Sistemes telemecànics, aplicacions de la telemecànica
La telemecànica és un camp de la ciència i la tecnologia que engloba la teoria i els mitjans tècnics per transmetre automàticament ordres de control i informació sobre l'estat dels objectes a distància.
El terme «telemecànica» va ser proposat l'any 1905 pel científic francès E. Branly per al camp de la ciència i la tecnologia per al control remot de mecanismes i màquines.
La telemecànica permet coordinar el treball d'unitats, màquines, instal·lacions separades espacialment i, juntament amb els canals de comunicació, les connecta en un únic sistema de control a distància de les instal·lacions de producció o altres processos.
Els mitjans de telemecànica, juntament amb els mitjans d'automatització, permeten el control remot de màquines i instal·lacions sense personal de servei a les instal·lacions locals i les combinen en complexos únics de producció amb control centralitzat (sistemes d'energia, transport ferroviari, aeri i hídric, jaciments de petroli, oleoductes d'autopistes). , grans fàbriques, pedreres, etc. mines, sistemes de reg, serveis municipals, etc.).
Sistema telemecànic — Conjunt de dispositius telemecànics i canals de comunicació dissenyats per a la transmissió automàtica d'informació de control a distància.
La classificació dels sistemes telemecànics es realitza segons les principals característiques que caracteritzen les seves propietats. Inclouen:
- la naturalesa dels missatges transmesos;
- funcions realitzades;
- tipus i ubicació dels objectes de gestió i control;
- configuració;
- estructura;
- tipus de línies de comunicació;
- maneres d'utilitzar-los per transmetre un senyal.
Segons les funcions realitzades, els sistemes telemecànics es divideixen en sistemes:
- control remot;
- senyals de televisió;
- telemetria;
- teleregulació.
En sistemes de control remot (RCS) un gran nombre d'ordres elementals com "on", "off" ("sí", "no"), destinades a diversos objectes (receptors d'informació), sovint es transmeten des del punt de control.
En sistemes de telesenyalització (TS) El centre de control rep els mateixos senyals elementals sobre l'estat dels objectes, com ara «sí», «no». En telemetria i teleregulació (TI i TP) es transmet el valor del paràmetre mesurat (controlat).
Els sistemes TC s'utilitzen per transmetre ordres discretes o contínues per controlar objectes. Aquest últim tipus inclou ordres de control transmeses per canviar sense problemes el paràmetre controlat. Els sistemes TC destinats a la transmissió d'ordres de control de vegades es distingeixen en un grup de classificació independent dels sistemes TR.
Els sistemes TS s'utilitzen per transmetre missatges discrets sobre l'estat dels objectes monitoritzats (per exemple, per encendre o apagar l'equip, assolir els valors límit d'un paràmetre, produir una condició d'emergència, etc.).
Els sistemes TI s'utilitzen per transmetre valors controlats en continu. Els sistemes TS i TI es combinen en un grup de sistemes de control remot (TC).
En una sèrie de casos, s'utilitzen sistemes telemecànics combinats o complexos, realitzant simultàniament les funcions de TU, TS i TI.
Segons el mètode de transmissió dels missatges, els sistemes telemecànics es divideixen en un sol canal i multicanal. La majoria dels sistemes són multicanal i transmeten senyals per un canal de comunicació comú cap a o des de moltes instal·lacions de TC. Formen un gran nombre de subcanals d'objectes.
El nombre total de senyals diferents TU, TS, TI i TR en un sistema telemecànic en transport ferroviari, camps de petroli i oleoductes ja arriba a milers, i el nombre d'elements d'equip - moltes desenes de milers.
La informació de control que els sistemes telemecànics transmeten a distància està destinada a l'operador o ordinador de control en un extrem del sistema i els objectes de control a l'altre.
La informació s'ha de presentar en un format fàcil d'utilitzar. Per tant, el sistema telemecànic inclou dispositius no només per a la transmissió d'informació, sinó també per a la distribució i presentació en una forma convenient per a la percepció per part de l'operador o l'entrada en una màquina de control. Això també s'aplica als dispositius d'adquisició i preprocessament de dades TI i TS.
Segons el tipus d'objectes amb servei (vigilats i controlats), els sistemes telemecànics es divideixen en sistemes per a objectes estacionaris i en moviment.
El primer grup inclou sistemes per a instal·lacions industrials estacionàries, el segon: per al control de vaixells, locomotores, grues, avions, míssils, així com tancs, torpedes, míssils guiats, etc.
