Телемеханика

Содержание

История развития телемеханики

Практическое применение телемеханики в мирных целях началось в 20-х годах 20 века, главным образом на железнодорожном транспорте: телеуправление сигнализацией и стрелками было впервые осуществлено в 1927 на железной дороге в Огайо (США). В 1933 году в Московской энергосистеме (Мосэнерго) введено в эксплуатацию первое устройство телесигнализации. Серийное заводское производство устройств телемеханики в СССР впервые было организовано в 1950 году на заводе «Электропульт».

Развитие телемеханики шло параллельно с развитием электроники и средств связи. Первые системы строились на релейных схемах. В 50-х годах на смену реле пришли более компактные полупроводниковые приборы. В конце 60-х годов началось использование интегральных схем.

В конце 80-х годов в схемотехнике систем телемеханики произошел качественный скачок. Вместо схем построенных на жесткой логике, в качестве управляющего элемента стали использовать отдельные программируемые микроконтроллеры. Это позволило гибко адаптировать аппаратуру под решение конкретной задачи путем модификации программы. В 1992 году был изготовлен первый в Беларуси комплекс телемеханики «Сириус», построенный на восьмиразрядных микропроцессорах. Часть программного обеспечения и конфигурация системы загружалась в память контроллеров с ПЭВМ.

Современные программно-технические комплексы (например, разработанный в 2001 году ПТК АРКОНА) строят также на основе микрконтроллеров. В настоящее время это 16 и 32-разрядные системы с высоким быстродействием и достаточным объемом памяти. Всё большее значение имеет программное оснащение контроллеров. Для хранения программ и данных применяют Флеш-память, позволяющую легко менять программу и обеспечивать быстрый перезапуск системы в случае сбоя.

Объём и средства телемеханизации

К средствам телемеханизации относятся устройства телеуправления, телесигнализации, телеизмерения, а также источники питания, диспетчерские пункты и пульты.

Телеуправление (ТУ)

Телеуправление — передача на расстояние сигналов управления, которые воздействуют на исполнительные механизмы установок.

Телеуправление должно предусматриваться в объеме, необходимом для централизованного решения задач по установлению надежных и экономически выгодных режимов работы электроустановок, работающих в сложных сетях, если эти задачи не могут быть решены средствами автоматики. Телеуправление должно применяться на объектах без постоянного дежурства персонала, допускается его применение на объектах с постоянным дежурством персонала при условии частого и эффективного использования. Для телеуправляемых электроустановок операции телеуправления, так же как и действие устройств защиты и автоматики, не должны требовать дополнительных оперативных переключений на месте (с выездом или вызовом оперативного персонала). При примерно равноценных затратах и технико-экономических показателях предпочтение должно отдаваться автоматизации перед телеуправлением.

Телесигнализация (ТС)

Телесигнализация — передача на расстояние сигналов о состоянии контролируемых установок.

Телесигнализация должна предусматриваться:

Телесигнализация с электроустановок, которые находятся в оперативном управлении нескольких диспетчерских пунктов, как правило, должна передаваться на вышестоящий диспетчерский пункт путем ретрансляции или отбора с нижестоящего диспетчерского пункта. Система передачи информации, как правило, должна выполняться не более чем с одной ступенью ретрансляции. Для телесигнализации состояния или положения оборудования электроустановок, как правило, должен использоваться в качестве датчика один вспомогательный контакт или контакт реле-повторителя.

Телеизмерение (ТИ)

Телеизмерение — передача на расстояние сигналов, характеризирующих режим работы установок (напряжения, тока, давления, температуры и т. п.).

Телеизмерения должны обеспечивать передачу основных электрических или технологических параметров (характеризующих режимы работы отдельных электроустановок), необходимых для установления и контроля оптимальных режимов работы всей системы энергоснабжения в целом, а также для предотвращения или ликвидации возможных аварийных процессов.

Телеизмерения наиболее важных параметров, а также параметров, необходимых для последующей ретрансляции, суммирования или регистрации, должны выполняться, как правило, непрерывными. Система передачи телеизмерений на вышестоящие диспетчерские пункты, как правило, должна выполняться не более чем с одной ступенью ретрансляции.

Телеизмерения параметров, не требующих постоянного контроля, должны осуществляться периодически или по вызову. При выполнении телеизмерений должны учитываться необходимость местного отсчета параметров на контролируемых пунктах. Измерительные преобразователи (датчики телеизмерений), обеспечивающие местный отсчет показаний, как правило, должны устанавливаться вместо щитовых приборов, если при этом сохраняется класс точности измерений.

Функции телемеханики

Телемеханика выполняет функции управления режимами работы единой энергосистемы и обеспечение ее надежного функционирования и устойчивого развития. Телемеханика должна отвечать серьёзным требованиям к системам обмена технологической информацией. Системный оператор единой энергетической системы России, осуществляющий функции диспетчерско-технологического управления, четко регламентирует основные технические и функциональные характеристики систем обмена технологической информацией для всех участников балансирующего рынка электроэнергии.

Эти требования послужили причиной массовой замены систем телемеханики электростанций, так как отечественные системы телеметрии, созданные 20-30 лет назад, безнадежно морально устарели, физически изношены и не подлежали модернизации.

Ключевыми критериями при выборе системы телемеханики являются функциональная полнота, надежность работы оборудования и программного обеспечения, совокупная стоимость владения (цена системы и ее обслуживания). Важной характеристикой функциональных возможностей системы телемеханики является спектр поддерживаемых ею протоколов обмена данными. В Советском Союзе, а затем и в России получили распространение такие протоколы телемеханики, как АИСТ (RPT), ТМ-512, ГРАНИТ, ТМ-800А, ТМ-120, КОМПАС, УТК-1, УТМ-7. Некоторые производители систем телемеханики продолжают осуществлять поддержку этих национальных протоколов для обеспечения совместимости с уже эксплуатируемыми системами. Гораздо более перспективными являются протоколы, принятые в качестве международных стандартов: семейство МЭК 60870-5, МЭК 61850, МЭК 60870-6. Их применение в системах телеметрии гарантирует аппаратную и программную совместимость компонентов всех крупных производителей.

Источник

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.).

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:

По выполняемым функциям системы телемеханики разделяются на системы:

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.

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.

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.

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

Основные научные проблемы телемеханики:

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.).

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.

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).

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.

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.

У стройства 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.

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.

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

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.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник