أنظمة Telemechanical ، تطبيقات الميكانيكا عن بعد

تعتبر Telemechanics مجالًا من مجالات العلوم والتكنولوجيا يشمل النظرية والوسائل التقنية لنقل أوامر التحكم تلقائيًا ومعلومات حول حالة الأشياء على مسافة.

تم اقتراح مصطلح "الميكانيكا عن بعد" في عام 1905 من قبل العالم الفرنسي إ. برانلي لمجال العلوم والتكنولوجيا للتحكم عن بعد في الآليات والآلات.

تسمح الميكانيكا عن بُعد بتنسيق عمل الوحدات والآلات والمنشآت المنفصلة مكانيًا ، بالإضافة إلى قنوات الاتصال ، وتربطها بنظام تحكم واحد على مسافة من مرافق الإنتاج أو العمليات الأخرى.

تعني الميكانيكا عن بعد ، جنبًا إلى جنب مع وسائل الأتمتة ، السماح بالتحكم عن بعد في الآلات والمنشآت دون وجود موظفين مناوبين في المرافق المحلية ودمجها في مجمعات إنتاج فردية مع تحكم مركزي (أنظمة الطاقة والسكك الحديدية والنقل الجوي والمائي وحقول النفط وخطوط أنابيب الطرق السريعة ، المصانع الكبيرة ، المحاجر ، إلخ. المناجم ، أنظمة الري ، مرافق المدينة ، إلخ).

نظام عن بعد - مجموعة من الأجهزة الميكانيكية عن بعد وقنوات الاتصال المصممة للنقل الآلي لمعلومات التحكم عن بعد.

يتم تصنيف الأنظمة الميكانيكية عن بعد وفقًا للخصائص الرئيسية التي تميز خصائصها. يشملوا:

• طبيعة الرسائل المرسلة ؛
• الوظائف المؤداة
• نوع وموقع كائنات الإدارة والتحكم ؛
• إعدادات؛
• بناء؛
• أنواع خطوط الاتصال
• طرق استخدامها لنقل إشارة.

وفقًا للوظائف التي يتم إجراؤها ، يتم تقسيم الأنظمة الميكانيكية عن بُعد إلى أنظمة:

• جهاز التحكم؛
• إشارات تلفزيونية
• القياس عن بعد.
• التنظيم عن بعد.

في أنظمة التحكم عن بعد (RCS) غالبًا ما يتم إرسال عدد كبير من الأوامر الأولية مثل "on" ، "off" ("نعم" ، "لا") ، المخصصة لأشياء مختلفة (مستقبلات المعلومات) ، من نقطة التحكم.

في أنظمة التشوير عن بعد (TS) يستقبل مركز التحكم نفس الإشارات الأولية حول حالة الأشياء ، مثل «نعم» ، «لا». في القياس عن بُعد والتنظيم عن بُعد (TI و TP) يتم إرسال قيمة المعلمة المقاسة (المتحكم فيها).

تُستخدم أنظمة TC لنقل أوامر منفصلة أو مستمرة للتحكم في الكائنات. النوع الأخير يشمل أوامر التحكم المرسلة لتغيير المعلمة المتحكم بها بسلاسة. أحيانًا يتم تمييز أنظمة TC المخصصة لإرسال أوامر التحكم في مجموعة تصنيف مستقلة عن أنظمة TR.

تُستخدم أنظمة TS لإرسال رسائل منفصلة حول حالة الكائنات المراقبة (على سبيل المثال ، لتشغيل أو إيقاف تشغيل المعدات ، والوصول إلى القيم الحدية للمعلمة ، وحدوث حالة طوارئ ، وما إلى ذلك).

تُستخدم أنظمة TI لنقل القيم المضبوطة بشكل مستمر. يتم دمج أنظمة TS و TI في مجموعة من أنظمة التحكم عن بعد (TC).

في عدد من الحالات ، يتم استخدام أنظمة ميكانيكية عن بُعد مدمجة أو معقدة ، تؤدي في نفس الوقت وظائف TU و TS و TI.

وفقًا لطريقة إرسال الرسائل ، يتم تقسيم الأنظمة الميكانيكية عن بعد إلى قناة واحدة ومتعددة القنوات. غالبية الأنظمة متعددة القنوات ، ترسل إشارات عبر قناة اتصال مشتركة إلى أو من العديد من مرافق TC. أنها تشكل عددًا كبيرًا من القنوات الفرعية للكائنات.

إجمالي عدد الإشارات المختلفة TU و TS و TI و TR في نظام ميكانيكي عن بعد في النقل بالسكك الحديدية وحقول النفط وخطوط الأنابيب يصل بالفعل إلى الآلاف ، وعدد عناصر المعدات - عشرات الآلاف.

