Opracowanie - Instytut Łączności

Zakład Sieci – Z2
Opracowanie i doświadczalne sprawdzenie metody
taniego, przybliżonego i szybkiego określania
miejsca przerwania ciągłości kabli
telekomunikacyjnych
Praca nr 02.30.001.6
Warszawa, maj 2006
Opracowanie i doświadczalne sprawdzenie metody taniego, przybliżonego i szybkiego
określania miejsca przerwania ciągłości kabli telekomunikacyjnych
Praca nr 16.30.001.6
Słowa kluczowe: lokalizator; ciągłość kabli; ciągłość linii
Kierownik pracy: mgr inż. Stanisław Dziubak
Wykonawcy:
mgr inż. Stanisław Dziubak
mgr inż. Paweł Gajewski
mgr inż.Włodzimierz Zalewski
tnk Grzegorz Baumgart
Kierownik zakładu: mgr inż. Dariusz Gacoń
© Copyright by Instytut Łączności, Warszawa 2006
2
Spis treści
1. Telekomunikacyjna infrastruktura kablowa.................................................. 4
2. System SMOK-2U ....................................................................................... 6
2.1. Przeznaczenie i zakres zastosowań systemu .......................................... 6
2.2. Budowa i działanie systemu ................................................................... 8
2.3. Parametry systemu ................................................................................ 14
3. Geneza i uzasadnienie opracowania własnej, taniej metody przybliżonego i
szybkiego określania miejsca przerwania ciągłości kabli
telekomunikacyjnych. ..................................................................................... 15
4. Założenia, zakres i sposób realizacji........................................................... 17
5. Cel, wyniki i efekty ..................................................................................... 22
3
1. Telekomunikacyjna infrastruktura kablowa
Dzisiejsza
telekomunikacyjna
infrastruktura
kablowa
stała
się
bardzo
zróżnicowana. Zawiera, bowiem praktycznie wszystkie elementy „starej”
infrastruktury, takie jak:
- miedziane linie kablowe, napowietrzne i przebiegające w kanalizacji,
- różnego typu studzienki kablowe,
- szafy kablowe,
oraz elementy „nowej” infrastruktury, takie jak:
- kable światłowodowe napowietrzne i przebiegające w kanalizacji,
- szafy dostępowe.
Ponadto w ostatnich latach nastąpił znaczny, ilościowy wzrost elementów
infrastruktury kablowej. Skończył się już „na szczęście” okres gdy telefon, a tym
samym dostęp do sieci telekomunikacyjnej był towarem deficytowym. Dziś
praktycznie każdy ma dostęp do sieci i to teleinformatycznej.
To
jakościowe
zróżnicowanie
oraz
ilościowy
wzrost
elementów
telekomunikacyjnej infrastruktury kablowej stwarza jednak wiele dodatkowych
problemów. Przede wszystkim coraz trudniejsze staje się utrzymanie sprawności,
jakości i bezpieczeństwa tak rozbudowanej i zróżnicowanej infrastruktury.
Dziś jest ona szczególnie narażona na tzw. „zdarzenia zewnętrzne” traktowane
jako zjawiska niemające bezpośredniego związku z normalnym działaniem. Są to
takie zdarzenia, jak np.:
- pospolita i zorganizowana przestępczość (są to najczęściej kradzieże kabli i
dewastacje urządzeń),
- nielegalne korzystanie z linii telekomunikacyjnych (pajęczarstwo),
- terroryzm,
- anomalie pogodowe i klęski żywiołowe,
4
- przypadkowe uszkodzenia linii i obiektów telekomunikacyjnych podczas
wykonywania różnych prac np. budowlanych.
Przykładowo w Polsce, na obszarze jednego miasta liczącego kilkadziesiąt
tysięcy mieszkańców takich zdarzeń jest około 10 dziennie, powodujących straty
rzędu kilkudziesięciu tysięcy złotych.
