Тема 5.1 Система телемеханизации в газовом хозяйстве

Термин «Телемеханизация» был предложен в 1905 году французским учёным Э. Бранли. Первоначально с этим понятием связывали представление об управлении по радио подвижными военными объектами.

Телемеханика -область науки и техники, предметом которой является разработка методов и технических средств передачи и приёма информации (сигналов) с целью управления и контроля на расстоянии

Телемеханика отличается от других областей науки и техники, связанных с передачей информации на расстояние (телефония, телеграфия, телевидение), рядом специфических особенностей, важнейшие из которых:

- передача очень медленно меняющихся данных;

- необходимость высокой точности передачи измеряемых величин (до 0,1%);

- недопустимость большого запаздывания сигналов;

- высокая надёжность передачи команд управления (вероятность возникновения ложной команды должна быть не более 10^-6—10^-10);

- высокая степень автоматизации процессов сбора и использования информации

Как правило, телемеханизация применяется тогда, когда необходимо и целесообразно объединить разобщённые или территориально рассредоточенные объекты управления в единый производственный комплекс (например, при управлении газо- и нефтепроводом, энергосистемой), либо когда присутствие человека на объекте управления нежелательно (вследствие того, что работа на объекте сопряжена с риском для здоровья — например, в атомной промышленности, на некоторых химических предприятиях) или невозможно (из-за недоступности объекта управления — например, при управлении непилотируемой ракетой, луноходом).

Теле... (от греч. téle — вдаль, далеко), часть сложных слов, обозначающая дальность, действие на большом расстоянии (например, телеграф, телевидение).

Механика [от греч. mechanike (téchne) — наука о машинах, искусство построения машин, наука о механическом движении материальных тел и происходящих при этом взаимодействиях между телами. Под механическим движением понимают изменение с течением времени взаимного положения тел или их частиц в пространстве.

Управление и контроль с помощью средств телемеханики осуществляются обычно с пункта управления (ПУ) или диспетчерского пункта (ДП), где находится оператор (диспетчер).

Объекты управления могут быть сосредоточены в одном месте, на одном контролируемом (управляемом) пункте (КП) либо рассредоточены, то есть, расположены по одному или группами (на нескольких КП) на большой территории.

Для передачи телемеханической информации используют выделенные для этого линии связи (проводные и кабельные), радиоканалы, оптические, гидравлические и акустические каналы, распределительные электрические сети и линии электропередачи.

Нередко телемеханическая информация передаётся по каналам, предназначенным для передачи других сигналов — например, по телефонным каналам. В этом случае для телемеханических сигналов выделяют определённый диапазон частот канала или целиком незанятый телефонный или телеграфный канал. По одному стандартному телефонному каналу можно передавать управляющую информацию на десятки и даже сотни КП. При использовании выделенных проводных линий аппаратура КП обычно подключается параллельно к общей линии.

Если для передачи телемеханической информации используют радиоканалы, то телемеханика называется радиотелемеханикой. Совокупность устройств, посредством которых с помощью человека-оператора осуществляется управление объектами и контроль за их состоянием на расстоянии, называется телемеханической системой (ТМС). Соответственно системы телемеханики, выполняющие функции только управления и только контроля, называются системами телеуправления (ТУ) и телеконтроля (ТК).

Частично в телемеханической системе управляющие воздействия могут вырабатываться управляющим автоматом (например, для автоматического аварийного отключения оборудования, подключения нагрузок к энергосистеме, управления устройствами по заранее заданной программе и т. п.). При телеуправлении сложными объектами используются ЭВМ для обработки полученной контрольной информации, функционирующие в режиме «советчика». Такие телемеханические системы называются телеинформационными.

Телемеханические системы, в которых управляющие воздействия вырабатываются полностью автоматически, называются телеавтоматическими системами управления.

При ТУ команды управления передаются оператором (диспетчером) с ПУ или ДП по каналу связи на объекты (к КП).

Команды формируются оператором на пульте управления с помощью органов ручной коммутации (тумблеров, переключателей, кнопок). С ПУ в линию связи поступает кодированный сигнал, обычно в виде последовательности импульсов с определёнными признаками. Из-за необходимости обеспечивать высокую надёжность передачи команд управления в ТУ применяются специфические методы кодирования, а также методы обнаружения и исправления ошибок сигналов.

При приёме кодовая посылка преобразуется в управляющее воздействие на соответствующий исполнительный механизм (например, в простейшем случае — на реле, включающее двигатель).

Сообщения, передаваемые системой ТК, обычно содержат информацию двух видов: сигнализирующую, дающую качественную оценку состояния как отдельных органов управления объекта («включено», «выключено», «открыто» и т. д.), так и объекта в целом («стоит», «движется», «вверху», «внизу» и др.), а также параметров, характеризующих объект («норма», «меньше нормы», «больше нормы», «авария» и др.), и измерительную, дающую количественную оценку контролируемого параметра (например, температуры, давления, напряжения в электрической цепи, угла поворота вала и т. д.). Поэтому и соответствующие процессы ТК называются телесигнализацией (ТС) и телеизмерением(ТИ).

