Telemechanické systémy, aplikácie telemechaniky

Telemechanika je oblasť vedy a techniky, ktorá zahŕňa teóriu a technické prostriedky automatického prenosu riadiacich príkazov a informácií o stave objektov na diaľku.

Termín „telemechanika“ navrhol v roku 1905 francúzsky vedec E. Branly pre oblasť vedy a techniky na diaľkové ovládanie mechanizmov a strojov.

Telemechanika umožňuje koordinovať prácu priestorovo oddelených jednotiek, strojov, inštalácií a spolu s komunikačnými kanálmi ich spája do jedného riadiaceho systému na diaľku od výrobných zariadení alebo iných procesov.

Telemechanické prostriedky spolu s prostriedkami automatizácie umožňujú diaľkové ovládanie strojov a zariadení bez neustáleho personálu v miestnych zariadeniach a spájajú ich do jednotlivých výrobných komplexov s centralizovaným riadením (elektrické systémy, železničná, letecká a vodná doprava, ropné polia, diaľničné ropovody veľké továrne, lomy atď., bane, zavlažovacie systémy, mestské služby atď.).

Telemechanický systém — súbor telemechanických zariadení a komunikačných kanálov určených na automatický prenos riadiacich informácií na diaľku.

Klasifikácia telemechanických systémov sa vykonáva podľa hlavných charakteristík charakterizujúcich ich vlastnosti. Zahŕňajú:

• charakter prenášaných správ;
• vykonávané funkcie;
• druh a umiestnenie objektov riadenia a kontroly;
• konfigurácia;
• štruktúra;
• typy komunikačných liniek;
• spôsoby ich použitia na prenos signálu.

Podľa vykonávaných funkcií sa telemechanické systémy delia na systémy:

• diaľkové ovládanie;
• televízne signály;
• telemetria;
• teleregulácia.

V systémoch diaľkového ovládania (RCS) z riadiaceho bodu sa často prenáša veľké množstvo elementárnych príkazov ako „zap“, „vyp“ („áno“, „nie“), určených pre rôzne objekty (prijímače informácií).

V telesignalizačných systémoch (TS) Riadiace centrum prijíma rovnaké elementárne signály o stave objektov, ako napríklad «áno», «nie». V telemetrii a teleregulácii (TI a TP) prenáša sa hodnota meraného (riadeného) parametra.

Systémy TC sa používajú na prenos diskrétnych alebo nepretržitých príkazov na ovládanie objektov. Posledný typ obsahuje riadiace príkazy prenášané na hladkú zmenu riadeného parametra. Systémy TC určené na prenos riadiacich príkazov sa niekedy odlišujú v samostatnej klasifikačnej skupine od systémov TR.

Systémy TS sa používajú na prenos diskrétnych správ o stave monitorovaných objektov (napríklad na zapnutie alebo vypnutie zariadenia, dosiahnutie hraničných hodnôt parametra, vznik havarijného stavu a pod.).

Systémy TI sa používajú na prenos spojitých riadených hodnôt. Systémy TS a TI sú spojené do skupiny systémov diaľkového ovládania (TC).

V mnohých prípadoch sa používajú kombinované alebo komplexné telemechanické systémy, ktoré súčasne vykonávajú funkcie TU, ​​TS a TI.

Podľa spôsobu prenosu správ sa telemechanické systémy delia na jednokanálové a viackanálové. Väčšina systémov je viackanálových a prenáša signály cez spoločný komunikačný kanál do alebo z mnohých zariadení TC. Tvoria veľké množstvo objektových podkanálov.

Celkový počet rôznych signálov TU, TS, TI a TR v telemechanickom systéme v železničnej doprave, ropných poliach a potrubiach už dosahuje tisíce a počet prvkov vybavenia - mnoho desiatok tisíc.

Riadiace informácie, ktoré telemechanické systémy vysielajú na diaľku, sú určené pre operátora alebo riadiaci počítač na jednom konci systému a riadiace objekty na druhom konci.