Segons la ubicació dels objectes controlats i controlats, es distingeixen els sistemes d'objectes unificats i dispersos.
En el primer cas, tots els objectes servits pel sistema es troben en un punt. En el segon cas, els objectes servits pel sistema es dispersen un a un o en grups en una sèrie de punts connectats en diferents punts a una línia de comunicació comuna.
Els sistemes telemecànics amb objectes unificats inclouen, en particular, sistemes per a centrals elèctriques individuals i subestacions transformadores, instal·lacions de bombes i compressors. Aquests sistemes serveixen per a un sol punt.
Els sistemes telemecànics distribuïts inclouen, per exemple, els sistemes de camps petroliers. Aquí, la telemecànica dóna servei a un gran nombre (desenes, centenars) de pous de petroli i altres instal·lacions distribuïdes al camp i controlades des d'un punt.
Sistema telemecànic per a llocs dispersos — Un tipus de sistemes telemecànics en què diversos o un gran nombre de punts controlats dispersos geogràficament estan connectats a un canal de comunicació comú, cadascun dels quals pot tenir un o més control tècnic, informació tècnica o objectes del vehicle.
El nombre d'objectes dispersos i punts controlats en sistemes de control centralitzat de la producció, processos a la indústria, transport i agricultura és molt superior al nombre d'objectes concentrats.
En aquests sistemes de control, es troben punts relativament petits dispersos al llarg de la línia (oleoductes, reg, transport) o per la zona (jaciments de petroli i gas, plantes industrials, etc.). Tots els llocs participen en un únic procés de producció interconnectat.
Un exemple de sistema telemecànic amb objectes distribuïts: Control remot en xarxes elèctriques
Els principals problemes científics de la telemecànica:
- eficiència;
- fiabilitat de la transmissió de la informació;
- optimització d'estructures;
- recursos tècnics.
La importància dels problemes telemecànics augmenta amb l'augment del nombre d'objectes, el volum d'informació transmesa i la longitud dels canals de comunicació, que arriben als milers de quilòmetres.
El problema de l'eficàcia de la transmissió d'informació en telemecànica rau en l'ús econòmic dels canals de comunicació mitjançant la seva compactació, és a dir, en la reducció del nombre de canals i el seu ús més racional.
Els problemes de fiabilitat de la transmissió consisteixen a eliminar la pèrdua d'informació durant la transmissió a causa dels efectes de la interferència i a garantir la fiabilitat del maquinari.
Optimització de l'estructura — en la selecció de l'esquema de canals de comunicació i l'equipament del sistema telemecànic, que garanteix la màxima fiabilitat i eficiència de la transmissió de la informació.
La selecció es basa en criteris agregats. La importància de l'optimització de l'estructura augmenta amb la complexitat del sistema i amb la transició a sistemes complexos amb objectes distribuïts i control multinivell.
La base teòrica de la telemecànica consisteix en: teoria de la informació, teoria de la protecció contra el soroll, teoria de la comunicació estadística, teoria de la codificació, teoria de l'estructura, teoria de la fiabilitat. Aquestes teories i les seves aplicacions es desenvolupen i desenvolupen tenint en compte les especificitats de la telemecànica.
Els problemes més complexos i complexos sorgeixen en la síntesi de grans sistemes de control remot, inclosos els sistemes de teleautomatització. Per a la síntesi d'aquests sistemes, encara és més necessari un enfocament integrat basat en criteris generalitzats, tenint en compte les condicions de transmissió i tractament òptim de la informació. Això presenta un problema per a un control remot òptim.
La telemecànica moderna es caracteritza pel desenvolupament de mètodes i mitjans tècnics en una gran varietat d'direccions. El nombre de camps d'aplicació dels sistemes telemecànics i el volum d'implantació en cadascun d'ells estan en constant expansió.
Durant diverses dècades, el volum de telemecànica introduïda ha augmentat aproximadament 10 vegades cada 10 anys. A continuació es mostra informació sobre les àrees d'aplicació de la telemecànica.
Telemecànica en energia
Els dispositius de telemecànica s'utilitzen en instal·lacions separades geogràficament en totes les etapes de producció i distribució d'electricitat per al control: unitats (dins de grans centrals hidroelèctriques), subministrament d'energia d'empreses industrials, centrals elèctriques i subestacions del sistema elèctric, sistemes elèctrics.
L'electricitat es caracteritza per la presència de diversos nivells de control inclosos en un sistema jeràrquic amb una sèrie de punts de control de diferents rangs.Les centrals i subestacions elèctriques són gestionades pel punt d'expedició del sistema elèctric, i aquests últims formen sistemes elèctrics interconnectats.
