Sistemi di telemeccanica, applicazioni della telemeccanica

La telemeccanica è un campo della scienza e della tecnologia che comprende la teoria e i mezzi tecnici per trasmettere automaticamente comandi di controllo e informazioni sullo stato degli oggetti a distanza.

Il termine «telemeccanica» fu proposto nel 1905 dallo scienziato francese E. Branly per il campo della scienza e della tecnologia per il controllo a distanza di meccanismi e macchine.

La telemeccanica consente di coordinare il lavoro di unità, macchine, impianti spazialmente separati e, insieme ai canali di comunicazione, li collega in un unico sistema di controllo a distanza dagli impianti di produzione o da altri processi.

I mezzi di telemeccanica, insieme ai mezzi di automazione, consentono il controllo remoto di macchine e impianti senza personale in servizio presso stabilimenti locali e li combinano in singoli complessi produttivi con controllo centralizzato (sistemi elettrici, trasporti ferroviari, aerei e nautici, giacimenti petroliferi, oleodotti autostradali , grandi fabbriche, cave, ecc. miniere, impianti di irrigazione, servizi cittadini, ecc.).

Sistema telemeccanico — un insieme di dispositivi telemeccanici e canali di comunicazione progettati per la trasmissione automatica di informazioni di controllo a distanza.

La classificazione dei sistemi telemeccanici viene effettuata in base alle principali caratteristiche che caratterizzano le loro proprietà. Loro includono:

• la natura dei messaggi trasmessi;
• funzioni svolte;
• tipologia e ubicazione degli oggetti di gestione e controllo;
• configurazione;
• struttura;
• tipi di linee di comunicazione;
• modi di utilizzarli per trasmettere un segnale.

In base alle funzioni svolte, i sistemi telemeccanici sono suddivisi in sistemi:

• telecomando;
• segnali televisivi;
• telemetria;
• teleregolazione.

Nei sistemi di controllo remoto (RCS) dal punto di controllo viene spesso trasmesso un gran numero di comandi elementari come "on", "off" ("sì", "no"), destinati a vari oggetti (ricevitori di informazioni).

Negli impianti di telesegnalazione (TS) Il centro di controllo riceve gli stessi segnali elementari sullo stato degli oggetti, come «sì», «no». In telemetria e teleregolazione (TI e TP) viene trasmesso il valore del parametro misurato (controllato).

I sistemi TC vengono utilizzati per trasmettere comandi discreti o continui per controllare oggetti. Quest'ultimo tipo include i comandi di controllo trasmessi per modificare agevolmente il parametro controllato. I sistemi TC destinati alla trasmissione di comandi di controllo sono talvolta distinti in un gruppo di classificazione indipendente dai sistemi TR.

I sistemi TS sono utilizzati per trasmettere messaggi discreti sullo stato degli oggetti monitorati (ad esempio, per accendere o spegnere apparecchiature, raggiungere i valori limite di un parametro, verificarsi una condizione di emergenza, ecc.).

I sistemi TI sono utilizzati per trasmettere valori controllati continui. I sistemi TS e TI sono combinati in un gruppo di sistemi di controllo remoto (TC).

In un certo numero di casi vengono utilizzati sistemi telemeccanici combinati o complessi, che svolgono contemporaneamente le funzioni di TU, TS e TI.

Secondo il metodo di trasmissione dei messaggi, i sistemi telemeccanici sono suddivisi in monocanale e multicanale. La maggior parte dei sistemi è multicanale e trasmette segnali su un canale di comunicazione comune da o verso molte strutture TC. Formano un gran numero di sottocanali di oggetti.

Il numero totale di diversi segnali TU, TS, TI e TR in un sistema telemeccanico nel trasporto ferroviario, nei giacimenti petroliferi e negli oleodotti raggiunge già migliaia e il numero di elementi di equipaggiamento - molte decine di migliaia.

