Telemehanski sistemi, aplikacije telemehanike

Telemehanika je področje znanosti in tehnologije, ki zajema teorijo in tehnična sredstva za avtomatski prenos krmilnih ukazov in informacij o statusu predmetov na daljavo.

Izraz "telemehanika" je leta 1905 predlagal francoski znanstvenik E. Branly za področje znanosti in tehnologije za daljinsko upravljanje mehanizmov in strojev.

Telemehanika omogoča usklajevanje dela prostorsko ločenih enot, strojev, inštalacij in jih skupaj s komunikacijskimi kanali povezuje v enoten nadzorni sistem na oddaljenosti od proizvodnih objektov ali drugih procesov.

Sredstva telemehanike skupaj s sredstvi avtomatizacije omogočajo daljinsko vodenje strojev in naprav brez dežurnega osebja v lokalnih objektih in jih združujejo v enotne proizvodne komplekse s centraliziranim nadzorom (energetski sistemi, železniški, zračni in vodni promet, naftna polja, avtocestni cevovodi). , velike tovarne, kamnolomi itd. rudniki, namakalni sistemi, mestna komunalna podjetja itd.).

Telemehanski sistem — sklop telemehanskih naprav in komunikacijskih kanalov, zasnovanih za avtomatski prenos nadzornih informacij na daljavo.

Razvrstitev telemehanskih sistemov se izvaja glede na glavne značilnosti, ki označujejo njihove lastnosti. Vključujejo:

• naravo poslanih sporočil;
• opravljene funkcije;
• vrsto in lokacijo objektov upravljanja in nadzora;
• konfiguracija;
• struktura;
• vrste komunikacijskih linij;
• načine njihove uporabe za prenos signala.

Glede na opravljene funkcije so telemehanski sistemi razdeljeni na sisteme:

• daljinec;
• televizijski signali;
• telemetrija;
• teleregulacija.

V sistemih za daljinsko upravljanje (RCS) veliko število elementarnih ukazov, kot so "vklop", "izklop" ("da", "ne"), namenjenih različnim objektom (sprejemnikom informacij), se pogosto prenašajo iz nadzorne točke.

V sistemih telesignalizacije (TS) Nadzorni center prejme enake osnovne signale o stanju predmetov, kot so "da", "ne". V telemetriji in teleregulaciji (TI in TP) prenese se vrednost izmerjenega (nadzorovanega) parametra.

Sistemi TC se uporabljajo za prenos diskretnih ali neprekinjenih ukazov nadzornim objektom. Slednja vrsta vključuje krmilne ukaze, ki se prenašajo za gladko spreminjanje nadzorovanega parametra. Sisteme TC, namenjene prenosu krmilnih ukazov, včasih ločimo v samostojno klasifikacijsko skupino od sistemov TR.

Sistemi TS se uporabljajo za prenos diskretnih sporočil o statusu nadzorovanih objektov (na primer za vklop ali izklop opreme, doseganje mejnih vrednosti parametra, pojav izrednih razmer itd.).

Sistemi TI se uporabljajo za prenos zveznih nadzorovanih vrednosti. Sistemi TS in TI so združeni v skupino sistemov daljinskega vodenja (TC).

V številnih primerih se uporabljajo kombinirani ali kompleksni telemehanski sistemi, ki hkrati opravljajo funkcije TU, ​​TS in TI.

Glede na način prenosa sporočil delimo telemehanske sisteme na enokanalne in večkanalne. Večina sistemov je večkanalnih, ki oddajajo signale po skupnem komunikacijskem kanalu do ali iz številnih objektov TC. Tvorijo veliko število predmetnih podkanalov.

Skupno število različnih signalov TU, TS, TI in TR v telemehanskem sistemu v železniškem prometu, naftnih poljih in cevovodih že dosega tisoče, število elementov opreme pa več deset tisoč.

Krmilne informacije, ki jih telemehanski sistemi posredujejo na daljavo, so namenjene operaterju oziroma krmilnemu računalniku na eni strani sistema in krmilnim objektom na drugi strani.

Informacije morajo biti predstavljene v uporabniku prijazni obliki. Zato telemehanski sistem vključuje naprave ne le za prenos informacij, temveč tudi za distribucijo in predstavitev v obliki, ki je primerna za zaznavanje s strani operaterja ali vnos v krmilni stroj. To velja tudi za naprave za zajemanje in predprocesiranje podatkov TI in TS.

Glede na vrsto oskrbovanih (nadzorovanih in nadzorovanih) objektov delimo telemehanske sisteme na sisteme za mirujoče in gibljive objekte.

Prva skupina vključuje sisteme za stacionarne industrijske naprave, druga - za nadzor ladij, lokomotiv, žerjavov, letal, raket, pa tudi tankov, torpedov, vodenih raket itd.

