Systemy telemechaniczne, zastosowania telemechaniki

Telemechanika to dziedzina nauki i techniki, która obejmuje teorię i środki techniczne automatycznego przekazywania poleceń sterujących oraz informacji o stanie obiektów na odległość.

Termin „telemechanika” został zaproponowany w 1905 roku przez francuskiego naukowca E. Branly'ego dla dziedziny nauki i technologii zdalnego sterowania mechanizmami i maszynami.

Telemechanika pozwala koordynować pracę odseparowanych przestrzennie jednostek, maszyn, instalacji i wraz z kanałami komunikacyjnymi łączy je w jeden system sterowania w pewnej odległości od obiektów produkcyjnych czy innych procesów.

Środki telemechaniki wraz ze środkami automatyzacji umożliwiają zdalne sterowanie maszynami i instalacjami bez personelu dyżurnego w lokalnych obiektach i łączą je w pojedyncze kompleksy produkcyjne o scentralizowanym sterowaniu (systemy elektroenergetyczne, transport kolejowy, powietrzny i wodny, pola naftowe, rurociągi autostradowe , duże fabryki, kamieniołomy itp. kopalnie, systemy irygacyjne, instalacje miejskie itp.).

Układ telemechaniczny — zespół urządzeń telemechanicznych i kanałów łączności przeznaczonych do automatycznego przesyłania informacji sterujących na odległość.

Klasyfikacja systemów telemechanicznych jest przeprowadzana zgodnie z głównymi cechami charakteryzującymi ich właściwości. Zawierają:

• charakter przekazywanych wiadomości;
• pełnione funkcje;
• rodzaj i lokalizacja obiektów zarządzania i kontroli;
• konfiguracja;
• Struktura;
• rodzaje linii komunikacyjnych;
• sposoby wykorzystania ich do transmisji sygnału.

Ze względu na pełnione funkcje systemy telemechaniczne dzielą się na systemy:

• pilot;
• sygnały telewizyjne;
• telemetria;
• teleregulacja.

W systemach zdalnego sterowania (RCS) z punktu kontrolnego często nadawana jest duża liczba elementarnych poleceń typu „włącz”, „wyłącz” („tak”, „nie”), przeznaczonych dla różnych obiektów (odbiorców informacji).

W systemach telesygnalizacyjnych (TS) Centrum sterowania otrzymuje te same podstawowe sygnały o stanie obiektów, takie jak „tak”, „nie”. W telemetrii i teleregulacji (TI i TP) przekazywana jest wartość mierzonego (kontrolowanego) parametru.

Systemy TC służą do przesyłania dyskretnych lub ciągłych poleceń do sterowania obiektami. Ten ostatni typ obejmuje polecenia sterujące przekazywane w celu płynnej zmiany kontrolowanego parametru. Systemy TC przeznaczone do przekazywania rozkazów sterujących są czasami wyróżniane w niezależnej grupie klasyfikacyjnej od systemów TR.

Systemy TS służą do przesyłania dyskretnych komunikatów o stanie monitorowanych obiektów (np. o włączeniu lub wyłączeniu sprzętu, osiągnięciu granicznych wartości parametru, wystąpieniu stanu awaryjnego itp.).

Systemy TI służą do ciągłego przesyłania kontrolowanych wartości. Systemy TS i TI są łączone w grupę systemów zdalnego sterowania (TC).

W wielu przypadkach stosuje się połączone lub złożone systemy telemechaniczne, pełniące jednocześnie funkcje TU, TS i TI.

Ze względu na sposób transmisji komunikatów systemy telemechaniczne dzielą się na jednokanałowe i wielokanałowe. Większość systemów to systemy wielokanałowe, przesyłające sygnały wspólnym kanałem komunikacyjnym do lub z wielu obiektów TC. Tworzą one dużą liczbę podkanałów obiektowych.

Łączna liczba różnych sygnałów TU, TS, TI i TR w systemie telemechanicznym w transporcie kolejowym, polach naftowych i rurociągach sięga już tysięcy, a liczba elementów wyposażenia - wiele dziesiątek tysięcy.

