Telemechanische Systeme, Anwendungen der Telemechanik
Telemechanik ist ein Bereich der Wissenschaft und Technologie, der die Theorie und technischen Mittel zur automatischen Übertragung von Steuerbefehlen und Informationen über den Status von Objekten in einer Entfernung umfasst.
Der Begriff „Telemechanik“ wurde 1905 vom französischen Wissenschaftler E. Branly für das Gebiet der Wissenschaft und Technologie zur Fernsteuerung von Mechanismen und Maschinen vorgeschlagen.
Die Telemechanik ermöglicht es, die Arbeit räumlich getrennter Einheiten, Maschinen, Anlagen zu koordinieren und sie zusammen mit Kommunikationskanälen in einem einzigen Steuerungssystem fernab von Produktionsanlagen oder anderen Prozessen zu verbinden.
Telemechanik bedeutet zusammen mit Mitteln der Automatisierung die Fernsteuerung von Maschinen und Anlagen ohne diensthabendes Personal in lokalen Anlagen und deren Zusammenführung zu einzelnen Produktionskomplexen mit zentraler Steuerung (Energiesysteme, Schienen-, Luft- und Wassertransport, Ölfelder, Autobahnpipelines). , große Fabriken, Steinbrüche usw. Minen, Bewässerungssysteme, Stadtwerke usw.).
Telemechanisches System — eine Reihe telemechanischer Geräte und Kommunikationskanäle zur automatischen Übertragung von Steuerinformationen aus der Ferne.
Die Klassifizierung telemechanischer Systeme erfolgt nach den Hauptmerkmalen, die ihre Eigenschaften charakterisieren. Sie beinhalten:
- die Art der übermittelten Nachrichten;
- ausgeführte Funktionen;
- Art und Lage der Verwaltungs- und Kontrollobjekte;
- Aufbau;
- Struktur;
- Arten von Kommunikationsleitungen;
- Möglichkeiten, sie zur Übertragung eines Signals zu nutzen.
Nach den ausgeführten Funktionen werden telemechanische Systeme in Systeme unterteilt:
- Fernbedienung;
- Fernsehsignale;
- Telemetrie;
- Teleregulierung.
In Fernsteuerungssystemen (RCS) Vom Kontrollpunkt aus werden häufig eine Vielzahl elementarer Befehle wie „Ein“, „Aus“ („Ja“, „Nein“) übermittelt, die für verschiedene Objekte (Informationsempfänger) bestimmt sind.
In Fernmeldeanlagen (TS) Die Zentrale erhält die gleichen elementaren Signale über den Zustand von Objekten, wie zum Beispiel „Ja“, „Nein“. In der Telemetrie und Teleregulierung (TI und TP) der Wert des gemessenen (geregelten) Parameters wird übertragen.
TK-Systeme dienen der Übertragung diskreter oder kontinuierlicher Befehle an Steuerungsobjekte. Der letztere Typ umfasst Steuerbefehle, die zur sanften Änderung des gesteuerten Parameters übertragen werden. TC-Systeme zur Übertragung von Steuerbefehlen werden teilweise in einer eigenständigen Klassifizierungsgruppe von TR-Systemen unterschieden.
TS-Systeme dienen der Übertragung diskreter Meldungen über den Status überwachter Objekte (z. B. zum Ein- oder Ausschalten von Geräten, zum Erreichen der Grenzwerte eines Parameters, zum Eintreten eines Notfallzustands usw.).
TI-Systeme dienen der Übertragung kontinuierlicher Regelwerte. TS- und TI-Systeme werden zu einer Gruppe von Fernwirksystemen (TC) zusammengefasst.
In einer Reihe von Fällen kommen kombinierte oder komplexe telemechanische Systeme zum Einsatz, die gleichzeitig die Funktionen von TU, TS und TI übernehmen.
Je nach Art der Nachrichtenübertragung werden telemechanische Systeme in Einkanal- und Mehrkanalsysteme unterteilt. Die meisten Systeme sind mehrkanalig und übertragen Signale über einen gemeinsamen Kommunikationskanal zu oder von vielen TK-Einrichtungen. Sie bilden eine Vielzahl von Objektunterkanälen.
Die Gesamtzahl der verschiedenen Signale TU, TS, TI und TR in einem telemechanischen System im Schienenverkehr, in Ölfeldern und Pipelines erreicht bereits Tausende und die Zahl der Ausrüstungselemente mehrere Zehntausende.
