Telemechanické systémy, aplikace telemechaniky

Telemechanika je oblast vědy a techniky, která zahrnuje teorii a technické prostředky automatického přenosu řídicích příkazů a informací o stavu objektů na dálku.

Termín «telemechanika» navrhl v roce 1905 francouzský vědec E. Branly pro oblast vědy a techniky pro dálkové ovládání mechanismů a strojů.

Telemechanika umožňuje koordinovat práci prostorově oddělených celků, strojů, instalací a spolu s komunikačními kanály je propojuje do jednoho řídicího systému na dálku od výrobních zařízení nebo jiných procesů.

Telemechanické prostředky spolu s prostředky automatizace umožňují dálkové ovládání strojů a zařízení bez stálého personálu v místních zařízeních a spojují je do jednotných výrobních komplexů s centralizovaným řízením (elektrické systémy, železniční, letecká a vodní doprava, ropná pole, dálniční ropovody , velké továrny, lomy atd. doly, zavlažovací systémy, městské služby atd.).

Telemechanický systém — soubor telemechanických zařízení a komunikačních kanálů určených pro automatický přenos řídicích informací na dálku.

Klasifikace telemechanických systémů se provádí podle hlavních charakteristik charakterizujících jejich vlastnosti. Obsahují:

• povaha přenášených zpráv;
• vykonávané funkce;
• druh a umístění objektů řízení a kontroly;
• konfigurace;
• struktura;
• typy komunikačních linek;
• způsoby jejich použití k přenosu signálu.

Podle vykonávaných funkcí se telemechanické systémy dělí na systémy:

• dálkové ovládání;
• televizní signály;
• telemetrie;
• teleregulace.

V systémech dálkového ovládání (RCS) z řídicího bodu je často přenášeno velké množství elementárních povelů jako „on“, „off“ („ano“, „ne“), určených pro různé objekty (přijímače informací).

V telesignalizačních systémech (TS) Řídicí centrum přijímá stejné elementární signály o stavu objektů, jako například «ano», «ne». V telemetrii a teleregulaci (TI a TP) je přenášena hodnota měřeného (řízeného) parametru.

Systémy TC se používají k přenosu diskrétních nebo spojitých příkazů k ovládání objektů. Druhý typ zahrnuje řídicí povely přenášené pro plynulou změnu řízeného parametru. Systémy TC určené pro přenos řídicích povelů se někdy odlišují v samostatné klasifikační skupině od systémů TR.

TS systémy slouží k přenosu diskrétních zpráv o stavu monitorovaných objektů (například k zapnutí nebo vypnutí zařízení, dosažení mezních hodnot parametru, vzniku havarijního stavu atd.).

Systémy TI se používají k přenosu spojitých řízených hodnot. Systémy TS a TI jsou spojeny do skupiny systémů dálkového ovládání (TC).

V řadě případů se používají kombinované nebo komplexní telemechanické systémy, které současně vykonávají funkce TU, ​​TS a TI.

Podle způsobu přenosu zpráv se telemechanické systémy dělí na jednokanálové a vícekanálové. Většina systémů je vícekanálových, přenášejících signály přes společný komunikační kanál do nebo z mnoha zařízení TC. Tvoří velké množství objektových subkanálů.

Celkový počet různých signálů TU, TS, TI a TR v telemechanickém systému v železniční dopravě, ropných polích a ropovodech již dosahuje tisíců a počet prvků vybavení - mnoho desítek tisíc.

Řídicí informace, které telemechanické systémy vysílají na dálku, jsou určeny pro operátora nebo řídicí počítač na jednom konci systému a řídicí objekty na druhém konci.

Informace musí být prezentovány uživatelsky přívětivou formou. Telemechanický systém proto zahrnuje zařízení nejen pro přenos informací, ale také pro distribuci a prezentaci ve formě vhodné pro vnímání operátorem nebo zadání do řídicího stroje. To platí také pro zařízení pro sběr a předzpracování dat TI a TS.

Podle typu obsluhovaných (sledovaných a řízených) objektů se telemechanické systémy dělí na systémy pro stacionární a pohyblivé objekty.

První skupina zahrnuje systémy pro stacionární průmyslová zařízení, druhá - pro řízení lodí, lokomotiv, jeřábů, letadel, raket, stejně jako tanků, torpéd, řízených střel atd.