Operatorzy sieci kablowych dążą do wyeliminowania tych zjawisk lub
maksymalnego ograniczenia ich wpływu na stan sieci telekomunikacyjnych między
innymi poprzez ich hermetyzację. Polega ona na wprowadzaniu do eksploatacji
urządzeń i systemów alarmowych, monitorujących w sposób ciągły pracę sieci i
stan
obiektów
bezobsługowych
oraz
na
takiej
budowie
obiektów
telekomunikacyjnych, aby maksymalnie utrudnić dostęp osobom niepowołanym.
Aktualnie w Polsce hermetyzacja sieci utrzymuje się na poziomie od kilku do
kilkunastu procent w różnych obszarach kraju. Jest ona realizowana przy
wykorzystaniu różnych środków, najczęściej prymitywnych - przez zamykanie
obiektów „na kłódkę lub inny zamek”. Bardzo rzadko stosowane są systemy
monitoringowe. Operatorzy chcą w najbliższych latach znacznie zwiększyć poziom
hermetyzacji i to nie tylko ten ilościowy, ale i jakościowy. Do tego niezbędne jest
jednak
wykorzystanie
w
znacznie
większym
stopniu
specjalistycznych,
automatycznych systemów monitoringowych o odpowiednich funkcjach i
parametrach. Nie da się do tych celów przystosować gotowych systemów
alarmowych
wykorzystywanych
w
przemyśle
i
w
tzw.
mieszkaniówce.
Infrastruktura telekomunikacyjna narzuca, bowiem na systemy monitoringowe
specjalistyczne wymagania dotyczące zakłóceń, zasilania, pokrycia bardzo
rozległego terenu itp.
Zwiększenie
specjalistycznych
poziomu
systemów
hermetyzacji,
monitorowania
głównie
i
poprzez
ochrony
zastosowanie
telekomunikacyjnej
infrastruktury kablowej jest jak najbardziej uzasadnione między innymi:
5
- rachunkiem ekonomicznym, gdyż można uniknąć u operatorów kosztów
związanych z odtwarzaniem skradzionych i zdewastowanych linii
kablowych lub obiektów telekomunikacyjnych oraz u klientów kosztów,
związanych z przerwami w łączności,
- względami społecznymi, gdyż można uniknąć niezadowolenia klientów z
powodu przerw w łączności;
- względami bezpieczeństwa, gdyż można uniknąć zagrożeń związanych z
przerwaniem łączności do policji, pogotowia ratunkowego, straży pożarnej
itp., lub zagrożeń związanych z wejściem niepowołanych osób do
kanalizacji kablowej i obiektów bezobsługowych;
Jednym
z
systemów,
pozwalających
na
monitorowanie
i
ochronę
telekomunikacyjnej infrastruktury kablowej jest opracowany w Instytucie Łączności
System Monitorowania i Kontroli Sieci Kablowych SMOK-2U (wersja 2
uniwersalna).
2. System SMOK-2U
2.1. Przeznaczenie i zakres zastosowań systemu
System SMOK-2U jest przeznaczony do monitorowania, ochrony i kontroli:
−
kabli napowietrznych i przebiegających w kanalizacji kablowej;
−
obiektów bezobsługowych, takich jak np.: szafy kablowe, włazy i studzienki
kanalizacji kablowej, szafy dostępowe, centrale kontenerowe itp.
Umożliwia on:
−
wykrycie oraz natychmiastowe powiadomienie obsługi lub określonych służb
stałych i ruchomych o niepowołanym dostępie, o próbie zniszczenia,
kradzieży, działań terrorystycznych itp.;
−
monitorowanie własnych zabezpieczeń obiektów;
6
−
kontrolę i obsługę różnych typów alarmów wysyłanych przez objęte
nadzorem obiekty.
System SMOK-2U może pracować samodzielnie, wykorzystywać sygnały z
innych systemów lub być częścią składową innych, większych systemów. Te
możliwości systemu uzasadniają jego zastosowanie nawet wówczas, gdy niektóre
elementy
sieci,
np.
szafy
dostępowe,
mają
własne,
pojedyncze
proste
zabezpieczenia. Wiele z nich wprawdzie jest wyposażonych w czujniki otwarcia
drzwi, ale oprócz wysyłania sygnału o otwarciu nie mają innych zabezpieczeń, a
wysyłany sygnał nie jest wykorzystywany. Dzięki systemowi SMOK-2U można w
sposób ciągły automatycznie monitorować i reagować na wszelkie zagrożenia
związane z szafą dostępową lub innym obiektem.