Informácie musia byť prezentované v užívateľsky príjemnej forme. Telemechanický systém preto obsahuje zariadenia nielen na prenos informácií, ale aj na distribúciu a prezentáciu vo forme vhodnej na vnímanie operátorom alebo zadanie do riadiaceho stroja. To platí aj pre zariadenia na zber a predspracovanie údajov TI a TS.

Podľa typu obsluhovaných (monitorovaných a riadených) objektov sa telemechanické systémy delia na systémy pre stacionárne a pohyblivé objekty.

Prvá skupina zahŕňa systémy pre stacionárne priemyselné zariadenia, druhá - na riadenie lodí, lokomotív, žeriavov, lietadiel, rakiet, ako aj tankov, torpéd, riadených striel atď.

Podľa umiestnenia riadených a riadených objektov sa rozlišujú jednotné a rozptýlené objektové systémy.

V prvom prípade sú všetky objekty obsluhované systémom umiestnené v jednom bode. V druhom prípade sú objekty obsluhované systémom roztrúsené jeden po druhom alebo v skupinách v niekoľkých bodoch, ktoré sú v rôznych bodoch spojené do spoločnej komunikačnej linky.

Medzi telemechanické systémy s jednotnými objektmi patria najmä systémy pre jednotlivé elektrárne a trafostanice, čerpacie a kompresorové inštalácie. Takéto systémy slúžia jednému bodu.

Medzi distribuované telemechanické systémy patria napríklad systémy ropných polí. Tu telemechanika obsluhuje veľké množstvo (desiatky, stovky) ropných vrtov a iných zariadení rozmiestnených v teréne a riadených z jedného bodu.

Telemechanický systém pre rozptýlené miesta — typ telemechanických systémov, v ktorých je niekoľko alebo veľký počet geograficky rozptýlených kontrolovaných bodov pripojených k spoločnému komunikačnému kanálu, z ktorých každý môže mať jednu alebo viacero technických kontrol, technických informácií alebo objektov vozidla.

Počet rozptýlených objektov a kontrolovaných bodov v systémoch centralizovaného riadenia výroby, procesov v priemysle, doprave a poľnohospodárstve je oveľa väčší ako počet sústredených objektov.

V takýchto riadiacich systémoch sú relatívne malé body roztrúsené pozdĺž línie (ropovody a plynovody, zavlažovanie, doprava) alebo nad oblasťou (ropné a plynové polia, priemyselné závody atď.). Všetky prevádzky sa zúčastňujú na jedinom, vzájomne prepojenom výrobnom procese.

Príklad telemechanického systému s distribuovanými objektmi: Diaľkové ovládanie v elektrických sieťach

Hlavné vedecké problémy telemechaniky:

• efektívnosť;
• spoľahlivosť prenosu informácií;
• optimalizácia štruktúr;
• technické prostriedky.

Význam telemechanických problémov stúpa s nárastom počtu objektov, objemu prenášaných informácií a dĺžky komunikačných kanálov, ktoré dosahujú tisíce kilometrov.

Problém efektívnosti prenosu informácií v telemechanike spočíva v hospodárnom využívaní komunikačných kanálov prostredníctvom ich zhutňovania, teda v znižovaní počtu kanálov a ich racionálnejšom využívaní.

Problémy so spoľahlivosťou prenosu spočívajú v eliminácii straty informácií počas prenosu v dôsledku účinkov rušenia a v zabezpečení spoľahlivosti hardvéru.

Optimalizácia štruktúry — pri výbere schémy komunikačných kanálov a vybavenia telemechanického systému, ktorý zaručuje maximálnu spoľahlivosť a efektivitu prenosu informácií.

Výber je založený na súhrnných kritériách. Význam optimalizácie štruktúry narastá so zložitosťou systému a s prechodom na komplexné systémy s distribuovanými objektmi a viacúrovňovým riadením.

