Особенности проектирования и построения системы селекторной связи ROXTON-8000
Оглавление
- Общие возможности системы селекторной связи ROXTON
- Элементарная конфигурация на базе топологии типа шина
- Определение количества панелей в зависимости от расстояния
- Конфигурация на базе топологии типа шина с питанием от дополнительного разъема
- Работа распределителя питания PD-8032
- Конфигурация на базе топологии типа шина с применением распределителя питания PD-8032
- Построение разветвленных (сложных) топологий (“Дерево”) с применением распределителя питания PD-8032
- Построение распределенной системы с применением нескольких селекторов CS-8232
- Программный модуль для расчета потерь по напряжении в распределенной линии (шлейфе) нагруженном абонентскими вызывными панелями
Данная статья является продолжением статьи “Система селекторной громкоговорящей связи ROXTON 8000” и в ней рассмотрены различные конфигурации системы селекторной громкоговорящей связи ROXTON 8000, показаны различные способы (конфигурации): подключения абонентских панелей; построения распределенных линий; организации питания; определения количества панелей в зависимости от расстояний.
1. Общие возможности системы селекторной связи ROXTON
Система громкоговорящей голосовой связи ROXTON 8000 представляет собой самостоятельное, законченное решение, но может функционировать и в составе системы оповещения (СОУЭ).
В состав системы входят следующие блоки:
Более подробно можно познакомиться в статье "Система селекторной громкоговорящей связи ROXTON 8000".
Рис.1 - Схема функционирования распределенной системы громкоговорящей связи ROXTON 8000
Питание абонентских панелей осуществляется 3 способами:
При питании абонентских панелей по информационному кабелю (по витой паре маленького сечения) на расстояниях превышающих ~50м возникают потери по напряжению. Уменьшить эти потери можно применением дополнительного провода большего сечения, либо использованием распределителя питания ROXTON PD-8032.
Распределитель питания ROXTON PD-8032 предназначен для обеспечения дополнительного питания шины, гальванической развязки, повышающей стабильность работы системы, устойчивость линии к возможным паразитным наводкам. Максимальный эффект от применения данного устройства достигается использованием 2-х гальванически развязанных источников питания, позволяющих строить разветвление линии связи большей протяженности и реализовывать различные топологии, такие как “шина” или “звезда”, см. далее.
Распределитель питания ROXTON PD-8032 является не адресным устройством, поэтому их количество в системе не лимитировано и определяется для каждого случая отдельно.
Рассмотрим возможности системы.
2. Элементарная конфигурация на базе топологии типа «шина»
На Рис.2 изображена схема подключения (до 32-х) абонентский панелей ROXTON CP-8032 (или CP-8032i) к (одному) селектору ROXTON CS-8232 по топологии типа “шина”.
Рис.2 - Схема подключения до 32-х панелей ROXTON CP-8032/ CP-8032i к селектору ROXTON CS-8232
В данном варианте селектор ROXTON CS-8232 питается от основного входа питания - сети переменного тока 220В / 50Гц (без резервирования). Питание абонентских панелей осуществляется от внутреннего источника питания блока ROXTON CS-8232 (24В/150Вт). Постоянное напряжение 24В передается на выход непосредственно через ПОРТЫ СВЯЗИ - разъем типа RJ-45 (см. распиновку, Рис.3 и Таб.1).
Распиновка информационного кабеля осуществляется согласно рисунку 2 и таблице 1.
Рис.3 - Нумерация контактов разъема RJ-45
Таблица 1 – Распиновка кабеля
Номер контакта |
Цвет |
Назначение |
1 |
Белый/оранжевый |
DATA |
2 |
Оранжевый |
DATA |
3 |
Белый/зеленый |
AUDIO 1 (прямой +) |
4 |
Синий |
AUDIO 2 (обратный +) |
5 |
Белый/синий |
AUDIO 2 (обратный -) |
6 |
Зеленый |
AUDIO 1 (прямой - ) |
7 |
Белый/коричневый |
Питание +24В |
8 |
Коричневый |
Общий |
3. Определение количества панелей в зависимости от расстояния
В конфигурации, рис.2, суммарная длина шины (шлейфа) складывается из отдельных участков: R1, R2,..., Rn и не должная превышать 1200 м:
R1+R2+...Rn <1200 м
При этом количество подключаемых панелей и допустимые удаления каждой из панелей необходимо рассчитывать в зависимости от выбранного сечения.
