Sistemas telemecánicos, aplicaciones de la telemecánica
La telemecánica es un campo de la ciencia y la tecnología que abarca la teoría y los medios técnicos de transmisión automática de comandos de control e información sobre el estado de los objetos a distancia.
El término «telemecánica» fue propuesto en 1905 por el científico francés E. Branly para el campo de la ciencia y la tecnología para el control remoto de mecanismos y máquinas.
La telemecánica permite coordinar el trabajo de unidades, máquinas, instalaciones separadas espacialmente y, junto con los canales de comunicación, los conecta en un solo sistema de control a distancia de las instalaciones de producción u otros procesos.
Los medios de telemecánica, junto con los medios de automatización, permiten el control remoto de máquinas e instalaciones sin personal de servicio en las instalaciones locales y las combinan en complejos de producción únicos con control centralizado (sistemas de energía, transporte ferroviario, aéreo y acuático, yacimientos petrolíferos, oleoductos de carretera , grandes fábricas, canteras, etc. minas, sistemas de riego, servicios públicos de la ciudad, etc.).
Sistema telemecánico — un conjunto de dispositivos telemecánicos y canales de comunicación diseñados para la transmisión automática de información de control a distancia.
La clasificación de los sistemas telemecánicos se realiza según las principales características que caracterizan sus propiedades. Incluyen:
- la naturaleza de los mensajes transmitidos;
- funciones realizadas;
- tipo y ubicación de los objetos de gestión y control;
- configuración;
- estructura;
- tipos de líneas de comunicación;
- maneras de usarlos para transmitir una señal.
Según las funciones que realizan, los sistemas telemecánicos se dividen en sistemas:
- control remoto;
- señales de televisión;
- telemetría;
- teleregulación.
En Sistemas de Control Remoto (RCS) un gran número de comandos elementales como "encendido", "apagado" ("sí", "no"), destinados a varios objetos (receptores de información), a menudo se transmiten desde el punto de control.
En sistemas de teleseñalización (TS) El centro de control recibe las mismas señales elementales sobre el estado de los objetos, como «sí», «no». En telemetría y telerregulación (TI y TP) se transmite el valor del parámetro medido (controlado).
Los sistemas TC se utilizan para transmitir comandos discretos o continuos para controlar objetos. El último tipo incluye comandos de control transmitidos para cambiar suavemente el parámetro controlado. Los sistemas TC destinados a la transmisión de comandos de control a veces se distinguen en un grupo de clasificación independiente de los sistemas TR.
Los sistemas TS se utilizan para transmitir mensajes discretos sobre el estado de los objetos monitoreados (por ejemplo, para encender o apagar un equipo, alcanzar los valores límite de un parámetro, ocurrir una condición de emergencia, etc.).
Los sistemas TI se utilizan para transmitir valores controlados continuos. Los sistemas TS y TI se combinan en un grupo de sistemas de control remoto (TC).
En varios casos, se utilizan sistemas telemecánicos combinados o complejos, que realizan simultáneamente las funciones de TU, TS y TI.
Según el método de transmisión de mensajes, los sistemas telemecánicos se dividen en monocanal y multicanal. La mayoría de los sistemas son multicanal y transmiten señales a través de un canal de comunicación común hacia o desde muchas instalaciones de TC. Forman un gran número de subcanales de objetos.
El número total de señales diferentes TU, TS, TI y TR en un sistema telemecánico en el transporte ferroviario, yacimientos petrolíferos y oleoductos ya alcanza miles, y el número de elementos de equipo, muchas decenas de miles.
La información de control que los sistemas telemecánicos transmiten a distancia está destinada al operador o computadora de control en un extremo del sistema y los objetos de control en el otro.
La información debe presentarse en un formato fácil de usar. Por lo tanto, el sistema telemecánico incluye dispositivos no solo para la transmisión de información, sino también para la distribución y presentación en una forma conveniente para la percepción por parte del operador o la entrada en una máquina de control. Esto también se aplica a los dispositivos de preprocesamiento y adquisición de datos TI y TS.
Según el tipo de objetos atendidos (supervisados y controlados), los sistemas telemecánicos se dividen en sistemas para objetos estacionarios y móviles.
El primer grupo incluye sistemas para instalaciones industriales estacionarias, el segundo, para el control de barcos, locomotoras, grúas, aviones, misiles, así como tanques, torpedos, misiles guiados, etc.
