Организация работы в хозяйстве сигнализации и связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Протяженность перегонов на диспетчерском участке

Таблица 1

Участки и станции	А - Б	Б - В	В - Г	Г - Д	Д - Е	Е - Ж	Ж - З	З - И	И - К	К - Л	Л - М
Вариант 5	12	14	17	9	10	12	13	17	18	19	10

Общая протяженность диспетчерского участка 151 км.

Данные для расчета дальности гектометровой и УКВ поездной радиосвязи

Таблица 2

Род тяги	ЭПРТ	Местность	П
Участок	ДП	Характеристика почвы	ОС
Станция, где УКВ радиосвязь	И	КПД локомотивной антенны	5%
Высота подвески Г-образной антенны	15м	Мощность передатчика	10Вт
Длина фидера передатчик \ приемник	28/5

В таблице 2 обозначено:

ЭПРТ - электротяга переменного тока;

П- пересеченная местность ;

ДП - двухпутный участок железной дороги;

ОС - очень сухая и слабо проводящая песчаная почва: относительная диэлектрическая проницаемость =2,5, проводимость = 0,00001 См/м.

Данные для расчета дальности гектометровой поездной радиосвязи

Таблица 3

Количество тяговых подстанций на перегоне	2	Количество переходов: воздушных кабельных	2
Количество разъединителей	0	Длина фидера, направляющая линия - радиостанция, м.	400
Количество трансформаторов: однофазных, трёхфазных	18 2	Расстояние от направляющей линии до трансформатора, м.	8

Выбираем аппаратуру для организации ПРС:

возимая радиостанция РВ - 1М предназначена для организации поездной и станционной радиосвязи на железнодорожном транспорте. Устанавливается на подвижных объектах;

стационарная радиостанция РС - 1М предназначена для организации поездной радиосвязи между поездным диспетчером и машинистами поездных локомотивов в дуплексном режиме с индивидуальным вызовом локомотива по номеру поезда.

Расчет связи в гектометровом диапазоне при использовании антенн

При использовании гектометрового диапазона волн обеспечить передачу информации можно излучением и приемом электромагнитных волн при помощи антенн. В этом случае рассчитываем напряженность поля в точке приема по формулам Шулейкина - Ван-дер-Поля:

(мВ/м);

,

где РА - мощность, подводимая к антенне, Вт;

зА=0,25 - КПД антенны (для стационарных Г-образных антенн при высоте подвеса 15м);

D=1,5 [1] - коэффициент направленного действия антенны;

l=18 км - расстояние до точки приема (участок И - К);

W - множитель ослабления, зависящий от расстояния и параметров почвы;

л=140,7 м - длина волны для частоты 2,13 МГц;

у=0,00001 См/м - проводимость почвы;

е= 2,5- относительная диэлектрическая проницаемость почвы.

Подводимая мощность зависит от длины фидера lФ и затухания в устройстве согласования бсу:

где Р=10 Вт - выходная мощность радиостанции (табл.2);

бФ=0,8 дБ/м - погонное затухание в фидере на 1 м его длины;

бсу=1,5 дБ [1];

lФ=28 м (табл.2).

Вт;

;

;

мВ/м.

Принимаем действующую длину антенны lд=4 м, тогда

U= lд=3,61*4=14,44 мВ=14448 мкВ.

Для обеспечения уверенной связи необходимо, чтобы значение U для возимой радиостанции было не меньше 4000 мкВ (72 дБ) [1]. При этом обеспечивается нормальное функционирование систем ПРС и отношение сигнал/помеха не менее 2.

Сравнивая полученное напряжение с минимальным, делаем вывод, что на перегоне И-К обеспечить связь с помощью антенн можно.

2. Расчет дальности связи в гектометровом диапазоне при использовании направляющих линий

Дальность уверенной радиосвязи между стационарными и локомотивными радиостан-циями при применении направляющих линий

, км

где Адоп =145 дБ [1] - максимально допустимое затухание сигнала в радиотракте при одновременной работе на антенну и запитку волноводной линии;

Апер=45 дБ - переходное затухание между направляющими проводами и локомотивной антенной (табл. 4);

Таблица 4

Характеристики тракта	Апер, дБ	бнп, дБ/км
Синфазное возбуждение проводов цветной линии связи. Линия связи удалена от оси пути на 15 км	45	1,8-2,4

Постоянную затухания направляющих проводов выбираем самую большую, так как это самый дешевый вариант бнп =2,4 дБ/км;

- суммарные затухания соответственно в станционных, линейных и локомотивных устройствах поездной радиосвязи, дБ.

Затухание сигнала в локомотивных устройствах определяется в основном КПД согласующего устройства и составляет =2дБ [1].