Wyżej wymienione funkcje, duża elastyczność systemu oraz różnorodność
elementów sieci, jakie można nim objąć, zdecydowanie wyróżniają go spośród
innych tego typu systemów i świadczą o jego uniwersalności.
Dzięki swoim możliwościom system SMOK-2U może stanowić ważny element
procesu hermetyzacji sieci.
System SMOK-2U:
−
spełnia wymagania norm krajowych i Unii Europejskiej, dotyczących
zarówno systemów alarmowych, jak i poziomów generowanych zakłóceń,
odporności na narażenia elektromagnetyczne oraz klimatyczne;
−
uzyskał
opinię
techniczną
nr
018/2005,
wydaną
przez
Centralne
Laboratorium Badawcze IŁ;
Dzięki temu, że system SMOK-2U nie ma fizycznego styku z siecią komutacyjną
jej działanie i parametry techniczne nie mają wpływu na pracę systemu i odwrotnie.
7
2.2. Budowa i działanie systemu
Schemat blokowy systemu SMOK-2U przedstawiono na rys. 1. Składa się on z
następujących elementów:
−
głowic pomiarowych,
−
modemów do transmisji danych (opcjonalnie),
−
centrum nadzoru (komputer PC z oprogramowaniem systemowym i
użytkowym),
−
komputera podglądu (opcjonalnie),
−
różnego rodzaju czujników, umieszczonych w obiektach bezobsługowych.
Głowica pomiarowa jest podstawowym elementem systemu. Posiada 16 wejść, do
których można doprowadzić:
−
pary przewodów z chronionych kabli o długości do 10 km każdy,
−
sygnały z różnego rodzaju czujników, zainstalowanych na chronionych
obiektach, np. z czujnika otwarcia drzwi w szafie kablowej.
Wygląd głowicy pomiarowej pokazano na rys. 2. Konstrukcja głowicy została tak
opracowana, aby umożliwić łatwą zmianę doprowadzonych do niej par przewodów,
a więc szybko i bez dodatkowych kosztów chronić inne obiekty. W ten sposób
można dostosować nadzór sieci do chwilowych potrzeb. Ta elastyczność systemu
SMOK-2U stanowi o jego technicznej, użytkowej i ekonomicznej atrakcyjności.
8
Szafa kablowa
Studzienka
Ab
Ab
Centrala
telefoniczna
Ab
Ab
Ab
Linia napowietrzna
Pary
wybrane
z każdego
chronionego
kabla
Ab
Głowica pomiarowa
systemu SMOK-2U
Ab
Centrum nadzoru
Głowica pomiarowa
systemu SMOK-2U
Głowica pomiarowa
systemu SMOK-2U
Modem
Komputer podglądu
Modem
Głowica pomiarowa
systemu SMOK-2U
Studzienka
Szafa kablowa
Ab
Ab
Centrala
telefoniczna
Ab
Ab
Ab
Linia napowietrzna
Ab
Pary wybrane
z każdego
chronionego
kabla
Ab
Rys. 1. Schemat blokowy systemu SMOK-2U
9
Rys. 2. Głowica pomiarowa kompletna (po lewej stronie)
i ze zdjętą pokrywą kabli (po prawej stronie)
Mikrokomputer znajdujący się w głowicy pomiarowej cały czas analizuje stany
wszystkich doprowadzonych do niej par przewodów i sygnalizuje je na bieżąco za
pomocą kolorowych diod świecących. Każdemu z 16 wejść głowicy pomiarowej
odpowiada trójka diod świecących (zielona, żółta, czerwona) oraz jeden
dwustanowy przełącznik. Elementy te umieszczono na płycie czołowej. Głowica
pomiarowa posiada też sygnalizację dżwiękową.
