Телемеханични системи, приложения на телемеханиката

Телемеханиката е област на науката и технологията, която обхваща теорията и техническите средства за автоматично предаване на команди за управление и информация за състоянието на обектите на разстояние.

Терминът «телемеханика» е предложен през 1905 г. от френския учен Е. Бранли за областта на науката и технологията за дистанционно управление на механизми и машини.

Телемеханиката позволява координиране на работата на пространствено разделени възли, машини, инсталации и заедно с комуникационните канали ги свързва в една система за управление на разстояние от производствени съоръжения или други процеси.

Средствата за телемеханика, заедно със средства за автоматизация, позволяват дистанционно управление на машини и инсталации без дежурен персонал в местни съоръжения и ги комбинират в единични производствени комплекси с централизирано управление (енергийни системи, железопътен, въздушен и воден транспорт, нефтени находища, магистрални тръбопроводи, големи фабрики, кариери и др. мини, напоителни системи, градски комунални услуги и др.).

Телемеханична система — набор от телемеханични устройства и комуникационни канали, предназначени за автоматично предаване на управляваща информация на разстояние.

Класификацията на телемеханичните системи се извършва според основните характеристики, характеризиращи техните свойства. Те включват:

• естеството на предадените съобщения;
• изпълнявани функции;
• вид и местоположение на обекти на управление и контрол;
• конфигурация;
• структура;
• видове комуникационни линии;
• начини за използването им за предаване на сигнал.

Според изпълняваните функции телемеханичните системи са разделени на системи:

• телеуправление;
• телесигнали;
• телеметрия;
• телерегулация.

В системите за дистанционно управление (ЧЕ) голям брой елементарни команди като „включване“, „изключване“ („да“, „не“), предназначени за различни обекти (приемници на информация), често се предават от контролната точка.

В системи за телесигнализация (TS) Центърът за управление получава същите елементарни сигнали за състоянието на обектите, като «да», «не». В телеметрията и телерегулацията (TI и TP) се предава стойността на измерения (контролиран) параметър.

TC системите се използват за предаване на дискретни или непрекъснати команди за управление на обекти. Последният тип включва команди за регулиране, предавани за плавна промяна на управлявания параметър. TC системите, предназначени за предаване на управляващи команди, понякога се разграничават в независима класификационна група от TR системи.

Системите TS се използват за предаване на дискретни съобщения за състоянието на наблюдаваните обекти (например за включване или изключване на оборудване, достигане на граничните стойности на параметър, възникване на аварийно състояние и т.н.).

Системите TI се използват за предаване на непрекъснати контролирани стойности. Системите TS и TI са обединени в група от системи за дистанционно управление (TC).

В редица случаи се използват комбинирани или сложни телемеханични системи, изпълняващи едновременно функциите на TU, TS и TI.

По метода на предаване на съобщения телемеханичните системи се подразделят на едноканални и многоканални. По -голямата част от системите са многоканални, предаващи сигнали по общ комуникационен канал за много TC съоръжения или от много TC съоръжения. Те образуват голям брой подканали на обекти.

Общият брой различни сигнали TU, TS, TI и TR в една телемеханична система в железопътния транспорт, нефтените находища и тръбопроводи вече достига хиляди, а броят на елементите на оборудването — много десетки хиляди.

Информацията за управление, която телемеханичните системи предават на разстояние, е предназначена за оператора или управляващия компютър в единия край на системата и за управляващите обекти в другия.

Информацията трябва да бъде представена в удобна за потребителя форма. Следователно телемеханичната система включва устройства не само за предаване на информация, но и за разпространение и представяне във форма, удобна за възприемане от оператора или въвеждане в управляваща машина. Това важи и за устройства за събиране, предварителна обработка на информация TI и TS.

По вида на обслужваните (наблюдавани и контролирани) обекти телемеханичните системи се делят на системи за стационарни и за движещи се обекти.

Първата група включва системи за стационарни промишлени инсталации, втората — за управление на кораби, локомотиви, кранове, самолети, ракети, както и танкове, торпеда, управляеми снаряди и др.