Teoretické základy telemechaniky tvoria: teória informácie, teória ochrany pred hlukom, teória štatistickej komunikácie, teória kódovania, teória štruktúry, teória spoľahlivosti. Tieto teórie a ich aplikácie sú rozvíjané a rozvíjané s prihliadnutím na špecifiká telemechaniky.

Najkomplexnejšie a najkomplexnejšie problémy vznikajú pri syntéze veľkých systémov diaľkového ovládania, vrátane systémov teleautomatizácie. Pre syntézu takýchto systémov je ešte potrebnejší integrovaný prístup založený na všeobecných kritériách, zohľadňujúci podmienky prenosu a optimálneho spracovania informácií. To predstavuje problém pre optimálne diaľkové ovládanie.

Moderná telemechanika sa vyznačuje vývojom metód a technických prostriedkov v najrôznejších smeroch. Počet oblastí použitia telemechanických systémov a objem implementácie v každom z nich sa neustále rozširuje.

Už niekoľko desaťročí sa objem zavedenej telemechaniky zvyšuje približne 10-krát každých 10 rokov. Nižšie sú uvedené informácie o oblastiach použitia telemechaniky.

Telemechanika v energetike

Telemechanické zariadenia sa používajú v geograficky oddelených zariadeniach na všetkých stupňoch výroby a distribúcie elektriny na riadenie: bloky (v rámci veľkých vodných elektrární), napájanie priemyselných podnikov, elektrárne a rozvodne elektrizačnej sústavy, energetické sústavy.

Elektrina je charakterizovaná prítomnosťou niekoľkých úrovní riadenia zahrnutých v hierarchickom systéme s množstvom kontrolných bodov rôznych úrovní.Elektrárne a rozvodne sú riadené dispečerským miestom elektrizačnej sústavy, ktoré tvoria vzájomne prepojené energetické sústavy.

V tomto ohľade sa v každom kontrolnom bode vykonávajú miestne a centralizované funkcie.

Prvý zahŕňa vývoj riadiacich akcií pre objekty obsluhované týmto bodom ako výsledok spracovania informácií prichádzajúcich z objektov az iných kontrolných bodov.

K druhému - prenos tranzitných informácií z nižšej úrovne do riadiacich bodov vyššej úrovne bez spracovania alebo s čiastočným spracovaním informácií, pričom prenos signálov TI a vozidla z riadiaceho bodu nižšej úrovne do vyššej - vykonáva sa prvá úroveň.

Väčšina lokalít energetického systému je veľká, koncentrovaná. Nachádzajú sa vo veľkých vzdialenostiach, meraných v stovkách a niekedy aj tisíckach kilometrov.

Najčastejšie dochádza k prenosu informácií cez vysokofrekvenčné komunikačné kanály cez elektrické vedenie.

Na monitorovanie a riadenie elektrární a rozvodní v elektrizačnej sústave je potrebných pomerne málo informácií. V tejto fáze sa používajú zariadenia TU-TS s časovým delením signálov, jednokanálové zariadenia frekvenčných a pulznofrekvenčných systémov TI pracujúce cez špeciálne komunikačné kanály.

Pre zlepšenie kvality dodávanej energie, zvýšenie spoľahlivosti prevádzky energetických prenosových sietí a zníženie strát je potrebná ďalšia zložitosť dispečerského riadenia. Tieto úlohy možno vyriešiť plošným zavedením výpočtovej techniky na rôznych stupňoch riadenia.

Pozri tiež: Telemechanické systémy v energetike a Výdajné miesta v systéme napájania

Telemechanika v ropnom a plynárenskom priemysle

Zariadenia na diaľkové ovládanie sa používajú na centralizované ovládanie a riadenie ropných alebo plynových vrtov, zberných miest ropy, kompresorov a iných inštalácií v ropných alebo plynových poliach.

