Телемеханички системи, примене телемеханике

Телемеханика је област науке и технологије која обухвата теорију и техничка средства за аутоматско преношење управљачких команди и информација о стању објеката на даљину.

Термин «телемеханика» је 1905. године предложио француски научник Е. Бранли за област науке и технологије за даљинско управљање механизмима и машинама.

Телемеханика омогућава координацију рада просторно одвојених јединица, машина, инсталација и, заједно са комуникационим каналима, повезује их у јединствен систем управљања на удаљености од производних објеката или других процеса.

Средства телемеханичке, заједно са средствима аутоматизације, омогућавају даљинско управљање машинама и инсталацијама без дежурног особља у локалним објектима и комбинују их у јединствене производне комплексе са централизованим управљањем (енергетски системи, железнички, ваздушни и водни транспорт, нафтна поља, магистрални цевоводи , велике фабрике, каменоломи итд. рудници, системи за наводњавање, градске комуналије итд.).

Телемеханички систем — скуп телемеханичких уређаја и комуникационих канала дизајнираних за аутоматски пренос контролних информација на даљину.

Класификација телемеханичких система се врши према главним карактеристикама које карактеришу њихова својства. То укључује:

• природа порука које се преносе;
• обављане функције;
• врста и локација објеката управљања и контроле;
• конфигурација;
• структура;
• врсте комуникационих линија;
• начини њиховог коришћења за пренос сигнала.

Према извршеним функцијама, телемеханички системи се деле на системе:

• даљинско управљање;
• телевизијски сигнали;
• телеметрија;
• телерегулација.

У системима за даљинско управљање (РЦС) са контролне тачке се често преноси велики број елементарних команди као што су „укључено”, „искључено” („да”, „не”), намењених разним објектима (пријемаоцима информација).

У системима за телесигнализацију (ТС) Контролни центар прима исте елементарне сигнале о стању објеката, као што су «да», «не». У телеметрији и телерегулацији (ТИ и ТП) преноси се вредност мереног (контролисаног) параметра.

ТЦ системи се користе за пренос дискретних или континуираних команди објектима управљања. Последњи тип укључује контролне команде које се преносе за несметану промену контролисаног параметра. ТЦ системи намењени за пренос команди управљања понекад се разликују у независној класификационој групи од ТР система.

ТС системи се користе за пренос дискретних порука о статусу надзираних објеката (на пример, за укључивање или искључивање опреме, достизање граничних вредности параметра, јављање ванредног стања итд.).

ТИ системи се користе за пренос континуираних контролисаних вредности. ТС и ТИ системи су комбиновани у групу система даљинског управљања (ТЦ).

У великом броју случајева користе се комбиновани или сложени телемеханички системи, који истовремено обављају функције ТУ, ТС и ТИ.

Према начину преноса порука телемеханички системи се деле на једноканалне и вишеканалне. Већина система су вишеканални, преносе сигнале преко заједничког комуникационог канала до или од многих ТЦ објеката. Они формирају велики број субканала објеката.

Укупан број различитих сигнала ТУ, ТС, ТИ и ТР у телемеханичком систему у железничком транспорту, нафтним пољима и цевоводима већ достиже хиљаде, а број елемената опреме - много десетина хиљада.

Контролне информације које телемеханички системи преносе на даљину намењене су оператеру или контролном рачунару на једном крају система и контролним објектима на другом.

Информације морају бити представљене у форми прилагођеној кориснику. Дакле, телемеханички систем укључује уређаје не само за пренос информација, већ и за дистрибуцију и презентацију у облику погодном за перцепцију од стране оператера или унос у контролну машину. Ово се такође односи на ТИ и ТС уређаје за прикупљање и претходну обраду података.

Према врсти сервисираних (надгледаних и контролисаних) објеката, телемеханички системи се деле на системе за непокретне и покретне објекте.

У прву групу спадају системи за стационарне индустријске инсталације, у другу — за управљање бродовима, локомотивама, дизалицама, авионима, пројектилима, као и тенкова, торпеда, вођених пројектила итд.

