Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике  
ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику, электронику и автоматику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод и многое другое.
 


 

 Школа для электрика / Автоматизация производственных процессов / Телемеханические системы, области применения телемеханики


 

Телемеханические системы, области применения телемеханики




Телемеханика — область науки и техники, охватывающая теорию и технические средства автоматической передачи на расстояние команд управления и информации о состоянии объектов.

Термин «Телемеханика» был предложен в 1905 году французским ученым Э. Бранли для области науки и техники управления на расстоянии механизмами и машинами.

Телемеханика позволяет осуществить координацию работы пространственно разнесенных агрегатов, машин, установок и вместе с каналами связи связать их в единую систему управления на расстоянии производств, или другими процессами.

Средства телемеханики совместно со средствами автоматики позволяют осуществить управление на расстоянии машинами и установками без дежурного персонала на местных объектах и объединить их в единые производственные комплексы с централизованным управлением (энергосистемы, железнодорожный, воздушный и водный транспорт, нефтепромыслы, магистральные трубопроводы, крупные заводы, карьеры и шахты, ирригационные системы, коммунальное хозяйство городов и др.).

Управление телемеханической системой

Телемеханическая система — совокупность устройств телемеханики и каналов связи, предназначенная для автоматической передачи на расстояние информации управления.

Классификация телемеханических систем проводится по основным признакам, характеризующим их свойства. Сюда относятся:

  • характер передаваемых сообщений;
  • выполняемые функции;
  • вид и расположение объектов управления и контроля;
  • конфигурация;
  • структура;
  • типы линий связи;
  • способы их использования для передачи сигналов.

По выполняемым функциям системы телемеханики разделяются на системы:

  • телеуправления;
  • телесигнализации;
  • телеизмерения;
  • телерегулирования.

В системах телеуправления (ТУ) с пункта управления передается часто большое количество элементарных команд типа «включить», «выключить» («да», «нет»), предназначенных для различных объектов (приемников информации).

В системах телесигнализации (ТС) на пункт управления поступают такие же элементарные сигналы о состоянии объектов, типа «да», «нет». При телеизмерении и телерегулировании (ТИ и TP) передается величина измеряемого (управляемого) параметра.

Системы ТУ используются для передачи дискретных или непрерывных команд управления объектами. К последнему типу относятся команды регулирования, передаваемые для плавного изменения регулируемого параметра. Системы ТУ, предназначенные для передачи команд регулирования, иногда выделяют в самостоятельную классификационную группу систем ТР.

Системы ТС служат для передачи дискретных сообщений о состоянии контролируемых объектов (например, о включении или отключении оборудования, достижении предельных значений параметра, возникновении аварийного состояния и т. п.).

Системы ТИ применяются для передачи непрерывных контролируемых величин. Системы ТС и ТИ объединяют в группу систем телеконтроля (ТК).

В ряде случаев применяются комбинированные или комплексные системы телемеханики, одновременно выполняющие функции ТУ, ТС и ТИ.

Шкаф телемеханики

По способу передачи сообщений системы телемеханики подразделяются на одноканальные и многоканальные. Подавляющее большинство систем — многоканальные, передающие по общему каналу связи сигналы для многих объектов ТУ или от многих объектов ТК. Они образуют большое количество подканалов объектов.

Суммарное количество различных сигналов ТУ, ТС, ТИ и ТР в одной системе телемеханики на железнодорожном транспорте, нефтепромыслах и трубопроводах уже сейчас достигает тысяч, а число элементов аппаратуры — многих десятков тысяч.

Информация управления, которую системы телемеханики передают на расстояние, предназначается для оператора или управляющей электронно-вычислительной машины на одном конце системы и для объектов управления — на другом.

Информацию необходимо представлять в виде, удобном для потребителя. Поэтому в систему телемеханики включаются устройства не только для передачи информации, но и для распределения и представления ее в виде, удобном для восприятия оператором, или ввода в управляющую машину. Это относится и к устройствам сбора, предварительной обработки информации ТИ и ТС.

Диспетчерская электростанции

По виду обслуживаемых (контролируемых и управляемых) объектов телемеханические системы разделяются на системы для неподвижных и для подвижных объектов.

