מערכות טלמכניות, יישומי טלמכניקה

טלמכניקה היא תחום מדע וטכנולוגיה המקיף את התיאוריה והאמצעים הטכניים של שידור אוטומטי של פקודות בקרה ומידע על מצבם של עצמים במרחק.

המונח "טלמכניקה" הוצע בשנת 1905 על ידי המדען הצרפתי E. Branly עבור תחום המדע והטכנולוגיה לשליטה מרחוק במנגנונים ומכונות.

טלמכניקה מאפשרת לתאם את העבודה של יחידות, מכונות, מתקנים מופרדים מרחבית ויחד עם ערוצי תקשורת מחברת אותם למערכת בקרה אחת במרחק ממתקני ייצור או תהליכים אחרים.

אמצעי טלמכניקה, יחד עם אמצעי אוטומציה, מאפשרים שליטה מרחוק על מכונות ומתקנים ללא כוח אדם תורן במתקנים מקומיים ומשלבים אותם למתחמי ייצור בודדים עם בקרה מרכזית (מערכות חשמל, רכבות, הובלה אווירית ומים, שדות נפט, צינורות כביש מהיר , מפעלים גדולים, מחצבות וכו' מכרות, מערכות השקיה, שירותים עירוניים וכו').

מערכת טלמכנית - קבוצה של התקנים טלמכניים וערוצי תקשורת המיועדים לשידור אוטומטי של מידע בקרה מרחוק.

הסיווג של מערכות טלמכניות מתבצע על פי המאפיינים העיקריים המאפיינים את תכונותיהן. הם כוללים:

• אופי ההודעות המועברות;
• פונקציות שבוצעו;
• סוג ומיקומם של אובייקטי ניהול ובקרה;
• תְצוּרָה;
• מִבְנֶה;
• סוגי קווי תקשורת;
• דרכים להשתמש בהם להעברת אות.

על פי הפונקציות שבוצעו, מערכות טלמכניות מחולקות למערכות:

• שלט רחוק;
• אותות טלוויזיה;
• טלמטריה;
• רגולציה טלפונית.

במערכות שלט רחוק (RCS) מספר רב של פקודות אלמנטריות כגון "מופעל", "כבוי" ("כן", "לא"), המיועדות לאובייקטים שונים (מקבלי מידע), מועברות לרוב מנקודת הבקרה.

במערכות טלאיתות (TS) מרכז הבקרה מקבל את אותם אותות אלמנטריים לגבי מצבם של עצמים, כגון "כן", "לא". בתחום הטלמטריה והטלרגולציה (TI ו-TP) הערך של הפרמטר הנמדד (המבוקר) מועבר.

מערכות TC משמשות להעברת פקודות בדידות או רציפות לשליטה באובייקטים. הסוג האחרון כולל פקודות בקרה המועברות כדי לשנות בצורה חלקה את הפרמטר הנשלט. מערכות TC המיועדות להעברת פקודות בקרה מובדלות לעיתים בקבוצת סיווג עצמאית ממערכות TR.

מערכות TS משמשות להעברת הודעות בדידות על מצבם של אובייקטים מנוטרים (לדוגמה, להפעיל או לכבות ציוד, להגיע לערכי הגבול של פרמטר, להתרחש מצב חירום וכו').

מערכות TI משמשות להעברת ערכים מבוקרים רציפים. מערכות TS ו-TI משולבות לקבוצה של מערכות שלט רחוק (TC).

במספר מקרים נעשה שימוש במערכות טלמכניות משולבות או מורכבות, הממלאות בו זמנית את הפונקציות של TU, TS ו-TI.

על פי שיטת העברת ההודעות, מערכות טלמכניות מחולקות לערוץ יחיד ורב-ערוצי. רוב המערכות הן רב-ערוציות, המשדרות אותות דרך ערוץ תקשורת משותף אל או ממתקני TC רבים. הם יוצרים מספר רב של תתי-ערוצי אובייקט.

המספר הכולל של האותות השונים TU, TS, TI ו-TR במערכת טלמכנית בהובלת רכבת, שדות נפט וצינורות מגיע כבר לאלפים, ומספר מרכיבי הציוד - עשרות רבות של אלפים.