Len počet telemechanizovaných ropných vrtov je mnoho desiatok tisíc. Špecifickosť technologických procesov výroby, primárneho spracovania a prepravy ropy a plynu spočíva v kontinuite a automatizácii týchto procesov, ktoré si za bežných podmienok nevyžadujú ľudský zásah.

Nástroje telemechaniky vám umožňujú prejsť z trojzmennej prevádzky studní a iných lokalít na jednozmennú s pohotovostným tímom v službe vo večerných a nočných zmenách.

So zavedením telemechanizácie sa často robí rozšírenie ropných polí. Centrálne je riadených až 500 vrtov roztrúsených na ploche od niekoľkých kilometrov2 až po mnoho desiatok km2... Počet TU, TS a TI na každej kompresorovej stanici, zbernej stanici ropy a ďalších zariadeniach dosahuje mnoho desiatok.

V súčasnosti prebiehajú práce na zlúčení ropných polí do výroby, aby sa zachovali optimálne podmienky ropných polí a zariadení na poliach.

Prostriedky automatizácie a telemechaniky umožňujú meniť a zjednodušovať technológie, procesy v ropných poliach, čo dáva veľký ekonomický efekt.

Hlavné potrubia

Telemechanické zariadenia sa používajú na centralizované riadenie a riadenie plynovodov, ropovodov a produktovodov.

Služby regionálnych a centrálnych dispečerov sú organizované pozdĺž hlavných plynovodov.Prvá zahŕňa objekty technických špecifikácií, technických zariadení a technických informácií v potrubných vetvách, na obtokových líniách križovatiek cez rieky a železnice. atď., predmety katódovej ochrany, čerpacie a kompresorové stanice (kohútiky, ventily, kompresory, čerpadlá a pod.).

Rozloha regionálneho dispečingu je 120 – 250 km, napríklad medzi susednými čerpacími a kompresorovými stanicami. Funkcie TU (prevádzkové) vykonáva stredisko, výpravca len ak nie sú zverené okresnému dispečerovi.

Prejavuje sa tendencia k redukcii zariadení technickej kontroly s presunom týchto funkcií na lokálne automatizačné zariadenia, k prechodu na centralizované riadenie bez obsluhy okresného dispečera alebo k redukcii jeho funkcií.

Chemický priemysel, hutníctvo, strojárstvo

Vo veľkých priemyselných podnikoch prenášajú telemechanické zariadenia prevádzkové a výrobno-štatistické informácie ako pre riadenie jednotlivých odvetví (technologické dielne, energetické zariadenia), tak aj pre riadenie celého závodu.

So vzdialenosťami medzi riadenými bodmi a riadiacim bodom 0,5 - 2 km telemechanika úspešne konkuruje systémom diaľkového prenosu a prináša úspory vďaka skráteniu dĺžky káblov.

Priemyselné podniky sa vyznačujú prítomnosťou veľkých koncentrovaných a rozptýlených objektov. Prvá zahŕňa elektrické rozvodne, kompresorové a čerpacie stanice, technologické dielne, druhá - objekty umiestnené jeden po druhom alebo v malých skupinách (ventily na prívod plynu, vody, pary atď.).

Nepretržité informácie sú prenášané zariadeniami systému telemetrie intenzity, zariadeniami TI s časovými alebo kódovými impulzmi. Tieto sú zvyčajne súčasťou komplexných zariadení TU-TS-TI, ktoré prenášajú diskrétne a nepretržité informácie cez komunikačný kanál.

Káblové komunikačné linky sa používajú najmä v priemyselných podnikoch.

Nárast množstva informácií vstupujúcich do riadiaceho centra si vyžiadal automatizáciu ich spracovania. V tomto smere sa využívajú komplexné systémy, ktoré zabezpečujú spracovanie informácií pre dispečera (operátora).

