voltage in operating power plant | |
| CN218413244U (en) | Time synchronization device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141203 |