Според местоположението на контролирани и контролирани обекти се разграничават системи за обединени и разпръснати обекти.

В първия случай всички обекти, обслужвани от системата, са разположени в една точка. Във втория случай обектите, обслужвани от системата, са разпръснати един по един или на групи в редица точки, които са свързани в различни точки към обща комуникационна линия.

Телемеханичните системи с обединени обекти включват по -специално системи за отделни електроцентрали и трансформаторни подстанции, помпени и компресорни инсталации. Такива системи обслужват една точка.

Телемеханичните системи с разпръснати обекти включват например системи за нефтените находища. Тук телемеханиката обслужва голям брой (десетки, стотици) нефтени кладенци и други инсталации, разпределени на полето и контролирани от една точка.

Телемеханична система за разпръснати обекти — вид телемеханични системи, при които няколко или голям брой географски разпръснати контролирани точки са свързани към общ комуникационен канал, всяка от тях може да има един или повече технически контрол, техническа информация или обекти на превозното средство.

Броят на разпръснатите обекти и контролираните точки в системите за централизиран контрол на производството, процесите в промишлеността, транспорта и селското стопанство е много по -голям от броя на концентрираните обекти.

В такива системи за управление относително малки точки са разпръснати по линията (нефтопроводи и газопроводи, напояване, транспорт) или над района (петролни и газови находища, промишлени предприятия и др.). Всички обекти участват в един, взаимосвързан производствен процес.

Пример за телемеханична система с разпръснати обекти: Телеконтрол в електрическите мрежи

Основните научни проблеми на телемеханиката:

• ефективност;
• надеждност на предаването на информация;
• оптимизиране на структурите;
• технически средства.

Значението на телемеханичните проблеми нараства с увеличаване на броя обекти, обема на предаваната информация и дължината на комуникационните канали, които достигат хиляди километри.

Проблемът за ефективността на предаването на информация в телемеханиката се крие в икономичното използване на комуникационните канали чрез тяхното уплътняване, тоест в намаляването на броя на каналите и по -рационалното им използване.

Проблемите с надеждността на предаването са в премахването на загубата на информация по време на предаването поради ефектите на смущенията и в осигуряването на хардуерна надеждност.

Оптимизиране на структурата — при избора на схемата на комуникационните канали и оборудването на телемеханичната система, което гарантира максимална надеждност и ефективност на предаването на информация.

Изборът се извършва въз основа на обобщени критерии. Значението на оптимизацията на структурата нараства със сложността на системата и с преминаването към сложни системи с разпръснати обекти и с многостепенно управление.

Теоретичната основа на телемеханиката се състои от: теория на информацията, теория на шумозащитата, статистическа теория на комуникацията, теория на кодирането, теория на структурите, теория на надеждността. Тези теории и техните приложения се разработват и развиват, като се вземат предвид спецификите на телемеханиката.

Най -сложните и сложни проблеми възникват при синтеза на големи системи за дистанционно управление, включително телеавтоматични системи. За синтеза на такива системи е още по -необходим интегриран подход, основан на обобщени критерии, отчитащ условията на предаване и оптимална обработка на информация. Това представлява проблем за оптимален контрол от разстояние.

Съвременната телемеханика се характеризира с развитието на методи и технически средства в голямо разнообразие от направления. Броят на областите на приложение на телемеханичните системи и обемът на внедряване във всяка от тях непрекъснато се разширяват.

В продължение на няколко десетилетия обемът на въведената телемеханика се увеличава приблизително 10 пъти на всеки 10 години. По -долу е дадена информация за областите на приложение на телемеханиката.

Телемеханика в енергетиката

Устройствата за телемеханика се използват в географски обособени съоръжения на всички етапи на производство и разпределение на електроенергия за управление: блокове (в рамките на големи водноелектрически централи), захранване на промишлени предприятия, електроцентрали и подстанции на електроенергийната система, електроенергийни системи.

Електроенергията се характеризира с наличието на няколко нива на контрол, включени в йерархична система с редица контролни точки от различен ранг. Електроцентралите и подстанциите се управляват от диспечерската точка на електроенергийната система, като последните образуват взаимосвързани електроенергийни системи.

