Telemechaninės sistemos, telemechanikos taikymai

Telemechanika yra mokslo ir technologijų sritis, apimanti teoriją ir technines priemones automatiškai perduoti valdymo komandas ir informaciją apie objektų būklę per atstumą.

Terminą „telemechanika“ 1905 m. pasiūlė prancūzų mokslininkas E. Branly mokslo ir technologijų sričiai, skirtai nuotoliniam mechanizmų ir mašinų valdymui.

Telemechanika leidžia koordinuoti erdvėje atskirtų mazgų, mašinų, įrenginių darbą ir kartu su ryšio kanalais sujungti juos į vieną valdymo sistemą per atstumą nuo gamybos įrenginių ar kitų procesų.

Telemechanikos priemonės kartu su automatizavimo priemonėmis leidžia nuotoliniu būdu valdyti mašinas ir įrenginius be budinčio personalo vietiniuose objektuose ir sujungti juos į vieną gamybos kompleksą su centralizuotu valdymu (elektros sistemos, geležinkelių, oro ir vandens transportas, naftos telkiniai, greitkelių vamzdynai). , didelės gamyklos, karjerai ir kt. kasyklos, drėkinimo sistemos, miesto komunalinės paslaugos ir kt.).

Telemechaninė sistema — telemechaninių įrenginių ir ryšio kanalų rinkinys, skirtas automatiniam valdymo informacijos perdavimui per atstumą.

Telemechaninių sistemų klasifikavimas atliekamas pagal pagrindines charakteristikas, apibūdinančias jų savybes. Jie įtraukia:

• perduodamų pranešimų pobūdis;
• atliekamos funkcijos;
• valdymo ir kontrolės objektų tipas ir vieta;
• konfigūracija;
• struktūra;
• ryšio linijų tipai;
• būdus, kaip juos panaudoti signalui perduoti.

Pagal atliekamas funkcijas telemechaninės sistemos skirstomos į sistemas:

• nuotolinio valdymo pultas;
• televizijos signalai;
• telemetrija;
• telereguliavimas.

Nuotolinio valdymo sistemose (RCS) iš valdymo taško dažnai perduodama daug elementarių komandų, tokių kaip "įjungta", "išjungta" ("taip", "ne"), skirtų įvairiems objektams (informacijos imtuvams).

Telesignalizacijos sistemose (TS) Valdymo centras gauna tuos pačius elementarius signalus apie objektų būklę, tokius kaip „taip“, „ne“. Telemetrijoje ir telereguliavime (TI ir TP) perduodama išmatuoto (valdomo) parametro reikšmė.

TC sistemos naudojamos perduoti atskiroms arba nuolatinėms komandoms valdyti objektus. Pastarasis tipas apima valdymo komandas, perduodamas sklandžiai pakeisti valdomą parametrą. TC sistemos, skirtos valdymo komandoms perduoti, kartais atskiriamos nepriklausomoje klasifikavimo grupėje nuo TR sistemų.

TS sistemos naudojamos perduoti atskirus pranešimus apie stebimų objektų būseną (pavyzdžiui, įjungti arba išjungti įrangą, pasiekti ribines parametro vertes, įvykti avarinei situacijai ir pan.).

TI sistemos naudojamos nuolat kontroliuojamoms reikšmėms perduoti. TS ir TI sistemos yra sujungtos į nuotolinio valdymo (TC) sistemų grupę.

Daugeliu atvejų naudojamos kombinuotos arba sudėtingos telemechaninės sistemos, vienu metu atliekančios TU, TS ir TI funkcijas.

Pagal pranešimų perdavimo būdą telemechaninės sistemos skirstomos į vienkanales ir daugiakanales. Dauguma sistemų yra daugiakanalės, perduodančios signalus bendru ryšio kanalu į daugelį TC įrenginių arba iš jų. Jie sudaro daugybę objektų antrinių kanalų.

Bendras skirtingų signalų TU, TS, TI ir TR skaičius telemechaninėje sistemoje geležinkelių transporte, naftos telkiniuose ir vamzdynuose jau siekia tūkstančius, o įrangos elementų skaičius – keliasdešimt tūkstančių.