Према локацији контролисаних и контролисаних објеката разликују се обједињени и дисперзовани објектни системи.

У првом случају, сви објекти које опслужује систем налазе се у једној тачки. У другом случају, објекти које опслужује систем расути су један по један или у групама у више тачака које су на различитим тачкама повезане заједничком комуникационом линијом.

Телемеханички системи са обједињеним објектима обухватају, посебно, системе за појединачне електране и трансформаторске подстанице, пумпне и компресорске инсталације. Такви системи служе једној тачки.

Дистрибуирани телемеханички системи укључују, на пример, системе нафтних поља. Овде телемеханика опслужује велики број (десетине, стотине) нафтних бушотина и других инсталација распоређених на терену и контролисаних са једне тачке.

Телемеханички систем за раштркане локације — врста телемеханичких система у којима је неколико или велики број географски распоређених контролисаних тачака повезаних на заједнички комуникациони канал, од којих свака може имати једну или више техничких контрола, техничких информација или објеката возила.

Број дисперзованих објеката и контролисаних тачака у системима за централизовану контролу производње, процеса у индустрији, транспорту и пољопривреди је много већи од броја концентрисаних објеката.

У таквим системима управљања релативно мале тачке су раштркане дуж линије (нафтоводи и гасоводи, наводњавање, транспорт) или по површини (нафтна и гасна поља, индустријска постројења итд.). Све локације учествују у јединственом, међусобно повезаном производном процесу.

Пример телемеханичког система са дистрибуираним објектима: Даљинско управљање у електричним мрежама

Главни научни проблеми телемеханике:

• ефикасност;
• поузданост преноса информација;
• оптимизација структура;
• техничких средстава.

Значај телемеханичких проблема расте са повећањем броја објеката, обима пренетих информација и дужине комуникационих канала, који достижу хиљаде километара.

Проблем ефикасности преноса информација у телемеханици лежи у економичном коришћењу комуникационих канала кроз њихово збијање, односно у смањењу броја канала и њиховом рационалнијем коришћењу.

Проблеми са поузданошћу преноса су у елиминисању губитка информација током преноса услед ефеката сметњи и у обезбеђивању поузданости хардвера.

Оптимизација структуре — у избору шеме комуникационих канала и опреме телемеханичког система, што гарантује максималну поузданост и ефикасност преноса информација.

Избор се заснива на збирним критеријумима. Значај оптимизације структуре расте са сложеношћу система и са преласком на сложене системе са дистрибуираним објектима и управљањем на више нивоа.

Теоријску основу телемеханике чине: теорија информација, теорија заштите од буке, теорија статистичких комуникација, теорија кодирања, теорија структуре, теорија поузданости. Ове теорије и њихове примене се развијају и развијају узимајући у обзир специфичности телемеханике.

Најсложенији и најсложенији проблеми настају у синтези великих система даљинског управљања, укључујући системе телеаутоматизације. За синтезу оваквих система још је потребнији интегрисани приступ заснован на генерализованим критеријумима, узимајући у обзир услове преноса и оптималну обраду информација. Ово представља проблем за оптимално даљинско управљање.

Савремену телемеханику карактерише развој метода и техничких средстава у најразличитијим правцима. Број области примене телемеханичких система и обим имплементације у сваком од њих се стално проширују.

Током неколико деценија, обим уведене телемеханике се повећавао отприлике 10 пута сваких 10 година. Испод су информације о областима примене телемеханике.

Телемеханика у енергетици

Телемеханички уређаји се користе у географски раздвојеним објектима у свим фазама производње и дистрибуције електричне енергије за управљање: агрегати (у оквиру великих хидроелектрана), напајање индустријских предузећа, електрана и трафостаница електроенергетског система, електроенергетских система.

Електричну енергију карактерише присуство неколико нивоа контроле укључених у хијерархијски систем са већим бројем контролних тачака различитог ранга.Електранама и трафостаницама управља диспечерска тачка електроенергетског система, а она формирају међусобно повезане електроенергетске системе.