Glede na lokacijo nadzorovanih in nadzorovanih objektov ločimo enotne in razpršene objektne sisteme.

V prvem primeru se vsi objekti, ki jih sistem oskrbuje, nahajajo na eni točki. V drugem primeru so objekti, ki jih sistem oskrbuje, razpršeni eden za drugim ali v skupinah v več točkah, ki so na različnih točkah povezane s skupno komunikacijsko linijo.

Med telemehanske sisteme z enotnimi objekti sodijo predvsem sistemi za posamezne elektrarne in transformatorske postaje, črpalne in kompresorske instalacije. Takšni sistemi služijo eni točki.

Porazdeljeni telemehanski sistemi vključujejo na primer sisteme naftnih polj. Tukaj telemehanika služi velikemu številu (desetine, stotine) naftnih vrtin in drugih naprav, ki so razporejene po terenu in nadzorovane z ene točke.

Telemehanski sistem za razpršena mesta — vrsta telemehanskih sistemov, v katerih je več ali veliko število geografsko razpršenih nadzorovanih točk povezanih s skupnim komunikacijskim kanalom, od katerih ima lahko vsaka enega ali več tehničnih nadzorov, tehničnih informacij ali vozil.

Število razpršenih objektov in nadzorovanih točk v sistemih za centraliziran nadzor proizvodnje, procesov v industriji, prometu in kmetijstvu je veliko večje od števila koncentriranih objektov.

V takih nadzornih sistemih so razmeroma majhne točke razpršene vzdolž proge (naftovodi in plinovodi, namakanje, transport) ali po območju (naftna in plinska polja, industrijski obrati itd.). Vse lokacije sodelujejo v enotnem, med seboj povezanem proizvodnem procesu.

Primer telemehanskega sistema s porazdeljenimi objekti: Daljinsko upravljanje v električnih omrežjih

Glavni znanstveni problemi telemehanike:

• učinkovitost;
• zanesljivost prenosa informacij;
• optimizacija struktur;
• tehnična sredstva.

Pomen telemehanskih težav se povečuje z večanjem števila objektov, količine prenesenih informacij in dolžine komunikacijskih kanalov, ki dosegajo na tisoče kilometrov.

Problem učinkovitosti prenosa informacij v telemehaniki je v gospodarni uporabi komunikacijskih kanalov z njihovo zgoščenostjo, to je v zmanjšanju števila kanalov in njihovi racionalnejši uporabi.

Problemi zanesljivosti prenosa so v odpravljanju izgube informacij med prenosom zaradi učinkov motenj in v zagotavljanju zanesljivosti strojne opreme.

Optimizacija strukture - pri izbiri sheme komunikacijskih kanalov in opreme telemehanskega sistema, ki zagotavlja največjo zanesljivost in učinkovitost prenosa informacij.

Izbor temelji na agregatnih kriterijih. Pomen optimizacije strukture narašča s kompleksnostjo sistema in s prehodom na kompleksne sisteme s porazdeljenimi objekti in večnivojskim nadzorom.

Teoretično osnovo telemehanike sestavljajo: teorija informacij, teorija zaščite pred hrupom, teorija statistične komunikacije, teorija kodiranja, teorija strukture, teorija zanesljivosti. Te teorije in njihove aplikacije se razvijajo in razvijajo ob upoštevanju posebnosti telemehanike.

Najbolj zapleteni in zapleteni problemi se pojavljajo pri sintezi velikih sistemov daljinskega nadzora, vključno s sistemi teleavtomatizacije. Za sintezo takšnih sistemov je celostni pristop, ki temelji na posplošenih kriterijih, ob upoštevanju pogojev prenosa in optimalne obdelave informacij, še toliko bolj nujen. To predstavlja težavo za optimalen daljinski nadzor.

Za sodobno telemehaniko je značilen razvoj metod in tehničnih sredstev v najrazličnejših smereh. Število področij uporabe telemehanskih sistemov in obseg implementacije v vsakem od njih se nenehno širita.

Več desetletij se je obseg uvedene telemehanike povečal približno 10-krat vsakih 10 let. Spodaj so informacije o področjih uporabe telemehanike.

Telemehanika v energetiki

Telemehanske naprave se uporabljajo v geografsko ločenih objektih na vseh stopnjah proizvodnje in distribucije električne energije za nadzor: enote (znotraj velikih hidroelektrarn), napajanje industrijskih podjetij, elektrarne in transformatorske postaje elektroenergetskega sistema, elektroenergetski sistemi.

Za električno energijo je značilna prisotnost več ravni nadzora, vključenih v hierarhični sistem s številnimi kontrolnimi točkami različnih rangov.Elektrarne in RTP upravlja dispečerska točka elektroenergetskega sistema, slednje pa tvorijo medsebojno povezane elektroenergetske sisteme.

