Telemehaanilised süsteemid, telemehaanika rakendused

Telemehaanika on teaduse ja tehnoloogia valdkond, mis hõlmab teooriat ja tehnilisi vahendeid juhtkäskude ja objektide olekuteabe automaatseks edastamiseks kaugusel.

Mõiste "telemehaanika" pakkus 1905. aastal välja prantsuse teadlane E. Branly teaduse ja tehnoloogia valdkonna jaoks mehhanismide ja masinate kaugjuhtimiseks.

Telemehaanika võimaldab koordineerida ruumiliselt eraldatud sõlmede, masinate, paigaldiste tööd ning ühendada need koos sidekanalitega tootmisruumidest või muudest protsessidest eemal ühtseks juhtimissüsteemiks.

Telemehaanika vahendid koos automatiseerimisvahenditega võimaldavad masinate ja seadmete kaugjuhtimist ilma valvepersonalita kohalikes rajatistes ning ühendada need ühtseteks tsentraliseeritud juhtimisega tootmiskompleksideks (elektrisüsteemid, raudtee-, õhu- ja veetransport, naftaväljad, maanteede torustikud). , suured tehased, karjäärid jne. kaevandused, niisutussüsteemid, linna kommunaalteenused jne).

Telemehaaniline süsteem — telemehaaniliste seadmete ja sidekanalite kogum, mis on ette nähtud juhtimisteabe automaatseks edastamiseks vahemaa tagant.

Telemehaaniliste süsteemide klassifitseerimine toimub nende omadusi iseloomustavate põhiomaduste järgi. Nad sisaldavad:

• edastatavate sõnumite olemus;
• täidetavad funktsioonid;
• juhtimis- ja kontrolliobjektide tüüp ja asukoht;
• konfiguratsioon;
• struktuur;
• sideliinide tüübid;
• kuidas neid signaali edastamiseks kasutada.

Vastavalt teostatavatele funktsioonidele jagatakse telemehaanilised süsteemid süsteemideks:

• Pult;
• televisiooni signaalid;
• telemeetria;
• telereguleerimine.

Kaugjuhtimissüsteemides (RCS) kontrollpunktist edastatakse sageli suur hulk elementaarseid käske nagu "sees", "väljas" ("jah", "ei"), mis on mõeldud erinevatele objektidele (teabe vastuvõtjatele).

Telesignalisatsioonisüsteemides (TS) Juhtimiskeskus saab samasuguseid elementaarseid signaale objektide oleku kohta, näiteks «jah», «ei». Telemeetria ja kaugregulatsioon (TI ja TP) edastatakse mõõdetud (juhitava) parameetri väärtus.

TC-süsteeme kasutatakse diskreetsete või pidevate käskude edastamiseks objektide juhtimiseks. Viimane tüüp sisaldab juhtkäske, mis edastatakse juhitava parameetri sujuvaks muutmiseks. Juhtkäskude edastamiseks mõeldud TC-süsteeme eristatakse mõnikord TR-süsteemidest sõltumatus klassifikatsioonirühmas.

TS-süsteeme kasutatakse diskreetsete teadete edastamiseks jälgitavate objektide oleku kohta (näiteks seadmete sisse- või väljalülitamiseks, parameetri piirväärtuste saavutamiseks, hädaolukorra tekkimiseks jne).

TI-süsteeme kasutatakse pidevate kontrollitud väärtuste edastamiseks. TS- ja TI-süsteemid on ühendatud kaugjuhtimissüsteemide (TC) rühmaks.

Paljudel juhtudel kasutatakse kombineeritud või keerukaid telemehaanilisi süsteeme, mis täidavad samaaegselt TU, TS ja TI funktsioone.

Sõnumite edastamise meetodi järgi jagunevad telemehaanilised süsteemid ühe- ja mitmekanalilisteks. Enamik süsteeme on mitme kanaliga, edastades signaale ühise sidekanali kaudu paljudele TC-seadmetele või nendest. Need moodustavad suure hulga objektide alamkanaleid.

Erinevate signaalide TU, TS, TI ja TR koguarv raudteetranspordi, naftaväljade ja torujuhtmete telemehaanilises süsteemis ulatub juba tuhandeteni ning seadmete elementide arv - mitmekümne tuhandeni.