معلومات التحكم التي ترسلها الأنظمة الميكانيكية عن بعد عن بعد مخصصة للمشغل أو كمبيوتر التحكم في أحد طرفي النظام وكائنات التحكم في الطرف الآخر.

يجب تقديم المعلومات في شكل سهل الاستخدام. لذلك ، يشتمل النظام الميكانيكي عن بُعد على أجهزة ليس فقط لنقل المعلومات ، ولكن أيضًا للتوزيع والعرض في شكل مناسب للإدراك من قبل المشغل أو الإدخال في آلة التحكم. ينطبق هذا أيضًا على أجهزة الحصول على بيانات TI و TS والمعالجة المسبقة.

وفقًا لنوع الكائنات الخاضعة للخدمة (المراقبة والتحكم) ، يتم تقسيم الأنظمة الميكانيكية عن بُعد إلى أنظمة للأشياء الثابتة والمتحركة.

تشمل المجموعة الأولى أنظمة للمنشآت الصناعية الثابتة ، والثانية - للتحكم في السفن والقاطرات والرافعات والطائرات والصواريخ وكذلك الدبابات والطوربيدات والصواريخ الموجهة ، إلخ.

وفقًا لموقع الكائنات التي يتم التحكم فيها والتحكم فيها ، يتم تمييز أنظمة الكائنات الموحدة والمشتتة.

في الحالة الأولى ، توجد جميع الكائنات التي يخدمها النظام في نقطة واحدة. في الحالة الثانية ، تكون الكائنات التي يخدمها النظام مبعثرة واحدة تلو الأخرى أو في مجموعات في عدد من النقاط المتصلة في نقاط مختلفة بخط اتصال مشترك.

تشمل الأنظمة الميكانيكية عن بُعد ذات العناصر الموحدة ، على وجه الخصوص ، أنظمة محطات الطاقة الفردية ومحطات المحولات الفرعية ، وتركيبات المضخات والضاغطات. مثل هذه الأنظمة تخدم نقطة واحدة.

تشمل الأنظمة الميكانيكية عن بُعد الموزعة ، على سبيل المثال ، أنظمة حقول النفط. هنا ، تخدم الميكانيكا عن بعد عددًا كبيرًا (عشرات ، مئات) من آبار النفط ومنشآت أخرى موزعة في الحقل ويتم التحكم فيها من نقطة واحدة.

نظام Telemechanical للمواقع المتفرقة - نوع من الأنظمة الميكانيكية عن بعد يتم فيه توصيل عدة أو عدد كبير من النقاط الخاضعة للرقابة المتفرقة جغرافيًا بقناة اتصال مشتركة ، قد يكون لكل منها عنصر تحكم تقني واحد أو أكثر أو معلومات تقنية أو كائنات مركبة.

عدد الأشياء المشتتة والنقاط الخاضعة للرقابة في أنظمة التحكم المركزي في الإنتاج والعمليات في الصناعة والنقل والزراعة أكبر بكثير من عدد العناصر المركزة.

في أنظمة التحكم هذه ، تنتشر نقاط صغيرة نسبيًا على طول الخط (خطوط أنابيب النفط والغاز ، الري ، النقل) أو فوق المنطقة (حقول النفط والغاز ، المنشآت الصناعية ، إلخ). تشارك جميع المواقع في عملية إنتاج واحدة مترابطة.

مثال على نظام ميكانيكي عن بعد به كائنات موزعة: التحكم عن بعد في الشبكات الكهربائية

المشاكل العلمية الرئيسية للميكانيكا عن بعد:

• كفاءة؛
• موثوقية نقل المعلومات ؛
• تحسين الهياكل
• الموارد التقنية.

تزداد أهمية المشاكل الميكانيكية عن بعد مع زيادة عدد الأجسام وحجم المعلومات المرسلة وطول قنوات الاتصال التي تصل إلى آلاف الكيلومترات.

تكمن مشكلة فعالية نقل المعلومات في الميكانيكا عن بعد في الاستخدام الاقتصادي لقنوات الاتصال من خلال ضغطها ، أي في تقليل عدد القنوات واستخدامها بشكل أكثر عقلانية.

تكمن مشكلات موثوقية الإرسال في القضاء على فقدان المعلومات أثناء الإرسال بسبب تأثيرات التداخل وضمان موثوقية الأجهزة.

تحسين الهيكل - في اختيار مخطط قنوات الاتصال ومعدات النظام الميكانيكي عن بعد ، مما يضمن أقصى قدر من الموثوقية والكفاءة في نقل المعلومات.