Valdymo informacija, kurią telemechaninės sistemos perduoda per atstumą, yra skirta operatoriui arba valdymo kompiuteriui viename sistemos gale, o valdymo objektams kitame.

Informacija turi būti pateikta vartotojui patogia forma. Todėl telemechaninė sistema apima įrenginius ne tik informacijos perdavimui, bet ir paskirstymui bei pateikimui patogia operatoriui suvokti ar įvesties į valdymo mašiną forma. Tai taip pat taikoma TI ir TS duomenų gavimo ir išankstinio apdorojimo įrenginiams.

Pagal aptarnaujamų (stebimų ir valdomų) objektų tipą telemechaninės sistemos skirstomos į stacionarių ir judančių objektų sistemas.

Pirmoji grupė apima stacionarių pramoninių įrenginių sistemas, antroji - laivų, lokomotyvų, kranų, lėktuvų, raketų, taip pat tankų, torpedų, valdomų raketų ir kt.

Pagal valdomų ir valdomų objektų išsidėstymą skiriamos unifikuotos ir išsklaidytos objektų sistemos.

Pirmuoju atveju visi sistemos aptarnaujami objektai yra viename taške. Antruoju atveju sistemos aptarnaujami objektai yra išbarstyti po vieną arba grupėmis į keletą taškų, kurie skirtinguose taškuose yra sujungti į bendrą ryšio liniją.

Telemechaninėms sistemoms su vieningais objektais visų pirma priskiriamos atskirų elektrinių ir transformatorių pastočių sistemos, siurblių ir kompresorių įrenginiai. Tokios sistemos tarnauja vienam taškui.

Paskirstytos telemechaninės sistemos apima, pavyzdžiui, naftos telkinių sistemas. Čia telemechanika aptarnauja daugybę (dešimtis, šimtus) naftos gręžinių ir kitų įrenginių, paskirstytų lauke ir valdomų iš vieno taško.

Telemechaninė sistema išsklaidytoms vietoms — telemechaninių sistemų tipas, kuriame keli arba daug geografiškai išsklaidytų valdomų taškų yra prijungti prie bendro ryšio kanalo, kurių kiekvienas gali turėti vieną ar daugiau techninio valdymo, techninės informacijos arba transporto priemonės objektų.

Išsklaidytų objektų ir kontroliuojamų taškų skaičius centralizuoto gamybos, pramonės, transporto ir žemės ūkio procesų valdymo sistemose yra daug didesnis nei koncentruotų objektų skaičius.

Tokiose valdymo sistemose santykinai nedideli taškai yra išsibarstę palei liniją (naftos ir dujotiekiai, drėkinimas, transportavimas) arba visoje teritorijoje (naftos ir dujų telkiniai, pramonės įmonės ir kt.). Visos vietos dalyvauja viename, tarpusavyje susijusiame gamybos procese.

Telemechaninės sistemos su paskirstytais objektais pavyzdys: Nuotolinis valdymas elektros tinkluose

Pagrindinės mokslinės telemechanikos problemos:

• efektyvumas;
• informacijos perdavimo patikimumas;
• konstrukcijų optimizavimas;
• techninių išteklių.

Telemechaninių problemų svarba didėja didėjant objektų skaičiui, perduodamos informacijos kiekiui ir ryšio kanalų ilgiui, kurie siekia tūkstančius kilometrų.

Informacijos perdavimo efektyvumo telemechanikoje problema slypi ekonomiškame ryšio kanalų panaudojime juos sutankinant, tai yra mažinant kanalų skaičių ir racionaliau naudojant.

Perdavimo patikimumo problemos yra susijusios su informacijos praradimo pašalinimu perdavimo metu dėl trukdžių poveikio ir užtikrinant aparatinės įrangos patikimumą.

Struktūros optimizavimas – parenkant ryšio kanalų schemą ir telemechaninės sistemos įrangą, kuri garantuoja maksimalų informacijos perdavimo patikimumą ir efektyvumą.

