Hệ thống cơ từ xa, ứng dụng của cơ từ xa
Telemechanics là một lĩnh vực khoa học và công nghệ bao gồm lý thuyết và phương tiện kỹ thuật truyền tự động các lệnh điều khiển và thông tin về trạng thái của các đối tượng ở khoảng cách xa.
Thuật ngữ «cơ điện từ xa» được đề xuất vào năm 1905 bởi nhà khoa học người Pháp E. Branly cho lĩnh vực khoa học và công nghệ điều khiển từ xa các cơ chế và máy móc.
Telemechanics cho phép điều phối công việc của các đơn vị, máy móc, hệ thống lắp đặt được phân tách theo không gian và cùng với các kênh liên lạc, kết nối chúng thành một hệ thống điều khiển duy nhất ở khoảng cách xa cơ sở sản xuất hoặc các quy trình khác.
Các phương tiện cơ học từ xa, cùng với các phương tiện tự động hóa, cho phép điều khiển máy móc và lắp đặt từ xa mà không cần nhân viên túc trực tại các cơ sở địa phương và kết hợp chúng thành các tổ hợp sản xuất đơn lẻ với sự điều khiển tập trung (hệ thống điện, đường sắt, đường hàng không và đường thủy, mỏ dầu, đường ống dẫn đường cao tốc) , nhà máy lớn, mỏ đá, v.v. mỏ, hệ thống thủy lợi, tiện ích thành phố, v.v.).
hệ thống điện thoại — một tập hợp các thiết bị cơ điện từ xa và các kênh liên lạc được thiết kế để truyền tự động thông tin điều khiển từ xa.
Việc phân loại các hệ thống cơ từ xa được thực hiện theo các đặc điểm chính đặc trưng cho các thuộc tính của chúng. Chúng bao gồm:
- bản chất của các thông điệp được truyền đi;
- chức năng thực hiện;
- loại, vị trí của đối tượng quản lý, kiểm soát;
- cấu hình;
- kết cấu;
- các loại đường dây thông tin liên lạc;
- cách sử dụng chúng để truyền tín hiệu.
Theo các chức năng được thực hiện, các hệ thống cơ điện tử được chia thành các hệ thống:
- điều khiển từ xa;
- tín hiệu truyền hình;
- từ xa;
- điều chỉnh từ xa.
Trong Hệ thống Điều khiển Từ xa (RCS) một số lượng lớn các lệnh cơ bản như "bật", "tắt" ("có", "không"), dành cho các đối tượng khác nhau (người nhận thông tin), thường được truyền từ điểm điều khiển.
Trong các hệ thống truyền tín hiệu (TS) Trung tâm điều khiển nhận được các tín hiệu cơ bản giống nhau về trạng thái của các đối tượng, chẳng hạn như «có», «không». Trong phép đo từ xa và điều chỉnh từ xa (TI và TP) giá trị của tham số đo (kiểm soát) được truyền đi.
Các hệ thống TC được sử dụng để truyền các lệnh rời rạc hoặc liên tục để điều khiển các đối tượng. Loại thứ hai bao gồm các lệnh điều khiển được truyền để thay đổi thông số được điều khiển một cách trơn tru. Các hệ thống TC dành cho việc truyền các lệnh điều khiển đôi khi được phân biệt trong một nhóm phân loại độc lập với các hệ thống TR.
Các hệ thống TS được sử dụng để truyền các thông báo rời rạc về trạng thái của các đối tượng được giám sát (ví dụ: bật hoặc tắt thiết bị, đạt đến các giá trị giới hạn của một tham số, xảy ra tình trạng khẩn cấp, v.v.).
Các hệ thống TI được sử dụng để truyền các giá trị được kiểm soát liên tục. Hệ thống TS và TI được kết hợp thành một nhóm hệ thống điều khiển từ xa (TC).
Trong một số trường hợp, các hệ thống cơ điện tử kết hợp hoặc phức tạp được sử dụng, thực hiện đồng thời các chức năng của TU, TS và TI.
Theo phương thức truyền tin nhắn, hệ thống cơ điện từ xa được chia thành đơn kênh và đa kênh. Phần lớn các hệ thống là đa kênh, truyền tín hiệu qua một kênh liên lạc chung đến hoặc từ nhiều cơ sở TC. Chúng tạo thành một số lượng lớn các kênh con đối tượng.
Tổng số tín hiệu khác nhau TU, TS, TI và TR trong một hệ thống cơ điện tử trong vận tải đường sắt, mỏ dầu và đường ống đã lên tới hàng nghìn và số lượng các thành phần thiết bị - lên tới hàng chục nghìn.
