Sistemas telemecânicos, aplicações da telemecânica

A telemecânica é um campo da ciência e da tecnologia que abrange a teoria e os meios técnicos de transmissão automática de comandos de controle e informações sobre o status de objetos à distância.

O termo «telemecânica» foi proposto em 1905 pelo cientista francês E. Branly para o campo da ciência e tecnologia de controle remoto de mecanismos e máquinas.

A telemecânica permite coordenar o trabalho de unidades, máquinas, instalações separadas espacialmente e, juntamente com canais de comunicação, conectá-los em um único sistema de controle à distância de instalações de produção ou outros processos.

Os meios telemecânicos, juntamente com os meios de automação, permitem o controle remoto de máquinas e instalações sem pessoal de plantão nas instalações locais e os combinam em complexos produtivos únicos com controle centralizado (sistemas de energia, transporte ferroviário, aéreo e aquaviário, campos de petróleo, oleodutos rodoviários , grandes fábricas, pedreiras, etc. minas, sistemas de irrigação, serviços públicos da cidade, etc.).

Sistema telemecânico — um conjunto de dispositivos telemecânicos e canais de comunicação projetados para a transmissão automática de informações de controle à distância.

A classificação dos sistemas telemecânicos é realizada de acordo com as principais características que caracterizam suas propriedades. Eles incluem:

• a natureza das mensagens transmitidas;
• funções desempenhadas;
• tipo e localização dos objetos de gestão e controle;
• configuração;
• estrutura;
• tipos de linhas de comunicação;
• maneiras de usá-los para transmitir um sinal.

De acordo com as funções executadas, os sistemas telemecânicos são divididos em sistemas:

• controle remoto;
• sinais de televisão;
• telemetria;
• telerregulação.

Em Sistemas de Controle Remoto (RCS) um grande número de comandos elementares como "on", "off" ("sim", "não"), destinados a vários objetos (receptores de informações), são frequentemente transmitidos do ponto de controle.

Em sistemas de telesinalização (TS) O centro de controle recebe os mesmos sinais elementares sobre o estado dos objetos, como «sim», «não». Em telemetria e telerregulação (TI e TP) o valor do parâmetro medido (controlado) é transmitido.

Os sistemas TC são usados ​​para transmitir comandos discretos ou contínuos para controlar objetos. O último tipo inclui comandos de controle transmitidos para alterar suavemente o parâmetro controlado. Os sistemas TC destinados à transmissão de comandos de controle às vezes são distinguidos em um grupo de classificação independente dos sistemas TR.

Os sistemas TS são usados ​​para transmitir mensagens discretas sobre o estado dos objetos monitorados (por exemplo, para ligar ou desligar equipamentos, atingir os valores limite de um parâmetro, ocorrer uma condição de emergência, etc.).

Os sistemas TI são usados ​​para transmitir valores controlados contínuos. Os sistemas TS e TI são combinados em um grupo de sistemas de controle remoto (TC).

Em vários casos, são utilizados sistemas telemecânicos combinados ou complexos, executando simultaneamente as funções de TU, TS e TI.

De acordo com o método de transmissão de mensagens, os sistemas telemecânicos são divididos em canal único e multicanal. A maioria dos sistemas é multicanal, transmitindo sinais por um canal de comunicação comum para ou de muitas instalações de TC. Eles formam um grande número de subcanais de objetos.

O número total de diferentes sinais TU, TS, TI e TR em um sistema telemecânico no transporte ferroviário, campos de petróleo e oleodutos já chega a milhares, e o número de elementos do equipamento - muitas dezenas de milhares.

As informações de controle que os sistemas telemecânicos transmitem à distância são destinadas ao operador ou computador de controle em uma extremidade do sistema e os objetos de controle na outra.

As informações devem ser apresentadas de forma amigável. Portanto, o sistema telemecânico inclui dispositivos não apenas para a transmissão de informações, mas também para distribuição e apresentação de uma forma conveniente para a percepção do operador ou entrada em uma máquina de controle. Isso também se aplica aos dispositivos de aquisição e pré-processamento de dados TI e TS.

De acordo com o tipo de objetos atendidos (monitorados e controlados), os sistemas telemecânicos são divididos em sistemas para objetos estacionários e móveis.

O primeiro grupo inclui sistemas para instalações industriais estacionárias, o segundo - para controle de navios, locomotivas, guindastes, aviões, mísseis, tanques, torpedos, mísseis guiados, etc.