Stany obserwowanych wejść głowicy pomiarowej są na bieżąco przekazywane
do stanowiącego centrum nadzoru komputera, gdzie są analizowane, prezentowane i
archiwizowane.
W przypadku przerwania ciągłości obserwowanej linii kablowej głowica
pomiarowa generuje stan alarmu dla wejścia, do którego ta linia jest doprowadzona.
Stan alarmu jest sygnalizowany sygnałem dźwiękowym i zapaleniem czerwonej
diody w trójce diod odpowiadającej temu wejściu. Przy wykorzystaniu nowej,
10
opracowanej w Instytucie Łączności metody pomiarowej można też określić z
dokładnością do 200 m miejsce przerwania ciągłości linii.
Dla dokładnej lokalizacji miejsca uszkodzenia kabla można do głowicy dołączyć
reflektometr, którym można zmierzyć odległości do miejsca uszkodzenia danej pary
przewodów z bardzo dużą dokładnością.
W przypadku wystąpienia stanu alarmowego na jakimkolwiek czujniku
dołączonym do głowicy pomiarowej generowany jest stan alarmu dla wejścia, do
którego ten czujnik jest podłączony. Stan alarmu jest sygnalizowany sygnałem
dźwiękowym i zapaleniem czerwonej diody w trójce diod odpowiadającej temu
wejściu. Jest też określany czujnik, który wykrył alarm.
Głowica pomiarowa jest przystosowana do pracy w zamkniętych pomieszczeniach
w zakresie temperatur od -30° C do 50° C.
Konstrukcja mechaniczna obudowy głowicy została tak opracowana, aby można
było ją łatwo zamontować na ścianie.
Głowica pomiarowa jest przystosowana do zasilania napięciem stałym 48V lub
napięciem 230V 50Hz z sieci energetycznej. Gdy w miejscu zainstalowania
głowicy nie ma dobrego zasilania, można dodatkowo dołączyć zasilacz awaryjny
UPS.
11
Rys. 3. Ekran komputera, ilustrujący stany wejść dwóch głowic
Centrum
nadzoru
systemu
stanowi
komputer
PC
z
odpowiednim
oprogramowaniem użytkowym, który na bieżąco pokazuje stany wszystkich wejść
we wszystkich głowicach pomiarowych oraz umożliwia zarządzanie nimi. Na
rys. 3 przedstawiono ekran komputera, pokazującego stany dwóch głowic
pomiarowych.
Do
jednego
komputera
można
dołączyć
wiele
głowic,
umieszczonych w odległości wielu kilometrów od niego. Komputer można ustawić
w siedzibie firmy ochroniarskiej, w budynku policji lub w dowolnym innym
miejscu. Głowica pomiarowa jest dołączana do portu szeregowego RS-232. W
przypadku większej liczby głowic należy zainstalować w komputerze dodatkową
kartę z wieloma portami szeregowymi RS-232.
12
Komputer
Głowica
pomiarowa
Para do
transmisji
sygnałów
Modem
Modem
Zasilacz
Rys. 4. Sposób dołączenia modemów
Jeżeli między komputerem i głowicą jest wymagana duża odległość, np. kilku
kilometrów, wtedy trzeba dodatkowo w łącze szeregowe wstawić na obu jego
końcach specjalne modemy. Wymagają one do transmisji danych pary przewodów.
Sposób dołączenia modemów pokazano na rys. 4.
Dodatkowo informacje wyświetlane na komputerze centrum nadzoru mogą być
obserwowane na innym, tzw. komputerze podglądu, ale bez możliwości
ingerowania w pracę systemu. Połączenie między tymi komputerami jest
realizowane przez sieć komputerową.