Según la ubicación de los objetos controlados y controlados, se distinguen los sistemas de objetos unificados y dispersos.
En el primer caso, todos los objetos servidos por el sistema están ubicados en un punto. En el segundo caso, los objetos servidos por el sistema están dispersos uno a uno o en grupos en un número de puntos que están conectados en diferentes puntos a una línea de comunicación común.
Los sistemas telemecánicos con objetos unificados incluyen, en particular, sistemas para centrales eléctricas individuales y subestaciones transformadoras, instalaciones de bombas y compresores. Dichos sistemas sirven a un solo punto.
Los sistemas telemecánicos distribuidos incluyen, por ejemplo, sistemas de yacimientos petrolíferos. Aquí, la telemecánica da servicio a una gran cantidad (decenas, cientos) de pozos petroleros y otras instalaciones distribuidas en el campo y controladas desde un punto.
Sistema telemecánico para sitios dispersos — un tipo de sistemas telemecánicos en los que varios o un gran número de puntos controlados dispersos geográficamente están conectados a un canal de comunicación común, cada uno de los cuales puede tener uno o más controles técnicos, información técnica u objetos de vehículos.
El número de objetos dispersos y puntos controlados en sistemas de control centralizado de producción, procesos en la industria, el transporte y la agricultura es mucho mayor que el número de objetos concentrados.
En tales sistemas de control, los puntos relativamente pequeños están dispersos a lo largo de la línea (oleoductos y gasoductos, irrigación, transporte) o sobre el área (campos de petróleo y gas, plantas industriales, etc.). Todos los sitios participan en un único proceso de producción interconectado.
Un ejemplo de un sistema telemecánico con objetos distribuidos: Control remoto en redes eléctricas
Los principales problemas científicos de la telemecánica:
- eficiencia;
- fiabilidad de la transmisión de información;
- optimización de estructuras;
- recursos tecnicos
La importancia de los problemas telemecánicos aumenta con el aumento del número de objetos, el volumen de información transmitida y la longitud de los canales de comunicación, que alcanzan los miles de kilómetros.
El problema de la eficacia de la transmisión de información en telemecánica radica en el aprovechamiento económico de los canales de comunicación a través de su compactación, es decir, en la reducción del número de canales y su uso más racional.
Los problemas de confiabilidad de la transmisión consisten en eliminar la pérdida de información durante la transmisión debido a los efectos de la interferencia y en garantizar la confiabilidad del hardware.
Optimización de la estructura: en la selección del esquema de canales de comunicación y el equipamiento del sistema telemecánico, que garantiza la máxima confiabilidad y eficiencia de transmisión de información.
La selección se basa en criterios agregados. La importancia de la optimización de la estructura aumenta con la complejidad del sistema y con la transición a sistemas complejos con objetos distribuidos y control multinivel.
La base teórica de la telemecánica consta de: teoría de la información, teoría de la protección contra el ruido, teoría de la comunicación estadística, teoría de la codificación, teoría de la estructura, teoría de la confiabilidad. Estas teorías y sus aplicaciones se desarrollan y desarrollan teniendo en cuenta las especificidades de la telemecánica.
Los problemas más complejos y complejos surgen en la síntesis de grandes sistemas de control remoto, incluidos los sistemas de teleautomatización. Para la síntesis de tales sistemas, es aún más necesario un enfoque integrado basado en criterios generalizados, teniendo en cuenta las condiciones de transmisión y procesamiento óptimo de la información. Esto presenta un problema para un control remoto óptimo.
La telemecánica moderna se caracteriza por el desarrollo de métodos y medios técnicos en una amplia variedad de direcciones. El número de campos de aplicación de los sistemas telemecánicos y el volumen de implementación en cada uno de ellos están en constante expansión.
Durante varias décadas, el volumen de telemecánica introducida ha aumentado aproximadamente 10 veces cada 10 años. A continuación encontrará información sobre las áreas de aplicación de la telemecánica.
Telemecánica en energía
Los dispositivos telemecánicos se utilizan en instalaciones separadas geográficamente en todas las etapas de producción y distribución de electricidad para el control: unidades (dentro de grandes centrales hidroeléctricas), suministro de energía de empresas industriales, centrales eléctricas y subestaciones del sistema de energía, sistemas de energía.
La electricidad se caracteriza por la presencia de varios niveles de control incluidos en un sistema jerárquico con una serie de puntos de control de diferente rango.Las centrales eléctricas y subestaciones son administradas por el punto de despacho del sistema eléctrico, y estas últimas forman sistemas eléctricos interconectados.