De acordo com a localização de objetos controlados e controlados, sistemas de objetos unificados e dispersos são diferenciados.

No primeiro caso, todos os objetos atendidos pelo sistema estão localizados em um ponto. No segundo caso, os objetos atendidos pelo sistema são dispersos um a um ou em grupos em vários pontos que se conectam em diferentes pontos a uma linha de comunicação comum.

Sistemas telemecânicos com objetos unificados incluem, em particular, sistemas para usinas de energia individuais e subestações transformadoras, instalações de bombas e compressores. Tais sistemas atendem a um único ponto.

Sistemas telemecânicos distribuídos incluem, por exemplo, sistemas de campos petrolíferos. Aqui, a telemecânica atende a um grande número (dezenas, centenas) de poços de petróleo e outras instalações distribuídas no campo e controladas de um ponto.

Sistema telemecânico para sites dispersos — um tipo de sistema telemecânico no qual vários ou um grande número de pontos controlados geograficamente dispersos são conectados a um canal de comunicação comum, cada um dos quais pode ter um ou mais controles técnicos, informações técnicas ou objetos de veículos.

O número de objetos dispersos e pontos controlados em sistemas de controle centralizado da produção, processos na indústria, transporte e agricultura é muito maior do que o número de objetos concentrados.

Em tais sistemas de controle, pontos relativamente pequenos estão espalhados ao longo da linha (oleodutos e gasodutos, irrigação, transporte) ou sobre a área (campos de petróleo e gás, plantas industriais, etc.). Todos os sites participam de um processo de produção único e interconectado.

Um exemplo de sistema telemecânico com objetos distribuídos: Controle remoto em redes elétricas

Os principais problemas científicos da telemecânica:

• eficiência;
• confiabilidade da transmissão de informações;
• otimização de estruturas;
• recursos técnicos.

A importância dos problemas telemecânicos aumenta com o aumento do número de objetos, do volume de informações transmitidas e da extensão dos canais de comunicação, que chegam a milhares de quilômetros.

O problema da eficácia da transmissão de informações em telemecânica reside no uso econômico dos canais de comunicação por meio de sua compactação, ou seja, na redução do número de canais e seu uso mais racional.

Os problemas de confiabilidade da transmissão estão na eliminação da perda de informações durante a transmissão devido aos efeitos da interferência e na garantia da confiabilidade do hardware.

Otimização da estrutura — na seleção do esquema dos canais de comunicação e dos equipamentos do sistema telemecânico, que garante a máxima confiabilidade e eficiência na transmissão das informações.

A seleção é baseada em critérios agregados. A importância da otimização da estrutura aumenta com a complexidade do sistema e com a transição para sistemas complexos com objetos distribuídos e controle multinível.

A base teórica da telemecânica consiste em: teoria da informação, teoria da proteção contra ruído, teoria da comunicação estatística, teoria da codificação, teoria da estrutura, teoria da confiabilidade. Essas teorias e suas aplicações são desenvolvidas e desenvolvidas levando em consideração as especificidades da telemecânica.

Os problemas mais complexos e complexos surgem na síntese de grandes sistemas de controle remoto, incluindo sistemas de teleautomação. Para a síntese destes sistemas, torna-se ainda mais necessária uma abordagem integrada baseada em critérios generalizados, tendo em conta as condições de transmissão e processamento óptimo da informação. Isso representa um problema para o controle remoto ideal.

A telemecânica moderna é caracterizada pelo desenvolvimento de métodos e meios técnicos em uma ampla variedade de direções. O número de campos de aplicação de sistemas telemecânicos e o volume de implementação em cada um deles estão em constante expansão.

Por várias décadas, o volume de telemecânica introduzido aumentou aproximadamente 10 vezes a cada 10 anos. Abaixo estão as informações sobre as áreas de aplicação da telemecânica.

Telemecânica em energia

Os dispositivos telemecânicos são utilizados em instalações geograficamente separadas em todas as etapas de produção e distribuição de eletricidade para controle: unidades (dentro de grandes usinas hidrelétricas), fornecimento de energia de empreendimentos industriais, usinas e subestações do sistema de energia, sistemas de energia.

A eletricidade é caracterizada pela presença de vários níveis de controle incluídos em um sistema hierárquico com vários pontos de controle de diferentes níveis.As usinas e subestações são gerenciadas pelo ponto de despacho do sistema de energia, e este último forma sistemas de energia interligados.