Informacje sterujące, które systemy telemechaniczne przesyłają na odległość, są przeznaczone dla operatora lub komputera sterującego na jednym końcu systemu i obiektów sterujących na drugim.

Informacje muszą być przedstawione w formie przyjaznej dla użytkownika. W skład systemu telemechanicznego wchodzą zatem urządzenia nie tylko służące do przekazywania informacji, ale również do dystrybucji i prezentacji w postaci dogodnej do odbioru przez operatora lub wprowadzenia do maszyny sterującej. Dotyczy to również urządzeń do akwizycji i wstępnego przetwarzania danych TI i TS.

Ze względu na rodzaj obsługiwanych obiektów (monitorowanych i kontrolowanych) systemy telemechaniczne dzielą się na systemy dla obiektów stacjonarnych i ruchomych.

Pierwsza grupa obejmuje systemy do stacjonarnych instalacji przemysłowych, druga — do sterowania okrętami, lokomotywami, dźwigami, samolotami, rakietami, a także czołgami, torpedami, pociskami kierowanymi itp.

Ze względu na położenie obiektów kontrolowanych i kontrolowanych wyróżnia się ujednolicone i rozproszone systemy obiektów.

W pierwszym przypadku wszystkie obiekty obsługiwane przez system znajdują się w jednym punkcie. W drugim przypadku obiekty obsługiwane przez system są rozproszone pojedynczo lub grupowo w kilku punktach połączonych w różnych punktach wspólną linią komunikacyjną.

Systemy telemechaniczne o zunifikowanych obiektach obejmują w szczególności systemy dla poszczególnych elektrowni i stacji transformatorowych, instalacji pompowych i sprężarkowych. Takie systemy obsługują jeden punkt.

Rozproszone systemy telemechaniczne obejmują na przykład systemy pól naftowych. Tutaj telemechanika obsługuje dużą liczbę (dziesiątki, setki) szybów naftowych i innych instalacji rozmieszczonych w terenie i sterowanych z jednego punktu.

System telemechaniczny dla obiektów rozproszonych — rodzaj systemów telemechanicznych, w których kilka lub duża liczba rozproszonych geograficznie punktów kontrolnych jest podłączona do wspólnego kanału komunikacyjnego, z których każdy może mieć jedną lub więcej kontroli technicznej, informacji technicznych lub obiektów pojazdu.

Liczba rozproszonych obiektów i punktów sterowania w systemach scentralizowanego sterowania produkcją, procesami w przemyśle, transporcie i rolnictwie jest znacznie większa niż liczba obiektów skoncentrowanych.

W takich systemach sterowania stosunkowo małe punkty są rozproszone wzdłuż linii (rurociągi naftowe i gazowe, nawadnianie, transport) lub na obszarze (pola naftowe i gazowe, zakłady przemysłowe itp.). Wszystkie zakłady uczestniczą w jednym, połączonym procesie produkcyjnym.

Przykład systemu telemechanicznego z rozproszonymi obiektami: Zdalne sterowanie w sieciach elektrycznych

Główne problemy naukowe telemechaniki:

• efektywność;
• niezawodność przekazu informacji;
• optymalizacja konstrukcji;
• zasoby techniczne.

Znaczenie problemów telemechanicznych rośnie wraz ze wzrostem liczby obiektów, wolumenu przesyłanych informacji oraz długości kanałów komunikacyjnych, które sięgają tysięcy kilometrów.

Problem efektywności transmisji informacji w telemechanice polega na ekonomicznym wykorzystaniu kanałów komunikacyjnych poprzez ich zagęszczenie, czyli zmniejszenie liczby kanałów i bardziej racjonalne ich wykorzystanie.

Kwestie niezawodności transmisji polegają na wyeliminowaniu utraty informacji podczas transmisji spowodowanej skutkami zakłóceń oraz na zapewnieniu niezawodności sprzętu.

Optymalizacja konstrukcji — w doborze schematu kanałów komunikacji oraz wyposażenia systemu telemechanicznego, co gwarantuje maksymalną niezawodność i efektywność przekazywania informacji.

Wybór opiera się na kryteriach zagregowanych. Znaczenie optymalizacji struktury wzrasta wraz ze złożonością systemu i przejściem do złożonych systemów z rozproszonymi obiektami i wielopoziomową kontrolą.