Die Steuerinformationen, die telemechanische Systeme aus der Ferne übertragen, sind für den Bediener oder Steuercomputer an einem Ende des Systems und die Steuerobjekte am anderen Ende bestimmt.
Die Informationen müssen in benutzerfreundlicher Form dargestellt werden. Daher umfasst das telemechanische System nicht nur Geräte zur Übertragung von Informationen, sondern auch zur Verteilung und Präsentation in einer Form, die für die Wahrnehmung durch den Bediener oder die Eingabe in eine Steuermaschine geeignet ist. Dies gilt auch für TI- und TS-Datenerfassungs- und -vorverarbeitungsgeräte.
Telemechanische Systeme werden je nach Art der bedienten (überwachten und gesteuerten) Objekte in Systeme für stationäre und bewegliche Objekte unterteilt.
Die erste Gruppe umfasst Systeme für stationäre Industrieanlagen, die zweite für die Steuerung von Schiffen, Lokomotiven, Kränen, Flugzeugen, Raketen sowie Panzern, Torpedos, Lenkflugkörpern usw.
Je nach Standort kontrollierter und kontrollierter Objekte werden einheitliche und verteilte Objektsysteme unterschieden.
Im ersten Fall befinden sich alle vom System bedienten Objekte an einem Punkt. Im zweiten Fall sind die vom System bedienten Objekte einzeln oder in Gruppen an mehreren Punkten verstreut, die an verschiedenen Punkten mit einer gemeinsamen Kommunikationsleitung verbunden sind.
Zu den telemechanischen Systemen mit einheitlichen Objekten zählen insbesondere Systeme für einzelne Kraftwerke und Umspannwerke, Pumpen- und Kompressoranlagen. Solche Systeme bedienen einen einzigen Punkt.
Zu den verteilten telemechanischen Systemen zählen beispielsweise Ölfeldsysteme. Hier bedient die Telemechanik eine große Anzahl (Dutzende, Hunderte) von Ölquellen und anderen Anlagen, die im Feld verteilt sind und von einem Punkt aus gesteuert werden.
Telemechanisches System für verteilte Standorte — eine Art telemechanischer Systeme, bei denen mehrere oder eine große Anzahl geografisch verteilter Kontrollpunkte mit einem gemeinsamen Kommunikationskanal verbunden sind, von denen jeder über eine oder mehrere technische Steuerungs-, technische Informations- oder Fahrzeugobjekte verfügen kann.
Die Zahl der verteilten Objekte und Kontrollpunkte in Systemen zur zentralen Steuerung von Produktion, Prozessen in Industrie, Verkehr und Landwirtschaft ist viel größer als die Zahl der konzentrierten Objekte.
In solchen Kontrollsystemen sind relativ kleine Punkte entlang der Linie (Öl- und Gaspipelines, Bewässerung, Transport) oder über das Gebiet (Öl- und Gasfelder, Industrieanlagen usw.) verstreut. Alle Standorte sind an einem einzigen, vernetzten Produktionsprozess beteiligt.
Ein Beispiel für ein telemechanisches System mit verteilten Objekten: Fernbedienung in elektrischen Netzwerken
Die wichtigsten wissenschaftlichen Probleme der Telemechanik:
- Effizienz;
- Zuverlässigkeit der Informationsübertragung;
- Optimierung von Strukturen;
- technische Ressourcen.
Die Bedeutung telemechanischer Probleme nimmt mit der Zunahme der Anzahl der Objekte, der Menge der übertragenen Informationen und der Länge der Kommunikationskanäle, die Tausende von Kilometern erreichen, zu.
Das Problem der Effektivität der Informationsübertragung in der Telemechanik liegt in der sparsamen Nutzung von Kommunikationskanälen durch deren Verdichtung, also in der Reduzierung der Anzahl der Kanäle und ihrer rationelleren Nutzung.
Probleme bei der Übertragungszuverlässigkeit bestehen darin, den Verlust von Informationen während der Übertragung aufgrund der Auswirkungen von Interferenzen zu verhindern und die Zuverlässigkeit der Hardware sicherzustellen.
Optimierung der Struktur – bei der Auswahl des Schemas der Kommunikationskanäle und der Ausrüstung des telemechanischen Systems, das maximale Zuverlässigkeit und Effizienz der Informationsübertragung gewährleistet.
Die Auswahl erfolgt nach aggregierten Kriterien. Die Bedeutung der Strukturoptimierung nimmt mit der Systemkomplexität und dem Übergang zu komplexen Systemen mit verteilten Objekten und mehrstufiger Steuerung zu.