Nesse sentido, funções locais e centralizadas são realizadas em cada ponto de controle.

A primeira envolve o desenvolvimento de ações de controle para objetos servidos por este ponto, como resultado do processamento de informações provenientes de objetos e de outros pontos de controle.

Para o segundo - a transferência de informações de trânsito de um nível inferior para pontos de controle de um nível superior sem processamento ou com processamento parcial de informações, enquanto a transmissão de TI e sinais de veículos do ponto de controle de um nível inferior para um superior - o primeiro nível é executado.

A maioria dos locais do sistema de energia são grandes e concentrados. Eles estão localizados a grandes distâncias, medidos em centenas e às vezes milhares de quilômetros.

Na maioria das vezes, as informações são transferidas através de canais de comunicação HF através de linhas de energia.

Relativamente pouca informação é necessária para monitorar e controlar usinas e subestações no sistema de energia. Nesta fase, são utilizados dispositivos TU-TS com divisão de tempo de sinais, dispositivos de canal único de frequência e sistemas TI de frequência de pulso operando através de canais de comunicação especiais.

Para melhorar a qualidade da energia fornecida, aumentar a confiabilidade da operação das redes de transmissão de energia e reduzir as perdas, é necessária uma complexidade adicional de controle de despacho. Essas tarefas podem ser resolvidas pela ampla introdução da tecnologia de computação em vários estágios de gerenciamento.

Veja também: Sistemas telemecânicos em energia e Pontos de despacho no sistema de alimentação

Telemecânica na indústria de petróleo e gás

Dispositivos de controle remoto são usados ​​para controle centralizado e gerenciamento de poços de petróleo ou gás, pontos de coleta de petróleo, compressores e outras instalações em campos de petróleo ou gás.

Só o número de poços de petróleo telemecanizados é de dezenas de milhares. A especificidade dos processos tecnológicos de produção, processamento primário e transporte de petróleo e gás consiste na continuidade e automaticidade desses processos, que não requerem intervenção humana em condições normais.

As ferramentas de telemecânica permitem que você alterne de três turnos de serviço de poços e outros locais para um turno, com uma equipe de emergência de plantão nos turnos da tarde e da noite.

Com a introdução da telemecanização, a ampliação do campo de petróleo é frequentemente feita. Até 500 poços são controlados centralmente, espalhados por uma área de vários quilômetros2 a muitas dezenas de km2... O número de TU, TS e TI em cada estação de compressão, estação de coleta de óleo e outras instalações chega a muitas dezenas.

O trabalho está em andamento para combinar campos petrolíferos em produção para manter as condições ideais do campo petrolífero e das instalações do campo.

Os meios de automação e telemecânica permitem alterar e simplificar tecnologias, processos em campos de petróleo, o que dá um grande efeito econômico.

Oleodutos principais

Dispositivos de telemecânica são usados ​​para controle centralizado e gerenciamento de gasodutos, oleodutos e oleodutos.

Os serviços de despachantes regionais e centrais são organizados ao longo dos dutos principais.O primeiro inclui objetos de especificações técnicas, equipamentos técnicos e informações técnicas em ramais de dutos, em desvios de travessias de rios e ferrovias. etc., objetos de proteção catódica, estações de bombeamento e compressores (torneiras, válvulas, compressores, bombas, etc.).

A área do despachante regional é de 120 a 250 km, por exemplo, entre estações vizinhas de bombeamento e compressão. As funções da TU (operacionais) são desempenhadas pelo centro, pelo despachante somente se não forem confiadas ao despachante distrital.

Tende-se a reduzir as facilidades técnicas de controlo com a transferência destas funções para dispositivos de automação locais, a passar para uma gestão centralizada sem o serviço do despachante distrital ou a reduzir as suas funções.

A indústria química, metalurgia, engenharia

Em grandes empresas industriais, os dispositivos telemecânicos transmitem informações operacionais e estatísticas de produção tanto para o gerenciamento de indústrias individuais (oficinas tecnológicas, instalações de energia) quanto para o gerenciamento de toda a planta.

Com distâncias entre os pontos controlados e o ponto de controle de 0,5 a 2 km, a telemecânica compete com sucesso com os sistemas de transmissão remota e proporciona economia devido à redução no comprimento do cabo.