V zvezi s tem se na vsaki kontrolni točki izvajajo lokalne in centralizirane funkcije.

Prvi vključuje razvoj nadzornih dejanj za objekte, ki jih ta točka oskrbuje, kot rezultat obdelave informacij, ki prihajajo iz objektov in drugih kontrolnih točk.

Drugi - prenos informacij o tranzitu z nižje ravni na kontrolne točke višje ravni brez obdelave ali z delno obdelavo informacij, medtem ko prenos TI in signalov vozil z kontrolne točke nižje ravni na višjo - izvaja se prva stopnja.

Večina mest elektroenergetskega sistema je velikih, koncentriranih. Nahajajo se na velikih razdaljah, ki se merijo v stotinah in včasih na tisoče kilometrov.

Najpogosteje se informacije prenašajo prek HF komunikacijskih kanalov preko daljnovodov.

Za spremljanje in krmiljenje elektrarn in transformatorskih postaj v elektroenergetskem sistemu je potrebnih relativno malo informacij. Na tej stopnji se uporabljajo naprave TU-TS s časovno delitvijo signalov, enokanalne naprave frekvenčnih in impulzno-frekvenčnih sistemov TI, ki delujejo prek posebnih komunikacijskih kanalov.

Za izboljšanje kakovosti dobavljene energije, večjo zanesljivost delovanja elektroenergetskih omrežij in zmanjšanje izgub je potrebna dodatna kompleksnost dispečerskega vodenja. Te naloge je mogoče rešiti s široko uvedbo računalniške tehnologije na različnih stopnjah upravljanja.

Poglej tudi: Telemehanski sistemi v energetiki in Oddajna mesta v elektroenergetskem sistemu

Telemehanika v naftni in plinski industriji

Naprave za daljinsko upravljanje se uporabljajo za centraliziran nadzor in upravljanje naftnih ali plinskih vrtin, zbirališč nafte, kompresorjev in drugih naprav na naftnih ali plinskih poljih.

Samo telemehaniziranih naftnih vrtin je več deset tisoč. Posebnost tehnoloških procesov za proizvodnjo, primarno predelavo in transport nafte in plina je v neprekinjenosti in avtomatizaciji teh procesov, ki v normalnih pogojih ne zahtevajo človekovega posredovanja.

Telemehanska orodja vam omogočajo prehod s triizmenskega servisiranja vodnjakov in drugih delovišč na enoizmensko, z dežurno ekipo za nujne primere v večernih in nočnih izmenah.

Z uvedbo telemehanizacije se pogosto izvajajo povečanja naftnih polj. Do 500 vrtin je centralno nadzorovanih, razpršenih na območju od nekaj kilometrov2 do več deset km2 ... Število TU, ​​TS in TI na vsaki kompresorski postaji, postaji za zbiranje nafte in drugih napravah doseže več deset.

Trenutno potekajo dela za združevanje naftnih polj v proizvodnjo, da se ohranijo optimalni pogoji naftnih polj in obratov.

Sredstva avtomatizacije in telemehanike omogočajo spreminjanje in poenostavitev tehnologij, procesov na naftnih poljih, kar daje velik ekonomski učinek.

Glavni cevovodi

Telemehanske naprave se uporabljajo za centraliziran nadzor in upravljanje plinovodov, naftovodov in produktovodov.

Ob glavnih cevovodih so organizirane službe regionalnih in centralnih dispečerjev.Prvi vključuje objekte tehničnih specifikacij, tehnične opreme in tehničnih informacij v odcepih cevovodov, na obvoznih progah, prehodih čez reke in železnice. itd., objekti katodne zaščite, črpalne in kompresorske postaje (pipe, ventili, kompresorji, črpalke itd.).

Območje regionalnega dispečerja je 120-250 km, na primer med sosednjimi črpališči in kompresorskimi postajami. Funkcije TU (operativne) opravlja center, dispečer le, če niso zaupane območnemu dispečerju.

Obstaja težnja po zmanjšanju zmogljivosti tehničnega nadzora s prenosom teh funkcij na lokalne naprave za avtomatizacijo, na prehod na centralizirano upravljanje brez službe okrožnega dispečerja ali zmanjšanje njegovih funkcij.

Kemična industrija, metalurgija, inženiring

V velikih industrijskih podjetjih telemehanske naprave prenašajo operativne in proizvodno-statistične informacije tako za upravljanje posameznih panog (tehnološke delavnice, energetski objekti) kot za upravljanje celotnega obrata.

Z razdaljami med nadzorovanimi točkami in nadzorno točko 0,5 - 2 km se telemehanika uspešno kosa s sistemi daljinskega prenosa in zagotavlja prihranke zaradi zmanjšanja dolžine kabla.