Le informazioni di controllo che i sistemi telemeccanici trasmettono a distanza sono destinate all'operatore o al computer di controllo a un'estremità del sistema e agli oggetti di controllo all'altra.

Le informazioni devono essere presentate in una forma di facile utilizzo. Pertanto, il sistema telemeccanico include dispositivi non solo per la trasmissione di informazioni, ma anche per la distribuzione e la presentazione in una forma conveniente per la percezione da parte dell'operatore o per l'inserimento in una macchina di controllo. Ciò vale anche per i dispositivi di acquisizione e preelaborazione dati TI e TS.

In base al tipo di oggetti serviti (monitorati e controllati), i sistemi telemeccanici sono suddivisi in sistemi per oggetti fissi e in movimento.

Il primo gruppo comprende sistemi per installazioni industriali fisse, il secondo - per il controllo di navi, locomotive, gru, aeroplani, missili, nonché carri armati, siluri, missili guidati, ecc.

In base alla posizione degli oggetti controllati e controllati, si distinguono i sistemi di oggetti unificati e dispersi.

Nel primo caso, tutti gli oggetti serviti dal sistema si trovano in un punto. Nel secondo caso, gli oggetti serviti dal sistema sono sparsi uno ad uno oa gruppi in più punti che sono collegati in punti diversi ad una linea di comunicazione comune.

I sistemi telemeccanici con oggetti unificati comprendono, in particolare, sistemi per singole centrali elettriche e sottostazioni di trasformazione, impianti di pompe e compressori. Tali sistemi servono un singolo punto.

I sistemi telemeccanici distribuiti includono, ad esempio, i sistemi di giacimenti petroliferi. Qui la telemeccanica serve un gran numero (decine, centinaia) di pozzi petroliferi e altre installazioni distribuite sul campo e controllate da un punto.

Sistema telemeccanico per siti sparsi — un tipo di sistemi telemeccanici in cui diversi o un gran numero di punti controllati geograficamente dispersi sono collegati a un canale di comunicazione comune, ognuno dei quali può avere uno o più controlli tecnici, informazioni tecniche o oggetti del veicolo.

Il numero di oggetti dispersi e punti controllati nei sistemi per il controllo centralizzato della produzione, dei processi nell'industria, dei trasporti e dell'agricoltura è molto maggiore del numero di oggetti concentrati.

In tali sistemi di controllo, punti relativamente piccoli sono sparsi lungo la linea (oleodotti e gasdotti, irrigazione, trasporto) o sull'area (giacimenti di petrolio e gas, impianti industriali, ecc.). Tutti i siti partecipano a un unico processo di produzione interconnesso.

Un esempio di sistema telemeccanico con oggetti distribuiti: Controllo remoto nelle reti elettriche

I principali problemi scientifici della telemeccanica:

• efficienza;
• affidabilità della trasmissione delle informazioni;
• ottimizzazione delle strutture;
• risorse tecniche.

L'importanza dei problemi telemeccanici aumenta con l'aumento del numero di oggetti, del volume delle informazioni trasmesse e della lunghezza dei canali di comunicazione, che raggiungono migliaia di chilometri.

Il problema dell'efficacia della trasmissione delle informazioni in telemeccanica risiede nell'uso economico dei canali di comunicazione attraverso la loro compattazione, cioè nella riduzione del numero di canali e nel loro utilizzo più razionale.

I problemi di affidabilità della trasmissione riguardano l'eliminazione della perdita di informazioni durante la trasmissione dovuta agli effetti dell'interferenza e la garanzia dell'affidabilità dell'hardware.

Ottimizzazione della struttura - nella selezione dello schema dei canali di comunicazione e dell'equipaggiamento del sistema telemeccanico, che garantisce la massima affidabilità ed efficienza della trasmissione delle informazioni.

La selezione si basa su criteri aggregati. L'importanza dell'ottimizzazione della struttura aumenta con la complessità del sistema e con il passaggio a sistemi complessi con oggetti distribuiti e controllo multilivello.

