電力系統(tǒng)通信的音轉(zhuǎn)接口設(shè)計(jì)

----摘 要：針對(duì)在勝利油田電力系統(tǒng)中不同類(lèi)型的電力線載波通信設(shè)備之間連接和組網(wǎng)時(shí)遇到的技術(shù)問(wèn)題，分別介紹了ZBD-3B型與ZJ-5型載波機(jī)的自動(dòng)盤(pán)接口的工作和轉(zhuǎn)接原理，從如何將話音與呼叫控制信號(hào)進(jìn)行組合和隔離的分析角度，提出了音轉(zhuǎn)接口板的設(shè)計(jì)原理和方法，并順利制作和調(diào)試成功，解決了海洋變電站與調(diào)度中心的通信問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：載波機(jī)；自動(dòng)盤(pán)；接口；設(shè)計(jì)
引言
勝利油田電網(wǎng)是全國(guó)目前最大的企業(yè)電網(wǎng)之一，隨著油田電網(wǎng)專(zhuān)業(yè)化管理的進(jìn)一步深化和加強(qiáng)，作為油田電力系統(tǒng)重要組成部分的電力通信專(zhuān)網(wǎng)在整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行和管理中的地位越來(lái)越重要。由于歷史的原因，目前勝利油田電力系統(tǒng)通信網(wǎng)中的部分電力專(zhuān)用通訊設(shè)備在設(shè)計(jì)和技術(shù)上已顯得相對(duì)陳舊和落后，致使各種不同設(shè)備之間的連接和組網(wǎng)功能不能很好地滿足實(shí)際需求。例如電力線載波通信設(shè)備現(xiàn)在使用的主要機(jī)型為ZBD-3B型和ZJ-5型載波機(jī)，雖然傳輸通道部分設(shè)計(jì)合理，性能穩(wěn)定，但其自動(dòng)交換部分作為與其他設(shè)備連接或載波機(jī)間組網(wǎng)的重要接口，因?yàn)樯a(chǎn)時(shí)間較早，接口設(shè)計(jì)方面種類(lèi)少,技術(shù)落后，特別是ZJ-5型載波機(jī)在遇到與ZBD-3B型載波機(jī)自動(dòng)盤(pán)的音頻轉(zhuǎn)接組網(wǎng)連接時(shí)非常不便。這在很大程度上都影響到了整個(gè)電力線載波通信的穩(wěn)定和暢通，制約了電力調(diào)度的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
為積極改進(jìn)設(shè)備，保障整個(gè)電力線載波通信網(wǎng)的高效和可靠運(yùn)行，我們通過(guò)自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，在載波機(jī)組網(wǎng)方面成功地解決了油田新孤變電站ZBD-3B型和ZJ-5型載波機(jī)的不同的自動(dòng)盤(pán)間的音頻轉(zhuǎn)接問(wèn)題。在電力通信設(shè)備挖潛增效、降低成本及新功能開(kāi)發(fā)等方面都創(chuàng)造了良好的效益。

問(wèn)題的提出
勝利油田電力通訊網(wǎng)中電力載波設(shè)備有2種機(jī)型，即ZBD-3B型和ZJ-5型載波機(jī)。為保證整個(gè)電力載波通信網(wǎng)絡(luò)的完整可靠和調(diào)度電話的暢通，在部分變電站需很好地解決不同機(jī)型載波設(shè)備間的組網(wǎng)接口問(wèn)題，遇到的實(shí)際問(wèn)題就是解決新孤變電站ZBD-3B型和ZJ-5型載波機(jī)的不同的自動(dòng)盤(pán)間的音轉(zhuǎn)組網(wǎng)連接問(wèn)題，以保障調(diào)度中心與新孤變電站及海洋變電站間的可靠的電話通信。
新孤變電站原來(lái)使用的是早期的ZJ-5型載波機(jī)，海洋變電站是新建變電站，距調(diào)度中心距離遙遠(yuǎn)。為完成與調(diào)度中心的載波通訊，考慮以新孤變作為轉(zhuǎn)接站，投入使用ZBD-3B型載波機(jī)，應(yīng)用微機(jī)自動(dòng)盤(pán)。而ZJ-5載波機(jī)自動(dòng)盤(pán)沒(méi)有4W+E/M接口方式，只有4線音轉(zhuǎn)口，因此在新孤變需要對(duì)4W+E/M和4W方式之間的接口連接進(jìn)行電路改造與設(shè)計(jì)，如圖1。