В тази връзка на всяка контролна точка се изпълняват локални и централизирани функции.

Първият включва разработването на контролни действия за обекти, обслужвани от тази точка, в резултат на обработка на информация, идваща от обекти и от други контролни точки.

Към втория-прехвърлянето на транзитна информация от по-ниско ниво към контролни точки от по-високо ниво без обработка или с частична обработка на информация, докато препредаването на TI и сигналите на превозното средство от контролната точка на по-ниско ниво към по-високо- се извършва първо ниво.

Повечето обекти на електроенергийната система са големи, концентрирани. Те са разположени на големи разстояния, измерени в стотици, а понякога и хиляди километри.

Най -често се извършва трансфер на информация чрез ВЧ комуникационни канали по електропроводи.

Сравнително малко информация се изисква за наблюдение и контрол на електроцентрали и подстанции в електроенергийната система. На този етап се използват устройства TU-TS с разделяне на сигналите по време, едноканални устройства на честотни и импулсно-честотни системи TI, работещи чрез специални комуникационни канали.

За да се подобри качеството на доставяната енергия, да се увеличи надеждността на работата на електропреносните мрежи и да се намалят загубите, е необходимо допълнително усложняване на диспечерския контрол. Тези задачи могат да бъдат решени чрез широкото въвеждане на изчислителна технология на различни етапи на управление.

Вижте също: Телемеханични системи в енергетиката и Диспечерски пунктове в електрозахранващата система

Телемеханика в нефтената и газовата промишленост

Устройствата за дистанционно управление се използват за централизиран контрол и управление на нефтени или газови кладенци, точки за събиране на нефт, компресор и други инсталации в нефтени или газови находища.

Броят само на нефтени кладенци, подлежащи на телемеханизация, е много десетки хиляди. Спецификата на технологичните процеси за производство, първична обработка и транспортиране на нефт и газ се състои в непрекъснатостта и автоматичността на тези процеси, които не изискват човешка намеса при нормални условия.

Средствата за телемеханика ви позволяват да превключите от трисменен сервиз на кладенци и други обекти към едносменен, с авариен екип, дежурен във вечерните и нощните смени.

С въвеждането на телемеханизация често се извършва уголемяване на петролното поле. Централно се контролират до 500 кладенци, разпръснати на площ от няколко километра2 до много десетки км2… Броят на TU, TS и TI на всяка компресорна станция, станция за събиране на масло и други инсталации достига много десетки.

В момента се работи за комбиниране на петролни находища в производството, за да се поддържа оптималният режим на петролното поле и съоръженията в находищата.

Средствата за автоматизация и телемеханика позволяват да се променят и опростяват технологиите, процесите в нефтените находища, което дава голям икономически ефект.

Основни тръбопроводи

Устройствата за телемеханика се използват за централизиран контрол и управление на газопроводи, нефтопроводи и продуктопроводи.

Услугите на районните и централните диспечери са организирани по главните тръбопроводи. Първият включва обекти на технически спецификации, техническо оборудване и техническа информация в клонове на тръбопроводи, по обходни линии на прелези над реки и железопътни линии. и др., обекти на катодна защита, помпени и компресорни станции (кранове, клапани, компресори, помпи и др.).

Районът на областния диспечер е 120 — 250 км, например между съседни помпени и компресорни станции. Функциите на TU (оперативни) се изпълняват от центъра, от диспечера само ако не са поверени на диспечера на района.

Съществува тенденция към намаляване на съоръженията за технически контрол с прехвърлянето на тези функции към локални устройства за автоматизация, към преход към централизирано управление без обслужване на районния диспечер или с намаляване на неговите функции.

Химическата промишленост, металургията, машиностроенето

В големите промишлени предприятия телемеханичните устройства предават оперативна и производствено-статистическа информация както за управлението на отделните индустрии (технологични цехове, енергийни съоръжения), така и за управлението на целия завод.

С разстоянията между контролираните точки и контролната точка от 0,5 — 2 км, телемеханиката успешно се конкурира с дистанционните системи за предаване и осигурява икономии поради намаляване на дължината на кабела.