Ťažobný a uhoľný priemysel

V banskom a uhoľnom priemysle sa telemechanické zariadenia používajú na ovládanie a monitorovanie sústredených objektov nachádzajúcich sa v baniach a na povrchu, na ovládanie mobilných rozptýlených objektov v banských priestoroch, na riadenie prietokovo-dopravných systémov Posledné dve úlohy sú najšpecifickejšie pre baníctvo a uhoľný priemysel.

V podzemných dielach, kde sú napríklad zariadenia pre telecounlingové troleje, sa telemechanické signály prenášajú elektrickými vedeniami 380 V – 10 kV cez vyťažené telefónne linky, ako aj kombinovanými kanálmi: z mobilného objektu do spúšťacej rozvodne – a nízkonapäťovej elektrickej siete, potom do riadiacej miestnosti - voľný alebo obsadený pár drôtov v telefónnom kábli. Používajú sa časové a frekvenčné systémy TU — TS.

Skreslenie harmonogramu prác prietokovo-dopravného systému narúša technologický cyklus, preto telemechanické zariadenia musia mať zvýšenú spoľahlivosť.V tomto prípade sa medzi dispečingom, miestnymi riadiacimi bodmi a riadenými bodmi používajú káblové komunikačné linky.

Železničná doprava

Mám železničnú automatizáciu a telemechanické systémy v železničnej doprave určené na zabezpečenie bezpečného pohybu vlakov a naliehavosti ich pohybu. Tieto dva ciele sa zvyčajne dosahujú súčasne s takýmito zariadeniami. Ich poškodenie ovplyvňuje bezpečnosť aj naliehavosť pohybu.

Hlavnými požiadavkami na automatizačné a telemechanické zariadenia sú v tomto prípade súlad zariadení s prevádzkovými podmienkami — intenzita a rýchlosť pohybu — a vysoká spoľahlivosť ich prevádzky.

Telemechanické zariadenia sa používajú na riadenie zásobovania elektrifikovaných ciest a na centralizáciu dispečingu (ovládanie výhybiek a návestidiel) v rámci lokality (riadiaci okruh) alebo stanice.

V železničnom energetickom hospodárstve existujú dve nezávislé úlohy: riadenie trakčných napájacích staníc, úsekových stĺpov a ovládanie nadzemných odpojovačov. Riadenie sa zároveň vykonáva v rámci výpravného okruhu s dĺžkou 120-200 km, pozdĺž ktorého je umiestnených 15-25 riadených bodov (trakčné meniarne, úsekové stanovištia, stanice so vzduchovými odpojovačmi).

TU s odpojovačmi trolejového vedenia umožňuje vykonávať opravy bez narušenia cestovných poriadkov vlakov. Odpojovače TU, umiestnené v malých skupinách pozdĺž železnice, sú vykonávané špeciálnym zariadením TU — TS.

Viac informácií: Automatizácia železníc a telemechanika

Zavlažovacie systémy

Zariadenia na diaľkové ovládanie slúžia na centralizované ovládanie a riadenie odberu a distribúcie vody.

Je jedným z najväčších používateľov telemechaniky. Používajú sa na ovládanie gravitačných zavlažovacích systémov, hlavných kanálov a studní (vrátane vodných brán, štítov, ventilov, čerpadiel, hladiny vody a prietoku TI atď.). Dĺžka závlahového systému s diaľkovým ovládaním je až 100 km.

SCADA systémy v telemechanike

SCADA (skratka pre dohľadové riadenie a získavanie údajov) je softvérový balík určený na vývoj alebo zabezpečenie prevádzky systémov v reálnom čase na zber, spracovanie, zobrazovanie a archiváciu informácií o monitorovanom alebo riadiacom objekte.

SCADA systémy sa využívajú vo všetkých odvetviach hospodárstva, kde je potrebné zabezpečiť operátorovi kontrolu technologických procesov v reálnom čase.

Ďalšie podrobnosti nájdete tu: SCADA systémy v elektroinštaláciách