К первой группе относятся системы для стационарных промышленных установок, ко 2-й — для управления кораблями, локомотивами, кранами, самолетами, ракетами, а также танками, торпедами, управляемыми снарядами и др.

По расположению контролируемых и управляемых объектов различают системы для сосредоточенных и для рассредоточенных объектов.

В 1-м случае все обслуживаемые системой объекты размещаются в одном пункте. Во 2-м случае обслуживаемые системой объекты рассредоточиваются по одному или группами в ряде пунктов, которые подключены в различных точках к общей линии связи.

К телемеханическим системам с сосредоточенными объектами относятся, в частности, системы для отдельных электростанций и трансформаторных подстанций, насосных и компрессорных установок. Такие системы обслуживают один пункт.

К телемеханическим системам с рассредоточенными объектами относятся, например, системы для нефтяных промыслов. Здесь телемеханика обслуживает большое число (десятки, сотни) нефтяных скважин и других установок, распределенных на территории промысла и управляемых из одного пункта.

Шкаф телемеханики

Телемеханическая система для рассредоточенных объектов — разновидность систем телемеханики, в которой к общему каналу связи подключается несколько или большое число территориально рассредоточенных контролируемых пунктов, каждый из них может иметь один или несколько объектов ТУ, ТИ или ТС.

Количество рассредоточенных объектов и контролируемых пунктов в системах централизованного управления производств, процессами в промышленности, на транспорте и в сельском хозяйстве значительно больше, чем сосредоточенных объектов.

В таких системах управления сравнительно некрупные пункты рассредоточены вдоль линии (нефте- и газопроводы, ирригация, транспорт) или по площади (нефте- и газопромыслы, промышленные предприятия и т. п.). Все объекты участвуют в едином, взаимосвязанном производств, процессе.

Пример телемеханической системы с рассредоточенными объектами: Телеуправление в электрических сетях

Магистральный трубопроводный транспорт

Основные научные проблемы телемеханики:

  • эффективность;
  • достоверность передачи информации;
  • оптимизация структур;
  • технических средств.

Значение проблем телемеханики возрастает с увеличением количества объектов, объема передаваемой информации и протяженности каналов связи, которые достигают тысяч километров.

Проблема эффективности передачи информации в телемеханики заключается в экономном использовании каналов связи путем их уплотнения, т. е. в сокращении количества каналов и более рациональном их использовании.

Проблемы достоверности передачи — в устранении потерь информации при ее передаче из-за воздействия помех  и в обеспечении аппаратурной надежности.

Оптимизация структуры — в выборе схемы каналов связи и аппаратуры системы телемеханики, при которой обеспечиваются максимальную надежность и эффективность передачи информации.

Выбор производится на основе обобщенных критериев. Значение оптимизации структуры возрастает с усложнением системы и с переходом к сложным системам с рассредоточенными объектами и с многоступенчатым управлением.

Теоретическую базу телемеханики составляют: теория информации, теория помехоустойчивости, статистическая теория связи, теория кодирования, теория структур, теория надежности. Эти теории и их приложения развиваются и разрабатываются с учетом специфики телемеханики.

Наиболее сложные и комплексные проблемы возникают при синтезе больших систем управления на расстоянии, включая телеавтоматические системы. Для синтеза таких систем еще в большей степени необходим комплексный подход на основе обобщенных критериев, учитывающих условия передачи и оптимальную переработку информации. Это составляет проблему оптимального управления на расстоянии.

Для современной телемеханики характерно развитие методов и технических средств в самых разнообразных направлениях. Непрерывно расширяется количество областей применения телемеханических систем и объем внедрения в каждой из них.

На протяжении нескольких десятилетий объем внедряемых средств телемеханики возрастает примерно в 10 раз каждые 10 лет. Ниже приводятся сведения об областях применения телемеханики.

Телемеханика в энергетике

Устройства телемеханики используются в территориально разобщенных объектах на всех ступенях производства и распределения электроэнергии для управления: агрегатами (в пределах больших гидроэлектростанций), электроснабжением промышленных предприятий, электрическими станциями и подстанциями энергосистемы, энергосистемами.