Телеуправление и телеконтроль отличаются от дистанционного управления и дистанционного контроля тем, что все сигналы ТУ и ТК передаются по одной линии связи. Эта особенность позволяет осуществлять передачу информации на расстояние с меньшими материальными затратами, чем при дистанционном управлении.

Большинство объектов управления — двухпозиционные; они могут находиться в одном из двух состояний (позиций), например во включенном или отключенном. Таковы, например, электродвигатели, осветительные приборы. Поэтому и команды управления, как правило, имеют дискретный характер: «включить» — «отключить», «пуск» — «остановка» и т. д.

Однако иногда оказывается необходимым плавное изменение управляемого параметра. В этом случае оператор посылает непрерывные сигналы управления и по поступающей от объекта измерительной информации координирует свои дальнейшие действия. Такой вид ТУ называется телерегулированием (ТР).

Для чёткой, надёжной работы оператора необходимо переданную и принятую информацию представить в виде, наиболее удобном для восприятия её человеком. Для этого на ПУ используются различные сигнализаторы, индикаторы, устройства регистрации автоматической.

Для обеспечения независимой передачи (и приёма) многих сигналов по одному каналу связи в применяется так называемое разделение сигналов, при котором сигналы сохраняют индивидуальные свойства и не искажают друг друга. Из множества способов разделения сигналов обычно применяется разделение по времени (каждому объекту отводится определённый интервал времени), по частоте (для каждого объекта устанавливается своя полоса частот), смешанное — частотно-временное (например, для КП — частотное, а для объектов в рамках одного КП — временное) и адресное (каждому КП присваивается адрес, и все сообщения обязательно начинаются с кода адреса выбранного КП).

Теория телемеханики изучает вопросы формирования и преобразования телемеханических сигналов, передачи их по линиям связи с ограничивающей полосой пропускания частот и при наличии помех, представления информации оператору и технической реализации ТМС.

К основным проблемам телемеханики относятся проблемы повышения достоверности передачи информации, эффективного использования каналов связи и создания экономичной и надёжной аппаратуры.

Диспетчерский щит, устройство для оперативного визуального контроля и автоматической регистрации информации о состоянии объектов, входящих в систему диспетчерского управления. Устанавливается в диспетчерских пунктах энергетических систем, промышленных предприятий, на транспорте. Выполняется в виде панели, с расположенными на ней контрольными приборами, световыми индикаторами, мнемоническими схемами, отражающими состояние объекта, а также его реакцию на действия диспетчера.

Индикатор (позднелат. indicator, от лат. indico — указываю, определяю), прибор, устройство, элемент, отображающие ход процесса или состояние объекта наблюдения, его качественные либо количественные характеристики в форме, удобной для восприятия человеком.

Мнемоническая схема, мнемосхема, условное изображение управляемого объекта с помощью символов и индикаторов, размещенных на лицевой стороне диспетчерского щита или специальных панелях перед пультом оператора (диспетчера). М. с. наглядно показывает состояние (положение) объекта или ход производственного процесса: последовательность включения и отключения нагрузки, потоки сырья и готовой продукции, движение транспорта, функциональные связи и ритмичность работы отдельных частей и элементов моделируемого объекта.

Гораздо большими демонстрационными возможностями обладают световые мнемонические схемы, на которых информация о состоянии контролируемого объекта отображается изменением цветности или яркости свечения элементов. Перспективным является использование в мнемонических схемах достижений оптоэлектроники и элементов волоконной оптики.

Рис. 151. Мнемоническая схема на пульте управления тепловой электростанции

Оптоэлектроника, направление электроники, охватывающее вопросы использования оптических и электрических методов обработки, хранения и передачи информации.

Достоинства оптоэлектроники определяются в первую очередь преимуществами оптической связи по сравнению с электрической.

Из-за электрической нейтральности фотонов в оптическом канале связи не возбуждаются электрические и магнитные поля, сопутствующие протеканию электрического тока. Иными словами, фотоны не создают перекрестных помех в линиях связи и обеспечивают полную электрическую развязку между передатчиком и приёмником, что принципиально недостижимо в цепях с электрической связью.

Передача информации с помощью светового луча не сопровождается накоплением и рассеиванием электромагнитной энергии в линии. Отсюда — отсутствие существенного запаздывания сигнала в канале связи, высокое быстродействие и минимальный уровень искажения передаваемой информации, переносимой сигналом.

Оптическая связь - связь посредством электромагнитных колебаний оптического диапазона (как правило, 10¹³—10¹⁵ гц).