Так, для широко используемой марки провода - витой пары экранированного типа ParLan F/UTP Cat5e ZH нг(А)-FRHF 4х2х0,52, сечение токопроводящей жилы составит: S=0,21мм2.
На графике, рис.4, представлена зависимость количества абонентских панелей от расстояния при следующих условиях (допущениях):
Рис.4 - Зависимость количества абонентских панелей от удаления для сечения жилы провода S=0,21 мм2
Условия расчета:
- Панели расположены в конце линии (в этом случае коэффициент распределения принимается равным 1), см. методику (Примечание 1);
- Мощность потребления одной абонентской панели в дежурном режиме - 1 Вт;
- Мощность потребления одной абонентской панели в режиме активного разговора - 3 Вт;
- Одновременно в режиме вызова работает не более 2-х панелей;
- Удельное сопротивление токопроводящей жилы провода при 20°С - 0,018 Ом*м/мм2;
- Температура окружающей среды - 20°С;
- Допустимые потери по напряжению - 25%.
Примечание 1. Для более точного расчета - для случая, когда панели распределены вдоль линии (шлейфа) с определенной равномерностью, предлагаем воспользоваться программным модулем, описание см. ниже.
В таблице 2 представлена обобщенная зависимость сечения жилы используемого провода от удаления и количества подключенных панелей для наихудшего случая - когда все панели расположены в конце линии, см. Примечание 1.
Таблица 2 - Зависимость сечения жилы используемого провода от удаления и количества подключенных панелей
В Таблице 2 цветами выделены значения для (характерных) сечений, см. далее рис.6. В таблице, начиная с сечения выше 0,2мм2, речь идет о дополнительном проводе питания, см. далее. Так как абонентские панели CP-8032 питаются как от основной шины (сечением 0,2 мм2), так и от дополнительного провода, то результирующее сечение является их суммой.
В таблице отмеченными являются значения: S=0,5+0,2=0,7мм2, S=1+0,2=1,2мм2, S=1,5+0,2=1,7мм2, S=2,5+0,2=2,7мм2.
Из графика Рис.4 видно, что для сечения 0,2мм2, полную нагрузку (все 32 панели) можно удалить не более чем на 30 метров. С увеличением расстояния, допустимое количество панелей уменьшается. Увеличить дальность (длины шины) при сохранении количества панелей можно 2 способами:
- увеличением сечения жилы за счет дополнительной пары провода, подводимой к дополнительным клеммам питания панели ROXTON CP-8032 (параллельно 7,8 паре питания, см. Таб. 1);
- использованием ретранслятора, в качестве которого используется блок питания ROXTON PD-8032.
Рассмотрим первый вариант.
4. Конфигурация на базе топологии типа «шина» с питанием от дополнительного разъема
На рис.5 показана конфигурация, в которой питание абонентских панелей CP-8032 осуществляется как через ПОРТ СВЯЗИ c использованием разъема типа RJ-45, так и при помощи дополнительного усиленного провода, подключенного к выходной клемме питания селектора связи ROXTON CS-8232.
Рис.5 - Схема подвода дополнительного питания к абонентской панели CP-8032
Абонентские вызывные панели также имеют дополнительные клеммы питания (24В). На рис.5 показан вариант, в котором питание (24В) поступает от дополнительного разъема селектора ROXTON CS-8232. Клеммник, изображенный на рисунке, используется для удобства, например, для перехода от большего сечения к меньшему (клеммы питания у панели рассчитаны на сечение S=0,5 мм2) или для разветвления питания удаленных панелей или преобразователей питания ROXTON PD-8032, см. далее.
Зависимость количества абонентских панелей от расстояния для различных сечений дополнительного кабеля питания изображена на графике, рис.6:
Рис.6 - Зависимость количества абонентских панелей от количества и удаления абонентских панелей для различных сечений жилы дополнительного провода
Примечание 2. График рис.6 построен при условиях расчета к рис.4, а также при условии, что к абонентской панели питание подводится как от дополнительного, так и от основного ввода – порта связи – жилы, сечением: S=0,2мм2.
Избежать необходимости применения дополнительных клеммников, а также сэкономить на меди, используя только информационную шину, позволяет применение блока питания ROXTON PD-8032, который в данном решении будет выполнять функцию ретранслятора (усилителя питания).
5. Работа распределителя питания ROXTON PD-8032
На рис.7 представлена схема, поясняющая особенности работы распределителя питания ROXTON PD-8032.