Суммарное затухание на станционных устройствах радиосвязи в общем случае

;

где ф =0,8дБ/м - погонное затухание фидера на 1 м его длины

lф =400 м - длина фидера, соединяющего радиостанцию с согласующим устройством (табл.3);

=1,5дБ [1] - затухание, вносимое согласующим устройством;

з=0,6 [1] - к.п.д. индуктивного способа возбуждения направляющих проводов;

=5дБ [1] - концевое затухание (учитывается при возбуждении волноводного провода и проводов воздушной линии связи).

=дБ;

Суммарное затухание линии зависит от типа и количества линейных устройств на участке длиной lур:

;

где затухания, вносимые соответственно схемами высокочастотного обхода тяговой подстанции и нормально разомкнутого разъединителя, дБ (учитываются только для тех перегонов, на которых расположены подстанции и разъединители);

= =1дБ [1];

k=2 - количество тяговых подстанций на перегоне (табл.3);

p=0 - количество разъединителей (табл.3);

- затухание, вносимое изменением сторонности подвески направляющих проводов;

=0,8 дБ [1] (при воздушном переходе);

=2,2 дБ [1] (при кабельном переходе);

n=2 - количество переходов направляющих проводов в пределах длины линии (0 воздушных и 2 кабельных перехода);

тр - затухание, вносимое силовым трансформатором в тракт передачи, дБ;

Предполагаем, что обход однофазных и трехфазных трансформаторов вносит одинаковые затухания.

тр =0,2 дБ [1] (при удалении первого трансформатора на 5 м);

m=20 - число трансформаторов в пределах lур (табл.3);

дБ;

км.

Таким образом, дальность уверенной радиосвязи между стационарными и локомотивными радиостанциями при применении направляющих линий составила 31,8 км. Т.к. самый длинный участок перегона составляет 18 км, а полученное расстояние больше длинны этого участка, то можно сделать вывод, что на всех перегонах будет уверенная связь между станциями и локомотивом.

3. Обеспечение в радиосетях диапазона метровых волн (160 МГц)

Расчет дальности поездной радиосвязи, работающей в диапазоне метровых волн, усложняется тем, что приходится учитывать рельеф местности, влияющий на условия распространения радиоволн. Расчет выполняется по базовым кривым распространения (рис.4), представляющим собой зависимости медианного значения напряженности поля Е2 от расстояния r между точкой приема и источником излучения по прямой линии.



Рис. 1. Базовые кривые распространения

Производить расчет будем по базовой кривой 1, так как она соответствует случаю, когда направление распространения радиоволн совпадает с направлением трассы железной дороги.

Влияние рельефа местности учитывается типом трасс радиосвязи. Трассы поездной радиосвязи по характеру рельефа местности, по которой они проходят, подразделяются на пять типов. Каждому типу соответствует определенное значение коэффициента сложности трассы КСТ. Так как по заданию местность холмистая, выбираем трассу типа 2 (КСТ=2). Каждый тип трассы при расчетах характеризуется коэффициентом бт, который учитывает отличие условий распространения радиоволн на конкретной трассе радиосвязи от условий, при которых снимались базовые кривые.

При расчете радиоканала ПРС дальность связи определяется в направлении от стационарной радиостанции к радиостанции подвижного объекта, поскольку условия приема сигналов на подвижном объекте значительно хуже, чем на стационаре из-за более высокого уровня помех.

Уровень сигнала на входе приемника возимой радиостанции, дБ:

,

где Е2 - уровень напряженности поля, отсчитываемый по соответствующей базовой кривой для

заданного расстояния (рис. 1);

=0 дБ - коэффициент, учитывающий условия распространения для конкретного типа трасс (табл.2.1 [1]);

Вм= - коэффициент, учитывающий отличие мощности передатчика от мощности 1 Вт;

=10 Вт - мощность передатчика (табл.2);

Вм==10 дБ;

G1 и G2 - коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;

G1=3 (для антенны АС-2/2 [1]);

G2=0 [1];

М=0 [1] - высотный коэффициент, который учитывает отличие высоты установки антенн от h1h2=100м2; M=20lg(h1h2/100);

ф1l1 и ф2l2 - погонные затухания и длины антенных фидеров соответственно передатчика и приемника, дБ;

ф1=ф2=0,23 дБ/м (для самого дешевого коаксиального кабеля);

l1=28 м (табл.2);

l2=5 м (табл.2);

Кэ=5 дБ - коэффициент экранирования для л/4-петлевого вибратора, который учитывает ослабление напряженности поля крышевым оборудованием подвижного объекта (табл.2.2 [1]);