С появлением лазеров возникла возможность перенести в оптический диапазон разнообразные средства и принципы получения, обработки и передачи информации, разработанные для радиодиапазона.

Оптическая связь позволяет применять в передатчиках оптических систем связи генераторы с относительно малой мощностью и обеспечивает повышенную помехозащищенность и скрытность связи.

Лазер, источник электромагнитного излучения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов, основанный на вынужденном излучении атомов и молекул.

Слово «лазер» составлено из начальных букв (аббревиатура) слов английской фразы «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation», что означает «усиление света в результате вынужденного излучения».

По сравнению с другими источниками света лазер обладает рядом уникальных свойств, связанных с когерентностью и высокой направленностью его излучения.

Когерентность (от лат. cohaerens — находящийся в связи), согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов, проявляющееся при их сложении. Колебания называются когерентными, если разность их фаз остаётся постоянной во времени и при сложении колебаний определяет амплитуду суммарного колебания. Два гармонических (синусоидальных) колебания одной частоты всегда когерентны.

Излучение электромагнитное - это процесс образования свободного электромагнитного поля. Электромагнитные волны -этоэлектромагнитные колебания.

Радиотелемеханика - это отрасль телемеханики, в которой для передачи команд управления и контрольной (сигнализирующей и измерительной) информации используют каналы радиосвязи.

Радиосвязь – это электросвязь посредством радиоволн.

Электросвязь – этосвязь, при которой передача информации любого вида (речевой, буквенно-цифровой, зрительной и т. д.) осуществляется электрическими сигналами, распространяющимися по проводам, или радиосигналами.

Код (франц. code, от лат. codex — свод законов), система условных знаков (символов) для передачи, обработки и хранения (запоминания) различной информации. Конечная последовательность кодовых знаков называется словом.

Для записи кода чаще всего используют либо цифры и числа (0, 1, 2,... 57, 9276 и т.п.), либо знаки, например + (плюс), — (минус), • (точка), — (тире) и т.д. В технике каждый кодовый знак является условным обозначением некоторого элементарного сигнала, обладающего какими-либо физическими параметрами (сигнальными признаками), которые могут принимать несколько различных значений. Для электрических сигналов такими признаками могут служить амплитуда тока или напряжения, полярность или длительность электрических импульсов (

Линия связи - это совокупность технических устройств и физической среды, обеспечивающая распространение сигналов от передатчика к приёмнику.

Линия связи является составной частью канала связи (канала передачи).

В зависимости от характера сигналов, используемых для передачи сообщений, различают электрические, звуковые (акустические) и оптические линии связи.

Канал связи -это канал передачи, технические устройства и тракт связи, в котором сигналы, содержащие информацию, распространяются от передатчика к приёмнику.

Технические устройства (усилители электрических сигналов, устройства кодирования и декодирования сигналов и др.) размещают в промежуточных и оконечных пунктах связи. В качестве тракта передачи пользуются разнообразными линиями — проводными (воздушными и кабельными), радио и радиорелейными, радиоволноводными и т.д.

Многоканальная связь -это система электросвязи, обеспечивающая одновременную и независимую передачу сообщений от нескольких отправителей к такому же числу получателей.

Помехи радиоприёму - это электромагнитное излучение, воздействующее на цепи радиоприёмника, электрические процессы в самих цепях, которые препятствуют правильному приёму сигнала радиоволн.

В зависимости от происхождения помехи радиоприему и подразделяют на космические), атмосферные, индустриальные, умышленные (организованные), помехи от др. радиостанций, помехи, обусловленные особенностями распространения радиоволн а также собственные шумы радиоприёмника.

Шумы космоса обусловлены радиоизлучением Солнца, звёзд, планет, межзвёздной среды и т.д.

Тепловые флуктуации (тепловой шум) обусловлены тепловым движением носителей заряда в проводнике, в результате чего на концах проводника возникает флуктуирующая разность потенциалов.

Импульс электрический -кратковременное изменение электрического напряжения или силы.

Телеизмерение (ТИ), телеметрия - измерение на расстоянии, осуществляемое средствами телемеханики; раздел телемеханики, к которому относятся передача на расстояние измерительной информации и представление её в виде, наиболее удобном для непосредственного восприятия оператором, ввода в управляющую машину или автоматической регистрации.

Измерительная информация от измерительных преобразователей (датчиков) передаётся на пункт управления или контроля непрерывно или циклически, а иногда по вызову — после посылки оператором специального сигнала-запроса, содержащего адрес (кодовое обозначение) измеряемого параметра. На пункте управления она воспроизводится в аналоговой форме (в виде показаний стрелочных приборов) или в цифровой форме. Измерительная информация передаётся с помощью систем ТИ, а также с помощью комбинированной телеизмерения и телесигнализации системы либо с помощью комплексной телемеханической системы.

