Курс лекций по специальности 140306 Электроника и автоматика физических установок
 Скачать 2.3 Mb.
|
|
1.3. Место телемеханики в процессе управления Система управления, в которой все функции управления технологическим процессом перекладывается с человека на автоматические устройства, называется автоматической системой, а с участием человека – автоматизированной системой [8, 9]. Рассмотрим структуру автоматической системы управления (см. рисунок 1.1). Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №1 «Введение в курс лекций» 12 Переработка информации ВМ Технологический процесс Получение информации (КИП) Использование информации (ИМ) Рисунок 1.1 Структурная схема автоматической системы управления: КИП – контрольно-измерительные приборы; ИМ – исполнительные механизмы; ВМ – вычислительная машина (промышленный контроллер). Если управляемый процесс рассредоточен на большой площади, то к средствам местной автоматики добавляются системы телемеханики как представлено на рисунке 1.2. Переработка информации ВМ Технологический процесс Получение информации (КИП) Использование информации (ИМ) Передача информации (СТМ) Передача информации (СТМ) Т И , Т С Т У Рисунок 1.2 Структурная схема телеавтоматической системы управления: СТМ – система телемеханики; ТИ – телеизмерения; ТС – телесигнализации; ТУ – телеуправление. Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №1 «Введение в курс лекций» 13 1.4. Основные понятия и терминология Любой процесс управления включает собственно управление, то есть воздействие на объект с целью измерения его состояния (положения в пространстве, значений его параметров и переменных), и контроль за состоянием объекта. Согласно ГОСТ 26.005-82 термин «телемеханика» включает в себя более частные понятия, связанные с функциями телемеханических систем: телеизмерение (ТИ), телесигнализация (ТС), телеуправление (ТУ), телерегулирование (ТР) и т. п. Международный электротехнический словарь использует в английском тексте обобщающий термин «TELECONTROL», который удачно объединяет понятия «управление» на расстоянии и «контроль» независимо от характера воздействия на объект. В русском языке этому термину наиболее соответствует термин «телеуправление». Однако в отечественной литературе этот термин традиционно применяется лишь в отношении функции передачи команд и не охватывает задачи наблюдения (контроля) за управляемым процессом [1, 3]. Поэтому в нашем курсе термин «TELECONTROL» будем заменять сочетанием «телеконтроль и телеуправление», либо применять традиционный термин «телемеханика», если иметь в виду его условность в упомянутом выше смысле. Термин «TELECONTROL» объединяет функции ТИ, ТС, а также любые другие функции наблюдения состояния управляемого (контролируемого) процесса на расстоянии. Следует отметить, что в зарубежной литературе, особенно американской, используется сокращенный термин, удачно объединяющий функции телемеханических устройств в системах управления: SCADA (Suppervisure Control and data acvisation), что в дословном переводе означает «управление на расстоянии и сбор данных». По существу системы телемеханики в автоматизированных системах диспетчерского управления Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №1 «Введение в курс лекций» 14 (АСДУ) энергосистем выполняют функции систем, именуемых на западе SCADA [1, 3]. 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 (в пространстве). Расстояние между КП и ПУ может быть от нескольких десятков (например, при управлении строительным краном) до десятков и сотен тысяч км (например, при управлении автоматической межпланетной станцией). 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 передается по каналам, предназначенным для передачи других сигналов – например, по телефонным каналам и каналам передачи данных. В этом случае для телемеханических сигналов выделяют определѐнный 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, структура которой может быть достаточно сложной (древовидной, кольцевой, кустовой и смешанной). Значительно реже (вследствие низкой надѐжности) применяется цепочечное соединение линий связи и аппаратуры отдельного КП. Если для передачи телемеханической информации используют радиоканалы, то телемеханика называется радиотелемеханикой [1, 2, 4]. Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №1 «Введение в курс лекций» 15 Телемеханическая система (ТМС) – совокупность устройств пунктов управления и контролируемых пунктов, необходимых линий и каналов связи, предназначенных для совместного выполнения телемеханических функций (или совокупность устройств, посредством которых с помощью человека- оператора осуществляется управление объектами и контроль за их состоянием на расстоянии). Системы телеконтроля и телеуправления (ТК и ТУ) – системы телемеханики, выполняющие функции только управления и только контроля. Диспетчерский пункт (ДП) – центр системы диспетчерского управления, где сосредоточивается информация о состоянии производства, движении транспорта, энергоснабжении, ходе строительства и др. (см. Диспетчеризация). В состав ДП входят: операторская (зал дежурств, кабинет), где находится рабочее место диспетчера; аппаратная с вспомогательным оборудованием; контрольно-ремонтная мастерская с дежурным персоналом, обслуживающим оборудование ДП; вспомогательные помещения. Рабочее место диспетчера (оператора), диспетчерский пульт 1 и диспетчерский щит 2 размещают так, чтобы диспетчеру одинаково хорошо были видны все контрольные приборы, элементы сигнализации, экраны (табло), устройства отображения информации и промышленного телевидения. Линия связи (ЛС) – совокупность технических устройств и физической среды, обеспечивающая распространение сигналов от передатчика к приѐмнику. ЛС является составной частью канала связи (канала передачи). Канал связи – канал передачи, технические устройства и тракт связи, в котором сигналы, содержащие информацию, распространяются от передатчика к приѐмнику. 