Juhtteave, mida telemehaanilised süsteemid eemalt edastavad, on mõeldud süsteemi ühes otsas olevale operaatorile või juhtarvutile ja teises otsas olevatele juhtimisobjektidele.

Teave tuleb esitada kasutajasõbralikul kujul. Seetõttu sisaldab telemehaaniline süsteem seadmeid mitte ainult teabe edastamiseks, vaid ka levitamiseks ja esitamiseks viisil, mis on operaatorile mugav tajuda või juhtimismasinasse sisestada. See kehtib ka TI ja TS andmete kogumise ja eeltöötlusseadmete kohta.

Vastavalt hooldatavate (jälgitavate ja juhitavate) objektide tüübile jagunevad telemehaanilised süsteemid statsionaarsete ja liikuvate objektide süsteemideks.

Esimesse rühma kuuluvad statsionaarsete tööstusrajatiste süsteemid, teise - laevade, vedurite, kraanade, lennukite, rakettide, aga ka tankide, torpeedode, juhitavate rakettide jms juhtimiseks.

Kontrollitavate ja juhitavate objektide paiknemise järgi eristatakse ühtseid ja hajutatud objektisüsteeme.

Esimesel juhul asuvad kõik süsteemi poolt teenindatavad objektid ühes punktis. Teisel juhul on süsteemi poolt teenindatavad objektid hajutatud ükshaaval või rühmadena mitmesse punkti, mis on erinevates punktides ühendatud ühise sideliiniga.

Ühtsete objektidega telemehaanilised süsteemid hõlmavad eelkõige üksikute elektrijaamade ja trafoalajaamade, pumba- ja kompressoripaigaldiste süsteeme. Sellised süsteemid teenivad ühte punkti.

Hajutatud telemehaanilised süsteemid hõlmavad näiteks naftaväljade süsteeme. Siin teenindab telemehaanika suurt hulka (kümneid, sadu) naftapuurauke ja muid rajatisi, mis on jaotatud põllul ja mida juhitakse ühest punktist.

Telemehaaniline süsteem hajutatud objektide jaoks — telemehaaniliste süsteemide tüüp, milles mitu või suur hulk geograafiliselt hajutatud kontrollitavaid punkte on ühendatud ühise sidekanaliga, millest igaühel võib olla üks või mitu tehnilist juhtimist, tehnilist teavet või sõidukiobjekti.

Tootmise, tööstuse, transpordi ja põllumajanduse protsesside tsentraliseeritud juhtimise süsteemides on hajutatud objektide ja kontrollitavate punktide arv palju suurem kui kontsentreeritud objektide arv.

Sellistes juhtimissüsteemides on suhteliselt väikesed punktid hajutatud piki joont (nafta- ja gaasijuhtmed, niisutamine, transport) või üle piirkonna (nafta- ja gaasimaardlad, tööstusettevõtted jne). Kõik saidid osalevad ühes, omavahel seotud tootmisprotsessis.

Näide hajutatud objektidega telemehaanilisest süsteemist: Kaugjuhtimine elektrivõrkudes

Telemehaanika peamised teaduslikud probleemid:

• tõhusus;
• teabe edastamise usaldusväärsus;
• struktuuride optimeerimine;
• tehnilisi ressursse.

Telemehaaniliste probleemide tähtsus suureneb koos objektide arvu, edastatava teabe mahu ja sidekanalite pikkuse suurenemisega, mis ulatuvad tuhandete kilomeetriteni.

Teabeedastuse efektiivsuse probleem telemehaanikas seisneb sidekanalite säästlikus kasutamises nende tihendamise kaudu, st kanalite arvu vähendamises ja nende ratsionaalsemas kasutamises.

Edastuse usaldusväärsusega seotud probleemid seisnevad häiretest tingitud teabekao kõrvaldamises edastamise ajal ja riistvara töökindluse tagamises.

Struktuuri optimeerimine — sidekanalite skeemi ja telemehaanilise süsteemi varustuse valikul, mis tagab info edastamise maksimaalse töökindluse ja efektiivsuse.