Atranka grindžiama bendraisiais kriterijais. Struktūros optimizavimo svarba didėja didėjant sistemos sudėtingumui ir pereinant prie sudėtingų sistemų su paskirstytais objektais ir kelių lygių valdymu.

Telemechanikos teorinį pagrindą sudaro: informacijos teorija, apsaugos nuo triukšmo teorija, statistinės komunikacijos teorija, kodavimo teorija, struktūros teorija, patikimumo teorija. Šios teorijos ir jų pritaikymai kuriami ir plėtojami atsižvelgiant į telemechanikos specifiką.

Sudėtingiausios ir sudėtingiausios problemos kyla sintezuojant dideles nuotolinio valdymo sistemas, įskaitant teleautomatikos sistemas. Tokių sistemų sintezei dar labiau reikalingas integruotas požiūris, pagrįstas apibendrintais kriterijais, atsižvelgiant į informacijos perdavimo ir optimalaus apdorojimo sąlygas. Dėl to kyla problemų dėl optimalaus nuotolinio valdymo pulto.

Šiuolaikinei telemechanikai būdinga metodų ir techninių priemonių plėtra įvairiausiomis kryptimis. Telemechaninių sistemų taikymo sričių skaičius ir diegimo apimtys kiekvienoje iš jų nuolat plečiasi.

Jau kelis dešimtmečius įdiegtos telemechanikos apimtys kas 10 metų išaugo maždaug 10 kartų. Žemiau pateikiama informacija apie telemechanikos taikymo sritis.

Telemechanika energetikoje

Telemechanikos įrenginiai valdymui naudojami geografiškai atskirtuose objektuose visuose elektros gamybos ir skirstymo etapuose: blokuose (didžiųjų hidroelektrinių ribose), pramonės įmonių, elektros energijos tiekimo elektrinėse ir pastotėse, elektros sistemose.

Elektros energijai būdingi keli valdymo lygiai, įtraukti į hierarchinę sistemą su daugybe skirtingų rangų valdymo taškų.Elektrines ir pastotes valdo elektros sistemos dispečerinis punktas, o pastarieji sudaro tarpusavyje sujungtas elektros sistemas.

Šiuo atžvilgiu kiekviename valdymo taške atliekamos vietinės ir centralizuotos funkcijos.

Pirmasis apima valdymo veiksmų kūrimą objektams, aptarnaujamiems šiame taške, apdorojant informaciją, gaunamą iš objektų ir kitų valdymo taškų.

Į antrąjį - tranzito informacijos perdavimas iš žemesnio lygio į aukštesnio lygio valdymo taškus neapdorojus arba iš dalies apdorojant informaciją, o TI ir transporto priemonės signalų perdavimas iš žemesnio lygio valdymo taško į aukštesnį - atliekamas pirmasis lygis.

Dauguma elektros sistemų aikštelių yra didelės, koncentruotos. Jie yra dideliais atstumais, matuojami šimtais, o kartais ir tūkstančiais kilometrų.

Dažniausiai perduodama informacija per HF ryšio kanalus per elektros linijas.

Norint stebėti ir valdyti elektros energijos sistemos elektrines ir pastotes, reikia palyginti mažai informacijos. Šiame etape naudojami TU-TS įrenginiai su signalų laiko padalijimu, vienkanaliai dažnio ir impulsų dažnio TI sistemų įrenginiai, veikiantys specialiais ryšio kanalais.

Siekiant pagerinti tiekiamos energijos kokybę, padidinti elektros perdavimo tinklų veikimo patikimumą ir sumažinti nuostolius, būtinas papildomas dispečerinės valdymo sudėtingumas. Šiuos uždavinius galima išspręsti plačiai įdiegus skaičiavimo technologiją įvairiuose valdymo etapuose.

Taip pat žiūrėkite: Telemechaninės sistemos energetikoje ir Išsiuntimo taškai maitinimo sistemoje

Telemechanika naftos ir dujų pramonėje

Nuotolinio valdymo prietaisai naudojami centralizuotai valdyti ir valdyti naftos ar dujų gręžinius, naftos surinkimo punktus, kompresorių ir kitus įrenginius naftos ar dujų telkiniuose.