ТИ, осуществляемое по радиоканалам, называется радиотелеизмерением, или радиотелеметрией.

Измерительный преобразователь, средство измерений, преобразующее измеряемую физическую величину в сигнал для последующей передачи, обработки или регистрации.

Телесигнализация (ТС)- сигнализация на расстоянии, осуществляемая средствами телемеханики; раздел телемеханики, к которому относятся передача на расстояние дискретной информации о состоянии контролируемого объекта (например, открыто — закрыто, включено — выключено) и представление её в виде, наиболее удобном для непосредственного восприятия оператором, ввода в управляющую машину или автоматические регистрации.

ТС предназначена для оперативного контроля за переключениями на контролируемом пункте и исполнением команд оператора, оповещения оператора о выходе контролируемых параметров за допустимые пределы или об аварии на контролируемом объекте; ТС часто применяется совместно с телеуправлением. Иногда ТС обеспечивает оператора исходными данными для принятия решения по управлению объектом и выработки управляющих воздействий. Сигнализирующая информация передаётся с помощью комбинированной телеуправления и телесигнализации системы, телеизмерения и телесигнализации системы, либо с помощью комплексной телемеханической системы.

Телеуправление (ТУ) - управление на расстоянии, осуществляемое средствами телемеханики; раздел телемеханики, к которому относятся передача на расстояние управляющей информации (команд) и преобразование её в управляющие воздействия на объект управления. Каждый управляемый объект в системах телемеханики характеризуется обычно двумя состояниями (например, открыто — закрыто, включено — выключено), поэтому и управляющая информация имеет, как правило, одно-два, реже несколько слов в команде. В большинстве систем ТУ принят двухступенчатый способ передачи сигналов: сначала передаётся адрес объекта, а затем (обычно после подтверждения правильности адреса) управляющая информация. Системы ТУ используют для передачи как дискретной, так и непрерывной управляющей информации; в последнем случае системы ТУ составляют самостоятельную группу систем телерегулирования.

В связи с тем, что ТУ без контроля за состоянием объекта затруднено, оно обычно дополняется телесигнализацией.В ряде случаев управление объектами ведётся по определённой жёсткой программе. Если число таких программ невелико, а сами программы несложны, то систему ТУ дополняют специальными автоматическими устройствами, реализующими эти программы, при этом в функции оператора входят выбор нужной программы и своевременный пуск системы, что существенно облегчает его работу. Обычно передача управляющей информации осуществляется с помощью комбинированной телеуправления и телесигнализации системы, либо с помощью комплексной телемеханической системы.

ТУ, осуществляемое по радиоканалам, называется радиоуправлением.

Телеуправления и телесигнализации система (система ТУ — ТС) -комбинированная телемеханическая система, предназначенная для управления объектами и для контроля исполнения команд на расстоянии.

Кроме известительной сигнализации (оповещения), в системах ТУ — ТС может передаваться информация о состоянии контролируемых (но не управляемых) объектов системы, а также сигнализация о выходе контролируемых параметров за обусловленные пределы — аварийная сигнализация, информация о работоспособности самого телемеханического устройства и т. п.

Контрольная информация воспроизводится на диспетчерском щите с помощью мнемонических схем или индикаторов.

Рис. 152. Структурная схема телемеханической системы: а — для сосредоточенных объектов;

б, в — для рассредоточенных объектов (цепочечная и древовидная);

ПУ — пункт управления (диспетчерский пункт); КП — контролируемый пункт;

ЛС — линия связи; 1, 2, 3,..., n—объекты управления (контроля).

Различают телемеханическую систему для сосредоточенных объектов (находящихся в пределах одного КП; рис. а), для рассредоточенных объектов (расположенных группами на нескольких КП либо рассеянных по одному на большой территории; рис. б, в).

Например, телемеханическая система первого вида — система управления отдельным строительным краном, самолётом, насосной станцией и т. д. Характерные примеры телемеханическая системы второго вида — системы управления газопроводами, нефтепроводами, энергосистемами, шахтами и заводами, где управление осуществляется с одного диспетчерского пункта.

В телемеханическая системе информация о состоянии и параметрах объектов управления, поступающая на ПУ, обычно воспринимается человеком-оператором, который на основании полученных данных принимает решения и подаёт команды управления.

На ПУ имеется диспетчерский щит, оснащенный соответствующими устройствами представления контрольной информации, и диспетчерский пульт с органами управления телемеханической аппаратурой (с кнопками, ключами, тумблерами и т. п.) и устройствами формирования сигналов управления объектами. При больших объёмах информации её обработка и преобразование к виду, наиболее удобному для принятия решений оператором, производятся автоматическими устройствами.

---

Дата добавления: 2015-07-25