En este sentido, en cada punto de control se realizan funciones locales y centralizadas.
El primero implica el desarrollo de acciones de control de los objetos servidos por este punto, como resultado del procesamiento de la información proveniente de los objetos y de otros puntos de control.
Al segundo - la transferencia de información de tránsito desde un nivel inferior a puntos de control de un nivel superior sin procesamiento o con procesamiento parcial de información, mientras que la transmisión de TI y señales de vehículos desde el punto de control de un nivel inferior a uno superior - el se realiza el primer nivel.
La mayoría de los sitios del sistema de energía son grandes y concentrados. Se encuentran a grandes distancias, medidas en cientos ya veces miles de kilómetros.
La mayoría de las veces la información se transfiere a través de canales de comunicación HF sobre líneas eléctricas.
Se requiere relativamente poca información para monitorear y controlar plantas de energía y subestaciones en el sistema de energía. En esta etapa, se utilizan dispositivos TU-TS con división de tiempo de señales, dispositivos de un solo canal de frecuencia y sistemas TI de frecuencia de pulso que operan a través de canales de comunicación especiales.
Para mejorar la calidad de la energía suministrada, aumentar la confiabilidad de la operación de las redes de transmisión de energía y reducir las pérdidas, es necesaria una complejidad adicional en el control del despacho. Estas tareas pueden resolverse mediante la introducción generalizada de tecnología informática en varias etapas de gestión.
Ver también: Sistemas telemecánicos en energía y Puntos de despacho en el sistema de suministro de energía
Telemecánica en la industria del petróleo y el gas
Los dispositivos de control remoto se utilizan para el control y la gestión centralizados de pozos de petróleo o gas, puntos de recolección de petróleo, compresores y otras instalaciones en campos de petróleo o gas.
Tan solo el número de pozos de petróleo telemecanizados es de varias decenas de miles. La especificidad de los procesos tecnológicos para la producción, procesamiento primario y transporte de petróleo y gas consiste en la continuidad y automaticidad de estos procesos, que no requieren intervención humana en condiciones normales.
Las herramientas de telemecánica le permiten pasar de un servicio de tres turnos de pozos y otros sitios a un turno, con un equipo de emergencia de guardia en los turnos de la tarde y la noche.
Con la introducción de la telemecanización, a menudo se realiza la ampliación de los campos petroleros. Se controlan centralmente hasta 500 pozos, dispersos en un área de varios kilómetros2 a muchas decenas de km2... El número de TU, TS y TI en cada estación compresora, estación de recolección de aceite y otras instalaciones alcanza muchas decenas.
Actualmente se está trabajando para combinar campos petrolíferos en producción para mantener condiciones óptimas de campos petroleros e instalaciones de campo.
Los medios de automatización y telemecánica permiten cambiar y simplificar tecnologías, procesos en campos petroleros, lo que da un gran efecto económico.
Tuberías principales
Los dispositivos de telemecánica se utilizan para el control y la gestión centralizados de gasoductos, oleoductos y oleoductos.
Los servicios de despachadores regionales y centrales se organizan a lo largo de los oleoductos principales.El primero incluye objetos de especificaciones técnicas, equipos técnicos e información técnica en ramales de oleoductos, en líneas de desvío de cruces sobre ríos y vías férreas. etc., objetos de protección catódica, estaciones de bombeo y compresión (grifos, válvulas, compresores, bombas, etc.).
El área del despachador regional es de 120 a 250 km, por ejemplo, entre estaciones vecinas de bombeo y compresión. Las funciones de UT (operativas) son realizadas por el centro, por el despachador solo si no están encomendadas al despachador de distrito.
Hay una tendencia a reducir las instalaciones de control técnico con la transferencia de estas funciones a dispositivos de automatización locales, a una transición a una gestión centralizada sin el servicio del despachador de distrito oa reducir sus funciones.
La industria química, la metalurgia, la ingeniería
En las grandes empresas industriales, los dispositivos telemecánicos transmiten información operativa y estadística de producción tanto para la gestión de industrias individuales (talleres tecnológicos, instalaciones energéticas) como para la gestión de toda la planta.
Con las distancias entre los puntos controlados y el punto de control de 0,5 - 2 km, la telemecánica compite con éxito con los sistemas de transmisión remota y proporciona ahorros debido a la reducción de la longitud del cable.