Thông tin điều khiển mà các hệ thống cơ điện tử truyền ở khoảng cách xa dành cho người vận hành hoặc máy tính điều khiển ở một đầu của hệ thống và các đối tượng điều khiển ở đầu kia.
Thông tin phải được trình bày dưới dạng thân thiện với người dùng. Do đó, hệ thống cơ từ xa bao gồm các thiết bị không chỉ để truyền thông tin mà còn để phân phối và trình bày ở dạng thuận tiện cho người vận hành nhận thức hoặc nhập vào máy điều khiển. Điều này cũng áp dụng cho các thiết bị tiền xử lý và thu thập dữ liệu TI và TS.
Theo loại đối tượng được bảo dưỡng (được giám sát và điều khiển), các hệ thống cơ điện từ xa được chia thành các hệ thống dành cho các đối tượng đứng yên và chuyển động.
Nhóm đầu tiên bao gồm các hệ thống lắp đặt công nghiệp cố định, nhóm thứ hai - để điều khiển tàu, đầu máy, cần cẩu, máy bay, tên lửa, cũng như xe tăng, ngư lôi, tên lửa dẫn đường, v.v.
Theo vị trí của các đối tượng được kiểm soát và bị kiểm soát, các hệ thống đối tượng thống nhất và phân tán được phân biệt.
Trong trường hợp đầu tiên, tất cả các đối tượng được phục vụ bởi hệ thống được đặt tại một điểm. Trong trường hợp thứ hai, các đối tượng được hệ thống phục vụ nằm rải rác từng cái một hoặc theo nhóm tại một số điểm được kết nối tại các điểm khác nhau với một đường truyền thông chung.
Đặc biệt, các hệ thống cơ điện từ xa với các đối tượng thống nhất bao gồm các hệ thống cho các nhà máy điện riêng lẻ và trạm biến áp, lắp đặt máy bơm và máy nén. Các hệ thống như vậy phục vụ một điểm duy nhất.
Các hệ thống cơ điện tử phân tán bao gồm, ví dụ, các hệ thống mỏ dầu. Tại đây, cơ điện từ xa phục vụ một số lượng lớn (hàng chục, hàng trăm) giếng dầu và các cơ sở lắp đặt khác được phân bổ tại hiện trường và được điều khiển từ một điểm.
Hệ thống cơ điện tử cho các địa điểm rải rác - một loại hệ thống cơ điện tử trong đó một số hoặc một số lượng lớn các điểm được kiểm soát phân tán về mặt địa lý được kết nối với một kênh liên lạc chung, mỗi điểm có thể có một hoặc nhiều đối tượng điều khiển kỹ thuật, thông tin kỹ thuật hoặc phương tiện.
Số lượng các đối tượng phân tán và các điểm kiểm soát trong các hệ thống điều khiển tập trung sản xuất, quy trình trong công nghiệp, giao thông và nông nghiệp lớn hơn nhiều so với số lượng các đối tượng tập trung.
Trong các hệ thống điều khiển như vậy, các điểm tương đối nhỏ nằm rải rác dọc theo tuyến (đường ống dẫn dầu khí, thủy lợi, giao thông vận tải) hoặc trên khu vực (mỏ dầu khí, nhà máy công nghiệp, v.v.). Tất cả các trang web tham gia vào một quá trình sản xuất duy nhất, kết nối với nhau.
Một ví dụ về hệ thống cơ điện tử với các đối tượng phân tán: Điều khiển từ xa trong mạng điện
Các vấn đề khoa học chính của cơ học từ xa:
- hiệu quả;
- độ tin cậy của việc truyền thông tin;
- tối ưu hóa cấu trúc;
- tài nguyên kỹ thuật.
Tầm quan trọng của các vấn đề cơ học từ xa tăng lên cùng với sự gia tăng số lượng đối tượng, khối lượng thông tin được truyền và độ dài của các kênh liên lạc, lên tới hàng nghìn km.
Vấn đề về hiệu quả của việc truyền thông tin trong cơ điện tử nằm ở việc sử dụng tiết kiệm các kênh liên lạc thông qua việc nén chúng, nghĩa là giảm số lượng kênh và sử dụng chúng hợp lý hơn.
Các vấn đề về độ tin cậy của đường truyền là loại bỏ việc mất thông tin trong quá trình truyền do ảnh hưởng của nhiễu và đảm bảo độ tin cậy của phần cứng.