Ккс=2дБ [1] - коэффициент ослабления напряженности поля контактной сетью для двухпутного участка;

g2=12дБ [1] - коэффициент, учитывающий трансформацию напряженности поля в пространстве к напряжению на разъеме приемной антенны (для антенно-фидерных систем с волновым сопротивлением 50 Ом);

Кв=1,8дБ [1] - вероятностный коэффициент, учитывающий флук-туации полезного сигнала вследствие изменения рефракции в тропосфере;

Ки=5,0дБ [1] - вероятностный коэффициент, учитывающий флук-туации полезного сигнала вследствие явлений интерфе-ренции;

Км=3,0дБ [1] - вероятностный коэффициент, учитывающий флук-туации полезного сигнала вследствие изменения рельефа местности (зависит от типа трассы). В расчетах значения этих коэффициентов берутся при вероятности 0,9 с тем, чтобы обеспечить качество связи не ниже удовлетворительного.

Дальность связи рассчитывается исходя из условия , где =12дБ - минимально допустимый уровень полезного сигнала, который необходимо обеспечить на входе приемника радиостанции в конкретных условиях эксплуатации радиосредств, чтобы получить требуемое качество связи (для УПП2, табл.2.2 [1]).

Для обеспечения уверенной радиосвязи между локомотивом и диспетчером при расстоянии между ними 10 км (наибольший из участок (Д-Е) от установленной радиостанции) можно обеспечить при значении напряженности поля Е2 =34,5 дБ (табл. П.3.1[1]). Исходя из этого, рассчитаем значение уровень полезного сигнала:

дБ

Таким образом, получили, что значение уровня сигнала на входе приемника (=12,42 дБ) больше минимально допустимого уровня полезного сигнала (=12дБ), значит радиосвязь на участке И-К обеспечена. Так как участок И-К самый протяженный (18 км) от установленной УКВ радиостанции и на нем обеспечена уверенная радиосвязь, значит можно обеспечить уверенную радиосвязь и на менее протяженном перегоне З-И(10 км) от УКВ радиостанции в диапазоне метровых волн.

4. Обеспечение в радиосетях поездной радиосвязи диапазона дециметровых волн (330 МГц)

Дальность связи между радиостанциями рассчитывается на основе базовых кривых распространения сигналов в диапазоне 330 МГц (рис. 2), представляющих собой графические зависимости медианного значения напряженности электромагнитного поля Е2 (превышает 50% по месту и времени) от расстояния r .

Кривые распространения приведены для следующих условий: h1h2=100м2; Р1=1Вт; G1= 0 дБ; l1= 0 м; Кэ= 0дБ. Абсолютные значения напряженности поля и напряжения выражены по отношению к 1 мкВ/м и 1 мкВ. При расчете канала «Стационар - локомотив» индекс 1 относится к стационарной (передающей) радиостанции, индекс 2 - к возимой (приемной) радиостанции.

Для получения качества технологических связей не хуже удовлетворительного необходимо, чтобы уровень ВЧ сигнала был больше минимально допустимого (u2 мин).

Значение u2 мин, которое следует использовать при расчетах для различных условий эксплуатации радиосредств, для электрифицированных участков переменного тока равно 10 дБ.

Рис. 2: Базовые кривые распространения радиоволн диапазона 330 МГц

Кривые 1 - 4 распространения приведены для четырех типов трасс радиосвязи, проходящих по равнинной (тип 1), среднепересеченной (тип 2), горной (тип 3) и горной повышенной сложности (типы 4 и 5) местности. В данном курсовом проекте расчеты ведем по кривой 2.

При расчете радиоканала ПРС дальность связи определяется в направлении от стационарной радиостанции к радиостанции подвижного объекта, поскольку условия приема на подвижном объекте, значительно хуже, чем на стационаре из-за более высокого уровня радиопомех. При этом уровень сигнала на входе приемника возимой радиостанции

;

где Е2 - уровень напряженности поля, отсчитываемый по соответствующей базовой кривой для заданного расстояния (рис. 2);

Вм= - коэффициент, учитывающий отличие мощности передатчика от мощности 1 Вт; =10 Вт - мощность передатчика (табл.2);

Вм===10 дБ;

G1 и G2 - коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;

G1=3 (для антенны АС-2/3 [1]);

G2=0 [1];

М=0 [1] - высотный коэффициент, который учитывает отличие высоты установки антенн от h1h2=400м2; M=20lg(h1h2/400);

ф1l1 и ф2l2 - погонные затухания и длины антенных фидеров соответственно передатчика и приемника, дБ;

ф1=ф2=0,23 дБ/м (для самого дешевого коаксиального кабеля);

l1=28 м (табл.2);

l2=5 м (табл.2);

g2=12дБ [1] - коэффициент, учитывающий трансформацию напряженности поля в пространстве к напряжению на разъеме приемной антенны (для антенно-фидерных систем с волновым сопротивлением 50 Ом);

Кв, Ки, Км - вероятностные коэффициенты, которые учитывают пространственные и временные флуктуации напряженности поля. В расчетах используем следующие значения этих коэффициентов:

Кв=1,8дБ [1];

Ки=4,0дБ [1] - для электрифицированных участков;

Км=2,0дБ [1] -для типа 2 трассы.