13
2.3. Parametry systemu
Głowica pomiarowa systemu SMOK-2U charakteryzuje się następującymi
parametrami techniczno-eksploatacyjnymi:
► ma 16 wejść przeznaczonych do dołączenia obserwowanych par przewodów;
► czas reakcji na uszkodzenie obserwowanej pary przewodów wynosi poniżej
1 sekundy;
► maksymalna długość każdej obserwowanej pary przewodów wynosi co najmniej
10 km;
► maksymalne napięcie podawane na obserwowaną parę przewodów wynosi 50 V
DC;
► maksymalny prąd wypływający z zacisku pomiarowego dla pary przewodów
wynosi 150 mA;
► może pracować w zakresie temperatur od -30° C do 50° C;
► umożliwia dołączenie reflektometru lub innego przyrządu, do wybranej pary
przewodów bez rozłączania okablowania;
► może pracować samodzielnie lub współpracować z komputerem przez łącze RS232;
► do jednej obserwowanej pary można dołączyć maksymalnie 40 czujników
pracujących w temperaturach od –40° C do +70° C;
► jest zasilana napięciem stałym 48V lub z zasilacza sieciowego 230 V z
opcjonalnym zasilaczem awaryjnym (UPS);
► pobór mocy nie przekracza 45 W.
Centrum nadzoru systemu składa się z komputera PC w standardowej konfiguracji
z systemem operacyjnym Windows i oprogramowaniem użytkowym. Do jednego
14
komputera można dołączyć 2 głowice pomiarowe, a po zainstalowaniu w nim
dodatkowej karty 8 portów RS-232 można zwiększyć liczbę obsługiwanych głowic
pomiarowych, do 10, co umożliwi obserwację do 160 par przewodów oraz do 6400
czujników.
3. Geneza i uzasadnienie opracowania własnej, taniej metody
przybliżonego i szybkiego określania miejsca przerwania ciągłości kabli
telekomunikacyjnych.
Potrzeba opracowania taniej i szybkiej metody uproszczonego określania miejsca
przerwy w kablu telekomunikacyjnym pojawiła się w trakcie próbnej eksploatacji w
TP S.A, opracowanego w Instytucie Łączności Systemu Monitorowania, Ochrony i
Kontroli (SMOK-2U) telekomunikacyjnej infrastruktury kablowej. Zostało to ujęte
na piśmie w notatkach służbowych z przebiegu i zakończenia prób. Potrzeba
takiego urządzenia była ponadto zgłaszana przez pracowników telekomunikacji w
różnych częściach kraju.
Obecnie do określania miejsca przerwy w kablu telekomunikacyjnym jest na
ogół wykorzystywana metoda reflektometryczna. Jest ona bardzo dokładna, lecz
niestety także bardzo droga i nie nadaje się do automatyzacji, a w szczególności do
wykorzystania w bezobsługowym systemie nadzoru. Dla szybkiego określenia tą
metodą miejsca przerwy należałoby na każdym trakcie kablowym zainstalować
drogi reflektometr. W systemie SMOK-2U istnieje możliwość podłączenia go do
głowicy pomiarowej. Obecnie zaledwie jeden taki przyrząd znajduje się na
wyposażeniu kilku obiektów telekomunikacyjnych i nie każdy pracownik potrafi go
obsługiwać. Praktycznie, więc wykorzystanie tego przyrządu do nadzoru sieci
wymagałoby, aby znalazł się on na wyposażeniu każdego obiektu, którego obsługa
15
całą dobę musiałaby po kolei mierzyć wszystkie linie. W znakomitej większości
przypadków np. awarii czy kradzieży nie jest też konieczna tak duża dokładność
(rzędu
centymetrów)
określenia
miejsca
przerwania
ciągłości
linii
telekomunikacyjnej. Służby techniczne interweniują, bowiem w określonej
studzience kablowej lub na określonym napowietrznym odcinku kabla. Studzienki
kablowe lub słupy linii napowietrznych są rozmieszczane w odległościach ok. 50 100m. Tak, więc podanie miejsca przerwy kabla z dokładnością ok.200m jest w
większości przypadków wystarczające. Według naszego stanu wiedzy nie ma
metody taniego, szybkiego a jednocześnie automatycznego określania miejsca