Die theoretischen Grundlagen der Telemechanik bestehen aus: Informationstheorie, Lärmschutztheorie, statistischer Kommunikationstheorie, Kodierungstheorie, Strukturtheorie, Zuverlässigkeitstheorie. Diese Theorien und ihre Anwendungen werden unter Berücksichtigung der Besonderheiten der Telemechanik entwickelt und weiterentwickelt.
Die komplexesten und komplexesten Probleme treten bei der Synthese großer Fernsteuerungssysteme, einschließlich Teleautomatisierungssystemen, auf. Für die Synthese solcher Systeme ist ein integrierter Ansatz auf der Grundlage verallgemeinerter Kriterien unter Berücksichtigung der Übertragungsbedingungen und der optimalen Informationsverarbeitung umso notwendiger. Dies stellt ein Problem für eine optimale Fernbedienung dar.
Die moderne Telemechanik zeichnet sich durch die Entwicklung von Methoden und technischen Mitteln in unterschiedlichsten Richtungen aus. Die Zahl der Einsatzgebiete telemechanischer Systeme und der Umfang der jeweiligen Umsetzung nehmen stetig zu.
Seit mehreren Jahrzehnten hat sich das Volumen der eingeführten Telemechanik alle 10 Jahre etwa verzehnfacht. Nachfolgend finden Sie Informationen zu den Einsatzgebieten der Telemechanik.
Telemechanik in der Energie
Telemechanische Geräte werden in geografisch getrennten Anlagen auf allen Stufen der Stromerzeugung und -verteilung zur Steuerung eingesetzt: Einheiten (innerhalb großer Wasserkraftwerke), Stromversorgung von Industrieunternehmen, Kraftwerke und Umspannwerke des Stromnetzes, Stromsysteme.
Elektrizität zeichnet sich durch das Vorhandensein mehrerer Kontrollebenen aus, die in einem hierarchischen System mit einer Reihe von Kontrollpunkten unterschiedlichen Rangs enthalten sind.Kraftwerke und Umspannwerke werden vom Dispatchpunkt des Stromnetzes verwaltet und bilden Verbundstromsysteme.
Dabei werden an jedem Kontrollpunkt lokale und zentrale Funktionen wahrgenommen.
Die erste umfasst die Entwicklung von Kontrollaktionen für Objekte, die von diesem Punkt bedient werden, als Ergebnis der Verarbeitung von Informationen, die von Objekten und von anderen Kontrollpunkten stammen.
Zum zweiten - die Übertragung von Transitinformationen von einer niedrigeren Ebene zu Kontrollpunkten einer höheren Ebene ohne Verarbeitung oder mit teilweiser Verarbeitung von Informationen, während die Übertragung von TI- und Fahrzeugsignalen von einem Kontrollpunkt einer niedrigeren Ebene zu einer höheren Ebene erfolgt erste Ebene wird durchgeführt.
Die meisten Energieversorgungsstandorte sind groß und konzentriert. Sie befinden sich in großen Entfernungen, gemessen in Hunderten und manchmal Tausenden von Kilometern.
Am häufigsten werden Informationen übertragen über HF-Kommunikationskanäle über Stromleitungen.
Für die Überwachung und Steuerung von Kraftwerken und Umspannwerken im Energiesystem sind relativ wenige Informationen erforderlich. In dieser Phase werden TU-TS-Geräte mit Zeitteilung von Signalen, einkanalige Geräte mit Frequenz- und Pulsfrequenz-TI-Systemen verwendet, die über spezielle Kommunikationskanäle arbeiten.
Um die Qualität der gelieferten Energie zu verbessern, die Zuverlässigkeit des Betriebs von Stromübertragungsnetzen zu erhöhen und Verluste zu reduzieren, ist eine zusätzliche Komplexität der Dispatchsteuerung erforderlich. Diese Aufgaben können durch die flächendeckende Einführung von Computertechnologie in verschiedenen Managementstufen gelöst werden.
Siehe auch: Telemechanische Systeme in der Energie Und Abgabestellen im Stromversorgungssystem
Telemechanik in der Öl- und Gasindustrie
Fernbedienungsgeräte werden zur zentralen Steuerung und Verwaltung von Öl- oder Gasquellen, Ölsammelstellen, Kompressoren und anderen Anlagen in Öl- oder Gasfeldern verwendet.