Vien telemechanizuotų naftos gręžinių skaičius siekia keliasdešimt tūkstančių. Naftos ir dujų gamybos, pirminio perdirbimo ir transportavimo technologinių procesų specifika yra šių procesų tęstinumas ir automatiškumas, kuriems normaliomis sąlygomis nereikia žmogaus įsikišimo.

Telemechanikos įrankiai leidžia iš trijų pamainų šulinių ir kitų aikštelių aptarnavimo pereiti prie vienos pamainos, vakarinėje ir naktinėje pamainose budi avarinė komanda.

Įdiegus telemechanizaciją, naftos telkiniai dažnai plečiami. Centriniu būdu valdoma iki 500 gręžinių, išsibarsčiusių nuo kelių kilometrų2 iki dešimčių km2... TU, TS ir TI skaičius kiekvienoje kompresorinėje, alyvos surinkimo stotyje ir kituose įrenginiuose siekia keliasdešimt.

Šiuo metu vyksta darbas, siekiant sujungti naftos telkinius į gamybą, kad būtų išlaikytos optimalios naftos telkinių ir lauko įrenginių sąlygos.

Automatikos ir telemechanikos priemonės leidžia keisti ir supaprastinti technologijas, procesus naftos telkiniuose, o tai duoda didelį ekonominį efektą.

Pagrindiniai vamzdynai

Telemechanikos įrenginiai naudojami centralizuotai dujotiekių, naftotiekių ir gaminių vamzdynų valdymui ir valdymui.

Regioninių ir centrinių dispečerių paslaugos organizuojamos palei magistralinius vamzdynus.Pirmoji apima techninių specifikacijų, techninės įrangos ir techninės informacijos objektus dujotiekio atšakose, sankryžų per upes ir geležinkelius aplinkkelio linijose. ir kt., katodinės apsaugos objektai, siurblinės ir kompresorinės stotys (čiaupai, vožtuvai, kompresoriai, siurbliai ir kt.).

Regioninės dispečerinės teritorija yra 120-250 km, pavyzdžiui, tarp gretimų siurblinių ir kompresorių stočių. TU funkcijas (operatyvines) atlieka centras, dispečeris tik tuo atveju, jeigu jos nėra patikėtos rajono dispečeriui.

Pastebima tendencija mažinti techninės kontrolės patalpas, šias funkcijas perduodant vietiniams automatikos įrenginiams, pereiti prie centralizuoto valdymo be rajono dispečerinės paslaugos arba mažinti jo funkcijas.

Chemijos pramonė, metalurgija, inžinerija

Didelėse pramonės įmonėse telemechaniniai įrenginiai perduoda operatyvinę ir gamybinę-statistinę informaciją tiek atskirų pramonės šakų (technologinių cechų, energetikos objektų) valdymui, tiek visos gamyklos valdymui.

Atstumai tarp kontroliuojamų taškų ir valdymo taško yra 0,5–2 km, telemechanika sėkmingai konkuruoja su nuotolinio perdavimo sistemomis ir taupo dėl sutrumpėjusio kabelio ilgio.

Pramonės įmonėms būdingi dideli koncentruoti ir išsibarstę objektai. Pirmiesiems priskiriamos elektros pastotės, kompresorinės ir siurblinės, technologinės dirbtuvės, antrosios – objektai, išdėstyti po vieną arba nedidelėmis grupėmis (dujų, vandens, garo tiekimo vožtuvai ir kt.).

Nuolatinė informacija perduodama intensyvumo telemetrijos sistemos prietaisais, TI įrenginiais su laiko impulsais arba kodiniais impulsais. Pastarieji paprastai yra įtraukti į sudėtingus TU-TS-TI įrenginius, perduodančius atskirą ir nuolatinę informaciją ryšio kanalu.

Kabelinės komunikacijos linijos daugiausia naudojamos pramonės įmonėse.

Padidėjęs į valdymo centrą patenkančios informacijos kiekis pareikalavo jos apdorojimo automatizavimo. Šiuo atžvilgiu naudojamos sudėtingos sistemos, teikiančios informacijos apdorojimą dispečeriui (operatoriui).