Le basi teoriche della telemeccanica sono costituite da: teoria dell'informazione, teoria della protezione dal rumore, teoria della comunicazione statistica, teoria della codifica, teoria della struttura, teoria dell'affidabilità. Queste teorie e le loro applicazioni sono sviluppate e sviluppate tenendo conto delle specificità della telemeccanica.

I problemi più complessi e complessi sorgono nella sintesi di grandi sistemi di telecontrollo, compresi i sistemi di teleautomazione. Per la sintesi di tali sistemi è ancor più necessario un approccio integrato basato su criteri generalizzati, che tenga conto delle condizioni di trasmissione e di elaborazione ottimale delle informazioni. Ciò rappresenta un problema per un controllo remoto ottimale.

La telemeccanica moderna è caratterizzata dallo sviluppo di metodi e mezzi tecnici in un'ampia varietà di direzioni. Il numero di campi di applicazione dei sistemi telemeccanici e il volume di implementazione in ciascuno di essi sono in continua espansione.

Per diversi decenni, il volume della telemeccanica introdotta è aumentato di circa 10 volte ogni 10 anni. Di seguito sono riportate informazioni sui campi di applicazione della telemeccanica.

La telemeccanica nell'energia

I dispositivi di telemeccanica sono utilizzati in strutture geograficamente separate in tutte le fasi della produzione e distribuzione di elettricità per il controllo: unità (all'interno di grandi centrali idroelettriche), alimentazione di imprese industriali, centrali elettriche e sottostazioni del sistema elettrico, sistemi di alimentazione.

L'energia elettrica è caratterizzata dalla presenza di più livelli di controllo inseriti in un sistema gerarchico con più punti di controllo di rango diverso.Le centrali elettriche e le sottostazioni sono gestite dal punto di dispacciamento del sistema elettrico e queste ultime formano sistemi elettrici interconnessi.

A questo proposito, in ogni punto di controllo vengono svolte funzioni locali e centralizzate.

La prima prevede lo sviluppo di azioni di controllo per gli oggetti serviti da questo punto, come risultato dell'elaborazione delle informazioni provenienti dagli oggetti e da altri punti di controllo.

Al secondo - il trasferimento delle informazioni di transito da un livello inferiore ai punti di controllo di livello superiore senza elaborazione o con elaborazione parziale delle informazioni, mentre la trasmissione dei segnali TI e dei veicoli dal punto di controllo di livello inferiore a uno superiore - il viene eseguito il primo livello.

La maggior parte dei siti del sistema di alimentazione sono grandi, concentrati. Si trovano a grandi distanze, misurate in centinaia e talvolta migliaia di chilometri.

Molto spesso le informazioni vengono trasferite attraverso canali di comunicazione HF su linee elettriche.

Sono necessarie relativamente poche informazioni per monitorare e controllare le centrali elettriche e le sottostazioni nel sistema elettrico. In questa fase vengono utilizzati dispositivi TU-TS con divisione temporale dei segnali, dispositivi a canale singolo di frequenza e sistemi TI a frequenza di impulso che operano attraverso canali di comunicazione speciali.

Al fine di migliorare la qualità dell'energia fornita, aumentare l'affidabilità del funzionamento delle reti di trasmissione di potenza e ridurre le perdite, è necessaria un'ulteriore complessità del controllo del dispacciamento. Questi compiti possono essere risolti con l'introduzione diffusa della tecnologia informatica nelle varie fasi della gestione.

Guarda anche: I sistemi telemeccanici nell'energia E Punti di spedizione nel sistema di alimentazione

Telemeccanica nell'industria petrolifera e del gas

I dispositivi di controllo remoto vengono utilizzati per il controllo e la gestione centralizzati di pozzi di petrolio o gas, punti di raccolta di petrolio, compressori e altre installazioni in giacimenti di petrolio o gas.