С тим у вези, на свакој контролној тачки се врше локалне и централизоване функције.

Први укључује развој контролних радњи за објекте које опслужује ова тачка, као резултат обраде информација које долазе из објеката и са других контролних тачака.

До другог - пренос транзитних информација са нижег нивоа на контролне тачке вишег нивоа без обраде или са делимичном обрадом информација, док пренос ТИ и сигнала возила са контролне тачке нижег нивоа на виши - први ниво се изводи.

Већина локација електроенергетског система је велика, концентрисана. Налазе се на великим удаљеностима, мереним стотинама, а понекад и хиљадама километара.

Најчешће се информације преносе преко ВФ комуникационих канала преко далековода.

За праћење и контролу електрана и трафостаница у електроенергетском систему потребно је релативно мало информација. У овој фази користе се ТУ-ТС уређаји са временском поделом сигнала, једноканални уређаји фреквенцијских и импулсно-фреквентних ТИ система који раде преко посебних комуникационих канала.

Да би се побољшао квалитет испоручене енергије, повећала поузданост рада електропреносних мрежа и смањили губици, неопходна је додатна сложеност диспечерске контроле. Ови задаци се могу решити широким увођењем рачунарске технологије у различите фазе управљања.

Такође видети: Телемеханички системи у енергетици и Диспечерске тачке у систему напајања

Телемеханика у индустрији нафте и гаса

Уређаји за даљинско управљање користе се за централизовану контролу и управљање нафтним или гасним бушотинама, местима за прикупљање нафте, компресорима и другим инсталацијама на нафтним или гасним пољима.

Број само телемеханизованих нафтних бушотина је неколико десетина хиљада. Специфичност технолошких процеса производње, примарне прераде и транспорта нафте и гаса састоји се у континуитету и аутоматизму ових процеса, који у нормалним условима не захтевају људску интервенцију.

Телемеханички алати омогућавају вам да са тросмјенског сервиса бунара и других локација пређете на једносмјенско, са дежурством хитне екипе у вечерњим и ноћним смјенама.

Увођењем телемеханизације често се врши проширење нафтних поља. Централно се контролише и до 500 бунара, разбацаних на површини од неколико километара2 до више десетина км2... Број ТУ, ТС и ТИ на свакој компресорској станици, станици за прикупљање нафте и другим инсталацијама достиже више десетина.

Тренутно се ради на комбиновању нафтних поља у производњу како би се одржали оптимални услови нафтних поља и погона.

Средства аутоматизације и телемеханике омогућавају да се промене и поједноставе технологије, процеси у нафтним пољима, што даје велики економски ефекат.

Главни цевоводи

Телемеханички уређаји се користе за централизовану контролу и управљање гасоводима, нафтоводима и продуктоводима.

Службе регионалних и централних диспечера организоване су дуж магистралних цевовода.Први обухвата објекте техничких спецификација, техничку опрему и техничке информације у огранцима цевовода, на обилазним линијама прелаза преко река и железничких пруга. итд., објекти катодне заштите, пумпне и компресорске станице (славине, вентили, компресори, пумпе и др.).

Подручје регионалног диспечера је 120-250 км, на пример између суседних пумпних и компресорских станица. Функције ТУ (оперативне) обавља центар, диспечер само ако нису поверене окружном диспечеру.

Постоји тенденција смањења објеката техничке контроле са преносом ових функција на локалне уређаје за аутоматизацију, на прелазак на централизовано управљање без службе окружног диспечера или смањење његових функција.

Хемијска индустрија, металургија, машинство

У великим индустријским предузећима телемеханички уређаји преносе оперативне и производно-статистичке информације како за управљање појединим индустријама (технолошке радионице, енергетски објекти), тако и за управљање целим постројењем.

Са удаљеностима између контролисаних тачака и контролне тачке од 0,5 - 2 км, телемеханика успешно конкурише системима даљинског преноса и обезбеђује уштеде услед смањења дужине кабла.