Valik põhineb koondkriteeriumidel. Struktuuri optimeerimise tähtsus suureneb koos süsteemi keerukusega ja üleminekuga keerukatele, hajutatud objektide ja mitmetasandilise juhtimisega süsteemidele.

Telemehaanika teoreetiline alus koosneb: infoteooriast, mürakaitse teooriast, statistilise kommunikatsiooni teooriast, kodeerimise teooriast, struktuuriteooriast, usaldusväärsuse teooriast. Neid teooriaid ja nende rakendusi arendatakse ja arendatakse telemehaanika eripärasid arvestades.

Kõige keerulisemad ja keerulisemad probleemid tekivad suurte kaugjuhtimissüsteemide, sealhulgas teleautomaatikasüsteemide sünteesil. Selliste süsteemide sünteesiks on veelgi vajalikum integreeritud lähenemisviis, mis põhineb üldistel kriteeriumidel, võttes arvesse teabe edastamise ja optimaalse töötlemise tingimusi. See tekitab optimaalse kaugjuhtimispuldi probleemi.

Kaasaegset telemehaanikat iseloomustab meetodite ja tehniliste vahendite arendamine väga erinevates suundades. Telemehaaniliste süsteemide rakendusvaldkondade arv ja nende rakendamise maht igas neist laieneb pidevalt.

Mitme aastakümne jooksul on kasutusele võetud telemehaanika maht kasvanud ligikaudu 10 korda iga 10 aasta järel. Allpool on teave telemehaanika rakendusvaldkondade kohta.

Telemehaanika energeetikas

Telemehaanikaseadmeid kasutatakse geograafiliselt eraldatud rajatistes kõigis elektrienergia tootmise ja jaotamise etappides juhtimiseks: sõlmed (suurte hüdroelektrijaamade sees), tööstusettevõtete toiteallikas, elektrijaamad ja elektrisüsteemi alajaamad, elektrisüsteemid.

Elektrienergiat iseloomustab mitme juhtimistasandi olemasolu, mis sisaldub hierarhilises süsteemis koos mitme erineva tasemega juhtimispunktidega.Elektrijaamu ja alajaamu haldab elektrisüsteemi dispetšerpunkt ning viimased moodustavad omavahel ühendatud elektrisüsteemid.

Sellega seoses teostatakse igas kontrollpunktis kohalikke ja tsentraliseeritud funktsioone.

Esimene hõlmab selle punktiga teenindatavate objektide juhtimistoimingute väljatöötamist objektidelt ja muudest juhtimispunktidest tuleva teabe töötlemise tulemusena.

Teisele - transiiditeabe edastamine madalamalt tasemelt kõrgema taseme kontrollpunktidesse ilma töötlemiseta või teabe osalise töötlemisega, samas kui TI ja sõiduki signaalide edastamine madalama taseme kontrollpunktist kõrgemale - sooritatakse esimene tase.

Enamik elektrisüsteemide asukohti on suured, kontsentreeritud. Need asuvad suurte vahemaade kaugusel, mõõdetuna sadades ja mõnikord tuhandetes kilomeetrites.

Kõige sagedamini edastatakse teavet HF sidekanalite kaudu üle elektriliinide.

Elektrijaamade ja alajaamade jälgimiseks ja juhtimiseks elektrisüsteemis on vaja suhteliselt vähe teavet. Selles etapis kasutatakse signaalide ajajaotusega TU-TS-seadmeid, ühekanalilisi sagedus- ja impulss-sageduslike TI-süsteemide seadmeid, mis töötavad spetsiaalsete sidekanalite kaudu.

Tarnitava energia kvaliteedi parandamiseks, jõuülekandevõrkude töökindluse suurendamiseks ja kadude vähendamiseks on vajalik dispetšerjuhtimise täiendav keerukus. Neid ülesandeid saab lahendada arvutustehnoloogia laialdase kasutuselevõtuga juhtimise erinevates etappides.

Vaata ka: Telemehaanilised süsteemid energeetikas ja Väljastuspunktid toitesüsteemis

Telemehaanika nafta- ja gaasitööstuses

Kaugjuhtimisseadmeid kasutatakse nafta- või gaasipuuraukude, naftakogumispunktide, kompressorite ja muude nafta- või gaasiväljade seadmete tsentraliseeritud juhtimiseks ja haldamiseks.