يعتمد الاختيار على المعايير الإجمالية. تزداد أهمية تحسين الهيكل مع تعقيد النظام ومع الانتقال إلى الأنظمة المعقدة ذات الكائنات الموزعة والتحكم متعدد المستويات.

يتكون الأساس النظري للميكانيكا عن بعد من: نظرية المعلومات ، ونظرية حماية الضوضاء ، ونظرية الاتصال الإحصائي ، ونظرية الترميز ، ونظرية البنية ، ونظرية الموثوقية. تم تطوير هذه النظريات وتطبيقاتها وتطويرها مع مراعاة خصوصيات الميكانيكا عن بعد.

تنشأ المشاكل الأكثر تعقيدًا وتعقيدًا في تركيب أنظمة التحكم عن بعد الكبيرة ، بما في ذلك أنظمة التحكم عن بعد. من أجل تجميع مثل هذه الأنظمة ، من الضروري اتباع نهج متكامل قائم على معايير معممة ، مع مراعاة ظروف النقل والمعالجة المثلى للمعلومات. هذا يمثل مشكلة للتحكم عن بعد الأمثل.

تتميز الميكانيكا عن بعد الحديثة بتطوير الأساليب والوسائل التقنية في مجموعة متنوعة من الاتجاهات. يتزايد باستمرار عدد مجالات تطبيق الأنظمة الميكانيكية عن بعد وحجم التنفيذ في كل منها.

على مدى عدة عقود ، زاد حجم الميكانيكا عن بُعد التي تم إدخالها حوالي 10 مرات كل 10 سنوات. فيما يلي معلومات عن مجالات تطبيق الميكانيكا عن بعد.

الميكانيكا عن بعد في الطاقة

تُستخدم أجهزة الميكانيكا عن بُعد في منشآت منفصلة جغرافيًا في جميع مراحل إنتاج وتوزيع الكهرباء للتحكم: الوحدات (داخل محطات الطاقة الكهرومائية الكبيرة) ، وإمدادات الطاقة للمؤسسات الصناعية ، ومحطات الطاقة والمحطات الفرعية لنظام الطاقة ، وأنظمة الطاقة.

تتميز الكهرباء بوجود عدة مستويات من التحكم في النظام الهرمي مع عدد من نقاط التحكم ذات الرتب المختلفة.تتم إدارة محطات الطاقة والمحطات الفرعية بواسطة نقطة إرسال نظام الطاقة ، وتشكل الأخيرة أنظمة طاقة مترابطة.

في هذا الصدد ، يتم تنفيذ الوظائف المحلية والمركزية في كل نقطة تحكم.

الأول ينطوي على تطوير إجراءات التحكم للأشياء التي تخدمها هذه النقطة ، نتيجة معالجة المعلومات الواردة من الكائنات ومن نقاط التحكم الأخرى.

إلى الثاني - نقل معلومات العبور من مستوى أدنى إلى نقاط تحكم ذات مستوى أعلى دون معالجة أو معالجة جزئية للمعلومات ، أثناء نقل إشارات المرور TI والمركبة من نقطة التحكم بمستوى أدنى إلى مستوى أعلى - يتم تنفيذ المستوى الأول.

معظم مواقع أنظمة الطاقة كبيرة ومركزة. تقع على مسافات كبيرة ، تُقاس بمئات وأحيانًا آلاف الكيلومترات.

في أغلب الأحيان يتم نقل المعلومات من خلال قنوات الاتصال HF عبر خطوط الكهرباء.

مطلوب معلومات قليلة نسبيًا لمراقبة محطات الطاقة والمحطات الفرعية والتحكم فيها في نظام الطاقة. في هذه المرحلة ، يتم استخدام أجهزة TU-TS مع تقسيم زمني للإشارات ، وأجهزة أحادية القناة للتردد وأنظمة TI بتردد النبضة التي تعمل من خلال قنوات اتصال خاصة.

من أجل تحسين جودة الطاقة الموردة ، وزيادة موثوقية تشغيل شبكات نقل الطاقة وتقليل الخسائر ، فإن التعقيد الإضافي للتحكم في الإرسال ضروري. يمكن حل هذه المهام من خلال الإدخال الواسع لتكنولوجيا الحوسبة في مراحل مختلفة من الإدارة.

أنظر أيضا: أنظمة عن بعد في مجال الطاقة و نقاط الإرسال في نظام الإمداد بالطاقة

الميكانيكا عن بعد في صناعة النفط والغاز

تُستخدم أجهزة التحكم عن بعد للتحكم المركزي وإدارة آبار النفط أو الغاز ونقاط تجميع النفط والضاغط والتركيبات الأخرى في حقول النفط أو الغاز.