Podle umístění řízených a řízených objektů se rozlišují jednotné a rozptýlené objektové systémy.

V prvním případě jsou všechny objekty obsluhované systémem umístěny v jednom bodě. Ve druhém případě jsou objekty obsluhované systémem rozmístěny jeden po druhém nebo ve skupinách v několika bodech, které jsou v různých bodech napojeny na společnou komunikační linku.

Mezi telemechanické systémy s unifikovanými objekty patří zejména systémy pro jednotlivé elektrárny a trafostanice, čerpací a kompresorové instalace. Takové systémy obsluhují jeden bod.

Mezi distribuované telemechanické systémy patří například systémy ropných polí. Zde telemechanika obsluhuje velké množství (desítky, stovky) ropných vrtů a dalších instalací rozmístěných v terénu a řízených z jednoho místa.

Telemechanický systém pro rozptýlená místa — druh telemechanických systémů, ve kterých je několik nebo velký počet geograficky rozptýlených řízených bodů připojeno ke společnému komunikačnímu kanálu, z nichž každý může mít jednu nebo více technických kontrol, technických informací nebo objektů vozidla.

Počet rozptýlených objektů a řízených bodů v systémech pro centralizované řízení výroby, procesů v průmyslu, dopravě a zemědělství je mnohem větší než počet koncentrovaných objektů.

V takových řídicích systémech jsou relativně malé body rozptýleny podél vedení (ropovody a plynovody, zavlažování, doprava) nebo po ploše (pole ropy a plynu, průmyslové závody atd.). Všechny provozy se účastní jediného, ​​vzájemně propojeného výrobního procesu.

Příklad telemechanického systému s distribuovanými objekty: Dálkové ovládání v elektrických sítích

Hlavní vědecké problémy telemechaniky:

• účinnost;
• spolehlivost přenosu informací;
• optimalizace konstrukcí;
• technické prostředky.

Význam telemechanických problémů roste s nárůstem počtu objektů, objemu přenášených informací a délky komunikačních kanálů, které dosahují tisíců kilometrů.

Problém efektivity přenosu informací v telemechanice spočívá v hospodárném využití komunikačních kanálů jejich zhuštěním, tedy ve snížení počtu kanálů a jejich racionálnějším využívání.

Problémy se spolehlivostí přenosu spočívají v eliminaci ztráty informací během přenosu v důsledku rušení a v zajištění spolehlivosti hardwaru.

Optimalizace struktury — ve výběru schématu komunikačních kanálů a vybavení telemechanického systému, který zaručuje maximální spolehlivost a efektivitu přenosu informací.

Výběr je založen na souhrnných kritériích. Význam optimalizace struktury roste se složitostí systému a s přechodem na komplexní systémy s distribuovanými objekty a víceúrovňovým řízením.

Teoretický základ telemechaniky tvoří: teorie informace, teorie ochrany proti hluku, teorie statistické komunikace, teorie kódování, teorie struktury, teorie spolehlivosti. Tyto teorie a jejich aplikace jsou vyvíjeny a rozvíjeny s ohledem na specifika telemechaniky.

Nejsložitější a nejsložitější problémy vznikají při syntéze velkých systémů dálkového ovládání, včetně systémů teleautomatizace. Pro syntézu takových systémů je ještě nezbytnější integrovaný přístup založený na zobecněných kritériích, zohledňující podmínky přenosu a optimálního zpracování informací. To představuje problém pro optimální dálkové ovládání.

Moderní telemechanika se vyznačuje rozvojem metod a technických prostředků v nejrůznějších směrech. Počet oblastí použití telemechanických systémů a objem implementace v každém z nich se neustále rozšiřuje.

Již několik desetiletí se objem zaváděné telemechaniky každých 10 let zvyšuje přibližně 10krát. Níže jsou uvedeny informace o oblastech použití telemechaniky.

Telemechanika v energetice

Telemechanická zařízení se používají v geograficky oddělených zařízeních na všech stupních výroby a distribuce elektřiny pro řízení: bloků (uvnitř velkých vodních elektráren), napájení průmyslových podniků, elektráren a rozvoden elektrizační soustavy, energetických soustav.

Elektřina je charakterizována přítomností několika úrovní řízení zahrnutých v hierarchickém systému s řadou kontrolních bodů různých úrovní.Elektrárny a rozvodny jsou řízeny dispečinkem elektrizační soustavy, který tvoří vzájemně propojené energetické soustavy.