Индустријска предузећа карактерише присуство великих концентрисаних и раштрканих објеката. Први обухватају електричне подстанице, компресорске и пумпне станице, технолошке радионице, други — објекте који се налазе један по један или у малим групама (вентили за снабдевање гасом, водом, паром итд.).

Континуиране информације се преносе помоћу уређаја система телеметрије интензитета, ТИ уређаја са временским импулсима или кодних импулса. Потоњи су обично укључени у сложене ТУ-ТС-ТИ уређаје, преносећи дискретне и континуиране информације преко комуникационог канала.

Кабловске комуникационе линије се углавном користе у индустријским предузећима.

Повећање количине информација које улазе у контролни центар захтевало је аутоматизацију њихове обраде. С тим у вези, користе се сложени системи који обезбеђују обраду информација за диспечера (оператера).

Рударство и индустрија угља

У рударству и рударству угља телемеханички уређаји се користе за контролу и праћење концентрисаних објеката који се налазе у рудницима и на површини, за управљање покретним дисперзованим објектима у рударским подручјима, за управљање проточно-транспортним системима.Последња два задатка су најспецифичнија за рударство и угљарска индустрија.

У подземним радовима, где, на пример, постоје уређаји за телекомандна колица, телемеханички сигнали се преносе далеководима 380 В — 10 кВ преко заузетих телефонских водова, као и комбинованим каналима: од мобилног објекта до спуштене трафостанице — а нисконапонску електричну мрежу, затим у контролну собу — слободан или заузет пар жица у телефонском каблу. Користе се системи времена и фреквенције ТУ — ТС.

Изобличење распореда рада проточно-транспортног система ремети технолошки циклус, због чега телемеханички уређаји морају имати повећану поузданост.У овом случају се користе кабловске комуникационе линије између диспечерског центра, локалних контролних тачака и контролисаних тачака.

Железнички транспорт

Поседујем железничку аутоматику и телемеханичке системе у железничком саобраћају дизајниране да обезбеде безбедно кретање возова и хитност њиховог кретања. Ова два циља се обично постижу истовремено са оваквим уређајима. Њихово оштећење утиче и на безбедност и на хитност кретања.

Главни захтеви за уређаје аутоматике и телемеханичке у овом случају су усклађеност уређаја са радним условима — интензитетом и брзином кретања — и висока поузданост њиховог рада.

Телемеханички уређаји се користе за контролу снабдевања електрифицираних путева и за централизацију диспечерства (контрола прекидача и сигнала) унутар локације (контролног кола) или станице.

У железничком електроенергетском управљању постоје два независна задатка: контрола вучних трафостаница, секционих стубова и контрола надземних растављача. Истовремено, контрола се врши у оквиру диспечерског круга дужине 120-200 км, дуж којег се налази 15-25 контролисаних тачака (вучне трафостанице, секциони стубови, станице са ваздушним растављачима).

ТУ са растављачима контактне мреже омогућава извођење радова на поправци без ометања возног реда. ТУ растављачи, смештени у малим групама дуж пруге, изводе се посебним уређајем ТУ — ТС.

Више информација: Железничка аутоматика и телемеханика

Системи за наводњавање

Уређаји за даљинско управљање служе за централизовану контролу и управљање захватањем и дистрибуцијом воде.

Један је од највећих корисника телемеханике. Користе се за контролу гравитационих система за наводњавање, главних канала и бунара за пријем воде (укључујући водене капије, штитнике, вентиле, пумпе, ниво воде и проток ТИ, итд.). Дужина система за наводњавање са даљинским управљањем је до 100 км.

СЦАДА системи у телемеханици

СЦАДА (скраћено од надзорне контроле и аквизиције података) је софтверски пакет дизајниран да развије или обезбеди рад система у реалном времену за прикупљање, обраду, приказивање и архивирање информација о објекту надгледања или управљања.

СЦАДА системи се користе у свим секторима привреде, где је неопходно обезбедити оператерску контролу над технолошким процесима у реалном времену.

Погледајте овде за више детаља: СЦАДА системи у електроинсталацијама