Tối ưu hóa cấu trúc — trong việc lựa chọn sơ đồ các kênh liên lạc và thiết bị của hệ thống cơ điện từ xa, đảm bảo độ tin cậy và hiệu quả truyền thông tin tối đa.
Lựa chọn dựa trên các tiêu chí tổng hợp. Tầm quan trọng của việc tối ưu hóa cấu trúc tăng lên cùng với độ phức tạp của hệ thống và với quá trình chuyển đổi sang các hệ thống phức tạp với các đối tượng phân tán và điều khiển đa cấp.
Cơ sở lý thuyết của cơ điện từ bao gồm: lý thuyết thông tin, lý thuyết chống nhiễu, lý thuyết truyền thông thống kê, lý thuyết mã hóa, lý thuyết cấu trúc, lý thuyết độ tin cậy. Những lý thuyết này và các ứng dụng của chúng được phát triển và phát triển có tính đến các chi tiết cụ thể của cơ học từ xa.
Các vấn đề phức tạp và phức tạp nhất nảy sinh trong quá trình tổng hợp các hệ thống điều khiển từ xa lớn, bao gồm cả các hệ thống tự động hóa từ xa. Để tổng hợp các hệ thống như vậy, một cách tiếp cận tích hợp dựa trên các tiêu chí tổng quát, có tính đến các điều kiện truyền và xử lý thông tin tối ưu, thậm chí còn cần thiết hơn. Điều này đưa ra một vấn đề cho điều khiển từ xa tối ưu.
Cơ điện tử hiện đại được đặc trưng bởi sự phát triển của các phương pháp và phương tiện kỹ thuật theo nhiều hướng khác nhau. Số lượng các lĩnh vực ứng dụng của hệ thống cơ điện tử và khối lượng thực hiện trong mỗi lĩnh vực không ngừng mở rộng.
Trong nhiều thập kỷ, khối lượng cơ chế từ xa được giới thiệu đã tăng khoảng 10 lần sau mỗi 10 năm. Dưới đây là thông tin về các lĩnh vực ứng dụng của telemechanics.
Cơ điện tử trong năng lượng
Các thiết bị cơ điện từ xa được sử dụng trong các cơ sở tách biệt về mặt địa lý ở tất cả các giai đoạn sản xuất và phân phối điện để điều khiển: tổ máy (trong các nhà máy thủy điện lớn), cung cấp điện của các doanh nghiệp công nghiệp, nhà máy điện và trạm biến áp của hệ thống điện, hệ thống điện.
Điện được đặc trưng bởi sự hiện diện của một số cấp độ kiểm soát được bao gồm trong một hệ thống phân cấp với một số điểm kiểm soát thuộc các cấp bậc khác nhau.Các nhà máy điện và trạm biến áp được quản lý bởi điểm điều độ của hệ thống điện và các điểm này hình thành các hệ thống điện liên kết với nhau.
Về vấn đề này, các chức năng cục bộ và tập trung được thực hiện tại mỗi điểm kiểm soát.
Đầu tiên liên quan đến việc phát triển các hành động kiểm soát đối với các đối tượng được phục vụ bởi điểm này, là kết quả của việc xử lý thông tin đến từ các đối tượng và từ các điểm kiểm soát khác.
Thứ hai - truyền thông tin chuyển tuyến từ cấp thấp hơn đến các điểm kiểm soát ở cấp cao hơn mà không xử lý hoặc xử lý một phần thông tin, trong khi truyền TI và tín hiệu phương tiện từ điểm kiểm soát ở cấp thấp hơn lên cấp cao hơn - cấp độ đầu tiên được thực hiện.
Hầu hết các công trường hệ thống điện đều lớn, tập trung. Chúng nằm ở khoảng cách rất xa, được đo bằng hàng trăm và đôi khi hàng nghìn km.
Thông tin thường được chuyển thông qua các kênh liên lạc HF trên đường dây điện.
Cần có tương đối ít thông tin để giám sát và điều khiển các nhà máy điện và trạm biến áp trong hệ thống điện. Ở giai đoạn này, các thiết bị TU-TS có phân chia tín hiệu theo thời gian, thiết bị một kênh của hệ thống TI tần số và tần số xung hoạt động thông qua các kênh liên lạc đặc biệt được sử dụng.
Để cải thiện chất lượng năng lượng được cung cấp, tăng độ tin cậy trong hoạt động của mạng lưới truyền tải điện và giảm tổn thất, cần có thêm sự phức tạp của điều khiển điều độ. Những nhiệm vụ này có thể được giải quyết bằng việc giới thiệu rộng rãi công nghệ máy tính ở các giai đoạn quản lý khác nhau.