Рис.7 - Схема, поясняющая особенности работы распределителя питания PD-8032
Из схемы видно, что по витой (экранированной) паре передается 3 вида информации:
- Адресные (цифровые) данные по интерфейсу RS-485
- Аналоговый балансный звуковой сигнал в прямом и обратном направлении
- Питание 24В.
Для повышения устойчивости и надежности системы как раз и предназначен распределитель ROXTON PD-8032, обеспечивающий гальваническую развязку по питанию.
Распределитель имеет 2 независимые группы питания:
- Группа 1 - группа, к которой подводится питание 24В. При работе с этой группой (с этим вводом питания) блок работает как ретранслятор (усилитель питания). При этом питание 24В может поступать как от отдельного источника, так и от селектора CS-8232 (рекомендуется).
- Группа 2 - дополнительная (добавочная) группа, которая запитывается либо от дополнительного (гальванически развязанного) источника питания 24В, либо от сети переменного напряжения 220В/50Гц. Использование 2 группы целесообразно при построении разветвленных топологий (см. далее).
6. Конфигурация на базе топологии типа «шина» с применением распределителя питания PD-8032
На Рис.8 представлена схема построения шины с использованием распределителя ROXTON PD-8032.
Рис.8 - Схема построения шины с использованием распределителя PD-8032 и подвода дополнительного питания от селектора CS-8232
Из рисунка видно, что на расстояниях превышающих расчетную (критическую) величину, см. рис.3 используется распределитель ROXTON PD-8032, выполняющий функцию ретранслятора. При этом, питание к распределителю может быть подведено двумя способами: либо от селектора связи, либо от независимого источника (РИПа 24В). При централизованном резервировании питания, первый вариант экономнее. Распределитель служит дополнительной гальванической развязки и значительно повышает помехоустойчивость линии. Расстояния и количество абонентских панелей до и после распределителя (ретранслятора) рассчитывается отдельно, согласно рис.3. Обратите внимание, что абонентская панель с номером n+1 дополнительно запитана по усиленному проводу.
Из рисунка видно, что на расстояниях превышающих расчетную (критическую) величину, см. рис.3 используется распределитель PD-8032, выполняющий функцию ретранслятора. При этом, питание к распределителю может быть подведено двумя способами: либо от селектора связи, либо от независимого источника (РИПа 24В). При централизованном резервировании питания, первый вариант экономнее. Распределитель служит дополнительной гальванической развязки и значительно повышает помехоустойчивость линии. Расстояния и количество абонентских панелей до и после распределителя (ретранслятора) рассчитывается отдельно, согласно рис.3. Обратите внимание, что абонентская панель с номером n+1 дополнительно запитана по усиленному проводу.
7. Построение разветвленных (сложных) топологий («Дерево») с применением распределителя питания ROXTON PD-8032
Мы отметили, что для работы устройства в режиме ретрансляции, достаточно использования только одной группы - группы 1. Для реализации разветвленных топологий, например “Дерево”, необходимо использование двух вводов питания, причем с использованием независимых источников (питания), рис.9.
Рис.9 - Схема построения разветвленных топологий с использованием распределителя PD-8032
На представленной схеме, распределитель ROXTON PD-8032-2 выполняет двойную функцию:
- - Работает как ретранслятор: развязывает и усиливает питание панелей CP-8023(n-1) и CP-8023(n)
- Работает как разветвитель: развязывает и усиливает питание панелей CP-8023(n+1) и CP-8023(n+2).
Обратите внимание, что панели CP-8023(n+1) и CP-8023(n+2) будучи уже ответвлением («деревом») подключены к разным портам ROXTON PD-8032 («звезда»). Еще раз отметим, что такая конфигурация возможна только при условии обеспечения второго распределителя ROXTON PD-8032-2 двумя независимыми вводами питания. Длины ответвления опять-таки рассчитываются, см. выше.
8. Построение распределенной системы с применением нескольких селекторов ROXTON CS-8232
Еще одной важной особенностью системы селекторной связи ROXTON 8000 является возможность ее централизованного расширения, рис.10.