מידע הבקרה שמשדרות מערכות טלמכניות מרחוק מיועד למפעיל או למחשב הבקרה בקצה אחד של המערכת ולאובייקטי הבקרה בקצה השני.

יש להציג את המידע בצורה ידידותית למשתמש. לכן, המערכת הטלמכנית כוללת מכשירים לא רק להעברת מידע, אלא גם להפצה והצגה בצורה נוחה לתפיסה על ידי המפעיל או לקלט במכונת בקרה. זה חל גם על התקני רכישת נתונים ועיבוד מקדים של TI ו-TS.

על פי סוג החפצים המטופלים (מנוטרים ומבקרים), מערכות טלמכניות מחולקות למערכות לחפצים נייחים ונעים.

הקבוצה הראשונה כוללת מערכות למתקנים תעשייתיים נייחים, השנייה - לשליטה על ספינות, קטרים, מנופים, מטוסים, טילים וכן טנקים, טורפדו, טילים מונחים וכו'.

על פי מיקומם של אובייקטים מבוקרים ונשלטים, מבדילות מערכות אובייקטים מאוחדות ומפוזרות.

במקרה הראשון, כל האובייקטים המשרתים על ידי המערכת ממוקמים בנקודה אחת. במקרה השני, האובייקטים המשרתים על ידי המערכת מפוזרים אחד אחד או בקבוצות במספר נקודות המחוברות בנקודות שונות לקו תקשורת משותף.

מערכות טלמכניות עם אובייקטים מאוחדים כוללות, בפרט, מערכות לתחנות כוח בודדות ותחנות משנה, מתקני משאבות ומדחסים. מערכות כאלה משרתות נקודה אחת.

מערכות טלמכניות מבוזרות כוללות, למשל, מערכות שדות נפט. כאן, טלמכניקה משרתת מספר רב (עשרות, מאות) של בארות נפט ומתקנים נוספים המופצים בשטח ונשלטים מנקודה אחת.

מערכת טלמכנית לאתרים מפוזרים - סוג של מערכות טל-מכניות שבהן מספר או מספר רב של נקודות מבוקרות מפוזרות גיאוגרפית מחוברות לערוץ תקשורת משותף, שלכל אחת מהן עשויות להיות בקרה טכנית אחת או יותר, מידע טכני או חפצי רכב.

מספר החפצים המפוזרים והנקודות המבוקרות במערכות לבקרה מרוכזת של ייצור, תהליכים בתעשייה, תחבורה וחקלאות גדול בהרבה ממספר החפצים המרוכזים.

במערכות בקרה כאלה מפוזרות לאורך הקו נקודות קטנות יחסית (צינורות נפט וגז, השקיה, הובלה) או על פני השטח (שדות נפט וגז, מפעלי תעשייה ועוד). כל האתרים משתתפים בתהליך ייצור אחד ומקושר ביניהם.

דוגמה למערכת טלמכנית עם אובייקטים מבוזרים: שליטה מרחוק ברשתות חשמל

הבעיות המדעיות העיקריות של טלמכניקה:

• יְעִילוּת;
• מהימנות העברת מידע;
• אופטימיזציה של מבנים;
• משאבים טכניים.

חשיבותן של בעיות טלמכניות עולה עם העלייה במספר העצמים, נפח המידע המועבר ואורך ערוצי התקשורת, המגיעים לאלפי קילומטרים.

בעיית האפקטיביות של העברת מידע בטלמכניקה נעוצה בשימוש חסכוני בערוצי תקשורת באמצעות הדחיסה שלהם, כלומר בצמצום מספר הערוצים ובשימוש רציונלי יותר בהם.

בעיות אמינות שידור הן בביטול אובדן המידע במהלך השידור עקב השפעות ההפרעות ובהבטחת אמינות החומרה.

אופטימיזציה של המבנה - בבחירת ערוצי התקשורת והציוד של המערכת הטלמכנית, המבטיחה אמינות ויעילות מירבית של העברת מידע.