Kasybos ir anglies pramonė

Kasybos ir anglies gavybos pramonėje telemechaniniai įrenginiai naudojami kasyklose ir paviršiuje esantiems koncentruotų objektų valdymui ir stebėjimui, mobilių išsklaidytų objektų valdymui kasybos teritorijose, srauto-transporto sistemoms valdyti.Paskutinės dvi užduotys yra specifinės kasybos ir anglies kasybos pramonėje.

Požeminiuose darbuose, kur yra, pavyzdžiui, telekontingų vežimėlių įrenginiai, telemechaniniai signalai perduodami elektros linijomis 380 V – 10 kV per užimtas telefono linijas, taip pat kombinuotais kanalais: iš mobiliojo objekto į nuleidimo pastotę – a. žemos įtampos elektros tinklas, po to į valdymo kambarį — laisva arba užimta laidų pora telefono kabelyje. Naudojamos laiko ir dažnių sistemos TU – TS.

Srauto-transporto sistemos darbo grafiko iškraipymas sutrikdo technologinį ciklą, todėl telemechaniniai įrenginiai turi turėti padidintą patikimumą.Šiuo atveju tarp dispečerinės, vietinių valdymo punktų ir kontroliuojamų taškų naudojamos kabelinės ryšio linijos.

Geležinkelio transportas

Geležinkelių transporte turiu geležinkelių automatikos ir telemechanines sistemas, skirtas užtikrinti saugų traukinių judėjimą ir jų judėjimo skubumą. Šie du tikslai paprastai pasiekiami vienu metu naudojant tokius įrenginius. Jų žala turi įtakos tiek saugumui, tiek judėjimo skubumui.

Pagrindiniai reikalavimai automatikos ir telemechanikos įrenginiams šiuo atveju yra įrenginių atitiktis eksploatavimo sąlygoms — judėjimo intensyvumas ir greitis — bei didelis jų veikimo patikimumas.

Telemechanikos prietaisai naudojami elektrifikuotų kelių tiekimui valdyti ir dispečeriui centralizuoti (jungiklių ir signalų valdymas) aikštelėje (valdymo grandinėje) arba stotyje.

Geležinkelio energijos valdyme yra dvi nepriklausomos užduotys: traukos pastočių, ruožų stulpų ir oro skyriklių valdymas. Tuo pačiu metu valdymas vykdomas 120–200 km ilgio dispečeriniame rate, išilgai kurio yra 15–25 kontroliuojami taškai (traukos pastotės, sekcijų postai, stotys su oro skyrikliais).

TU su kontaktinio tinklo skyrikliais leidžia atlikti remonto darbus nepažeidžiant traukinių tvarkaraščių. TU skyriklius, išdėstytus mažomis grupėmis palei geležinkelį, atlieka specialus įrenginys TU — TS.

Daugiau informacijos: Geležinkelio automatika ir telemechanika

Drėkinimo sistemos

Nuotolinio valdymo įrenginiai naudojami centralizuotai vandens paėmimo ir paskirstymo kontrolei ir valdymui.

Tai viena didžiausių telemechanikos vartotojų. Jie naudojami gravitacijos drėkinimo sistemoms, magistraliniams kanalams ir vandens priėmimo šuliniams (įskaitant vandens vartus, skydus, vožtuvus, siurblius, vandens lygį ir TI srautą ir kt.) valdyti. Laistymo sistemos ilgis su nuotoliniu valdymu – iki 100 km.

SCADA sistemos telemechanikoje

SCADA (priežiūros kontrolės ir duomenų rinkimo santrumpa) yra programinės įrangos paketas, skirtas sukurti arba užtikrinti realiu laiku sistemų veikimą, skirtą informacijai apie stebėjimo ar valdymo objektą rinkti, apdoroti, rodyti ir archyvuoti.

SCADA sistemos naudojamos visuose ūkio sektoriuose, kur būtina užtikrinti operatoriaus technologinių procesų kontrolę realiu laiku.

Daugiau informacijos rasite čia: SCADA sistemos elektros instaliacijose