przerwy kabla z taką dokładnością. Brak na rynku takiego narzędzia sprawia, że
każda awaria lub kradzież kabla telekomunikacyjnego powoduje długie przerwy w
łączności Ekipy serwisowe dowiadują się o niej najczęściej z interwencji
abonentów i muszą później szukać uszkodzenia w terenie. Ze względu na
stosowanie ostatnio kabli o coraz większej pojemności przerwy łączności obejmują
coraz większą liczbę abonentów, zarówno instytucjonalnych jak i indywidualnych i
dotyczą
nie
tylko
łączności
telekomunikacyjnej,
ale
coraz
częściej
teleinformatycznej. To niewątpliwie pociąga za sobą poważne, negatywne skutki
społeczne oraz gospodarcze. Powszechne wdrożenie nowej omawianej metody,
powinno zasadniczo wpłynąć na eliminację tych negatywnych skutków. Metoda,
która została opracowana w Instytucie Łączności i wykorzystana w Systemie
Monitorowania Ochrony i Kontroli (SMOK 2U) telekomunikacyjnej infrastruktury
kablowej opiera się na ciągłej analizie zmiany parametrów elektrycznych kabla,
które można zmierzyć na jednym jego końcu. Na podstawie wyników pomiarów
otrzymanych z głowicy pomiarowej, oprogramowanie komputera w centrum
nadzoru będzie mogło ustalić miejsce uszkodzenia. Operator będzie, więc miał
natychmiast informację o uszkodzeniu linii i miejscu tego zdarzenia.
16
4. Założenia, zakres i sposób realizacji
Sposób lokalizacji miejsca uszkodzenia kabla omawianą metodą został tak
opracowany, aby układ pomiarowy można było łatwo dobudować do istniejącej i
sprawdzonej już w eksploatacji głowicy pomiarowej systemu SMOK2U. W
systemie tym w każdym chronionym kablu wybiera się jedną parę przewodów za
pomocą, której monitoruje się ciągłość całego kabla. Para ta jest zwarta na jednym
końcu a drugi jest podłączany do głowicy pomiarowej. Głowica zasila tę parę
przewodów prądem stałym o określonej wartości i w zależności od rezystancji
przewodów (a więc ich długości) otrzymuje się na wejściu sygnał o wartości
proporcjonalnej do długości kabla. W przypadku uszkodzenia kabla następuje na
ogół przerwanie przepływu prądu i otrzymywany sygnał uzyskuje dużą wartość –
większą od dopuszczalnej. Jest to podstawą do alarmowania. Jeżeli po uszkodzeniu
kabla przewody obserwowanej pary zostaną zwarte, (co jest rzadko spotykane)
wtedy rezystancja zmaleje, co spowoduje spadek wartości sygnału do wartości
mniejszej od dopuszczalnej, a to też wywoła alarm.
Opracowując metodę pomiarową można było skorzystać z założenia
upraszczającego polegającego na tym, że do celu lokalizacji uszkodzeń kabla na
potrzeby serwisowe nie jest konieczna bardzo duża dokładność pomiaru. Kable
telekomunikacyjne są kładzione w terenie odcinkami o długości 100m lub
dłuższymi. W przypadku kradzieży jak wykazują doświadczenia zdobyte w różnych
częściach kraju, kable są wyciągane z kanalizacji kablowej na odcinku między
dwiema sąsiednimi studzienkami. Studzienki znajdują się w odległościach ok. 100
m od siebie. Ponadto z doświadczeń wynika, że kable nie są kradzione w różnych
przypadkowych
miejscach,
ale
w
jednym
lub
dwóch
wybranych
–
najdogodniejszych dla złodziei. Z tych obserwacji wynika, że wystarczy rozpoznać
17
czy uszkodzenie powstało na początku kabla, w środku czy na końcu, aby wiedzieć,
w którym dokładnie miejscu była kradzież. Ponadto w przypadku uszkodzenia lub
kradzieży kabla trzeba wymienić cały odcinek kabla np. o długości 100m, a nie
tylko jego fragment w miejscu uszkodzenia. Podsumowując można stwierdzić, że
dokładność lokalizacji uszkodzenia ±200m jest w zupełności wystarczająca.