Allein die Zahl der telemechanisierten Ölquellen beträgt viele Zehntausende. Die Besonderheit technologischer Prozesse zur Förderung, Primärverarbeitung und zum Transport von Öl und Gas besteht in der Kontinuität und Automatik dieser Prozesse, die unter normalen Bedingungen kein menschliches Eingreifen erfordern.
Mithilfe von Telemechanik-Tools können Sie von der Drei-Schicht-Betreuung von Brunnen und anderen Standorten auf eine Ein-Schicht-Betreuung umstellen, bei der in den Abend- und Nachtschichten ein Notfallteam im Einsatz ist.
Mit der Einführung der Telemechanisierung erfolgt häufig eine Vergrößerung von Ölfeldern. Bis zu 500 Brunnen werden zentral gesteuert, verstreut über eine Fläche von mehreren Kilometern2 bis vielen Dutzend km2... Die Anzahl der TU, TS und TI an jeder Kompressorstation, Ölsammelstation und anderen Anlagen erreicht viele Dutzende.
Derzeit wird daran gearbeitet, Ölfelder in die Produktion zu integrieren, um optimale Bedingungen für Ölfelder und Feldanlagen aufrechtzuerhalten.
Die Mittel der Automatisierung und Telemechanik ermöglichen die Änderung und Vereinfachung von Technologien und Prozessen in Ölfeldern, was einen großen wirtschaftlichen Effekt hat.
Hauptleitungen
Telemechanische Geräte werden zur zentralen Steuerung und Verwaltung von Gaspipelines, Ölpipelines und Produktpipelines eingesetzt.
Entlang der Hauptleitungen sind die Dienste regionaler und zentraler Dispatcher organisiert.Die erste umfasst Objekte technischer Spezifikationen, technischer Ausrüstung und technischer Informationen in Rohrleitungszweigen, auf Umgehungsstrecken von Flussübergängen und Eisenbahnen. usw., Objekte des kathodischen Schutzes, Pump- und Kompressorstationen (Hähne, Ventile, Kompressoren, Pumpen usw.).
Das Gebiet des regionalen Dispatchers beträgt 120 – 250 km, beispielsweise zwischen benachbarten Pump- und Kompressorstationen. TU-Funktionen (operativ) werden von der Zentrale, vom Dispatcher nur dann wahrgenommen, wenn sie nicht dem Bezirksdisponenten anvertraut werden.
Es besteht die Tendenz, technische Steuerungseinrichtungen mit der Übertragung dieser Funktionen auf lokale Automatisierungsgeräte zu reduzieren, auf eine zentrale Verwaltung ohne die Dienste des Bezirksdisponenten umzusteigen oder seine Funktionen zu reduzieren.
Die chemische Industrie, Metallurgie, Maschinenbau
In großen Industrieunternehmen übermitteln telemechanische Geräte betriebliche und produktionsstatistische Informationen sowohl für die Verwaltung einzelner Industriezweige (technologische Werkstätten, Energieanlagen) als auch für die Verwaltung der Gesamtanlage.
Mit Entfernungen zwischen Kontrollpunkten und Kontrollpunkt von 0,5 - 2 km konkurriert die Telemechanik erfolgreich mit Fernübertragungssystemen und ermöglicht Einsparungen durch eine Reduzierung der Kabellänge.
Industrieunternehmen zeichnen sich durch das Vorhandensein großer, konzentrierter und verstreuter Objekte aus. Zu den ersten gehören Umspannwerke, Kompressor- und Pumpstationen, technologische Werkstätten, zu den zweiten Objekten, die einzeln oder in kleinen Gruppen angeordnet sind (Ventile für die Gas-, Wasser-, Dampfversorgung usw.).
Kontinuierliche Informationen werden von Intensitätstelemetriesystemgeräten, TI-Geräten mit Zeitimpulsen oder Codeimpulsen übertragen. Letztere sind normalerweise in komplexen TU-TS-TI-Geräten enthalten und übertragen diskrete und kontinuierliche Informationen über einen Kommunikationskanal.
Kabelkommunikationsleitungen werden hauptsächlich in Industrieunternehmen eingesetzt.
Die zunehmende Menge an Informationen, die in das Kontrollzentrum gelangen, erforderte eine Automatisierung ihrer Verarbeitung. Dabei kommen komplexe Systeme zum Einsatz, die die Informationsverarbeitung für den Disponenten (Betreiber) übernehmen.
