Коммутационные приборы

Для осуществления коммутации (соединения) линий (или каналов) и управления процессами установления соединения применяются коммутационные приборы.

Коммутационным прибором называется устройство, обеспечивающее замыкание, размыкание или переключение электрических цепей, подключенных к его входам и выходам, при поступлении в прибор управляющего сигнала. Замыкание, размыкание и переключение электрических цепей в коммутационном приборе осуществляется коммутационным элементом (КЭ), который в простейшем случае представляет собой один контакт на замыкание.

К коммутационному прибору могут подключаться линии с различной проводностью (двух-, трех- и т.д. проводные), поэтому их коммутация осуществляется несколькими КЭ, объединенными в коммутационную группу, коммутационные элементы которой переключаются одновременно под влиянием поступающего управляющего сигнала.

В коммутационном приборе в зависимости от его конструкции может быть установлено различное число коммутационных групп. Совокупность коммутационных групп называется коммутационным полем прибора. Местоположение коммутационной группы в коммутационном поле прибора (или в коммутационном блоке, построенном из нескольких приборов) называется точкой коммутации.

Коммутационные приборы различаются между собой структурными и электрическими параметрами, обусловленными их конструкцией.

К структурным параметрам относятся: число входов n, число выходов m, доступность D входов по отношению к выходам, проводность коммутируемых линий l, свойство памяти.

Производными от этих параметров являются общее число точек коммутации Т, число коммутационных групп и число коммутационных элементов, а также максимальное число одновременных соединений.

К электрическим параметрам коммутационных приборов относятся:

• сопротивление коммутационного элемента в разомкнутом (закрытом) состоянии R_З, и замкнутом (открытом) состоянии R_О, отношение которых называется коммутационным коэффициентом ;
• время переключения КЭ из одного состояния в другое;
• вносимое затухание в разговорный тракт;
• уровень шумов;
• напряжение питания;
• величина тока, необходимого для переключения КЭ;
• потребляемая мощность.

Коммутационные приборы характеризуются также сроком службы или долговечностью, под которыми понимается допустимое число переключений или допустимое время работы, и интенсивностью отказов (повреждений), т.е. вероятностью отказов в единицу времени.

Некоторые коммутационные приборы обладают свойством памяти, т.е. способностью сохранять рабочее состояние после прекращения управляющего воздействия. Это позволяет сократить расход электроэнергии для поддержания рабочего состояния прибора. Для возвращения прибора в исходное состояние требуется новое управляющее воздействие.

Используемые в настоящее время коммутационные приборы по структурным параметрам можно разделить на четыре типа.

1. Коммутационные приборы типа (1´ 1), имеющие один вход и один выход. Число входов и выходов прибора указывается в круглых скобках, где первая цифра - число входов n, а вторая - число выходов m. Прибор имеет два состояния, в одном из которых соединение между входом и выходом отсутствует, а в другом - соединение установлено. Переход коммутационного элемента (или коммутационной группы) из одного состояния в другое осуществляется под воздействием сигнала, поступающего на управляющий вход из устройства управления.

2. Коммутационные приборы типа (1´ m), имеющие один вход n=1 и m выходов. В приборе можно установить соединение входа с любым из m выходов, следовательно, доступность прибора D=m. Одновременно в приборе может быть установлено только одно соединение.

3. Коммутационные приборы типа n(1´ m), имеющие n входов и nm выходов. Каждому входу из n доступно только m определенных выходов, следовательно, доступность прибора D=m из общего числа выходов nm. В приборе одновременно может быть установлено n соединений.

4. Коммутационные приборы типа (>n´ m), имеющие n входов и m выходов. Каждому из n входов доступен любой из m выходов, следовательно, D=m. В приборе одновременно может быть установлено n соединений, если n£ m или m соединений, если n>m.

Широко распространенным прибором является электромагнитное реле. Электромагнитное реле - это прибор типа (1´ 1). В телефонной технике применяются в основном электромагнитные реле постоянного тока с открытыми и герметизированными контактами.

Рис. 8.7. Электромагнитные реле: а - с открытыми контактами; б - с герметизированными контактами

Реле с открытыми контактами (Рис. 8.7, а) состоит из обмотки с сердечником, якоря с пружиной и контактов, укрепленных на плоских пружинных пластинах. При отсутствии тока в обмотке якорь под действием пружины оттянут от сердечника и контакты разомкнуты. При появлении тока в обмотке якорь притягивается к сердечнику и, поворачиваясь на оси, вторым плечом нажимает на контактную пластину, замыкая контакты.