عدد آبار النفط الآلية وحدها هو عدة عشرات الآلاف. إن خصوصية العمليات التكنولوجية للإنتاج والمعالجة الأولية ونقل النفط والغاز تكمن في استمرارية وتلقائية هذه العمليات ، والتي لا تتطلب تدخل بشري في ظل الظروف العادية.

تتيح لك أدوات الميكانيكا عن بُعد التبديل من خدمة المناوبات الثلاث للآبار والمواقع الأخرى إلى وردية واحدة ، مع وجود فريق طوارئ يعمل في نوبات العمل في المساء والليلة.

مع إدخال الميكنة عن بعد ، غالبًا ما يتم توسيع حقل النفط. يتم التحكم مركزيًا بما يصل إلى 500 بئر ، منتشرة على مساحة تتراوح بين عدة كيلومترات 2 إلى عشرات الكيلومترات 2 ... يصل عدد TU و TS و TI في كل محطة ضاغط ومحطة تجميع النفط والمنشآت الأخرى إلى عشرات عديدة.

يجري العمل حاليًا لدمج حقول النفط في الإنتاج للحفاظ على الظروف المثلى لحقول النفط والمرافق الميدانية.

تسمح وسائل الأتمتة والميكانيكا عن بعد بتغيير وتبسيط التقنيات والعمليات في حقول النفط ، مما يعطي تأثيرًا اقتصاديًا كبيرًا.

خطوط الأنابيب الرئيسية

تُستخدم أجهزة الميكانيكا عن بُعد للتحكم المركزي وإدارة خطوط أنابيب الغاز وأنابيب النفط وخطوط أنابيب المنتجات.

يتم تنظيم خدمات المرسلين الإقليميين والمركزيين على طول خطوط الأنابيب الرئيسية.الأول يشمل كائنات المواصفات الفنية والمعدات التقنية والمعلومات التقنية في فروع خطوط الأنابيب ، على خطوط الالتفافية للمعابر فوق الأنهار والسكك الحديدية. إلخ ، أغراض الحماية الكاثودية ومحطات الضخ والضاغط (صنابير ، صمامات ، ضواغط ، مضخات ، إلخ).

تبلغ مساحة المرسل الإقليمي 120 - 250 كم ، على سبيل المثال بين محطات الضخ والضغط المتجاورة. يتم تنفيذ وظائف TU (التشغيلية) من قبل المركز ، من قبل المرسل فقط إذا لم يتم تكليفها بمرسل المنطقة.

هناك اتجاه لتقليل مرافق التحكم الفني مع نقل هذه الوظائف إلى أجهزة الأتمتة المحلية ، والانتقال إلى الإدارة المركزية دون خدمة مرسل المنطقة أو لتقليل وظائفه.

الصناعة الكيميائية والتعدين والهندسة

في المؤسسات الصناعية الكبيرة ، تنقل الأجهزة الميكانيكية عن بعد المعلومات التشغيلية والإنتاجية الإحصائية لإدارة الصناعات الفردية (ورش العمل التكنولوجية ، ومرافق الطاقة) وإدارة المصنع بأكمله.

مع المسافات بين النقاط الخاضعة للرقابة ونقطة التحكم التي تبلغ 0.5 - 2 كم ، تتنافس الميكانيكا عن بعد بنجاح مع أنظمة الإرسال عن بُعد وتوفر توفيرًا بسبب انخفاض طول الكابل.

تتميز المؤسسات الصناعية بوجود كائنات كبيرة مركزة ومتناثرة. الأول يشمل المحطات الكهربائية الفرعية ، ومحطات الضواغط والضخ ، والورش التكنولوجية ، والثاني - الأشياء الموجودة واحدة تلو الأخرى أو في مجموعات صغيرة (صمامات لتزويد الغاز ، والمياه ، والبخار ، وما إلى ذلك).

يتم إرسال المعلومات المستمرة عن طريق أجهزة نظام قياس الشدة عن بُعد أو أجهزة TI ذات النبضات الزمنية أو نبضات الشفرة. عادةً ما يتم تضمين الأخير في أجهزة TU-TS-TI المعقدة ، حيث تنقل معلومات منفصلة ومستمرة عبر قناة اتصال.

تستخدم خطوط اتصالات الكابلات بشكل رئيسي في المؤسسات الصناعية.

تتطلب الزيادة في كمية المعلومات التي تدخل مركز التحكم أتمتة معالجتها. في هذا الصدد ، يتم استخدام الأنظمة المعقدة التي توفر معالجة المعلومات للمرسل (المشغل).