As empresas industriais são caracterizadas pela presença de grandes objetos concentrados e dispersos. O primeiro inclui subestações elétricas, estações de compressão e bombeamento, oficinas tecnológicas, o segundo - objetos localizados um a um ou em pequenos grupos (válvulas para fornecimento de gás, água, vapor, etc.).

A informação contínua é transmitida por dispositivos do sistema de telemetria de intensidade, dispositivos TI com pulsos de tempo ou pulsos de código. Estes últimos geralmente são incluídos em dispositivos TU-TS-TI complexos, transmitindo informações discretas e contínuas por um canal de comunicação.

As linhas de comunicação por cabo são usadas principalmente em empresas industriais.

O aumento da quantidade de informações que entram no centro de controle exigiu a automatização de seu processamento. Nesse sentido, são utilizados sistemas complexos que fornecem processamento de informações para o despachante (operador).

Indústria de mineração e carvão

Na indústria de mineração e mineração de carvão, dispositivos telemecânicos são usados ​​para controlar e monitorar objetos concentrados localizados em minas e na superfície, para controlar objetos móveis dispersos em áreas de mineração, para controlar sistemas de transporte de fluxo. As duas últimas tarefas são mais específicas para a indústria de mineração e mineração de carvão.

Em obras subterrâneas, onde, por exemplo, existem dispositivos para carrinhos de teleassistência, os sinais telemecânicos são transmitidos por linhas de energia 380 V - 10 kV através de linhas telefônicas ocupadas, bem como por canais combinados: de um objeto móvel a uma subestação de abaixamento - um rede elétrica de baixa tensão e, em seguida, para a sala de controle — um par de fios livre ou ocupado em um cabo telefônico. Os sistemas de tempo e frequência TU — TS são usados.

A distorção do horário de trabalho do sistema fluxo-transporte interrompe o ciclo tecnológico, por isso os dispositivos telemecânicos devem ter maior confiabilidade.Neste caso, são utilizadas linhas de comunicação por cabo entre a central de despacho, os pontos de controle locais e os pontos controlados.

transporte ferroviário

Possuo sistemas de automação ferroviária e telemecânica no transporte ferroviário projetados para garantir a movimentação segura dos trens e a urgência de sua movimentação. Esses dois objetivos geralmente são alcançados simultaneamente com esses dispositivos. Seus danos afetam tanto a segurança quanto a urgência do movimento.

Os principais requisitos para dispositivos de automação e telemecânica, neste caso, são a conformidade dos dispositivos com as condições de operação - intensidade e velocidade de movimento - e alta confiabilidade de operação.

Dispositivos de telemecânica são usados ​​para controlar o fornecimento de estradas eletrificadas e para centralizar o despacho (controle de interruptores e sinais) dentro de um local (circuito de controle) ou estação.

No gerenciamento de energia ferroviária, existem duas tarefas independentes: controle de subestações de tração, postes de seção e controle de seccionadores aéreos. Ao mesmo tempo, o controle é realizado dentro de um círculo de despacho com extensão de 120-200 km, ao longo do qual estão localizados 15-25 pontos controlados (subestações de tração, postes de seção, estações com seccionadoras de ar).

Uma TU com seccionadores de catenária permite que o trabalho de reparo seja realizado sem interromper os horários dos trens. Os seccionadores TU, localizados em pequenos grupos ao longo da ferrovia, são executados por um dispositivo especial TU — TS.

Mais informações: Automação e telemecânica ferroviária

Sistemas de irrigação

Dispositivos de controle remoto são usados ​​para controle centralizado e gerenciamento de captação e distribuição de água.

É um dos maiores usuários de telemecânica. Eles são usados ​​para controlar sistemas de irrigação por gravidade, canais principais e poços receptores de água (incluindo comportas de água, escudos, válvulas, bombas, nível de água e fluxo de TI, etc.). O comprimento do sistema de irrigação com controle remoto é de até 100 km.

Sistemas SCADA em telemecânica

SCADA (abreviação de supervisão de controle e aquisição de dados) é um pacote de software projetado para desenvolver ou fornecer operação em tempo real de sistemas para coletar, processar, exibir e arquivar informações sobre um objeto de monitoramento ou controle.

Os sistemas SCADA são utilizados em todos os setores da economia, onde é necessário proporcionar ao operador o controle dos processos tecnológicos em tempo real.

Veja aqui mais detalhes: Sistemas SCADA em instalações elétricas