Teoretyczne podstawy telemechaniki stanowią: teoria informacji, teoria ochrony przed hałasem, teoria komunikacji statystycznej, teoria kodowania, teoria struktur, teoria niezawodności. Teorie te i ich zastosowania są rozwijane i rozwijane z uwzględnieniem specyfiki telemechaniki.

Najbardziej złożone i złożone problemy pojawiają się przy syntezie dużych systemów zdalnego sterowania, w tym systemów teleautomatyki. Do syntezy takich systemów jeszcze bardziej potrzebne jest podejście zintegrowane, oparte na uogólnionych kryteriach, uwzględniające warunki transmisji i optymalnego przetwarzania informacji. Stanowi to problem dla optymalnego zdalnego sterowania.

Współczesna telemechanika charakteryzuje się rozwojem metod i środków technicznych w bardzo różnych kierunkach. Liczba obszarów zastosowań systemów telemechanicznych oraz wielkość wdrożeń w każdym z nich stale się powiększa.

Od kilkudziesięciu lat ilość wprowadzanej telemechaniki wzrasta około 10-krotnie co 10 lat. Poniżej znajdują się informacje na temat obszarów zastosowań telemechaniki.

Telemechanika w energetyce

Urządzenia telemechaniki stosowane są w geograficznie oddalonych obiektach na wszystkich etapach wytwarzania i dystrybucji energii elektrycznej do sterowania: blokami (w ramach dużych elektrowni wodnych), zasilania przedsiębiorstw przemysłowych, elektrowni i stacji elektroenergetycznych, systemów elektroenergetycznych.

Energia elektryczna charakteryzuje się obecnością kilku poziomów kontroli zawartych w systemie hierarchicznym z wieloma punktami kontrolnymi różnych stopni.Elektrownie i podstacje są zarządzane przez punkt dyspozytorski systemu elektroenergetycznego, a te ostatnie tworzą połączone systemy elektroenergetyczne.

W tym zakresie w każdym punkcie kontrolnym realizowane są funkcje lokalne i scentralizowane.

Pierwszy polega na opracowaniu działań kontrolnych dla obiektów obsługiwanych przez ten punkt, w wyniku przetwarzania informacji pochodzących z obiektów oraz z innych punktów kontrolnych.

Do drugiego – przekazanie informacji o tranzycie z poziomu niższego do punktów kontrolnych poziomu wyższego bez przetwarzania lub z częściowym przetwarzaniem informacji, natomiast przekazanie informacji TI i pojazdów z punktu kontrolnego poziomu niższego do poziomu wyższego – wykonywany jest poziom pierwszy.

Większość lokalizacji systemu elektroenergetycznego jest duża, skoncentrowana. Znajdują się one w ogromnych odległościach, mierzonych w setkach, a czasem tysiącach kilometrów.

Najczęściej przekazywane są informacje przez kanały komunikacyjne HF przez linie energetyczne.

Do monitorowania i sterowania elektrowniami i podstacjami w systemie elektroenergetycznym potrzeba stosunkowo mało informacji. Na tym etapie wykorzystywane są urządzenia TU-TS z podziałem czasowym sygnałów, jednokanałowe urządzenia częstotliwości i impulsowo-częstotliwościowe systemy TI działające za pośrednictwem specjalnych kanałów komunikacyjnych.

W celu poprawy jakości dostarczanej energii, zwiększenia niezawodności pracy elektroenergetycznych sieci przesyłowych oraz ograniczenia strat konieczne jest dodatkowe skomplikowanie sterowania dyspozytorskiego. Zadania te można rozwiązać poprzez powszechne wprowadzenie technologii komputerowej na różnych etapach zarządzania.

Zobacz też: Systemy telemechaniczne w energetyce I Punkty dyspozytorskie w systemie zasilania

Telemechanika w przemyśle naftowym i gazowym

Urządzenia zdalnego sterowania służą do scentralizowanego sterowania i zarządzania odwiertami naftowymi lub gazowymi, punktami zbierania ropy, sprężarkami i innymi instalacjami na polach naftowych lub gazowych.