1 Диспетчерский пульт – ряд панелей с органами управления, контроля, сигнализации и средствами диспетчерской связи. 2 Диспетчерский щит – устройство для оперативного визуального контроля и автоматической регистрации информации о состоянии объектов. Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №1 «Введение в курс лекций» 16 Тракт связи – тракт передачи, комплекс технического оборудования и линий связи, предназначенный для формирования специализированных каналов передачи информации. Передача данных (иногда – телекодовая связь) – область электросвязи, имеющая целью передачу информации, представленной на основе заранее установленных правил в формализованном виде – знаками или непрерывными функциями и предназначенной для обработки техническими средствами (вычислительными машинами), сам процесс передачи этой информации. Такую информацию называют данными. Главное отличие передачи данных от телеграфной, телефонной и др. видов связи заключается в том, что получателем или отправителем информации (данных) является машина, а не человек. Эффективность использования канала связи – это отношение числа правильно переданных бит информации к общему числу передаваемых бит в единицу времени. 1.5. Основные задачи телемеханики Рассмотрим основные задачи телемеханики и их особенности [1]: 1. Централизация управления. Телемеханика изучает и разрабатывает методы и средства технического и программного обеспечения централизованного управления и контроля производственными процессами сложных производственных комплексов, содержащих многочисленные территориально разобщенные, но связанные единым технологическим процессом объекты. Эффективное управление такими сложными производствами возможно лишь из управляющих центров (пунктов управления – ПУ) куда должна поступать необходимая контрольная информация от всех объектов, участвующих в едином процессе производства. В результате обработки этой информации ПУ вырабатывают команды управления контролируемым процессом, учитывающие текущее состояние всех контролируемых объектов. Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №1 «Введение в курс лекций» 17 Процесс производства электроэнергии на электростанциях (тепловых, гидроэлектрических, атомных и др.) и распределения ее между потребителями, связанными с электрическими подстанциями высоковольтными линиями электропередачи, распределенные производства ядерного топливного цикла, являются классическими примерами сложных технологических процессов, требующих применения телемеханических методов и средств централизованного управления и контроля. 2. Режим реального времени. Особенностью работы телемеханических систем является обеспечение управления и контроля в режиме реального времени. Контрольная и командная информация, доставляемая в центры и на объекты управления, должна поступать в темпе текущего управляемого технологического процесса. Это означает, что система телемеханики должна вносить минимальное запаздывание при передаче информации и управляющих воздействий. Обеспечением режима реального времени телемеханические системы отличаются от остальных систем передачи информации, таких, например, как системы передачи данных, телетайп, телеграф и т. п. В зависимости от скорости протекания контролируемых процессов допустимые запаздывания передачи информации, обеспечивающие режим реального времени, различны и могут составлять от миллисекунд до единиц секунд. 3. Надежность и достоверность доставки информации. Системы телемеханики должны обеспечивать высокую надежность доставки информации и ее достоверность, поскольку ущерб от передачи неправильных команд или других оперативных сообщений и задержка в передаче этих сообщений могут привести к большим экономическим потерям, а в отдельных случаях – и к гибели людей, причем требуемая надежность доставки информации и ее достоверность должны обеспечиваться в условиях повышенных уровней помех, характерных для специальных каналов связи, используемых в энергетике (высокочастотная связь по высоковольтным линиям электропередачи, каналы тональной Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №1 «Введение в курс лекций» 18 частоты по распределительным электрическим сетям, радиосвязь в условиях сильного влияния линий электропередачи и т. п.). Для этой цели в телемеханических системах широко используются различные методы помехозащищенного кодирования сообщений, обеспечивающие заданную вероятность необнаруживаемых ошибок, дублирование (резервирование) каналов связи и т. д. 4. Эффективность использования каналов связи. Каналы связи являются наиболее дорогостоящей составляющей системы передачи информации. Поэтому наряду с передачей телемеханической информации они используются для телефонной, телеграфной и других видов связи. В этих условиях особенно важно обеспечить высокую эффективность телепередачи данных, которая характеризуется отношением числа правильно переданных бит информации к общему числу передаваемых бит в сообщении в единицу времени. Использование каналов связи с ограниченной частотной полосой пропускания в условиях сильных помех требует применения методов сжатия данных, предотвращающих занятие канала неэффективной повторяющейся информацией. 5. Обеспечение «наблюдаемости» контролируемого процесса и оперативного управления. Система телемеханики должна обеспечивать передачу в центр управления достоверной информации из стратегически важных пунктов энергосистем о реальном текущем состоянии процесса и выдавать диспетчеру эти данные в таком виде, чтобы он был в состоянии быстро и точно реагировать на отклонения режима от нормы. Обеспечение максимальной оперативности при ликвидации аварий в энергосистеме является одной из важнейших задач системы телемеханики. Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №1 «Введение в курс лекций» 19 6. Первичная обработка информации. Современные системы телемеханики, использующие встроенные микропроцессорные контроллеры, решают задачу первичной обработки информации. Имеется в виду обработка информации как «на местах» с целью ее «сжатия» перед передачей по каналу связи, так и в центрах управления при вводе в вычислительную систему. Тем самым решается задача повышения эффективности использования каналов связи и оперативно- информационных комплексов (ОИК). На нижних уровнях диспетчерского управления, где специальные микропроцессорные контроллеры, как правило, не устанавливаются, микропроцессорные системы телемеханики должны выполнять определенный набор функций по обработке информации для местных ОИК. 7. Самоконтроль, ремонтопригодность, расширяемость и совместимость. Эксплуатация средств телемеханики в энергосистемах представляет весьма сложную и трудоемкую задачу для обслуживающего персонала, особенно с учетом того, что информационные объемы и функции систем телемеханики непрерывно возрастают. Поэтому первостепенное значение приобретают такие характеристики систем, как самоконтроль устройств с автоматической сигнализацией и локализацией неисправностей, ремонтопригодность отдельных плат и блоков. Система телемеханики также должна допускать относительно несложную перестройку при расширении информационного объема и обеспечивать совместимость с существующими системами телемеханики, ОИК и аппаратурой каналов связи, находящимися в эксплуатации (желательно программным путем, без изменения электронных блоков устройств). Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №1 «Введение в курс лекций» 20 8. Учет условий окружающей среды. Условия окружающей среды, в которых эксплуатируются устройства телемеханики (УТМ), могут быть весьма разнообразными: от помещений с кондиционированным воздухом и постоянным обслуживанием до установки на необслуживаемых объектах и открытом воздухе. Надежная работа УТМ в столь широком диапазоне внешних условий гарантируется различными исполнениями УТМ – классами, ограничивающими их применение конкретными условиями эксплуатации. По многообразию классов, допускающих использование УТМ в различных условиях окружающей среды, системы телемеханики родственны системам релейной защиты и автоматики, что существенно, отличает их от средств универсальных вычислительных комплексов. На следующей лекции рассмотрим основные функции телемеханических систем. Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №2 «Функции телемеханики» 21 ЛЕКЦИЯ 2. Функции телемеханики ПЛАН ЛЕКЦИИ 2.1. Функции телемеханики 2.2. Пользовательские функции 2.3. Функции оперативной обработки сигналов. 2.4. Функции транспортировки (передачи сообщений) 2.1. Функции телемеханики Функции систем телемеханики подразделяются на несколько определѐнных уровней, каждый и которых по существу не зависит от выше и нижерасположенных уровней. Нижерасположенный уровень выполняет обслуживающие функции, выше расположенный является главным, с которым данный уровень обменивается информацией и сообщает об ошибках. Обычно каждый функциональный уровень связан с соответствующим уровнем на другой стороне канала связи. Рассмотрим структуру модели системы передачи информации общего назначения (согласно международному стандарту ISO–CCITT) и системы телемеханики (стандарт МЭК) [1, 2], которая представлена на рисунке 2.1. Модель системы связи по стандарту ISO-CCITT (International Consultative Committee for Telegraphy and Telephony) в литературе можно встретить также как OSI (Open System Interface). Расшифровку OSI Model в литературе иногда дают как (Open System Interconnect). Используют также TCP/IP model, которая в отличие от OSI Model имеет 5 уровней. Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №2 «Функции телемеханики» 22 Физический Модем Физическая среда ( линия связи) Канальный Сетевой Транспортный Сеансовый (сессия) Представительский Пользовательский Пользователь Канал Передача данных; Включая сеть Представление ( отображение) данных, включая оперативную обработку 1 2 3 4 5 6 7 Уровень Модель системы связи По стандарту ISO-CCITT Модель системы телемеханики по стандарту МЭК Рисунок 2.1 Модель системы связи по стандарту «ISO-CCITT»: 1. Физический уровень. Определяет вид линии связи и совместимость линий (тип линий связи и еѐ характеристики). 2. Канальный уровень. Определяет правила использования линии связи между пользователями. 3. Сетевой уровень. Определяет буферизацию и маршрутизацию сообщений в сети. 4. Транспортный уровень. Деление сообщений на пакеты. 5. Сеансовый уровень. Функции открытия, поддержания и закрытия сеанса передачи. 6. Представительский уровень. Отображение информации и предварительная обработка. 7. Прикладной уровень. Представление информации, обработка информации и отображение еѐ в том виде, в котором удобно оператору. Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №2 «Функции телемеханики» 23 Функции систем телемеханики подразделяются на следующие уровни: 1. Пользовательские функции (уровень 7); 2. Функции оперативной обработки и отображения данных (уровни 5 – 6); 3. Функции транспортировки данных, включая все уровни передачи – физический, канальный и сетевой (уровни 1 – 4). Пользовательские функции подразделяются на основные (или базисные) и вторичные. Основные – это функции основного назначения системы телемеханики – телеконтроль и телеуправление технологическими процессами. Вторичные функции – производные от основных – определяют возможности системы по обработке и представлению (отображению) информации пользователю. |