Il numero dei soli pozzi petroliferi telemeccanizzati è di molte decine di migliaia. La specificità dei processi tecnologici di produzione, lavorazione primaria e trasporto di petrolio e gas consiste nella continuità e nell'automaticità di questi processi, che in condizioni normali non richiedono l'intervento umano.

Gli strumenti di telemeccanica consentono di passare dal servizio su tre turni di pozzi e altri siti a un turno unico, con una squadra di emergenza in servizio nei turni serali e notturni.

Con l'introduzione della telemeccanizzazione, l'ampliamento del giacimento petrolifero viene spesso effettuato. Fino a 500 pozzi sono controllati centralmente, sparsi su un'area da diversi chilometri2 a molte decine di km2... Il numero di TU, TS e TI in ciascuna stazione di compressione, stazione di raccolta dell'olio e altre installazioni raggiunge molte decine.

Sono attualmente in corso lavori per combinare i giacimenti petroliferi in produzione per mantenere condizioni ottimali del giacimento e delle strutture del giacimento.

I mezzi di automazione e telemeccanica consentono di cambiare e semplificare le tecnologie, i processi nei giacimenti petroliferi, il che dà un grande effetto economico.

Condotte principali

I dispositivi di telemeccanica sono utilizzati per il controllo e la gestione centralizzata di gasdotti, oleodotti e oleodotti.

I servizi dei dispatcher regionali e centrali sono organizzati lungo i principali gasdotti.Il primo comprende oggetti di specifiche tecniche, attrezzature tecniche e informazioni tecniche nei rami dei gasdotti, sulle linee di bypass degli attraversamenti fluviali e ferroviari. ecc., oggetti di protezione catodica, stazioni di pompaggio e compressione (rubinetti, valvole, compressori, pompe, ecc.).

L'area del dispatcher regionale è di 120-250 km, ad esempio tra stazioni di pompaggio e compressione vicine. Le funzioni TU (operative) sono svolte dal centro, dal dispatcher solo se non affidate al dispatcher distrettuale.

Si tende a ridurre le strutture di controllo tecnico con il trasferimento di queste funzioni a dispositivi di automazione locali, a passare a una gestione centralizzata senza il servizio del dispatcher distrettuale oa ridurre le sue funzioni.

L'industria chimica, la metallurgia, l'ingegneria

Nelle grandi imprese industriali i dispositivi telemeccanici trasmettono informazioni operative e statistico-produttive sia per la gestione delle singole industrie (officine tecnologiche, impianti energetici) sia per la gestione dell'intero impianto.

Con distanze tra i punti controllati e il punto di controllo di 0,5 - 2 km, la telemeccanica compete con successo con i sistemi di trasmissione remota e offre risparmi grazie alla riduzione della lunghezza del cavo.

Le imprese industriali sono caratterizzate dalla presenza di grandi oggetti concentrati e sparsi. Il primo comprende sottostazioni elettriche, stazioni di compressione e pompaggio, officine tecnologiche, il secondo - oggetti posizionati uno per uno o in piccoli gruppi (valvole per la fornitura di gas, acqua, vapore, ecc.).

Le informazioni continue vengono trasmesse da dispositivi del sistema di telemetria dell'intensità, dispositivi TI con impulsi temporali o impulsi di codice. Questi ultimi sono solitamente inclusi in complessi dispositivi TU-TS-TI, che trasmettono informazioni discrete e continue su un canale di comunicazione.

Le linee di comunicazione via cavo sono utilizzate principalmente nelle imprese industriali.

L'aumento della quantità di informazioni che entrano nel centro di controllo ha richiesto l'automazione della sua elaborazione. A questo proposito, vengono utilizzati sistemi complessi che forniscono l'elaborazione delle informazioni per il dispatcher (operatore).