Из многих типов реле с открытыми контактами наиболее широко применяются реле типов РПН и РЭС-14 с максимальным числом контактных пружин 18 и 24 соответственно.

Реле с герметизированными контактами (герконы) имеют контактные пружины, полностью изолированные от окружающей среды, так как помещены в заполненный инертным газом стеклянный баллон (Рис. 8.7, б). Геркон помещается внутри обмотки и корпуса, выполненного из магнитного материала. При отсутствии тока в обмотке контактные пластины под действием сил упругости отходят друг от друга, размыкая выходную цепь. При появлении тока в обмотке образуется магнитный поток, притягивающий к друг другу контактные пластины.

Основными достоинствами герконовых реле являются: быстродействие, хорошее качество контактов и малые габариты. На практике широко используются герконовые реле РЭС-46, РЭС-51 и РЭС-55.

В коммутационной технике широко применялись и находятся в эксплуатации в настоящее время электромеханические искатели - коммутационные приборы типа (1´ m) со свойством памяти.

В состав электромеханических искателей обычно входят:

- контактное поле (статор - неподвижный узел), состоящее из изолированных ламелей, к которым подключаются выходы m;

- ротор со щетками, последовательно перемещающийся между ламелями. К щеткам подключается коммутируемая линия (вход);

- привод, обеспечивающий движение ротора.

Искатели классифицируют:

- по принципу действия привода (шаговые и моторные с индивидуальным приводом, машинные с общим приводом);

- по количеству и виду движений ротора (вращательные, подъемно-вращательные);

- по структуре контактного поля (декадное и недекадное).

На Рис. 8.8 приведены устройство шагового (ШИ) и декадно-шагового искателей (ДШИ).

Рис. 8.8. Устройство шагового и декадно-шагового искателей

В коммутационных системах используются шаговые искатели ШИ-11 и ШИ-17 с 10 и 15 рабочими выходами соответственно, а также декадно-шаговые искатели ДШИ, имеющие 100 выходов с декадным построением контактного поля.

Широкое применение в современных АТС имеют коммутационные приборы, называемые многократными координатными соединителями (МКС). МКС представляет собой многопозиционный электромагнитный коммутационный прибор типа n(1´ m). Коммутационными элементами МКС являются металлические контакты релейного типа, выполненные из благородных металлов. Принцип работы МКС основан на принципе координатной сетки (Рис. 8.9). К вертикальным шинам сетки подключаются входы, а к горизонтальным - выходы, и в местах пересечения шин создаются коммутационные точки, позволяющие соединить вход с любым выходом.

Рис. 8.9. Принцип устройства и работы МКС

Конструктивно МКС представляет собой коллективное реле с большим числом контактных пружин (Рис. 8.10). Основными элементами его являются вертикальные блоки, или просто вертикали. Каждая вертикаль содержит контактные струны (шины) и m групп контактных пружин, составляющих контактное поле вертикали (Рис. 8.11). Состояние контактов в группах вертикали обусловлено работой двух электромагнитов с рейками: удерживающего УЭ с рейкой УР и выбирающего ВЭ с рейкой ВР (см. Рис. 8.10). Каждая вертикаль имеет свой УЭ, а число ВЭ равно числу контактных групп m.

Рис. 8.10. Размещение элементов на плате МКС

Рис. 8.11. Схема контактного поля вертикали

Промышленность выпускает МКС, имеющие 10 или 20 вертикалей (входов) и 10 выходов при 6- или 12-проводных цепях. Принята следующая условная запись: МКС-n´ m´ l, где n - число вертикалей, m - емкость вертикалей, l - проводность коммутируемых цепей. Например, МКС-10´ 10´ 12 и МКС-20´ 10´ 6.

Многократные соединители могут быть реализованы на герконовых реле. На практике используются герконовые соединители типа МГС-8´ 8´ 2 и МГС-8´ 8´ 4, имеющие восемь входов, восемь выходов и обеспечивающие соответственно двух- и четырехпроводную коммутацию. Схема построения МГС приведена на Рис. 8.12. Многократные соединители характеризуются малым временем установления соединения, высокой надежностью, унифицированностью конструкции.

Рис. 8.12. Схема построения соединителя на герконовых реле

В качестве коммутационных элементов могут применяться бесконтактные (электронные) элементы - электронные ключи. Однако такие соединители не получили широкого применения из-за сложности обеспечения удовлетворительных электрических параметров коммутационных элементов.

Все рассмотренные выше коммутационные приборы, в том числе и электронные ключи, реализуют принцип пространственной коммутации, когда точки коммутации разнесены в пространстве.

Электронная (бесконтактная) коммутация в современных электронных АТС осуществляется на основе принципа временной коммутации, заключающегося в следующем. Аналоговые (телефонные) сигналы преобразуются в цифровые, в результате чего образуются цифровые потоки, аналогичные потокам цифровых систем передачи (см. подраздел 6.3). Коммутация осуществляется изменением номера канального интервала для данного сигнала. На выходе станции производится обратное преобразование цифровых сигналов в аналоговые.

Автоматические телефонные станции могут быть реализованы на различных коммутационных приборах. Станции, реализованные на шаговых и декадно-шаговых искателях, называются декадно-шаговыми. Станции, реализованные на МКС, называются координатными. Станции, использующие герконовые коммутационные приборы, называются квазиэлектронными (почти электронными), а использующие электронные приборы - электронными. В историческом плане вначале появились АТС декадно-шаговые, затем координатные, потом квазиэлектронные и последними электронные

Методы и алгоритмы компоновки, размещения и трассировки печатных плат

В зависимости от конструкции коммутационной платы и способов выполнения соединений расстояние между позициями установки элементов подсчитывается по одной из следующих формул: В общем виде задача размещения конструктивных элементов на коммутационной плате формулируется следующим образом. Задано множество конструктивных элементов R={r1,r2, ,r } и множество связей между этими элементами V={v1,v2, ,vp}, а также множество установочных мест (позиций) на коммутационной плате ={ 1, 2, , k}. Найти такое отображение множества R на множестве , которое обеспечивает экстремум целевой функции , где cij – коэффициент взвешенной связности. Силовые алгоритмы размещения В основу этой группы алгоритмов положен динамический метод В.С. Линского. Процесс размещения элементов на плате представляется как движение к состоянию равновесия системы материальных точек (элементов), на каждую из которых действуют силы притяжения и отталкивания, интерпретирующие связи между размещаемыми элементами. Если силы притяжения, действующие между любыми двумя материальными точками ri и rj пропорциональны числу электрических связей между данными конструктивными элементами, то состояние равновесия такой системы соответствует минимуму суммарной длины всех соединений.

Структурная надежность систем

В случае отказа типа “обрыв” схема надежности соответствует электрической схеме системы (при “обрыве” любого коммутатора при последовательном их соединении возникает отказ, при параллельном - все функции управления будет выполнять исправный коммутатор). В случае отказа типа “замыкание” схема надежности противоположна электрической (в параллельном включении утратится возможность отк-лючения тока, а в последовательном общего отказа не происходит). Электрическая схема Структурная схема надежности при отказе типа обрыв замыкание Рис. 2.3. Электрические и структурные схемы соединения коммутационных элементов при различных видах отказов В целом анализ структурной надежности ТС, как правило, включает следующие операции: 1. Анализируются устройства и выполняемые системой и ее составными частями функции , а также взаимосвязь составных частей. 2. Формируется содержание понятия “безотказной работы” для данной конкретной системы. 3. Определяются возможные отказы составных частей и системы, их причины и возможные последствия. 4. Оценивается влияние отказов составных частей системы на ее работоспособность. 5. Система разделяется на элементы, показатели надежности которых известны. 6. Составляется структурно - логическая схема надежности технической системы, которая является моделью ее безотказной работы. 7. Составляются расчётные зависимости для определения показателей надёжности ТС с использованием данных по надежности её элементов и с учётом структурной схемы

Особенности коммутаторов локальных сетей

Эту информацию они добавляют к байтам исходного кадра в виде специального ярлыка - тэга ( ag). Для данного примера тэг представляет просто 3-х разрядное двоичное число, соответствующее номеру выходного порта. Рис. 4.3. Реализация коммутационной матрицы 4х4 с помощью двоичных переключателей Матрица состоит из трех уровней двоичных переключателей, которые соединяют свой вход с одним из двух выходов в зависимости от значения бита тэга. Переключатели первого уровня управляются первым битом тэга, второго - вторым, а третьего - третьим. Матрица может быть реализована и по-другому, на основании комбинационных схем другого типа, но ее особенностью все равно остается технология коммутации физических каналов. Известным недостатком этой технологии является отсутствие буферизации данных внутри коммутационной матрицы - если составной канал невозможно построить из-за занятости выходного порта или промежуточного коммутационного элемента, то данные должны накапливаться в их источнике, в данном случае - во входном блоке порта, принявшего кадр
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ КОММУТАЦИОННЫХ СИСТЕМ КВАЗИЭЛЕКТРОННЫХ И ЭЛЕКТРОННЫХ АТС