Liczba samych telemechanizowanych szybów naftowych to dziesiątki tysięcy. Specyfika procesów technologicznych produkcji, wstępnego przetwarzania i transportu ropy naftowej i gazu ziemnego polega na ciągłości i automatyczności tych procesów, które w normalnych warunkach nie wymagają ingerencji człowieka.

Narzędzia telemechaniki umożliwiają przejście z trzyzmianowej obsługi studni i innych obiektów na jednozmianową, z zespołem ratunkowym pełniącym dyżury na zmianach wieczornych i nocnych.

Wraz z wprowadzeniem telemechanizacji często dokonuje się powiększania pól naftowych. Sterowanych centralnie jest nawet 500 odwiertów, rozsianych na obszarze od kilku do kilkudziesięciu km2... Liczba TU, TS i TI na każdej tłoczni, stacji odbioru ropy naftowej i innych instalacjach sięga wielu dziesiątek.

Obecnie trwają prace nad połączeniem pól naftowych w produkcję w celu utrzymania optymalnych warunków na polach naftowych i obiektach polowych.

Środki automatyzacji i telemechaniki pozwalają zmieniać i upraszczać technologie, procesy na polach naftowych, co daje duży efekt ekonomiczny.

Główne rurociągi

Urządzenia telemechaniki służą do scentralizowanego sterowania i zarządzania rurociągami gazowymi, ropociągowymi i produktowymi.

Wzdłuż głównych rurociągów organizowane są usługi dyspozytorów regionalnych i centralnych.Pierwsza obejmuje obiekty specyfikacji technicznych, wyposażenie techniczne i informacje techniczne w odgałęzieniach rurociągów, na obwodnicach przejść przez rzeki i koleje. itp., obiekty ochrony katodowej, przepompownie i tłocznie (zawory, zawory, sprężarki, pompy itp.).

Rejon dyspozytorni regionalnej to 120 — 250 km, np. pomiędzy sąsiednimi przepompowniami i tłoczniami. Funkcje TU (operacyjne) są wykonywane przez centrum, przez dyspozytora tylko wtedy, gdy nie są powierzone dyspozytorowi rejonowemu.

Występuje tendencja do ograniczania urządzeń kontroli technicznej wraz z przenoszeniem tych funkcji do urządzeń automatyki lokalnej, do przechodzenia do zarządzania scentralizowanego bez obsługi dyspozytora powiatowego lub ograniczania jego funkcji.

Przemysł chemiczny, metalurgiczny, maszynowy

W dużych przedsiębiorstwach przemysłowych urządzenia telemechaniczne przekazują informacje eksploatacyjne i produkcyjno-statystyczne zarówno dla zarządzania poszczególnymi gałęziami przemysłu (warsztaty technologiczne, obiekty energetyczne), jak i dla zarządzania całym zakładem.

Przy odległościach między punktami kontrolnymi a punktem kontrolnym wynoszącym 0,5 - 2 km telemechanika z powodzeniem konkuruje z systemami zdalnej transmisji i zapewnia oszczędności dzięki redukcji długości kabli.

Przedsiębiorstwa przemysłowe charakteryzują się występowaniem dużych, skoncentrowanych i rozproszonych obiektów. Do pierwszych należą podstacje elektryczne, tłocznie i tłocznie, warsztaty technologiczne, do drugich obiekty zlokalizowane pojedynczo lub w małych grupach (zawory do dostarczania gazu, wody, pary itp.).

Ciągła informacja przekazywana jest przez urządzenia systemu telemetrii intensywności, urządzenia TI z impulsami czasowymi lub impulsami kodowymi. Te ostatnie są zwykle zawarte w złożonych urządzeniach TU-TS-TI, przesyłających dyskretne i ciągłe informacje kanałem komunikacyjnym.

Linie komunikacji kablowej są wykorzystywane głównie w przedsiębiorstwach przemysłowych.

Wzrost ilości informacji wpływających do centrum sterowania wymagał automatyzacji ich przetwarzania. W tym zakresie stosowane są złożone systemy, które zapewniają przetwarzanie informacji dla dyspozytora (operatora).