Электростанция в Дрездене

Для энергетики характерно наличие нескольких ступеней управления, входящих в иерархическую систему с рядом пунктов управления различного ранга. Электрические станции и подстанции управляются с диспетчерского пункта энергосистемы, последние образуют объединенные энергосистемы.

В связи с этим на каждом пункте управления выполняются функции локального и централизованного характера.

К первым относится выработка управляющих воздействий для объектов, обслуживаемых данным пунктом, в результате переработки информации, поступающей с объектов и с др. пунктов управления.

Ко вторым — передача информации транзитом от нижестоящих к вышестоящим пунктам управления без обработки или с частичной обработкой информации, при этом осуществляется ретрансляция сигналов ТИ и ТС с нижестоящего пункта управления на вышестоящий.

Машинный зал электростанции

Большинство объектов энергосистемы относится к крупным, сосредоточенным. Они расположены на больших расстояниях, измеряемых сотнями, а иногда и тысячами километров.

Передача информации чаще всего осуществляется по ВЧ каналам связи по линиям электропередач.

Для контроля и управления электрическими станциями и подстанциями энергосистемы требуется сравнительно небольшое количество информации. На этой ступени применяются устройства ТУ—ТС с временным разделением сигналов, одноканальные устройства частотной и частотно-импульсной систем ТИ, работающие по выделенным каналам связи.

Для улучшения качества отпускаемой энергии, повышения надежности работы энергообъединений и уменьшения потерь требуется дальнейшее усложнение диспетчерского управления. Эти задачи можно решаются путем широкого внедрения вычислительной техники на различных ступенях управления.

Смотрите также: Системы телемеханики в энергетике и Диспетчерские пункты в системе электроснабжения

Телемеханика в нефтяной и газовой промышленности

Устройства телемеханики используются для централизованного контроля и управления нефтяными или газовыми скважинами, нефтесборными пунктами, компрессорными и другими установками на нефтяном или газовом промыслах.

Количество только нефтяных скважин, подлежащих телемеханизации, составляет многие десятки тысяч. Специфика технологических процессов добычи, первичной обработки и транспорта нефти и газа состоит в непрерывности и автоматичности этих процессов, не требующих при нормальном режиме вмешательства человека.

Нефтяная скважина

Средства телемеханики позволяют перейти с трехсменного обслуживания скважин и других объектов на односменное, с дежурством аварийной бригады в вечернюю и ночную смены.

С введением телемеханизации часто проводится укрупнение нефтепромысла. Централизованно управляются до 500 скважин, рассредоточенных на площади от несколько км2 до многих десятков км2. Количество ТУ, ТС и ТИ на каждой компрессорной станции, нефтесборном пункте и других установках достигает многих десятков.

Проводятся работы по объединению нефтепромыслов в производствах для поддержания оптимального режима нефтяного месторождения и объектов на промыслах.

Средства автоматики и телемеханики позволяют изменить и упростить технология, процессы на нефтепромыслах, что дает большой экономический эффект.

Магистральные трубопроводы

Устройства телемеханики используются для централизованного контроля и управления объектами газопроводов, нефтепроводов и продуктопроводов.

На магистральных трубопроводах организуют службы районных и центральных диспетчеров. К первым относят объекты ТУ, ТС и ТИ на отводах трубопровода, на байпасных линиях на переходах через реки и ж. д., объекты катодной защиты, насосных и компрессорных станций (краны, задвижки, компрессоры, насосы и т. п.).

Трубопровод для перекачки нефти

Участок районного диспетчера составляет 120 — 250 км, например между соседними насосными и компрессорными станциями. Функции ТУ (оперативного) выполняются центр, диспетчером только в том случае, если они не поручены районному диспетчеру.

Наблюдается тенденция к сокращению объектов ТУ с передачей этих функций устройствам местной автоматики, к переходу на централизованное управление без службы районного диспетчера или с сокращением ее функций.

Химическая промышленность, металлургия, машиностроение

На крупных промышленных комбинатах телемеханические устройства передают оперативную и производственно-статистическую информацию как для управления отдельными производствами (технологические цеха, энергохозяйство), так и для управления всем комбинатом.

При расстояниях между контролируемыми пунктами и пунктом управления 0,5 — 2 км средства телемеханики успешно конкурируют с системами дистанционной передачи и дают экономию за счет сокращения длины кабеля.