Промишлените предприятия се характеризират с наличието на големи концентрирани и разпръснати обекти. Първите включват електрически подстанции, компресорни и помпени станции, технологични цехове, вторите — обекти, разположени един по един или на малки групи (вентили за подаване на газ, вода, пара и др.).

Непрекъснатата информация се предава от устройства от телеметричната система за интензивност, TI устройства с времеви импулси или кодови импулси. Последните обикновено са включени в сложните устройства TU-TS-TI, предаващи дискретна и непрекъсната информация по комуникационен канал.

В промишлените предприятия се използват главно кабелни комуникационни линии.

Увеличаването на количеството информация, постъпваща в контролния център, изискваше автоматизация на нейната обработка. В тази връзка са използвани сложни системи, които осигуряват обработка на информация за диспечера (оператора).

Миннодобивна и въгледобивна промишленост

В миннодобивната и въгледобивната промишленост телемеханичните устройства се използват за контрол и наблюдение на концентрирани обекти, разположени в мини и на повърхността, за управление на мобилни разпръснати обекти в минни участъци, за управление на поточно-транспортни системи.Последните две задачи са най -специфични за добивната и въгледобивната промишленост.

В подземните работи, където например има устройства за телекаунлиране на колички, телемеханичните сигнали се предават по електропроводи 380 V — 10 kV през натоварени телефонни линии, както и по комбинирани канали: от мобилен обект до понижаваща подстанция — захранваща мрежа с ниско напрежение, след това към контролната зала — свободна или заета двойка проводници в телефонен кабел. Използват се системи за време и честота TU — TS.

Изкривяването на работния график на поточно-транспортната система нарушава технологичния цикъл, поради което телемеханичните устройства трябва да имат повишена надеждност. В този случай се използват кабелни комуникационни линии между диспечерския пункт, местните контролни точки и контролираните точки.

Железопътен транспорт

Имамжелезопътната автоматизация и телемеханичните системи в железопътния транспорт са предназначени да осигурят безопасното движение на влаковете и спешността на тяхното движение. Тези две цели обикновено се постигат едновременно с такива устройства. Повреждането им нарушава както безопасността, така и спешността на движението.

Основните изисквания към устройствата за автоматизация и телемеханика в този случай са съответствието на устройствата с условията на работа — интензивността и скоростта на движение — и високата надеждност на тяхната работа.

Устройствата за телемеханика се използват за управление на захранването на електрифицирани пътища и за централизиране на изпращането (управление на превключватели и сигнали) в рамките на обект (контролен кръг) или станция.

При управлението на електрозахранването на железопътните линии има две независими задачи: контрол на тягови подстанции, секционни постове и контрол на въздушни разединители. В същото време контролът се осъществява в рамките на диспечерски кръг с дължина 120-200 км, по който са разположени 15-25 контролирани точки (тягови подстанции, секционни постове, станции с въздушни разединители).

TU с разединители на контактната мрежа позволява да се извършват ремонтни дейности, без да се нарушава разписанието на влаковете. TU разединителите, разположени на малки групи по протежение на железницата, се изпълняват от специално устройство TU — TS.

Повече информация: Автоматизация на железниците и телемеханика

Поливни системи

Устройствата за дистанционно управление се използват за централизиран контрол и управление на приемането и разпределението на водата.

Това е един от най -големите потребители на телемеханика. Те се използват за контрол на гравитачни напоителни системи, основни канали и кладенци за приемане на вода (включително водни порти, щитове, клапани, помпи, ниво на водата и дебит TI и др.). Дължината на напоителната система с дистанционно управление е до 100 км.

SCADA системи в телемеханиката

SCADA (съкратено от английски надзорен контрол и събиране на данни) е софтуерен пакет, предназначен да разработва или осигурява работа в реално време на системи за събиране, обработка, показване и архивиране на информация за обект за наблюдение или контрол.

SCADA системите се използват във всички сектори на икономиката, където е необходимо да се осигури операторен контрол върху технологичните процеси в реално време.

Вижте тук за повече подробности: SCADA системи в електрически инсталации