Xem thêm: Hệ thống điện từ trong năng lượng Và Các điểm điều độ trong hệ thống cung cấp điện
Cơ điện tử trong ngành dầu khí
Các thiết bị điều khiển từ xa được sử dụng để điều khiển và quản lý tập trung các giếng dầu hoặc khí đốt, các điểm thu gom dầu, máy nén khí và các thiết bị lắp đặt khác trong các mỏ dầu hoặc khí đốt.
Chỉ riêng số lượng giếng dầu được cơ giới hóa từ xa đã lên tới hàng chục nghìn. Tính đặc thù của quy trình công nghệ sản xuất, sơ chế và vận chuyển dầu khí là tính liên tục và tự động của các quy trình này, không cần sự can thiệp của con người trong điều kiện bình thường.
Các công cụ cơ điện từ xa cho phép bạn chuyển từ dịch vụ ba ca đối với giếng và các địa điểm khác sang một ca, với đội cấp cứu làm nhiệm vụ vào ca tối và ca đêm.
Với sự ra đời của cơ giới hóa từ xa, việc mở rộng mỏ dầu thường được thực hiện. Có tới 500 giếng được điều khiển tập trung, rải rác trên diện tích từ vài km2 đến nhiều chục km2... Số lượng TU, TS, TI tại mỗi trạm nén, trạm thu dầu và các công trình khác lên tới hàng chục.
Công việc hiện đang được tiến hành để kết hợp các mỏ dầu vào sản xuất nhằm duy trì các điều kiện cơ sở mỏ và mỏ dầu tối ưu.
Các phương tiện tự động hóa và cơ học từ xa cho phép thay đổi và đơn giản hóa các công nghệ, quy trình trong các mỏ dầu, mang lại hiệu quả kinh tế lớn.
đường ống chính
Các thiết bị Telemechanics được sử dụng để điều khiển và quản lý tập trung các đường ống dẫn khí đốt, đường ống dẫn dầu và đường ống dẫn sản phẩm.
Các dịch vụ của điều phối viên khu vực và trung tâm được tổ chức dọc theo các đường ống chính.Đối tượng thứ nhất bao gồm các đối tượng thông số kỹ thuật, thiết bị kỹ thuật và thông tin kỹ thuật trong các nhánh đường ống, trên các tuyến tránh vượt sông và đường sắt. v.v., các đối tượng bảo vệ catốt, trạm bơm và máy nén (vòi, van, máy nén, máy bơm, v.v.).
Phạm vi của điều phối viên khu vực là 120 — 250 km, ví dụ giữa các trạm bơm và máy nén lân cận. Các chức năng TU (vận hành) được thực hiện bởi trung tâm, bởi điều phối viên chỉ khi chúng không được giao cho điều phối viên quận.
Có xu hướng giảm các phương tiện điều khiển kỹ thuật với việc chuyển các chức năng này sang các thiết bị tự động hóa cục bộ, chuyển sang quản lý tập trung mà không cần sự phục vụ của điều độ viên quận hoặc giảm chức năng của anh ta.
Công nghiệp hóa chất, luyện kim, kỹ thuật
Trong các doanh nghiệp công nghiệp lớn, các thiết bị cơ từ xa truyền thông tin thống kê sản xuất và vận hành cho cả việc quản lý các ngành riêng lẻ (xưởng công nghệ, cơ sở năng lượng) và quản lý toàn bộ nhà máy.
Với khoảng cách giữa các điểm được kiểm soát và điểm kiểm soát là 0,5 - 2 km, cơ điện từ xa cạnh tranh thành công với các hệ thống truyền dẫn từ xa và giúp tiết kiệm do giảm chiều dài cáp.
Các doanh nghiệp công nghiệp được đặc trưng bởi sự hiện diện của các đối tượng lớn tập trung và phân tán. Đầu tiên bao gồm các trạm biến áp điện, máy nén và trạm bơm, xưởng công nghệ, thứ hai - các đối tượng được đặt từng cái một hoặc theo nhóm nhỏ (van cung cấp khí đốt, nước, hơi nước, v.v.).
Thông tin liên tục được truyền đi bởi các thiết bị hệ thống đo cường độ từ xa, thiết bị TI với xung thời gian hoặc xung mã. Cái sau thường được bao gồm trong các thiết bị TU-TS-TI phức tạp, truyền thông tin rời rạc và liên tục qua kênh liên lạc.
Đường truyền cáp chủ yếu được sử dụng trong các doanh nghiệp công nghiệp.