Ainuüksi telemehhaniseeritud naftapuuraukude arv ulatub kümnetesse tuhandetesse. Nafta ja gaasi tootmise, esmase töötlemise ja transpordi tehnoloogiliste protsesside eripära seisneb nende protsesside järjepidevuses ja automaatsuses, mis tavatingimustes ei vaja inimese sekkumist.

Telemehaanika tööriistad võimaldavad kaevude ja muude objektide kolmes vahetuses teenindamiselt üle minna ühe vahetuse vastu, kus õhtuses ja öises vahetuses on valves avariimeeskond.

Telemehhaniseerimise kasutuselevõtuga tehakse sageli naftaväljade laiendamist. Tsentraalselt juhitakse kuni 500 kaevu, mis on hajutatud mitmel kilomeetril2 kuni mitmekümne km2 suurusel alal... TU, TS ja TI arv igas kompressorjaamas, õlikogumisjaamas ja muudes paigaldistes ulatub mitmekümneni.

Praegu käib töö naftaväljade ühendamiseks tootmiseks, et säilitada optimaalsed naftaväljade ja -väljade rajatiste tingimused.

Automaatika ja telemehaanika vahendid võimaldavad muuta ja lihtsustada tehnoloogiaid, protsesse naftaväljadel, mis annab suure majandusliku efekti.

Peamised torujuhtmed

Telemehaanika seadmeid kasutatakse gaasijuhtmete, naftajuhtmete ja tootejuhtmete tsentraliseeritud juhtimiseks ja haldamiseks.

Piirkondlike ja keskdispetšerite teenused on korraldatud piki magistraaltorustikke.Esimene hõlmab tehniliste kirjelduste objekte, tehnilisi seadmeid ja tehnilist teavet torujuhtme harudes, jõgede ja raudteede ristumiskohtade ümbersõiduliinidel. jne, katoodkaitse objektid, pumba- ja kompressorjaamad (kraanid, ventiilid, kompressorid, pumbad jne).

Piirkondliku dispetšeri pindala on 120-250 km, näiteks naabruses asuvate pumba- ja kompressorijaamade vahel. TLÜ ülesandeid (operatiiv) täidab keskus, dispetšer ainult juhul, kui need ei ole usaldatud ringkonnadispetšerile.

Suundumus on vähendada tehnilisi juhtimisvõimalusi nende funktsioonide ülekandmisega kohalikele automaatikaseadmetele, üleminekule tsentraliseeritud juhtimisele ilma piirkonna dispetšeri teenuseta või vähendada tema funktsioone.

Keemiatööstus, metallurgia, masinaehitus

Suurtes tööstusettevõtetes edastavad telemehaanilised seadmed operatiiv- ja tootmisstatistilist teavet nii üksikute tööstusharude (tehnoloogilised töökojad, energeetikarajatised) kui ka kogu tehase juhtimiseks.

Kontrollitavate punktide ja kontrollpunkti vahelise kaugusega 0,5–2 km konkureerib telemehaanika edukalt kaugedastussüsteemidega ja annab kokkuhoidu tänu kaabli pikkuse vähenemisele.

Tööstusettevõtteid iseloomustab suurte kontsentreeritud ja hajutatud objektide olemasolu. Esimeste hulka kuuluvad elektrialajaamad, kompressor- ja pumbajaamad, tehnoloogilised töökojad, teiseks ükshaaval või väikestes rühmades paiknevad objektid (gaasi, vee, auru jne varustamiseks mõeldud ventiilid).

Pidevat teavet edastavad intensiivsusega telemeetriasüsteemi seadmed, TI-seadmed ajaimpulsside või koodiimpulssidega. Viimased sisalduvad tavaliselt keerulistes TU-TS-TI seadmetes, edastades sidekanali kaudu diskreetset ja pidevat teavet.

Kaabelsideliine kasutatakse peamiselt tööstusettevõtetes.