Las empresas industriales se caracterizan por la presencia de grandes objetos concentrados y dispersos. Los primeros incluyen subestaciones eléctricas, estaciones de compresión y bombeo, talleres tecnológicos, los segundos: objetos ubicados uno por uno o en pequeños grupos (válvulas para el suministro de gas, agua, vapor, etc.).
La información continua se transmite mediante dispositivos del sistema de telemetría de intensidad, dispositivos TI con pulsos de tiempo o pulsos de código. Estos últimos suelen estar incluidos en dispositivos TU-TS-TI complejos, transmitiendo información discreta y continua a través de un canal de comunicación.
Las líneas de comunicación por cable se utilizan principalmente en empresas industriales.
El aumento en la cantidad de información que ingresa al centro de control requirió la automatización de su procesamiento. En este sentido, se utilizan sistemas complejos que brindan procesamiento de información para el despachador (operador).
Industria minera y del carbón
En la industria minera y minera del carbón, los dispositivos telemecánicos se utilizan para controlar y monitorear objetos concentrados ubicados en minas y en la superficie, para controlar objetos móviles dispersos en áreas mineras, para controlar sistemas de transporte de flujo.Las dos últimas tareas son más específicas para la industria minera y minera del carbón.
En las obras subterráneas, donde, por ejemplo, hay dispositivos para el teletransporte de carros, las señales telemecánicas se transmiten por líneas eléctricas de 380 V — 10 kV a través de líneas telefónicas ocupadas, así como por canales combinados: desde un objeto móvil hasta una subestación de descenso — un red eléctrica de bajo voltaje, luego a la sala de control: un par de cables libres u ocupados en un cable telefónico. Se utilizan los sistemas de tiempo y frecuencia TU — TS.
La distorsión del horario de trabajo del sistema de transporte de flujo interrumpe el ciclo tecnológico, por lo que los dispositivos telemecánicos deben tener una mayor confiabilidad.En este caso, se utilizan líneas de comunicación por cable entre el centro de despacho, los puntos de control locales y los puntos controlados.
transporte ferroviario
Dispongo de sistemas de automatización ferroviaria y telemecánicos en el transporte ferroviario diseñados para garantizar la circulación segura de los trenes y la urgencia de su movimiento. Estos dos objetivos generalmente se logran simultáneamente con tales dispositivos. Su daño afecta tanto la seguridad como la urgencia del movimiento.
Los requisitos principales para los dispositivos de automatización y telemecánica en este caso son el cumplimiento de los dispositivos con las condiciones de operación (la intensidad y la velocidad del movimiento) y la alta confiabilidad de su operación.
Los dispositivos de telemecánica se utilizan para controlar el suministro de carreteras electrificadas y para centralizar el despacho (control de interruptores y señales) dentro de un sitio (circuito de control) o estación.
En la gestión de energía ferroviaria existen dos tareas independientes: control de subestaciones de tracción, postes de sección y control de seccionadores aéreos. Al mismo tiempo, el control se lleva a cabo dentro de un círculo de despacho con una longitud de 120-200 km, a lo largo del cual se ubican 15-25 puntos controlados (subestaciones de tracción, postes de sección, estaciones con seccionadores de aire).
Una UT con seccionadores de catenaria permite realizar trabajos de reparación sin alterar los horarios de los trenes. Los seccionadores TU, ubicados en pequeños grupos a lo largo del ferrocarril, se realizan mediante un dispositivo especial TU - TS.
Más información: Automatización y telemecánica ferroviaria
Sistemas de riego
Los dispositivos de control remoto se utilizan para el control y la gestión centralizados de la toma y distribución de agua.
Es uno de los mayores usuarios de telemecánica. Se utilizan para controlar sistemas de riego por gravedad, canales principales y pozos receptores de agua (incluidas compuertas de agua, escudos, válvulas, bombas, nivel de agua y flujo de TI, etc.). La longitud del sistema de riego con control remoto es de hasta 100 km.
Sistemas SCADA en telemecánica
SCADA (abreviatura de control de supervisión y adquisición de datos) es un paquete de software diseñado para desarrollar o proporcionar una operación en tiempo real de sistemas para recopilar, procesar, mostrar y archivar información sobre un objeto de control o monitoreo.
Los sistemas SCADA se utilizan en todos los sectores de la economía, donde es necesario proporcionar al operador un control sobre los procesos tecnológicos en tiempo real.
Ver aquí para más detalles: Sistemas SCADA en instalaciones eléctricas