По базовой кривой 2 (рис. 2), исходя из значения самого длинного, прилегающего к УКВ радиостанции, перегона 10 км (участок З-И), определяем напряженность поля 25,6 дБ.

Рассчитаем значение уровня сигнала на входе приемника:

дБ.

Таким образом, получили, что уровень сигнала на входе приемника больше минимального уровня сигнала, значит, связь на перегоне обеспечена.

Для создания экономически выгодного проекта и так как u2 (20,8 дБ) больше u2 мин (12,42 дБ) дополнительно произведем расчет высоты установки стационарной антенны при минимальном уровне сигнала в следующей последовательности:

зададим минимально допустимый уровень напряжения на входе приемника возимой

станции: u2 мин =12,42 дБ.

исходя из заданной дальности связи (18 км), определим по базовой кривой 2 (рис. 2) необходимую напряженность поля Е2=34,5 дБ.

вычислим значение высотного коэффициента:

при заданной высоте установки возимой антенны вычислим (h2=5 м) высоту установки стационарной антенны:

Из полученных данных принимаем высоту установки стационарной антенны равной 20 м.

Вычислим высотный коэффициент, который учитывает отличие высоты установки антенн

от h1h2=400м2:

M=20lg(h1h2/400)= 20lg(15*5/400)= - 2,5 дБ

гектометровый дециметровый радиосвязь диапазон

Рассчитаем значение уровня сигнала на входе приемника, учитывая значение высотного коэффициента:

дБ.

Рассчитанное значение уровня сигнала (u2 =18,3 дБ) больше минимального значения уровня напряжения на входе приемника возимой станции (u2 мин =10 дБ), значит уверенная радиосвязь обеспечена на участке И-К. Так как радиосвязь обеспечена на самом длинном прилегающем к УКВ радиостанции перегоне, значит, она будет обеспечена и на втором прилегающем перегоне З-К в диапазоне дециметровых волн. Уверенная радиосвязь обеспечивается и при условии установки стационарной антенны на высоту 20 м, следовательно, проект является дешевле.

Выводы по результатам расчетов

В гектометровом диапазоне при использовании антенн связь обеспечить нельзя, так как полученные напряженности полей в точке приема для обоих перегонов меньше минимально допустимого уровня полезного сигнала. Полученные результаты: на перегоне И-К U=61 мкВ; на перегоне З-И U=83 мкВ. А для обеспечения уверенной связи необходимо, чтобы значение U для возимой радиостанции было не меньше 4000 мкВ (72 дБ) [1]. Выбор более дорогого коаксиального кабеля недостающего уровня полезного сигнала не даст.

В гектометровом диапазоне при использовании направляющих линий уверенная радиосвязь обеспечивается на всех перегонах диспетчерского участка, так как при расчетах получили дальность уверенной радиосвязи lур=31,8 км, что больше самого длинного перегона И-К (18 км).

В метровом диапазоне длин волн также можно обеспечить уверенную радиосвязь на перегонах, прилегающих к установленной УКВ радиостанции, так как полученное значение уровня сигнала на входе приемника (=18,3 дБ), для самого протяженного участка, больше минимально допустимого уровня полезного сигнала (=12,42дБ).

В дециметровом диапазоне волн получилось, что рассчитанное значение уровня сигнала (u2 =12,69 дБ) больше минимального значения уровня напряжения на входе приемника возимой станции (u2 мин =10 дБ), значит, уверенная радиосвязь обеспечена на самом большом, прилегающем к УКВ радиостанции, участке И-К. Так как радиосвязь обеспечена на самом большом участке, значит, она будет обеспечена и на меньшем З-И перегоне. При проведении дополнительных расчетов: высоты установки стационарной антенны и значение уровня сигнала на входе приемника, можно сделать вывод, что при высоте антенны равной 15 м значение уровня сигнала (u2 =18,3 дБ) больше минимального значения уровня напряжения на входе приемника возимой станции (u2 мин =12,42 дБ), то есть уверенная радиосвязь также обеспечена на обоих перегонах. Таким образом, при установки антенны на высоту равную 15 м проект экономически более выгоден.

Размещено на Allbest.ru