Górnictwo i przemysł węglowy

W górnictwie i górnictwie węglowym urządzenia telemechaniczne wykorzystywane są do sterowania i monitorowania skupionych obiektów znajdujących się w kopalniach i na powierzchni, do sterowania ruchomymi obiektami rozproszonymi na terenach górniczych, do sterowania systemami przepływowo-transportowymi.Dwa ostatnie zadania są najbardziej specyficzne dla przemysł wydobywczy i węglowy.

W robotach podziemnych, gdzie znajdują się np. urządzenia do telesprzęgania wózków, sygnały telemechaniczne przesyłane są liniami elektroenergetycznymi 380 V — 10 kV przez ruchliwe linie telefoniczne, a także kanałami zespolonymi: od obiektu ruchomego do opuszczanej podstacji — sieci energetycznej niskiego napięcia, następnie do dyspozytorni — wolna lub zajęta para żył w kablu telefonicznym. Stosowane są układy czasu i częstotliwości TU — TS.

Zaburzenie harmonogramu pracy układu przepływowo-transportowego zaburza cykl technologiczny, dlatego urządzenia telemechaniczne muszą mieć podwyższoną niezawodność.W tym przypadku wykorzystywane są linie komunikacji kablowej pomiędzy centrum dyspozytorskim, lokalnymi punktami kontrolnymi i punktami kontrolowanymi.

Transport kolejowy

Posiadam systemy automatyki kolejowej i telemechaniki w transporcie kolejowym mające na celu zapewnienie bezpiecznego ruchu pociągów oraz pilności ich ruchu. Te dwa cele są zwykle osiągane jednocześnie za pomocą takich urządzeń. Ich uszkodzenia wpływają zarówno na bezpieczeństwo, jak i na pilność ruchu.

Głównymi wymaganiami stawianymi urządzeniom automatyki i telemechaniki w tym przypadku jest zgodność urządzeń z warunkami pracy — natężeniem i szybkością ruchu — oraz wysoka niezawodność ich działania.

Urządzenia telemechaniki służą do sterowania zasilaniem zelektryfikowanych dróg oraz do centralizacji dyspozytorni (sterowania zwrotnicami i sygnalizatorami) w obrębie obiektu (obwodu sterowania) lub stacji.

W gospodarce elektroenergetycznej kolei występują dwa niezależne zadania: sterowanie podstacjami trakcyjnymi, słupkami sekcyjnymi oraz sterowanie odłącznikami napowietrznymi. Jednocześnie kontrola prowadzona jest w okręgu dyspozytorskim o długości 120-200 km, wzdłuż którego rozmieszczonych jest 15-25 punktów kontrolowanych (podstacje trakcyjne, słupy sekcyjne, stacje z odłącznikami powietrznymi).

TU z odłącznikami sieci trakcyjnej umożliwia prowadzenie prac remontowych bez zakłócania rozkładu jazdy pociągów. Odłączniki TU, rozmieszczone w małych grupach wzdłuż linii kolejowej, są wykonywane przez specjalne urządzenie TU — TS.

Więcej informacji: Automatyka kolejowa i telemechanika

Systemy nawadniania

Urządzenia zdalnego sterowania służą do scentralizowanego sterowania i zarządzania poborem i dystrybucją wody.

Jest jednym z największych użytkowników telemechaniki. Służą do sterowania systemami nawadniania grawitacyjnego, głównymi kanałami i studniami odbiorczymi wody (m.in. śluzy, osłony, zawory, pompy, poziom wody i przepływ TI itp.). Długość systemu nawadniającego ze zdalnym sterowaniem to aż 100 km.

Systemy SCADA w telemechanice

SCADA (skrót oznaczający kontrolę nadzorczą i akwizycję danych) to pakiet oprogramowania przeznaczony do opracowywania lub zapewniania działania w czasie rzeczywistym systemów zbierania, przetwarzania, wyświetlania i archiwizacji informacji o monitorowanym lub sterowanym obiekcie.

Systemy SCADA znajdują zastosowanie we wszystkich sektorach gospodarki, gdzie konieczne jest zapewnienie operatorowi kontroli nad procesami technologicznymi w czasie rzeczywistym.

Zobacz tutaj, aby uzyskać więcej informacji: Systemy SCADA w instalacjach elektrycznych