En aquest sentit, a cada punt de control es duen a terme funcions locals i centralitzades.
La primera implica el desenvolupament d'accions de control dels objectes servits per aquest punt, com a resultat del processament d'informació procedent d'objectes i d'altres punts de control.
Al segon, la transferència d'informació de trànsit des d'un nivell inferior a punts de control d'un nivell superior sense processament o amb processament parcial de la informació, mentre que la transmissió de senyals de TI i vehicles des del punt de control d'un nivell inferior a un nivell superior, el es realitza el primer nivell.
La majoria dels llocs del sistema elèctric són grans i concentrats. Es troben a grans distàncies, mesurades en centenars i de vegades en milers de quilòmetres.
Molt sovint la informació es transfereix mitjançant canals de comunicació HF a través de línies elèctriques.
Es necessita relativament poca informació per supervisar i controlar les centrals elèctriques i les subestacions del sistema elèctric. En aquesta etapa, s'utilitzen dispositius TU-TS amb divisió de temps de senyals, dispositius d'un sol canal de freqüència i sistemes TI de freqüència de pols que funcionen a través de canals de comunicació especials.
Per millorar la qualitat de l'energia subministrada, augmentar la fiabilitat de l'operació de les xarxes de transmissió d'energia i reduir les pèrdues, és necessària una complexitat addicional del control de l'enviament. Aquestes tasques es poden resoldre amb la introducció generalitzada de la tecnologia informàtica en les diferents etapes de la gestió.
Vegeu també: Sistemes telemecànics en energia i Punts d'expedició en el sistema d'alimentació
Telemecànica a la indústria del petroli i el gas
Els dispositius de control remot s'utilitzen per al control i gestió centralitzada de pous de petroli o gas, punts de recollida de petroli, compressors i altres instal·lacions en jaciments de petroli o gas.
Només el nombre de pous de petroli telemecanitzats és de moltes desenes de milers. L'especificitat dels processos tecnològics de producció, processament primari i transport de petroli i gas consisteix en la continuïtat i l'automaticitat d'aquests processos, que no requereixen la intervenció humana en condicions normals.
Les eines de telemecànica permeten passar del servei de tres torns de pous i altres emplaçaments a un sol torn, amb un equip d'emergències de servei als torns de vespre i de nit.
Amb la introducció de la telemecanització, sovint es fa l'ampliació del camp petrolier. Fins a 500 pous estan controlats de manera centralitzada, repartits per una àrea de diversos quilòmetres2 fins a moltes desenes de km2... El nombre de TU, TS i TI a cada estació de compressió, estació de recollida d'oli i altres instal·lacions arriba a moltes desenes.
Actualment s'està treballant per combinar jaciments petrolífers en producció per mantenir les condicions òptimes de les instal·lacions del camp petrolier.
Els mitjans d'automatització i telemecànica permeten canviar i simplificar tecnologies, processos en jaciments petroliers, la qual cosa dóna un gran efecte econòmic.
Principals canonades
Els dispositius de telemecànica s'utilitzen per al control i la gestió centralitzats de gasoductes, oleoductes i oleoductes de productes.
Els serveis dels despatxadors regionals i centrals s'organitzen al llarg dels conductes principals.El primer inclou objectes d'especificacions tècniques, equipaments tècnics i informació tècnica en ramals de canonades, en línies de derivació d'encreuament de rius i vies de ferrocarril. etc., objectes de protecció catòdica, estacions de bombeig i compressors (aixetes, vàlvules, compressors, bombes, etc.).
L'àrea del despatxador regional és de 120 a 250 km, per exemple entre les estacions de bombeig i compressors veïnes. Les funcions de la TU (operatives) les realitza el centre, el despatxador només si no estan encomanades al despatxador de districte.
Es tendeix a reduir les instal·lacions de control tècnic amb el traspàs d'aquestes funcions als dispositius d'automatització local, a una transició a la gestió centralitzada sense el servei del despatxador del districte o a reduir les seves funcions.
La indústria química, la metal·lúrgia, l'enginyeria
A les grans empreses industrials, els dispositius telemecànics transmeten informació operativa i estadística de producció tant per a la gestió de les indústries individuals (tallers tecnològics, instal·lacions energètiques) com per a la gestió de tota la planta.
Amb les distàncies entre els punts controlats i el punt de control de 0,5 - 2 km, la telemecànica competeix amb èxit amb els sistemes de transmissió remota i proporciona estalvis gràcies a la reducció de la longitud del cable.