Рис.10 - Схема построения распределенной системы связи с применением нескольких селекторов CS-8232
Особенности построения топологий с применением одного селектора мы рассмотрели выше. Особенность данной сложной топологии и конфигурации системы связи ROXTON состоит в возможности линкования блоков (селекторов). Такое линкование обеспечивает следующие удобства и преимущества:
- Возможность централизованного управления всей системой связи при помощи одного микрофона, например ROXTON RM-04
- Возможность комбинирования топологии типа «звезда», построенной на централизованном оборудовании - селекторах ROXTON CS-8232 с топологиями типа «шина» или «дерево», обеспечиваемых каждым таким селектором в отдельности. Такая комбинация позволит добиться существенной экономии на проводах при условии грамотного проектирования и построения системы.
9. Программный модуль для расчета потерь по напряжению в распределенной линии, нагруженной абонентскими вызывными панелями
На рис.3 была показана зависимость количества абонентских панелей от расстояния. Данная зависимость является хоть и грубой, но полезной оценкой, т.к. построена для «худшего случая» - случая, когда все панели располагаются в конце линии.
Для более точного расчета вашему вниманию предлагается программный модуль. Рис.11.
Рис.11 - Внешний вид программного модуля «Расстановка абонентских панелей в системе
селекторной связи ROXTON» (V-01.20.09)
Алгоритм расчета, заложенный в автоматизированный модуль, реализован на основе «Методики расчета сечения жилы провода в распределенных линиях оповещения».
Данный модуль, в зависимости от входных параметров, позволяет рассчитать потери по напряжению на участках линии (шины) с целью определения критического расстояния (точки R), на котором падение напряжения достигает недопустимой (предельной, критической) величины. За критическое падение напряжения в системы принято значение 25%, совпадающее с требованиями ГОСТ-53325-2012.
Модуль формирует отчет, в котором может оказаться несколько таких критических точек: первая - как было сказано выше, вторая и последующие точки - расстояния, на которых падение напряжения достигает двойного, тройного и т.д. значения критической (25%) величины.
Критические расстояния (точки) указывают на необходимость выполнения следующих мероприятий:
- Подвода дополнительного питания к абонентским панелям, располагающимся далее критической точки
- Установки (размещения) в этом месте дополнительного устройства (ретранслятора), в качестве которого используется распределитель питания ROXTON PD-8032, см. выше.
Входными параметрами для расчета являются:
- Номинал сечения или диаметр жилы медного провода, используемого в качестве информационной шины, соединяющей порт связи селектора ROXTON CS-8232 с абонентской панелью ROXTON CP-8032
- Номинал сечения или диаметр жилы дополнительного медного провода, используемого в качестве питающего шлейфа, соединяющей клеммы питания 24В селектора ROXTON CS-8232 с клеммами питания 24В абонентской панели ROXTON CP-8032
- Допустимые потери по напряжению, в качестве которой предлагается значение 25%, но могут использоваться и другие значения (при изменении значения желательно проконсультироваться с производителем)
- Расстояния до абонентских панелей и их количество.
Программа работает следующим образом:
- Рассчитываются сопротивления участков линии (шлейфа), длина которых, если известна, то указывается (в качестве входных параметров), либо рассчитывается автоматически, см. описание модуля ниже. Точность расчета определяется точностью введенных параметров. Примерный расчет (также) допустим в случае равномерного распределения панелей вдоль линии (шлейфа). Способ расчета определяется выбором соответствующего флага (опции), предложенного в блоке выбора коэффициента распределения. Кроме того, сопротивление участков рассчитывается в зависимости от наличия или отсутствия дополнительного провода питания, наличие и параметры которого необходимо подтвердить и указать.
- Рассчитывается суммарная нагрузка и максимальное падение напряжения в линии (в шлейфе).
- Анализируется каждый указанный или полученный автоматически участок на предмет падения напряжения.
- Рассчитанная величина сравнивается с допустимой величиной. Если падение напряжения превышает допустимое значение, рассчитывается линеаризованный коэффициент, позволяющий определить точное расстояние, на котором падение соответствует критическому (допустимому) значению.
- Найденная таким образом критическая точка заносится в отчет. Предполагается, что в этом месте будет установлен ретранслятор, после чего устанавливается новое значение (критерий расчета) критического падения напряжение (25х2=50%), и расчет продолжается до перебора всех панелей (до завершения).
Особенность и преимущество программного модуля заключается в возможности точного расчета коэффициента распределения нагрузки, и как следствие, точного значения падения напряжения на участках цепи. При этом для каждого участка всегда рассматривается худший случай - когда две вызывные панели, имеющие максимальное потребление, располагаются в конце рассчитываемого участка.