;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:
;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.