Industria mineraria e del carbone

Nell'industria mineraria e carboniera, i dispositivi telemeccanici vengono utilizzati per controllare e monitorare oggetti concentrati situati nelle miniere e in superficie, per controllare oggetti mobili dispersi nelle aree minerarie, per controllare i sistemi di trasporto del flusso.Gli ultimi due compiti sono più specifici per l'industria mineraria e di estrazione del carbone.

Nelle opere sotterranee, dove, ad esempio, sono presenti dispositivi per teleconsultare i carrelli, i segnali telemeccanici vengono trasmessi da linee elettriche 380 V - 10 kV attraverso linee telefoniche occupate, nonché da canali combinati: da un oggetto mobile a una sottostazione di abbassamento - a rete elettrica a bassa tensione, quindi alla sala di controllo: una coppia di fili liberi o occupati in un cavo telefonico. Vengono utilizzati i sistemi di tempo e frequenza TU - TS.

La distorsione del programma di lavoro del sistema di trasporto del flusso interrompe il ciclo tecnologico, motivo per cui i dispositivi telemeccanici devono avere una maggiore affidabilità.In questo caso vengono utilizzate linee di comunicazione via cavo tra il centro di spedizione, i punti di controllo locali ei punti controllati.

Trasporto ferroviario

Dispongo di sistemi di automazione ferroviaria e telemeccanici nel trasporto ferroviario progettati per garantire la circolazione sicura dei treni e l'urgenza del loro movimento. Questi due obiettivi vengono solitamente raggiunti contemporaneamente con tali dispositivi. Il loro danno pregiudica sia la sicurezza che l'urgenza del movimento.

I requisiti principali per i dispositivi di automazione e telemeccanica in questo caso sono la conformità dei dispositivi alle condizioni operative - l'intensità e la velocità del movimento - e l'elevata affidabilità del loro funzionamento.

I dispositivi di telemeccanica sono utilizzati per controllare la fornitura di strade elettrificate e per centralizzare l'invio (controllo di interruttori e segnali) all'interno di un sito (circuito di controllo) o stazione.

Nella gestione dell'energia ferroviaria ci sono due compiti indipendenti: controllo delle sottostazioni di trazione, dei montanti di sezione e controllo dei sezionatori aerei. Allo stesso tempo, il controllo viene effettuato all'interno di un cerchio di spedizione con una lunghezza di 120-200 km, lungo il quale si trovano 15-25 punti controllati (sottostazioni di trazione, postazioni di sezione, stazioni con sezionatori d'aria).

Una TU con sezionatori di catenaria consente di eseguire lavori di riparazione senza interrompere l'orario dei treni. I sezionatori TU, situati in piccoli gruppi lungo la ferrovia, sono eseguiti da un dispositivo speciale TU - TS.

Ulteriori informazioni: Automazione ferroviaria e telemeccanica

Sistema di irrigazione

I dispositivi di controllo remoto sono utilizzati per il controllo e la gestione centralizzata dell'alimentazione e della distribuzione dell'acqua.

È uno dei maggiori utilizzatori di telemeccanica. Sono utilizzati per controllare i sistemi di irrigazione a gravità, i canali principali e i pozzi di ricezione dell'acqua (incluse paratoie, schermi, valvole, pompe, livello dell'acqua e flusso TI, ecc.). La lunghezza del sistema di irrigazione con telecomando è fino a 100 km.

Sistemi SCADA in telemeccanica

SCADA (abbreviazione di controllo di supervisione e acquisizione dati) è un pacchetto software progettato per sviluppare o fornire il funzionamento in tempo reale di sistemi per la raccolta, l'elaborazione, la visualizzazione e l'archiviazione di informazioni su un oggetto di monitoraggio o controllo.

I sistemi SCADA sono utilizzati in tutti i settori dell'economia, dove è necessario fornire il controllo dell'operatore sui processi tecnologici in tempo reale.

Vedi qui per maggiori dettagli: Sistemi SCADA negli impianti elettrici