הבחירה מבוססת על קריטריונים מצטברים. החשיבות של אופטימיזציה של מבנה עולה עם מורכבות המערכת ועם המעבר למערכות מורכבות עם אובייקטים מבוזרים ושליטה מרובת רמות.

הבסיס התיאורטי של הטלמכניקה מורכב מ: תורת המידע, תורת הגנת הרעש, תורת התקשורת הסטטיסטית, תורת הקידוד, תורת המבנה, תורת המהימנות. תיאוריות אלו והיישומים שלהן מפותחים ומפותחים תוך התחשבות בפרטים הספציפיים של טלמכניקה.

הבעיות המורכבות והמורכבות ביותר מתעוררות בסינתזה של מערכות שליטה מרחוק גדולות, לרבות מערכות טלאוטומציה. לצורך סינתזה של מערכות כאלה, נחוצה עוד יותר גישה משולבת המבוססת על קריטריונים כלליים, תוך התחשבות בתנאי השידור והעיבוד האופטימלי של מידע. זה מהווה בעיה עבור שלט רחוק אופטימלי.

טלמכניקה מודרנית מאופיינת בפיתוח שיטות ואמצעים טכניים במגוון רחב של כיוונים. מספר תחומי היישום של מערכות טלמכניות והיקף ההטמעה בכל אחת מהן מתרחבים כל הזמן.

במשך כמה עשורים, נפח הטלמכניקה שהוצגה גדל בערך פי 10 כל 10 שנים. להלן מידע על תחומי היישום של טלמכניקה.

טלמכניקה באנרגיה

מכשירי טלמכניקה משמשים במתקנים מופרדים גיאוגרפית בכל שלבי הייצור וההפצה של חשמל לצורך בקרה: יחידות (בתוך תחנות כוח הידרואלקטריות גדולות), אספקת חשמל של מפעלים תעשייתיים, תחנות כוח ותחנות משנה של מערכת החשמל, מערכות חשמל.

חשמל מאופיין בנוכחות של מספר רמות בקרה הכלולות במערכת היררכית עם מספר נקודות בקרה בדרגות שונות.תחנות כוח ותחנות משנה מנוהלות על ידי נקודת השיגור של מערכת החשמל, והאחרונות יוצרות מערכות חשמל מחוברות זו לזו.

בהקשר זה, פונקציות מקומיות וריכוזיות מבוצעות בכל נקודת בקרה.

הראשון כרוך בפיתוח פעולות בקרה על אובייקטים המשרתים נקודה זו, כתוצאה מעיבוד מידע המגיע מאובייקטים ומנקודות בקרה אחרות.

לשני - העברת מידע מעבר מרמה נמוכה יותר לנקודות בקרה ברמה גבוהה יותר ללא עיבוד או עם עיבוד מידע חלקי, בעוד שהעברת אותות TI ורכב מנקודת בקרה של רמה נמוכה יותר לגבוהה - הרמה הראשונה מתבצעת.

רוב אתרי מערכות החשמל הם גדולים ומרוכזים. הם ממוקמים במרחקים גדולים, הנמדדים במאות ולפעמים באלפי קילומטרים.

לרוב מידע מועבר דרך ערוצי תקשורת HF על קווי מתח.

מידע מועט יחסית נדרש לניטור ובקרה של תחנות כוח ותחנות משנה במערכת החשמל. בשלב זה, נעשה שימוש במכשירי TU-TS עם חלוקת זמן של אותות, התקנים חד-ערוציים של מערכות TI בתדר ובתדר דופק הפועלים בערוצי תקשורת מיוחדים.

על מנת לשפר את איכות האנרגיה המסופקת, להגביר את האמינות של פעולת רשתות הולכת הכוח ולהפחית הפסדים, יש צורך במורכבות נוספת של בקרת שיגור. ניתן לפתור משימות אלו על ידי הכנסה נרחבת של טכנולוגיית מחשוב בשלבי ניהול שונים.

ראה גם: מערכות טלמכניות באנרגיה ו נקודות שיגור במערכת אספקת החשמל

טלמכניקה בתעשיית הנפט והגז

מכשירי שליטה מרחוק משמשים לבקרה וניהול מרכזי של בארות נפט או גז, נקודות איסוף נפט, מדחסים ומתקנים אחרים בשדות נפט או גז.