صناعة التعدين والفحم

في صناعة التعدين وتعدين الفحم ، تُستخدم الأجهزة الميكانيكية عن بُعد للتحكم في الأجسام المركزة الموجودة في المناجم وعلى السطح ومراقبتها ، للتحكم في الكائنات المشتتة المتنقلة في مناطق التعدين ، للتحكم في أنظمة نقل التدفق. والمهمتان الأخيرتان هما الأكثر تحديدًا بالنسبة صناعة التعدين وتعدين الفحم.

في الأعمال تحت الأرض ، حيث توجد ، على سبيل المثال ، أجهزة لعربات الاتصال عن بُعد ، يتم إرسال الإشارات الميكانيكية عن بُعد عبر خطوط الطاقة 380 فولت - 10 كيلوفولت عبر خطوط الهاتف المزدحمة ، وكذلك عن طريق القنوات المدمجة: من جسم متحرك إلى محطة فرعية منخفضة - أ شبكة الطاقة ذات الجهد المنخفض ، ثم إلى غرفة التحكم - زوج من الأسلاك الحرة أو المشغولة في كابل الهاتف. يتم استخدام أنظمة الوقت والتردد TU - TS.

يؤدي تشويه جدول عمل نظام نقل التدفق إلى تعطيل الدورة التكنولوجية ، وهذا هو السبب في ضرورة زيادة الموثوقية في الأجهزة الميكانيكية عن بُعد.في هذه الحالة ، يتم استخدام خطوط الاتصال الكبلية بين مركز الإرسال ونقاط التحكم المحلية والنقاط التي يتم التحكم فيها.

النقل بالسكك الحديدية

لديّ أنظمة آلية للسكك الحديدية وأنظمة ميكانيكية عن بُعد في النقل بالسكك الحديدية مصممة لضمان الحركة الآمنة للقطارات وإلحاح حركتها. عادة ما يتم تحقيق هذين الهدفين في وقت واحد مع مثل هذه الأجهزة. يؤثر ضررها على كل من سلامة وإلحاح الحركة.

تتمثل المتطلبات الرئيسية لأجهزة الأتمتة والميكانيكا عن بُعد في هذه الحالة في امتثال الأجهزة لظروف التشغيل - شدة الحركة وسرعتها - والموثوقية العالية لتشغيلها.

تستخدم أجهزة الميكانيكا عن بعد للتحكم في إمداد الطرق المكهربة ولتمركز الإرسال (التحكم في المفاتيح والإشارات) داخل الموقع (دائرة التحكم) أو المحطة.

في إدارة طاقة السكك الحديدية ، هناك مهمتان مستقلتان: التحكم في محطات الجر الفرعية ، وأعمدة الأقسام ، والتحكم في فواصل الكهرباء. في الوقت نفسه ، يتم التحكم داخل دائرة إرسال بطول 120-200 كم ، حيث توجد 15-25 نقطة خاضعة للرقابة (محطات جر فرعية ، أعمدة أقسام ، محطات مع فواصل هوائية).

يسمح TU مع فواصل سلسال بتنفيذ أعمال الإصلاح دون تعطيل الجداول الزمنية للقطارات. يتم تنفيذ فواصل TU ، الموجودة في مجموعات صغيرة على طول السكة الحديدية ، بواسطة جهاز خاص TU - TS.

مزيد من المعلومات: أتمتة السكك الحديدية والميكانيكا عن بعد

نظم الري

تستخدم أجهزة التحكم عن بعد للتحكم المركزي وإدارة كمية المياه وتوزيعها.

إنها واحدة من أكبر مستخدمي الميكانيكا عن بعد. يتم استخدامها للتحكم في أنظمة الري بالجاذبية ، والقنوات الرئيسية وآبار استقبال المياه (بما في ذلك بوابات المياه ، والدروع ، والصمامات ، والمضخات ، ومستوى المياه وتدفق TI ، وما إلى ذلك). يصل طول نظام الري بجهاز التحكم عن بعد إلى 100 كم.

أنظمة SCADA في الميكانيكا عن بعد

SCADA (اختصار للتحكم الإشرافي والحصول على البيانات) عبارة عن حزمة برامج مصممة لتطوير أو توفير تشغيل في الوقت الفعلي للأنظمة لجمع ومعالجة وعرض وأرشفة المعلومات حول كائن المراقبة أو التحكم.

تُستخدم أنظمة SCADA في جميع قطاعات الاقتصاد ، حيث يكون من الضروري توفير تحكم المشغل في العمليات التكنولوجية في الوقت الفعلي.

انظر هنا لمزيد من التفاصيل: أنظمة SCADA في التركيبات الكهربائية