4W+E/M音轉(zhuǎn)口的話音回路分別由“四發(fā)”和“四收”傳輸，信令分別經(jīng)由E線和M線傳輸，而4W音轉(zhuǎn)口話音信號(hào)和信令信號(hào)都是在同一對(duì)線上傳輸，因此它們之間的接口方法從原理上講就是將4W+E/M的“分線制”轉(zhuǎn)換成被4W接口識(shí)別的“共線制”，或是將4W接口的“共線制”分離成4W+E/M所需要的“分線制”。

音轉(zhuǎn)接口設(shè)計(jì)方案

如前所述，在油田新孤變需要解決ZBD-3B型載波機(jī)自動(dòng)盤(pán)與ZJ-5載波機(jī)自動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)接問(wèn)題。首先來(lái)分析一下2種接口的工作方式。
● ZBD-3B型載波機(jī)自動(dòng)盤(pán)4W+E/M接口的工作方式[1]
4W+E/M的中繼接口目前普遍采用在交換機(jī)和傳輸系統(tǒng)的音頻終端設(shè)備之間，其中4W表示四線制話音傳輸接口，E和M分別表示用以接收和發(fā)送狀態(tài)信號(hào)的E/M控制線。E/M控制線本身傳輸?shù)氖侵绷餍盘?hào)，其傳輸距離有限。因此往往需要通過(guò)傳輸設(shè)備的信號(hào)終端，把E和M控制線的狀態(tài)信號(hào)變換成便于在傳輸系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?hào)，一般在傳輸話音信號(hào)頻帶以外的頻帶內(nèi)傳送，這樣，E/M控制線的信號(hào)傳輸就不受距離的限制了。
M線的功能主要是發(fā)送線路監(jiān)控信號(hào)。在近距離內(nèi),交換機(jī)和交換機(jī)直接連接，從主叫端交換機(jī)E/M中繼接口電路的M線發(fā)出線路監(jiān)控信號(hào)，如占用、釋放、應(yīng)答信號(hào)，直接啟動(dòng)被叫端E/M中繼接口的E線，送出呼叫請(qǐng)求信號(hào)，被叫端交換機(jī)準(zhǔn)備接收并處理呼叫，反之亦然。距離遠(yuǎn)時(shí)，由于話音衰減及E/M接口電路直流環(huán)路電阻的限制，交換機(jī)之間需要通過(guò)長(zhǎng)途傳輸電路，如微波、載波等傳輸電路。這時(shí)主叫側(cè)交換機(jī)E/M中繼接口電路的M線則控制主叫側(cè)傳輸電路信號(hào)單元的M線，這樣一級(jí)一級(jí)地傳到被叫側(cè)傳輸電路信號(hào)單元的E線，再啟動(dòng)被叫端交換機(jī)，反之亦然。M線的另外一個(gè)功能是用于發(fā)送撥號(hào)脈沖DP信號(hào)。在中繼接口電路中往往需要傳送一種用斷續(xù)的撥號(hào)脈沖DP信號(hào)所表示的被叫用戶(hù)號(hào)碼，這種信號(hào)一般是經(jīng)由M線傳送。
E線用于接收對(duì)端交換機(jī)M線或信號(hào)單元發(fā)來(lái)的控制信號(hào)，釋放、應(yīng)答、證實(shí)及撥號(hào)脈沖DP信號(hào)等。E線屬于被控制線，接收并完成M線的控制功能。
● ZJ-5型載波機(jī)自動(dòng)盤(pán)4W接口的工作方式
ZJ-5型載波機(jī)4W音轉(zhuǎn)口的話音信號(hào)和信令信號(hào)都是在同一對(duì)線上傳輸，4W方式采取的是閉環(huán)開(kāi)環(huán)信令方式和直流脈沖撥號(hào)方式。圖2為甲站通過(guò)乙站（轉(zhuǎn)接站）向丙站進(jìn)行轉(zhuǎn)接的情況，圖中，乙1機(jī)和乙2機(jī)的用戶(hù)1均為轉(zhuǎn)接用戶(hù)。
● ZBD-3B型和ZJ-5型載波機(jī)的音轉(zhuǎn)接口設(shè)計(jì)
如前所述，為在新孤變電站完成不同的載波機(jī)型之間不同的音轉(zhuǎn)接口的連接，必須對(duì)相應(yīng)的電路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和改造，使4W+E/M接口與ZJ-5型載波機(jī)音轉(zhuǎn)接口的信號(hào)可以互相轉(zhuǎn)化，從而完成調(diào)度中心用戶(hù)和新孤變及海洋變載波電話用戶(hù)之間的自動(dòng)呼叫。