Jak wspomniano sposób lokalizacji miejsca przecięcia kabla został oparty na
pomiarze jego parametrów elektrycznych .Każda obserwowana para przewodów ma
w sposób ciągły mierzoną rezystancję. Jeżeli rezystancja ta zmieni się o więcej niż
dopuszczalną wartość wtedy system SMOK sygnalizuje alarm na tej parze.
Następnie jest określane czy rezystancja pary przewodów wzrosła – co jest
interpretowane jako przerwanie pary, czy zmalała – co jest interpretowane jako
zwarcie przewodów.
W przypadku wykrycia zwarcia przewodów jest mierzona rezystancja pary i na
podstawie stosunku rezystancji pary uszkodzonej do rezystancji tej pary przed
uszkodzeniem jest obliczana odległość do miejsca zwarcia. Potrzebna do obliczeń
długość pary przewodów przed uszkodzeniem jest wpisywana do danych
konfiguracyjnych systemu w momencie podłączania pary do głowicy.
W przypadku, gdy po uszkodzeniu przewody pary są rozwarte wtedy następuje
pomiar pojemności między nimi i na podstawie stosunku tej pojemności do
pojemności pary przewodów przed uszkodzeniem można obliczyć odległość do
miejsca uszkodzenia.
Na rysunku nr 5 został przedstawiony schemat blokowy zmodyfikowanej
głowicy pomiarowej. Do pierwotnego układu głowicy zostały dodane dwa bloki –
blok przełącznika torów i blok pomiaru pojemności. Ponadto oprogramowanie
głowicy zostało rozbudowane o procedury do sterowania pomiarami pojemności i
procedury do obsługi nowego rozkazu, jaki może wysłać komputer centrum
nadzoru.
18
Rys. 5 Schemat blokowy zmodyfikowanej głowicy pomiarowej
W czasie normalnej pracy głowica pomiarowa za pomocą multipleksera wejść 2
podłącza kolejno wszystkie wejścia do układu pomiaru rezystancji i mierzy
parametry podłączonych linii i czujników. W przypadku wykrycia, że jedna z
wartości przekroczyła wartość minimalną program oblicza na podstawie rezystancji
długość pozostałej części kabla. W przypadku, gdy rezystancja przekroczy wartość
maksymalną wtedy za pomocą przełącznika torów i multipleksera 1 wybrana linia
jest podłączana do układu pomiaru pojemności. Zmierzona wartość pojemności jest
wykorzystywana do obliczenia długości pozostałego kabla.
Na rys. 6 jest przedstawiony schemat ideowy przełącznika torów i układu do
pomiaru pojemności. Przełącznik torów został zrealizowany na przekaźniku
19
PRZEK1. Jest on sterowany przez mikrokomputer w głowicy. Na styki ruchome
tego przekaźnika wchodzi sygnał z wybranego wejścia głowicy. W zależności od
Rys. 6 Schemat ideowy przełącznika torów i układu do pomiaru pojemności
ich położenia jest on doprowadzany do gniazda zewnętrznego umożliwiającego
dołączenie do linii dowolnego przyrządu pomiarowego lub do układu pomiaru
pojemności. Układ pomiaru pojemności składa się z dwóch bloków. Pierwszym z
nich jest skompensowany temperaturowo generator przebiegu sinusoidalnego
zbudowany na układzie U2. Generuje on przebieg o częstotliwości 1,6kHz i
amplitudzie 1V. Potencjometr POT1 umożliwia kalibrację częstotliwości.
Wzmacniacz operacyjny U3 jest wykorzystywany jako separator generatora i
wzmacniacz mocy sygnału wysyłanego w jeden z przewodów mierzonej linii.
Elementy C2, R5, D4, D6, C3, D7, D8 wraz z zabezpieczeniami wejść w głowicy
chronią wzmacniacz przed uszkodzeniem w wypadku pojawienia się przepięć lub
obcych napięć na badanej linii.
20
Drugi przewód mierzonej linii jest dołączony do rezystora R15, a napięcie z
niego jest doprowadzane przez filtr przeciwzakłóceniowy do wejścia wzmacniacza.