Sự gia tăng lượng thông tin vào trung tâm điều khiển đòi hỏi phải tự động hóa quá trình xử lý của nó. Về vấn đề này, các hệ thống phức tạp được sử dụng để cung cấp khả năng xử lý thông tin cho người điều phối (nhà điều hành).
Khai khoáng và công nghiệp than
Trong ngành khai thác mỏ và khai thác than, các thiết bị cơ khí từ xa được sử dụng để điều khiển và giám sát các đối tượng tập trung nằm trong mỏ và trên bề mặt, điều khiển các đối tượng phân tán di động trong khu vực khai thác, điều khiển hệ thống vận chuyển dòng chảy. công nghiệp khai khoáng và khai thác than.
Trong các công trình ngầm, ví dụ, nơi có các thiết bị dành cho xe đẩy telecounling, tín hiệu cơ từ xa được truyền bằng đường dây điện 380 V - 10 kV qua đường dây điện thoại bận rộn, cũng như bằng các kênh kết hợp: từ vật thể di động đến trạm biến áp thấp hơn - một mạng điện hạ thế, sau đó đến phòng điều khiển — một cặp dây rảnh hoặc bận trong cáp điện thoại. Hệ thống thời gian và tần số TU—TS được sử dụng.
Sự bóp méo lịch trình làm việc của hệ thống vận chuyển dòng chảy làm gián đoạn chu kỳ công nghệ, đó là lý do tại sao các thiết bị cơ điện từ phải có độ tin cậy cao hơn.Trong trường hợp này, các đường truyền thông cáp được sử dụng giữa trung tâm điều độ, các điểm kiểm soát cục bộ và các điểm kiểm soát.
vận tải đường sắt
Tôi có hệ thống tự động hóa đường sắt và hệ thống cơ khí từ xa trong vận tải đường sắt được thiết kế để đảm bảo chuyển động an toàn của đoàn tàu và tính cấp bách của chuyển động. Hai mục tiêu này thường đạt được đồng thời với các thiết bị như vậy. Thiệt hại của họ ảnh hưởng đến cả sự an toàn và tính cấp bách của phong trào.
Các yêu cầu chính đối với các thiết bị tự động hóa và cơ điện tử trong trường hợp này là sự tuân thủ của thiết bị với các điều kiện hoạt động — cường độ và tốc độ di chuyển — và độ tin cậy cao trong hoạt động của chúng.
Các thiết bị cơ điện từ xa được sử dụng để kiểm soát việc cung cấp đường điện khí hóa và điều phối tập trung (điều khiển công tắc và tín hiệu) trong một địa điểm (mạch điều khiển) hoặc trạm.
Trong quản lý năng lượng đường sắt, có hai nhiệm vụ độc lập: điều khiển các trạm biến áp lực kéo, các cột đoạn và điều khiển các cầu dao ngắt kết nối trên cao. Đồng thời, việc kiểm soát được thực hiện trong vòng điều độ dài 120-200 km, dọc theo đó có 15-25 điểm kiểm soát (trạm điện kéo, trạm phân đoạn, trạm có bộ ngắt kết nối không khí).
Một TU với bộ ngắt dây xích cho phép tiến hành công việc sửa chữa mà không làm gián đoạn thời gian biểu của tàu. Bộ ngắt kết nối TU, nằm trong các nhóm nhỏ dọc theo đường sắt, được thực hiện bởi một thiết bị đặc biệt TU — TS.
Thêm thông tin: Tự động hóa đường sắt và cơ điện tử
Hệ thống thủy lợi
Các thiết bị điều khiển từ xa được sử dụng để điều khiển và quản lý tập trung việc lấy và phân phối nước.
Nó là một trong những người dùng lớn nhất của telemechanics. Chúng được sử dụng để điều khiển hệ thống tưới tự chảy, kênh chính và giếng tiếp nhận nước (bao gồm cửa dẫn nước, tấm chắn, van, máy bơm, mực nước và lưu lượng TI, v.v.). Chiều dài của hệ thống tưới có điều khiển từ xa lên tới 100 km.
Hệ thống SCADA trong cơ điện tử
SCADA (viết tắt của điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu) là gói phần mềm được thiết kế để phát triển hoặc cung cấp hoạt động thời gian thực của các hệ thống thu thập, xử lý, hiển thị và lưu trữ thông tin về đối tượng giám sát hoặc điều khiển.
Các hệ thống SCADA được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế, nơi cần cung cấp khả năng kiểm soát của người vận hành đối với các quy trình công nghệ trong thời gian thực.
Xem tại đây để biết thêm chi tiết: Hệ thống SCADA trong lắp đặt điện