V tomto ohledu jsou v každém kontrolním bodě prováděny místní a centralizované funkce.

První zahrnuje vývoj kontrolních akcí pro objekty obsluhované tímto bodem jako výsledek zpracování informací přicházejících z objektů a z jiných kontrolních bodů.

K druhému - přenos tranzitních informací z nižší úrovně do řídicích bodů vyšší úrovně bez zpracování nebo s částečným zpracováním informací, zatímco přenos signálů TI a vozidla z řídicího bodu nižší úrovně na vyšší - je provedena první úroveň.

Většina lokalit energetického systému je velká, koncentrovaná. Nacházejí se ve velkých vzdálenostech, měří se ve stovkách a někdy i tisících kilometrů.

Nejčastěji dochází k přenosu informací prostřednictvím vysokofrekvenčních komunikačních kanálů přes elektrické vedení.

K monitorování a řízení elektráren a rozvoden v energetické soustavě je zapotřebí relativně málo informací. V této fázi se používají zařízení TU-TS s časovým dělením signálů, jednokanálová zařízení frekvenčních a pulzně frekvenčních systémů TI pracující přes speciální komunikační kanály.

Pro zlepšení kvality dodávané energie, zvýšení spolehlivosti provozu energetických přenosových sítí a snížení ztrát je nutná další složitost dispečerského řízení. Tyto úkoly lze vyřešit plošným zaváděním výpočetní techniky na různých stupních řízení.

Viz také: Telemechanické systémy v energetice a Výdejní místa v systému napájení

Telemechanika v ropném a plynárenském průmyslu

Zařízení pro dálkové ovládání se používají pro centralizované řízení a řízení ropných nebo plynových vrtů, sběrných míst ropy, kompresorů a dalších instalací v ropných nebo plynových polích.

Jen počet telemechanizovaných ropných vrtů je mnoho desítek tisíc. Specifikum technologických procesů výroby, primárního zpracování a přepravy ropy a plynu spočívá v návaznosti a automatizaci těchto procesů, které za běžných podmínek nevyžadují lidský zásah.

Nástroje telemechaniky umožňují přejít z třísměnného provozu studní a jiných lokalit na jednosměnný s pohotovostním týmem ve službě ve večerních a nočních směnách.

Se zavedením telemechanizace se často provádí rozšíření ropných polí. Centrálně je řízeno až 500 vrtů rozmístěných na ploše od několika kilometrů2 do mnoha desítek km2... Počet TU, TS a TI na každé kompresorové stanici, sběrné stanici ropy a dalších zařízeních dosahuje mnoha desítek.

V současné době probíhají práce na spojení ropných polí do těžby, aby se udržely optimální podmínky ropných polí a polních zařízení.

Prostředky automatizace a telemechaniky umožňují měnit a zjednodušovat technologie, procesy na ropných polích, což dává velký ekonomický efekt.

Hlavní potrubí

Telemechanická zařízení se používají pro centralizované řízení a řízení plynovodů, ropovodů a produktovodů.

Podél hlavních toků jsou organizovány služby regionálních a centrálních dispečerů.První zahrnuje objekty technické specifikace, technická zařízení a technické informace v potrubních větvích, na objízdných tratích přechodů přes řeky a železnice. atd., předměty katodové ochrany, čerpací a kompresorové stanice (kohouty, ventily, kompresory, čerpadla atd.).

Oblast regionálního dispečera je 120 — 250 km, například mezi sousedními čerpacími a kompresorovými stanicemi. Funkce TU (provozní) vykonává středisko, výpravčí pouze v případě, že nejsou pověřeny okresním dispečerem.

Je tendence omezovat zařízení technické kontroly s přesunem těchto funkcí na místní automatizační zařízení, k přechodu na centralizované řízení bez obsluhy okresního dispečera nebo k omezení jeho funkcí.

Chemický průmysl, hutnictví, strojírenství

Ve velkých průmyslových podnicích přenášejí telemechanická zařízení provozní a výrobně-statistické informace jak pro řízení jednotlivých odvětví (technologické dílny, energetické objekty), tak pro řízení celého závodu.

Se vzdálenostmi mezi řízenými body a řídicím bodem 0,5 - 2 km telemechanika úspěšně konkuruje systémům dálkového přenosu a přináší úspory díky zkrácení délky kabelu.