從前面講的兩種接口在用于音頻轉(zhuǎn)接時(shí)工作方式及信號(hào)狀態(tài)可以看出，兩種接口信號(hào)相互轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵在于對(duì)E、M兩條控制信號(hào)的處理和轉(zhuǎn)化，如何將4W話音信號(hào)與呼叫控制信號(hào)進(jìn)行組合和隔離是電路設(shè)計(jì)改造的關(guān)鍵。
考慮到新孤變電站下話路的要求，必須保留ZJ-5載波機(jī)的自動(dòng)盤(pán)。在保留自動(dòng)盤(pán)的情況下，有兩種方法可實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)化：一種是對(duì)ZJ-5載波機(jī)自動(dòng)盤(pán)進(jìn)行改造，一種是另外設(shè)計(jì)制作一塊音轉(zhuǎn)接口板，加在ZBD-3B型載波機(jī)的4W+E/M接口與ZJ-5自動(dòng)盤(pán)的4W音轉(zhuǎn)接口之間。前一種方法改造接線較為繁瑣，要影響到載波機(jī)自動(dòng)盤(pán)的功能和使用，后一種方法能保持原調(diào)度系統(tǒng)習(xí)慣使用的方式，不改變載波機(jī)的原有性能和接線，對(duì)調(diào)度通信無(wú)任何影響。
面是音轉(zhuǎn)接口板的設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試過(guò)程。
(1)接口板的電路設(shè)計(jì)
4W+E/M接口中E、M線傳輸?shù)亩际侵绷鳝h(huán)路信號(hào)，包括占用、釋放、應(yīng)答信號(hào)等，其中E控制線接口電路受M線控制，并且需要一定的驅(qū)動(dòng)電流。因此，4W信號(hào)中話音與線路呼叫控制信號(hào)的分離和組合可考慮采用電感和電容元件實(shí)現(xiàn)。

E、M線中傳輸?shù)木€路信號(hào)，包括M線上的撥號(hào)脈沖信號(hào)，可考慮采用繼電器接點(diǎn)的動(dòng)作轉(zhuǎn)化為4W方式所要求的閉環(huán)開(kāi)環(huán)信令方式和直流脈沖撥號(hào)方式。圖3為接口板的電路圖。
當(dāng)海洋變ZBD-3B載波機(jī)用戶(hù)為主叫時(shí)，新孤變ZBD-3B載波機(jī)用戶(hù)為被叫，新孤變載波機(jī)收到海洋變發(fā)來(lái)的號(hào)碼9，即占用ZBD-3B載波機(jī)自動(dòng)盤(pán)音轉(zhuǎn)1接口,由4W+E/M線中的M1送“地”信號(hào)給接口板的M接線端，J1繼電器隨即吸動(dòng)，J1接點(diǎn)吸合后轉(zhuǎn)換成閉環(huán)信號(hào)傳給海洋變ZJ-5載波機(jī)自動(dòng)盤(pán)的用戶(hù)1接口，載波機(jī)音轉(zhuǎn)電路完成起機(jī)過(guò)程。
當(dāng)海洋變用戶(hù)開(kāi)始撥號(hào)時(shí)，撥號(hào)脈沖以斷續(xù)“地”方式從接口板的M線進(jìn)入接口板，使繼電器J1斷續(xù)吸動(dòng)，J1接點(diǎn)轉(zhuǎn)換成閉環(huán)信號(hào)傳給ZJ-5載波機(jī)，載波機(jī)發(fā)鈴電路將與之對(duì)應(yīng)的鈴頻信號(hào)發(fā)往調(diào)度中心，調(diào)度中心用戶(hù)振鈴，并送回鈴音給海洋變用戶(hù)。
調(diào)度中心用戶(hù)啟機(jī)時(shí)，振鈴信號(hào)停，并送閉環(huán)信號(hào)給海洋變ZJ-5載波機(jī)自動(dòng)盤(pán)的音轉(zhuǎn)1接口，與之相連的接口板的音轉(zhuǎn)口也為閉環(huán)，繼電器J2吸動(dòng)，E線送出“地”信號(hào)給海洋變ZBD-3B載波機(jī)自動(dòng)盤(pán)的E1線，這時(shí)，調(diào)度中心用戶(hù)與海洋變用戶(hù)到達(dá)通話狀態(tài)。
雙方通話時(shí)，海洋變用戶(hù)的語(yǔ)音信號(hào)從“四收口”進(jìn)入接口板，經(jīng)電容C1、C2進(jìn)入ZJ-5載波機(jī)用戶(hù)1口，再經(jīng)載波機(jī)發(fā)信支路發(fā)往調(diào)度中心用戶(hù)。調(diào)度中心用戶(hù)的語(yǔ)音由收信支路進(jìn)入ZJ-5載波機(jī)的音轉(zhuǎn)1接口，從音轉(zhuǎn)口進(jìn)入接口板，經(jīng)電容C3、C4進(jìn)入海洋變ZBD-3B載波機(jī)的“四發(fā)口”，由此構(gòu)成收發(fā)分開(kāi)的四線通話回路。