מספר בארות הנפט הממוכנות בלבד הוא עשרות רבות של אלפים. הספציפיות של תהליכים טכנולוגיים לייצור, עיבוד ראשוני והובלה של נפט וגז מורכבת בהמשכיות ובאוטומטיות של תהליכים אלה, שאינם דורשים התערבות אנושית בתנאים רגילים.

כלי טלמכניקה מאפשרים לך לעבור משירות שלוש משמרות של בארות ואתרים אחרים למשמרת אחת, עם צוות חירום תורן במשמרות ערב ולילה.

עם כניסתו של טלמכניזציה, הרחבת שדה הנפט נעשית לעתים קרובות. עד 500 בארות נשלטות בשליטה מרכזית, מפוזרות על פני שטח של מספר קילומטרים2 עד עשרות רבות של קמ"ר... מספר ה-TU, TS ו-TI בכל תחנת מדחס, תחנת איסוף שמן ומתקנים נוספים מגיע לעשרות רבות.

בימים אלה מתבצעת עבודה לשילוב שדות נפט לייצור כדי לשמור על תנאי שדות נפט ומתקן שדה אופטימליים.

אמצעי האוטומציה והטלמכניקה מאפשרים לשנות ולפשט טכנולוגיות, תהליכים בשדות נפט, מה שנותן אפקט כלכלי רב.

צינורות ראשיים

מכשירי טלמכניקה משמשים לבקרה וניהול מרכזי של צינורות גז, צינורות נפט וצינורות מוצרים.

שירותי השולחים האזוריים והמרכזיים מאורגנים לאורך הצינורות הראשיים.הראשון כולל אובייקטים של מפרט טכני, ציוד טכני ומידע טכני בענפי צנרת, בקווי עוקף של מעברים מעל נהרות ומסילות ברזל. וכו', חפצי הגנה קתודית, תחנות שאיבה ומדחסים (ברזים, שסתומים, מדחסים, משאבות וכו').

שטחו של השולח האזורי הוא 120 - 250 ק"מ, למשל בין תחנות שאיבה ומדחס שכנות. פונקציות TU (תפעוליות) מבוצעות על ידי המרכז, על ידי המוקדן רק אם הן אינן מופקדות על המוקד המחוזי.

קיימת נטייה לצמצם מתקני בקרה טכניים עם העברת פונקציות אלו למכשירי אוטומציה מקומיים, למעבר לניהול מרוכז ללא שירות של השלוח המחוזי או לצמצם את תפקידיו.

התעשייה הכימית, מתכות, הנדסה

במפעלים תעשייתיים גדולים, מכשירים טלמכניים מעבירים מידע תפעולי וייצור-סטטיסטי הן לניהול תעשיות בודדות (סדנאות טכנולוגיות, מתקני אנרגיה) והן לניהול המפעל כולו.

עם המרחקים בין הנקודות המבוקרות לנקודת הבקרה של 0.5 - 2 ק"מ, הטלמכניקה מתחרה בהצלחה במערכות שידור מרחוק ומספקת חיסכון עקב הקטנת אורך הכבל.

מפעלים תעשייתיים מאופיינים בנוכחות של חפצים גדולים מרוכזים ומפוזרים. הראשון כולל תחנות חשמל, תחנות מדחסים ושאיבה, סדנאות טכנולוגיות, השני - חפצים הממוקמים אחד אחד או בקבוצות קטנות (שסתומים לאספקת גז, מים, קיטור וכו').

מידע רציף מועבר על ידי התקני מערכת טלמטריה בעוצמה, התקני TI עם פעימות זמן או פולסי קוד. האחרונים נכללים בדרך כלל בהתקני TU-TS-TI מורכבים, המשדרים מידע דיסקרטי ורציף על פני ערוץ תקשורת.

קווי תקשורת בכבלים משמשים בעיקר במפעלים תעשייתיים.

הגידול בכמות המידע שנכנס למרכז הבקרה הצריך אוטומציה של עיבודו. בהקשר זה, נעשה שימוש במערכות מורכבות המספקות עיבוד מידע עבור השולח (המפעיל).