Průmyslové podniky se vyznačují přítomností velkých soustředěných a rozptýlených objektů. První zahrnují elektrické rozvodny, kompresorové a čerpací stanice, technologické dílny, druhý - objekty umístěné jeden po druhém nebo v malých skupinách (ventily pro přívod plynu, vody, páry atd.).

Nepřetržité informace jsou přenášeny zařízeními intenzitního telemetrického systému, zařízeními TI s časovými nebo kódovými impulzy. Ty jsou obvykle součástí komplexních zařízení TU-TS-TI, přenášejících diskrétní a spojité informace přes komunikační kanál.

Kabelové komunikační linky se používají především v průmyslových podnicích.

Nárůst množství informací vstupujících do řídicího centra si vyžádalo automatizaci jejich zpracování. V tomto ohledu se používají komplexní systémy, které zajišťují zpracování informací pro dispečera (operátora).

Těžba a uhelný průmysl

V těžebním a uhelném průmyslu se telemechanická zařízení používají k ovládání a sledování soustředěných objektů umístěných v dolech a na povrchu, k ovládání mobilních rozptýlených objektů v těžebních prostorech, k řízení toko-transportních systémů Poslední dva úkoly jsou nejspecifičtější pro hornictví a těžba uhlí.

V podzemních dílech, kde jsou například zařízení pro telecounlingové troleje, jsou telemechanické signály přenášeny po silových vedeních 380 V – 10 kV přes vytížené telefonní linky a také kombinovanými kanály: z mobilního objektu do spouštěcí rozvodny — a nízkonapěťová energetická síť, pak do velínu — volný nebo obsazený pár drátů v telefonním kabelu. Používají se časové a frekvenční systémy TU — TS.

Zkreslení pracovního harmonogramu systému flow-transport narušuje technologický cyklus, proto musí mít telemechanická zařízení zvýšenou spolehlivost.V tomto případě se mezi dispečinkem, místními řídícími body a řízenými body používají kabelové komunikační linky.

Železniční doprava

Mám železniční automatizační a telemechanické systémy v železniční dopravě určené k zajištění bezpečného pohybu vlaků a naléhavosti jejich pohybu. Tyto dva cíle se obvykle dosahují současně s takovými zařízeními. Jejich poškození má vliv jak na bezpečnost, tak na naléhavost pohybu.

Hlavními požadavky na automatizační a telemechanická zařízení jsou v tomto případě soulad zařízení s provozními podmínkami — intenzita a rychlost pohybu — a vysoká spolehlivost jejich provozu.

Telemechanická zařízení se používají k řízení zásobování elektrifikovaných komunikací a k centralizaci dispečinku (ovládání výhybek a návěstidel) v rámci lokality (ovládací okruh) nebo stanice.

V železničním energetickém hospodářství existují dva nezávislé úkoly: řízení trakčních měníren, úsekových pošt a ovládání nadzemních odpojovačů. Řízení je přitom prováděno v rámci výpravního okruhu o délce 120-200 km, po kterém je umístěno 15-25 řízených bodů (trakční měnírny, úseková stanoviště, stanice se vzduchovými odpojovači).

TU s odpojovači trolejového vedení umožňuje provádění oprav bez narušení jízdních řádů vlaků. Odpojovače TU, umístěné v malých skupinách podél železnice, jsou prováděny speciálním zařízením TU — TS.

Více informací: Automatizace železnic a telemechanika

Zavlažovací systémy

Zařízení dálkového ovládání slouží k centralizovanému řízení a řízení odběru a distribuce vody.

Je jedním z největších uživatelů telemechaniky. Používají se k ovládání gravitačních zavlažovacích systémů, hlavních kanálů a studní pro příjem vody (včetně vodních vrat, štítů, ventilů, čerpadel, hladiny vody a průtoku TI atd.). Délka závlahového systému s dálkovým ovládáním je až 100 km.

SCADA systémy v telemechanice

SCADA (zkratka pro dohledové řízení a získávání dat) je softwarový balík určený k vývoji nebo zajišťování provozu systémů v reálném čase pro sběr, zpracování, zobrazování a archivaci informací o monitorovacím nebo řídicím objektu.

SCADA systémy se používají ve všech odvětvích ekonomiky, kde je nutné zajistit operátorovi kontrolu nad technologickými procesy v reálném čase.

Další podrobnosti naleznete zde: SCADA systémy v elektroinstalacích