Juhtimiskeskusesse siseneva info hulga suurenemine nõudis selle töötlemise automatiseerimist. Sellega seoses kasutatakse keerulisi süsteeme, mis pakuvad dispetšeri (operaatori) teabetöötlust.

Kaevandus- ja söetööstus

Mäe- ja söekaevandustööstuses kasutatakse telemehaanilisi seadmeid kaevandustes ja maapinnal paiknevate kontsentreeritud objektide juhtimiseks ja jälgimiseks, kaevandusaladel liikuvate hajutatud objektide juhtimiseks, voolu-transpordisüsteemide juhtimiseks.Kaks viimast ülesannet on kõige spetsiifilisemad kaevandus- ja söekaevandustööstus.

Maa-alustes töödes, kus on näiteks seadmed kaugkärude ühendamiseks, edastatakse telemehaanilised signaalid 380 V — 10 kV elektriliinide kaudu hõivatud telefoniliinide kaudu, aga ka kombineeritud kanalite kaudu: liikuvalt objektilt langetusalajaama - a. madalpingevõrku, siis juhtimisruumi — telefonikaablis vaba või hõivatud juhtmepaar. Kasutatakse aja- ja sagedussüsteeme TU — TS.

Voolu-transpordisüsteemi töögraafiku moonutamine rikub tehnoloogilist tsüklit, mistõttu peavad telemehaanilised seadmed olema suurema töökindlusega.Sel juhul kasutatakse dispetšerkeskuse, kohalike juhtimispunktide ja kontrollitavate punktide vahel kaabelsideliine.

Raudteetransport

Mul on raudteetranspordis raudteeautomaatika ja telemehaanilised süsteemid, mis on mõeldud rongide ohutu liikumise ja liikumise kiireloomulisuse tagamiseks. Need kaks eesmärki saavutatakse selliste seadmetega tavaliselt üheaegselt. Nende kahjustus mõjutab nii liikumise ohutust kui ka kiireloomulisust.

Peamised nõuded automaatika- ja telemehaanikaseadmetele on antud juhul seadmete vastavus töötingimustele — liikumise intensiivsus ja kiirus — ning töö kõrge töökindlus.

Telemehaanikaseadmeid kasutatakse elektrifitseeritud teede varustuse juhtimiseks ja dispetšeri (lülitite ja signaalide juhtimine) tsentraliseerimiseks objekti (juhtimisahela) või jaama piires.

Raudtee toitehalduses on kaks iseseisvat ülesannet: veoalajaamade, sektsioonipostide juhtimine ja õhulahutiste juhtimine. Samal ajal toimub juhtimine 120-200 km pikkuse lähetusringi piires, mille ääres paikneb 15-25 kontrollitavat punkti (veoalajaamad, sektsioonipostid, õhulahtilülititega jaamad).

Kontaktvõrgu lahklülititega TU võimaldab teostada remonditöid ilma rongide sõiduplaane häirimata. TU lahklüliteid, mis asuvad raudtee ääres väikestes rühmades, teostab spetsiaalne seade TU — TS.

Rohkem infot: Raudtee automaatika ja telemehaanika

Niisutussüsteemid

Kaugjuhtimisseadmeid kasutatakse veevõtu ja vee jaotamise tsentraliseeritud juhtimiseks ja haldamiseks.

See on üks suurimaid telemehaanika kasutajaid. Neid kasutatakse gravitatsioonilise niisutussüsteemide, peakanalite ja vee vastuvõtukaevude (sh veeväravad, kilbid, ventiilid, pumpad, veetaseme ja TI voolu jne) juhtimiseks. Puldiga kastmissüsteemi pikkus on kuni 100 km.

SCADA süsteemid telemehaanikas

SCADA (lühend sõnadest järelevalvekontroll ja andmete hankimine) on tarkvarapakett, mis on loodud süsteemide arendamiseks või reaalajas toimimiseks seire- või juhtimisobjekti kohta teabe kogumiseks, töötlemiseks, kuvamiseks ja arhiveerimiseks.

SCADA süsteeme kasutatakse kõigis majandussektorites, kus on vaja tagada operaatorile kontroll tehnoloogiliste protsesside üle reaalajas.

Täpsemalt vaata siit: SCADA süsteemid elektripaigaldistes