Z wyjścia tego wzmacniacza sygnał jest doprowadzony do prostownika i do filtru
dolnoprzepustowego. Elementy R1, R2, C1, D1 dopasowują poziom sygnału z
wyjścia filtru do poziomu wejściowego przetwornika analogowo – cyfrowego
znajdującego się w głowicy. Dalsze przetwarzanie sygnału odbywa się już cyfrowo
przez mikrokomputer w głowicy pomiarowej.
Na układzie U4 została zbudowana przetwornica DC/DC dostarczająca ujemne
napięcie zasilające do wzmacniaczy operacyjnych.
W tabeli zostały przedstawione wyniki pomiarów wykonanych przez układ
pomiarowy głowicy.
Lp
Długość
linii
[m]
Teoretyczny
wynik pomiaru
Wynik pomiaru
otrzymany z
badanego układu
1
2
3
4
5
6
9190
5600
3830
1770
814
180
722
439,8
300,8
139
63,9
14,1
716
440
303
140
65
9
Długość linii określona
na podstawie wyniku
pomiaru
[m]
9116
5600
3860
1780
814
115
Uzyskany zakres pomiarowy od kilkuset do ponad 9000m w pełni zaspokaja
potrzeby. Największe błędy występują na końcach zakresu pomiarowego, czego
można było się spodziewać. Z otrzymanych rezultatów wynika, że uzyskana
dokładność jest znacznie lepsza od wymaganej.
Nie oznacza to jednak, że można ją potraktować jako dokładność, którą można
utrzymać w warunkach rzeczywistej eksploatacji. W warunkach rzeczywistych
może być ona gorsza ze względu na to, że:
21
- rzeczywisty kabel nie ma jednakowych parametrów na całej długości, a
dodatkowo mogą występować „wstawki” (np. po naprawach) z innego typu
kabla,
- dokładność pomiaru może zostać pogorszona przez zmiany sygnałów w
sąsiednich parach obserwowanego kabla.
5. Cel, wyniki i efekty
Celem pracy jest dostarczenie operatorom telekomunikacyjnym taniego,
szybkiego, nadającego się do zastosowania w automatycznych i bezobsługowych
systemach narzędzia do określania przybliżonego miejsca przerwania ciągłości
kabla telekomunikacyjnego i tym samym podniesienie niezawodności sieci
telekomunikacyjnej, a w konsekwencji jakości świadczonych usług.
Cel ten został w pełni zrealizowany.
W wyniku realizacji pracy powstały:
- prototyp elektronicznego układu realizujący funkcję automatycznego,
szybkiego,
przybliżonego
(elektronicznego
dokładnością
do
200m)
określania miejsca przerwania ciągłości kabla telekomunikacyjnego,
współpracujący jako moduł z głowicą pomiarową Systemu Monitorowania
Ochrony
i
Kontroli
(SMOK-2U)
telekomunikacyjnej
infrastruktury
kablowej.
Prototyp urządzenia zostanie zainstalowany w Systemie Monitorowania,
Ochrony
i
Kontroli
(SMOK-2U)
telekomunikacyjnej
infrastruktury
kablowej, eksploatowanym obecnie w obiekcie TP S.A. - Obszar Pionu Sieci
Warszawa. Po pozytywnej ocenie prototypu, urządzenie jako moduł
wspomnianego systemu SMOK-2U będzie powszechnie stosowane przez
operatorów telekomunikacyjnych.
22
- artykuł pt. „Dlaczego musimy chronić telekomunikacyjną infrastrukturę
kablową”
Artykuł zostanie opublikowany w popularno-naukowym czasopiśmie
„Zabezpieczenia”, promując produkt Instytutu Łączności i sam Instytut.
Opracowanie:
Mgr inż. Stanisław Dziubak – Instytut Łączności
Mgr inż. Paweł Gajewski – Instytut Łączności
Praca statutowa nr.02.30.001.6 jak i
System SMOK-2U powstał w Zakładzie Sieci Instytutu Łączności, kierowanym
przez mgr inż. Dariusza Gaconia.
23