Les empreses industrials es caracteritzen per la presència de grans objectes concentrats i dispersos. Les primeres inclouen subestacions elèctriques, estacions de compressor i bombament, tallers tecnològics, la segona — objectes situats un a un o en petits grups (vàlvules per subministrar gas, aigua, vapor, etc.).
La informació contínua es transmet mitjançant dispositius del sistema de telemetria d'intensitat, dispositius TI amb polsos de temps o polsos de codi. Aquests últims solen incloure's en dispositius complexos TU-TS-TI, transmetent informació discreta i contínua a través d'un canal de comunicació.
Les línies de comunicació per cable s'utilitzen principalment a les empreses industrials.
L'augment de la quantitat d'informació que entrava al centre de control va requerir l'automatització del seu tractament. En aquest sentit, s'utilitzen sistemes complexos que proporcionen el tractament de la informació al despatxador (operador).
Mineria i indústria del carbó
En la indústria de la mineria i la mineria del carbó, els dispositius telemecànics s'utilitzen per controlar i monitoritzar objectes concentrats situats a les mines i a la superfície, per controlar objectes dispersos mòbils a les zones mineres, per controlar sistemes de transport de flux.Les dues últimes tasques són més específiques per a la indústria minera i de l'extracció del carbó.
A les obres subterrànies, on, per exemple, hi ha dispositius per a carretons de telecomunicació, els senyals telemecànics es transmeten per línies elèctriques de 380 V — 10 kV a través de línies telefòniques ocupades, així com per canals combinats: des d'un objecte mòbil fins a una subestació de baixada — un xarxa elèctrica de baixa tensió, després a la sala de control: un parell de cables lliure o ocupat en un cable telefònic. S'utilitzen sistemes de temps i freqüència TU — TS.
La distorsió de l'horari de treball del sistema de flux-transport altera el cicle tecnològic, per això els dispositius telemecànics han de tenir una major fiabilitat.En aquest cas, s'utilitzen línies de comunicació per cable entre el centre de despatx, els punts de control locals i els punts controlats.
Transport ferroviari
Compto amb sistemes d'automatització ferroviària i telemecànica en el transport ferroviari dissenyats per garantir la circulació segura dels trens i la urgència del seu moviment. Aquests dos objectius solen aconseguir-se simultàniament amb aquests dispositius. Els seus danys afecten tant la seguretat com la urgència del moviment.
Els principals requisits per als dispositius d'automatització i telemecànica en aquest cas són el compliment dels dispositius amb les condicions de funcionament —intensitat i velocitat de moviment— i l'alta fiabilitat del seu funcionament.
Els dispositius de telemecànica s'utilitzen per controlar el subministrament de carreteres electrificades i per centralitzar l'enviament (control d'interruptors i senyals) dins d'un lloc (circuit de control) o estació.
En la gestió de l'energia del ferrocarril hi ha dues tasques independents: el control de les subestacions de tracció, els pals de secció i el control dels seccionadors aèries. Al mateix temps, el control es realitza dins d'un cercle d'expedició amb una longitud de 120-200 km, al llarg del qual es troben 15-25 punts controlats (subestacions de tracció, pals de secció, estacions amb seccionadors d'aire).
Una TU amb seccionadors de catenària permet fer tasques de reparació sense alterar els horaris dels trens. Els seccionadors TU, situats en petits grups al llarg del ferrocarril, es realitzen mitjançant un dispositiu especial TU — TS.
Més informació: Automatització i telemecànica ferroviària
Sistemes de reg
Els dispositius de control remot s'utilitzen per al control i la gestió centralitzats de la presa i distribució d'aigua.
És un dels majors usuaris de telemecànica. S'utilitzen per controlar sistemes de reg per gravetat, canals principals i pous receptors d'aigua (incloses les portes d'aigua, escuts, vàlvules, bombes, nivell d'aigua i cabal TI, etc.). La longitud del sistema de reg amb control remot és de fins a 100 km.
Sistemes SCADA en telemecànica
SCADA (abreviatura de control de supervisió i adquisició de dades) és un paquet de programari dissenyat per desenvolupar o proporcionar un funcionament en temps real de sistemes per recopilar, processar, mostrar i arxivar informació sobre un objecte de monitorització o control.
Els sistemes SCADA s'utilitzen en tots els sectors de l'economia, on és necessari oferir un control de l'operador sobre els processos tecnològics en temps real.
Vegeu aquí per a més detalls: Sistemes SCADA en instal·lacions elèctriques