當(dāng)海洋變用戶(hù)做被叫時(shí)，啟機(jī)信令從調(diào)度中心載波機(jī)用戶(hù)送來(lái)，由海洋變ZJ-5載波機(jī)自動(dòng)盤(pán)的音轉(zhuǎn)1接口進(jìn)入接口板，經(jīng)J2繼電器轉(zhuǎn)換后以“地”信號(hào)傳給ZBD-3B載波機(jī)自動(dòng)盤(pán)的E1線，撥號(hào)脈沖方式與上述相同。
當(dāng)雙方用戶(hù)通話完畢拆線復(fù)原時(shí)，如果是海洋變用戶(hù)先掛機(jī)復(fù)原，則在新孤變送入接口板M線的“地”信號(hào)消失，接口板繼電器J1釋放，其接點(diǎn)開(kāi)環(huán)，引起ZJ-5載波機(jī)相應(yīng)的用戶(hù)電路及其他電路復(fù)原。如果是調(diào)度中心用戶(hù)先掛機(jī)復(fù)原，則新孤變ZJ-5載波機(jī)音轉(zhuǎn)1接口將首先收到開(kāi)環(huán)信號(hào)，從而引起接口板J2繼電器釋放，給E線的“地”信號(hào)停送，ZBD-3B載波機(jī)自動(dòng)盤(pán)相應(yīng)復(fù)原，通路全線復(fù)原。
(2)接口電路板的制作
接口板電路設(shè)計(jì)完畢，下一步的工作就是電路板的制作。首先確定印制板的大小。因?yàn)榻涌诎迨茄b在新孤變載波通信機(jī)房的2臺(tái)ZBD-3B型和ZJ-5型載波機(jī)之間，接口板可裝在任何一種機(jī)架上，考慮到ZBD-3B機(jī)還有空的插槽位置，因此選擇與ZBD-3B機(jī)通用插盤(pán)相同大小的印制板，然后根據(jù)電路圖畫(huà)出了印制板的線路圖，委托有關(guān)部門(mén)制作。
元器件的選擇。C1、C2、C3、C4選用CL20-160V-2μF優(yōu)質(zhì)滌綸電容，電感選用125mH，二極管選1N4007，繼電器選DS2E-S-DC24V。
將上述元件焊在制作好的印制板上，引出4線發(fā)、4線收、M線、E線及用戶(hù)口接線、音轉(zhuǎn)口接線、-24V電源接線，做出標(biāo)簽。在印制板前端做一合適的擋板，標(biāo)注“音轉(zhuǎn)接口板”，插在ZBD-3B機(jī)架的一空槽中。
(3)接口板的調(diào)試
把接口板的引出線4線發(fā)、4線收、M線、E線與ZBD-3B機(jī)機(jī)架自動(dòng)盤(pán)JX2端子的4F1、4S1、Me1、E1+相接，Mc1端子接地。引出線用戶(hù)口接線、音轉(zhuǎn)口接線與ZJ-5機(jī)架自動(dòng)盤(pán)的用戶(hù)1和音轉(zhuǎn)1接線端相接，-24V電源線接ZBD-3B機(jī)的電源。
連接完畢后，進(jìn)行了電路開(kāi)通的試驗(yàn)。按照音轉(zhuǎn)的撥號(hào)方式，調(diào)度中心用戶(hù)與海洋變用戶(hù)進(jìn)行了互相的撥號(hào)和通話，發(fā)現(xiàn)起機(jī)、撥號(hào)及復(fù)原過(guò)程基本正常，但是通話雜音大、音量偏小。經(jīng)分析為接口板引入后造成傳輸電平衰減所致，按照兩載波機(jī)四線通路的收發(fā)電平要求，調(diào)整了兩機(jī)架的四線收發(fā)衰減器，經(jīng)試驗(yàn)通話質(zhì)量明顯好轉(zhuǎn)。

結(jié)束語(yǔ)
海洋變電站是一座新建的位于海邊的偏僻的110kV變電站，距離調(diào)度中心一百多公里，周?chē)鷽](méi)有任何通信線路，投產(chǎn)初期與調(diào)度中心的調(diào)度通信只有1部無(wú)線電臺(tái)電話。同期新建與新孤變的電力載波通信后，在新孤變利用制作的音轉(zhuǎn)接口板可完成2種機(jī)型載波機(jī)的轉(zhuǎn)接，從而可建立海洋變電站與調(diào)度中心的通信鏈路，這樣海洋變電站的載波電話就可以進(jìn)入調(diào)度中心的交換網(wǎng)。在海洋變電站ZBD-3B載波機(jī)應(yīng)用微機(jī)自動(dòng)盤(pán)后，就可為海洋變?cè)黾?部電話，站內(nèi)通信也得到了相應(yīng)解決。今后其他變電站如遇到類(lèi)似的轉(zhuǎn)接問(wèn)題，均可應(yīng)用和推廣此方案來(lái)解決。