Химический завод

Для промышленных предприятий характерно наличие крупных сосредоточенных и рассредоточенных объектов. К первым относятся электроподстанции, компрессорные и насосные станции, технологические цеха, ко вторым — объекты, расположенные по одному или небольшими группами (задвижки газо-, водо-, пароснабжения и т. п.).

Непрерывная информация передается устройствами телеизмерительной системы интенсивности, время-импульсными или кодо-импульсными устройствами ТИ. Последние обычно входят в состав комплексных устройств ТУ—ТС—ТИ, передающих по каналу связи дискретную и непрерывную информации.

На промышленных предприятиях в основном используются кабельные линии связи.

Увеличение объема информации, поступающей на пункт управления, потребовало автоматизировать ее обработку. В связи с этим получили применение комплексные системы, обеспечивающие обработку информации для диспетчера (оператора).

Цех промышленного предприятия

Горная и угольная промышленность

В горнорудной и угольной промышленности телемеханические устройства используются для управления и контроля сосредоточенных объектов, расположенных в шахтах и на поверхности, для контроля подвижных рассредоточенных объектов на участках шахты, управления поточно-транспортными системами. Последние две задачи наиболее специфичны для горнорудной и угольной промышленности.

В подземных выработках, где, например, имеются устройства для телесчета вагонеток, передача сигналов телемеханики осуществляется по силовым линиям 380 В — 10 кВ по занятым линиям телефонной связи, а также по комбинированным каналам: от передвижного объекта до понижающей подстанции — силовая низковольтная сеть, далее до диспетчерского пункта — свободная или занятая пара проводов в телефонном кабеле. Применяются временные и частотные системы ТУ — ТС.

Вагонетки в угольной шахте

Искажение графика работы поточно-транспортной системы нарушает технологический цикл, поэтому телемеханические устройства должны иметь повышенную надежность. Между диспетчерским пунктом, местными пунктами управления и контролируемыми пунктами в этом случае используются кабельные линии связи.

Железнодорожный транспорт

Устройства железнодорожной автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте предназначены для обеспечения безопасного следования поездов и осуществления срочности их движения. Эти две цели обычно достигаются одновременно при помощи таких устройств. Повреждение их нарушает как безопасность, так и срочность движения.

Основными требованиями, предъявляемыми к устройствам автоматики и телемеханики в данном случае являются соответствие устройств условиям эксплуатации — интенсивности и скоростям движения — и высокая надежность их работы.

Автоматизация железнодорожного транспорта

Устройства телемеханики используются для управления энергоснабжением электрифицированных дорог и для диспетчерской централизации (управление стрелками и сигналами) в пределах участка (диспетчерского круга) или станции.

При управлении энергоснабжением железных дорог есть две самостоятельные задачи: управление тяговыми подстанциями, постами секционирования и управление разъединителями контактной сети. При этом управление осуществляется в пределах диспетчерского круга протяженностью 120 — 200 км, вдоль которого располагаются 15 — 25 контролируемых пунктов (тяговых подстанций, постов секционирования, станций с разъединителями контактной сети).

ТУ разъединителями контактной сети позволяет проводить ремонтные работы, не нарушая графика движения поездов. ТУ разъединителями, располагаемыми небольшими группами вдоль железной дороги выполняется специальным устройством ТУ — ТС.

Подробнее: Железнодорожная автоматика и телемеханика

Оросительные системы

Устройства телемеханики служат для централизованного контроля и управления получением и распределением воды.

Насосная оросительная станция

Это — один из крупных потребителей средств телемеханики. Они используются для управления системами самотечного орошения, магистральными каналами и водозаборными скважинами (в т. ч. водяными затворами, щитами, задвижками, насосами, ТИ уровня и расхода воды и т. п.). Протяженность телеуправляемой оросительной системы — до 100 км.

SCADA-системы в телемеханике

SCADA (аббр. от англ. supervisory control and data acquisition, диспетчерское управление и сбор данных) — программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления.

SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать операторский контроль за технологическими процессами в реальном времени.

Подробнее смотрите здесь: SCADA-системы в электроустановках