תעשיית כרייה ופחם

בתעשיית הכרייה וכריית הפחם משתמשים במכשירים טלמכניים לשליטה וניטור עצמים מרוכזים הנמצאים במכרות ועל פני השטח, לשליטה על עצמים מפוזרים ניידים באזורי כרייה, לשליטה במערכות הובלה של זרימה. שתי המשימות האחרונות הן הספציפיות ביותר עבור תעשיית הכרייה וכריית הפחם.

בעבודות תת קרקעיות, שבהן, למשל, יש מכשירים לעגלות ייעוץ טלפוני, אותות טלמכניים מועברים על ידי קווי מתח 380 V - 10 קילו וולט דרך קווי טלפון תפוסים, כמו גם בערוצים משולבים: מאובייקט נייד לתחנת משנה מורידה - א. רשת חשמל במתח נמוך, ואז לחדר הבקרה - זוג חוטים פנוי או תפוס בכבל טלפון. נעשה שימוש במערכות זמן ותדר TU — TS.

עיוות של לוח הזמנים של מערכת ההובלה הזרימה משבש את המחזור הטכנולוגי, וזו הסיבה שמכשירים טלמכניים חייבים להיות בעלי אמינות מוגברת.במקרה זה, נעשה שימוש בקווי תקשורת בכבלים בין מרכז השיגור, נקודות הבקרה המקומיות והנקודות המבוקרות.

תחבורה רכבת

יש לי אוטומציה של רכבות ומערכות טלמכניות בהובלת רכבת שנועדו להבטיח תנועה בטוחה של רכבות ודחיפות תנועתן. שתי מטרות אלו מושגות בדרך כלל במקביל עם מכשירים כאלה. הנזק שלהם משפיע הן על הבטיחות והן על דחיפות התנועה.

הדרישות העיקריות למכשירי אוטומציה וטלמכניקה במקרה זה הן התאימות של המכשירים לתנאי ההפעלה - עוצמת ומהירות התנועה - והאמינות הגבוהה של פעולתם.

מכשירי טלמכניקה משמשים לשליטה באספקת כבישים מחושמלים ולריכוז שיגור (שליטה על מתגים ואותות) בתוך אתר (מעגל בקרה) או תחנה.

בניהול צריכת החשמל של הרכבת קיימות שתי משימות עצמאיות: שליטה בתחנות משיכה, עמודי חתך ובקרה על מנתקים עיליים. במקביל, הבקרה מתבצעת בתוך מעגל שיגור באורך של 120-200 ק"מ, שלאורכו ממוקמות 15-25 נקודות מבוקרות (תחנות מתיחה, עמדות חתך, תחנות עם מנתקי אוויר).

TU עם מנתקי צינור מאפשר ביצוע עבודות תיקון מבלי לשבש את לוחות הזמנים של הרכבת. מנתקי TU, הממוקמים בקבוצות קטנות לאורך מסילת הרכבת, מבוצעים על ידי מכשיר מיוחד TU - TS.

עוד מידע: אוטומציה של רכבות וטלמכניקה

מערכות השקיה

מכשירי שלט רחוק משמשים לבקרה וניהול מרכזי של צריכת מים וחלוקתם.

זהו אחד המשתמשים הגדולים ביותר של טלמכניקה. הם משמשים לשליטה במערכות השקיה כבידה, תעלות ראשיות ובארות קולטת מים (כולל שערי מים, מגנים, שסתומים, משאבות, מפלס מים וזרימת TI וכו'). אורך מערכת ההשקיה עם שלט רחוק הוא עד 100 ק"מ.

מערכות SCADA בטלמכניקה

SCADA (קיצור של Supervisory Control and Acquisition Data) היא חבילת תוכנה המיועדת לפתח או לספק תפעול בזמן אמת של מערכות לאיסוף, עיבוד, הצגה וארכיון מידע על אובייקט ניטור או בקרה.

מערכות SCADA משמשות בכל מגזרי המשק, בהם יש צורך לספק שליטה למפעיל על תהליכים טכנולוגיים בזמן אמת.

ראה כאן לפרטים נוספים: מערכות SCADA במתקני חשמל