Bergbau und Kohleindustrie
Im Bergbau und im Kohlebergbau werden telemechanische Geräte zur Steuerung und Überwachung konzentrierter Objekte in Bergwerken und an der Oberfläche, zur Steuerung mobiler verteilter Objekte in Bergbaugebieten und zur Steuerung von Fließtransportsystemen eingesetzt. Die letzten beiden Aufgaben sind am spezifischsten für die Bergbau- und Kohlebergbauindustrie.
In Untertagebauwerken, in denen es beispielsweise Geräte für Fernmeldewagen gibt, werden telemechanische Signale über Stromleitungen von 380 V – 10 kV über stark genutzte Telefonleitungen sowie über kombinierte Kanäle übertragen: von einem mobilen Objekt zu einem Umspannwerk – a Niederspannungsnetz, dann zum Kontrollraum – ein freies oder belegtes Adernpaar in einem Telefonkabel. Es werden Zeit- und Frequenzsysteme TU — TS verwendet.
Eine Verzerrung des Arbeitsplans des Fließtransportsystems stört den technologischen Zyklus, weshalb telemechanische Geräte eine erhöhte Zuverlässigkeit aufweisen müssen.In diesem Fall werden Kabelkommunikationsleitungen zwischen der Leitstelle, den örtlichen Kontrollpunkten und den Kontrollpunkten verwendet.
Eisenbahntransport
Ich verfüge über Eisenbahnautomatisierungs- und telemechanische Systeme im Schienenverkehr, die die sichere Bewegung von Zügen und die Dringlichkeit ihrer Bewegung gewährleisten sollen. Diese beiden Ziele werden mit solchen Geräten meist gleichzeitig erreicht. Ihr Schaden beeinträchtigt sowohl die Sicherheit als auch die Dringlichkeit der Bewegung.
Die Hauptanforderungen an Automatisierungs- und Telemechanikgeräte sind in diesem Fall die Übereinstimmung der Geräte mit den Betriebsbedingungen – Intensität und Geschwindigkeit der Bewegung – und die hohe Zuverlässigkeit ihres Betriebs.
Telemechanische Geräte werden zur Steuerung der Versorgung elektrifizierter Straßen und zur Zentralisierung des Versands (Steuerung von Weichen und Signalen) innerhalb eines Standorts (Steuerkreis) oder einer Station eingesetzt.
Im Bahnenergiemanagement gibt es zwei unabhängige Aufgaben: die Steuerung von Umspannwerken, Streckenposten und die Steuerung von Oberleitungstrennschaltern. Gleichzeitig erfolgt die Steuerung innerhalb eines Versandkreises mit einer Länge von 120–200 km, entlang dem sich 15–25 kontrollierte Punkte (Traktionsunterwerke, Streckenposten, Stationen mit Lufttrennern) befinden.
Eine TU mit Oberleitungstrennschaltern ermöglicht die Durchführung von Reparaturarbeiten ohne Unterbrechung des Zugfahrplans. TU-Trennschalter, die in kleinen Gruppen entlang der Eisenbahnstrecke angeordnet sind, werden von einer speziellen Vorrichtung TU — TS ausgeführt.
Mehr Info: Bahnautomatisierung und Telemechanik
Bewässerungssysteme
Fernbedienungsgeräte dienen der zentralen Steuerung und Verwaltung der Wasseraufnahme und -verteilung.
Es ist einer der größten Anwender von Telemechanik. Sie werden zur Steuerung von Schwerkraftbewässerungssystemen, Hauptkanälen und Wasseraufnahmebrunnen (einschließlich Schleusen, Schilden, Ventilen, Pumpen, Wasserstand und TI-Durchfluss usw.) verwendet. Die Länge des Bewässerungssystems mit Fernbedienung beträgt bis zu 100 km.
SCADA-Systeme in der Telemechanik
SCADA (Abkürzung für „Supervisory Control and Data Acquisition“) ist ein Softwarepaket zur Entwicklung oder Bereitstellung des Echtzeitbetriebs von Systemen zum Sammeln, Verarbeiten, Anzeigen und Archivieren von Informationen über ein Überwachungs- oder Kontrollobjekt.
SCADA-Systeme werden in allen Wirtschaftszweigen eingesetzt, in denen es notwendig ist, dem Bediener die Kontrolle über technologische Prozesse in Echtzeit zu ermöglichen.
Weitere Einzelheiten finden Sie hier: SCADA-Systeme in Elektroinstallationen