Za industrijska podjetja je značilna prisotnost velikih koncentriranih in razpršenih objektov. Prvi vključujejo električne razdelilne postaje, kompresorske in črpalne postaje, tehnološke delavnice, drugi - objekte, ki se nahajajo enega za drugim ali v majhnih skupinah (ventili za dovod plina, vode, pare itd.).

Neprekinjene informacije prenašajo naprave sistema telemetrije intenzitete, naprave TI s časovnimi impulzi ali kodnimi impulzi. Slednji so običajno vključeni v kompleksne naprave TU-TS-TI, ki prenašajo diskretne in neprekinjene informacije po komunikacijskem kanalu.

Kabelske komunikacijske linije se uporabljajo predvsem v industrijskih podjetjih.

Povečanje količine informacij, ki vstopajo v nadzorni center, je zahtevalo avtomatizacijo njihove obdelave. V zvezi s tem se uporabljajo kompleksni sistemi, ki zagotavljajo obdelavo informacij za dispečerja (operaterja).

Rudarstvo in premogovništvo

V rudarstvu in premogovništvu se telemehanske naprave uporabljajo za nadzor in nadzor zgoščenih objektov v rudnikih in na površini, za nadzor mobilnih razpršenih objektov v rudarskih prostorih, za nadzor pretočno-transportnih sistemov.Zadnji dve nalogi sta najbolj specifični za rudarstvo in premogovništvo.

V podzemnih delih, kjer so na primer naprave za telekonfekcijske vozičke, se telemehanski signali prenašajo po električnih vodih 380 V - 10 kV prek zasedenih telefonskih linij, pa tudi po kombiniranih kanalih: od mobilnega objekta do nižje postaje - a nizkonapetostno električno omrežje, nato pa v nadzorno sobo — prost ali zaseden par žic v telefonskem kablu. Uporabljata se časovni in frekvenčni sistem TU — TS.

Izkrivljanje delovnega urnika pretočno-transportnega sistema moti tehnološki cikel, zato morajo imeti telemehanske naprave večjo zanesljivost.V tem primeru se uporabljajo kabelske komunikacijske linije med dispečerskim centrom, lokalnimi nadzornimi točkami in nadzornimi točkami.

Železniški promet

Imam železniško avtomatizacijo in telemehanske sisteme v železniškem prometu, namenjene zagotavljanju varne vožnje vlakov in nujnosti njihove vožnje. Ta dva cilja s takšnimi napravami običajno dosežemo hkrati. Njihova poškodba vpliva tako na varnost kot na nujnost gibanja.

Glavne zahteve za naprave za avtomatizacijo in telemehaniko so v tem primeru skladnost naprav s pogoji delovanja - intenzivnost in hitrost gibanja - ter visoka zanesljivost njihovega delovanja.

Telemehanske naprave se uporabljajo za krmiljenje napajanja elektrificiranih cest in za centraliziranje dispečerstva (krmiljenje stikal in signalov) znotraj mesta (krmilnega kroga) ali postaje.

V železniškem elektroenergetskem upravljanju sta dve neodvisni nalogi: krmiljenje vlečnih postaj, odsečnih stebrov in krmiljenje nadzemnih ločilnikov. Hkrati se nadzor izvaja v dispečerskem krogu dolžine 120-200 km, vzdolž katerega se nahaja 15-25 nadzorovanih točk (vlečne postaje, odseki, postaje z zračnimi ločilniki).

TU z odklopniki vozne mreže omogoča izvedbo popravil brez motenj v voznem redu vlakov. Odklopniki TU, ki se nahajajo v majhnih skupinah vzdolž železnice, se izvajajo s posebno napravo TU - TS.

Več informacij: Železniška avtomatika in telemehanika

Namakalni sistemi

Naprave za daljinsko upravljanje se uporabljajo za centraliziran nadzor in upravljanje zajemanja in distribucije vode.

Je eden največjih uporabnikov telemehanike. Uporabljajo se za krmiljenje gravitacijskih namakalnih sistemov, glavnih kanalov in vodnjakov za sprejem vode (vključno z vodnimi zapornicami, ščiti, ventili, črpalkami, nivojem vode in pretokom TI itd.). Dolžina namakalnega sistema z daljinskim upravljanjem je do 100 km.

SCADA sistemi v telemehaniki

SCADA (okrajšava za nadzorni nadzor in pridobivanje podatkov) je programski paket, namenjen razvoju ali zagotavljanju delovanja sistemov v realnem času za zbiranje, obdelavo, prikaz in arhiviranje informacij o nadzornem ali nadzornem objektu.

Sistemi SCADA se uporabljajo v vseh panogah gospodarstva, kjer je potrebno zagotoviti operaterski nadzor nad tehnološkimi procesi v realnem času.

Za več podrobnosti si oglejte tukaj: SCADA sistemi v elektroinštalacijah