Телемеханика

Телемеханика (от теле... и механика), область науки и техники, предметом которой является разработка методов и технических средств передачи и приёма информации (сигналов) с целью управления и контроля на расстоянии. Т. отличается от др. областей науки и техники, связанных с передачей информации на расстояние (телефония, телеграфия, телевидение и др.), 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 (Т. допускает участие человека в передаче данных только с одной стороны тракта передачи); централизованность переработки информации. Указанные особенности обусловлены спецификой задач, решаемых Т. 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, ж. -д. узлом, сетью метеостанций) 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).

?Методы и средства Т. Любой процесс управления включает собственно управление, то есть воздействие на объект с целью изменения его состояния (положения в пространстве, значений его параметров), и контроль за состоянием объекта. Управление и контроль с помощью средств Т. 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 передаётся по каналам, предназначенным для передачи др. сигналов - например, по телефонным каналам и каналам передачи данных. 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, структура которой может быть достаточно сложной (древовидной, кольцевой, кустовой и смешанной). Значительно реже (вследствие низкой надёжности) применяется цепочечное соединение линий связи и аппаратуры отдельного КП. Если для передачи телемеханической информации используют радиоканалы, то Т. 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 Т., 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 (см. Код в телемеханике). Из-за необходимости обеспечивать высокую надёжность передачи команд управления в ТУ применяются специфические методы кодирования, а также методы обнаружения и исправления ошибок с помощью квитирования сигналов (повторения сигналов по обратному каналу). При приёме кодовая посылка преобразуется в управляющее воздействие на соответствующий исполнительный механизм (например, в простейшем случае - на реле, включающее двигатель).
При ТК информация передаётся в обратном направлении - от объекта (с КП) к оператору (на ПУ или ДП). Контрольная информация о состоянии объекта поступает обычно с измерительных преобразователей (датчиков), реагирующих на изменения параметров объекта. Для удобства передачи такой информации используют кодирование и модуляцию или только одну модуляцию, в том числе двух- и трёхкратную (например, двухкратную частотную, широтно-импульсную и затем частотную модуляцию). На ПУ после демодуляции и декодирования индикаторы воспроизводят значение измеряемого параметра или отображают изменение состояния (положения) объекта управления.
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 (существуют многопроводные системы Т., однако число проводов в них существенно меньше числа управляемых или контролируемых объектов). Эта особенность Т. 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, ж. -д. стрелки. 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 Т. применяется так называемое разделение сигналов, при котором сигналы сохраняют индивидуальные свойства и не искажают друг друга. Из множества способов разделения сигналов (см. Многоканальная связь) в Т. 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 Т. 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 Т. относятся проблемы повышения достоверности передачи информации, эффективного использования каналов связи и создания экономичной и надёжной аппаратуры.
История Т. Области её применения. Первые попытки производить измерения и управлять работой машин на расстоянии относятся к концу 19 в.; термин "Т." был предложен в 1905 французским учёным Э. Бранли. Первоначально с понятием Т. связывали представление об управлении по радио подвижными военными объектами. Известны случаи применения средств боевой техники, оснащенных устройствами управления на расстоянии, в 1-й мировой войне 1914-18. Практическое применение Т. в мирных целях началось в 20-х гг. 20 в. главным образом на ж.-д. транспорте: ТУ ж.-д. сигнализацией и стрелками было впервые осуществлено в 1927 на ж. д. в Огайо (США) на участке длиной 65 км. В 1930 в СССР был запущен первый в мире радиозонд с оборудованием для ТИ. В 1933 в Московской энергосистеме (Мосэнерго) введено в эксплуатацию первое устройство ТС. В 1935-36 началось практическое применение устройств Т. в Мосэнерго, Ленэнерго, Донбассэнерго. В 1935 реализовано ТУ стрелками и сигналами на Московско-Рязанской ж. д. В начале 40-х гг. в Москве было введено централизованное ТУ освещением улиц. Серийное заводское производство устройств Т. в СССР впервые было организовано в 1950 на заводе "Электропульт". К 1955 выявилась тенденция к техническому переоснащению средств Т.: ненадёжные релейно-контактные элементы начали с 1958 повсеместно заменять полупроводниковыми и магнитными бесконтактными элементами. Первая в СССР электронная система ТИ была разработана в 1955-56. В конце 60 - начале 70-х гг. началось оснащение ТМС аппаратурой с использованием интегральных схем.
С каждым годом растет число оборудованных средствами Т. предприятий химической, атомной, металлургической, горнодобывающей промышленности, телемеханизированных электрических станций и подстанций, насосных и компрессорных станций (на нефте- и газопроводах, в системах ирригации и водоснабжения), ж.-д. узлов и аэропортов, усилительных и ретрансляционных установок на линиях связи, систем охранной сигнализации и т. д. Если в 30-х гг. в СССР число телемеханизированных объектов едва достигало нескольких десятков, а в 50-х гг. - нескольких десятков тысяч, то в середине 70-х гг. их стало свыше 500 тысяч. К 1975 в энергосистемах СССР находилось в эксплуатации свыше 5000 ТМС; телемеханизировано около 40 тысяч км железных дорог; свыше 80% всей добываемой в стране нефти давали телемеханизированные скважины. Внедрение ТМС позволяет сократить численность обслуживающего персонала, уменьшает простои оборудования, освобождает человека от работы во вредных для здоровья условиях. Особое значение Т. приобретает в связи с созданием автоматизированных систем управления (АСУ).
В СССР разработаны н успешно применяются (1976) такие системы Т., как, например, МКТ, "Стимул", ТМ-500, ТМ-511. ТМ-512 (для ТУ энергетическими установками на электростанциях и промышленных предприятиях, для управления энергосистемами и энергообъединениями); ТМ-100, ТМ-120-1, ТМ-600, ТМ-625 (для централизованного ТУ газо- и нефтепроводами, линиями электропередачи, различными объектами на нефтепромыслах и транспорте); ТМ-300, ТМ-310, ТМ-320 (для телемеханизации промышленных предприятий); ЭСТ-62, "Лиспа" (для телемеханизации оборудования систем электроснабжения ж. д.); ЧДЦ, "Нива" (для диспетчерской службы на ж. д.) и др.
Интенсивно ведутся разработка и внедрение самых разнообразных систем Т. и информационных систем с устройствами Т. за рубежом. Во Франции, например, созданы и успешно эксплуатируются ТМС: "Марафон IV", ТМСС, ТТ-40, ТТ-3000, "Редека", "Телефонта", "Консип", "Телесиль"; в Щвейцарии - ДАСА, "Телегир 505", "Телегир 707", ЦУТ, ДФМ, ДУФА; в Бельгии - "Дижитл 140", "Дижитл 1000", ТС-СЛ; в ФРГ - "Геатранс" (Ф-101, Ф-102, Ф-200), ЕФД; в Великобритании - ДТ-3, "Телеплекс", "Серк"; в Италии - ТЛСМ-30, Р-6006, STO-3400; в США-"Бристоль", DS-3500, "Систем-9000", "Дейтлок-7" и др.
Огромную роль играет Т. в освоении космоса. Применение Т. - одно из важнейших условий успешного запуска искусственных спутников Земли, космических кораблей с человеком на борту, автоматических межпланетных станций и луноходов. Устройства Т. передают с космических объектов на пункты управления данные о работе бортовых систем, необходимую измерительную информацию, в том числе сведения о состоянии здоровья космонавтов (см. Биотелеметрия); с помощью устройств Т. осуществляется управление этими объектами с Земли. Применительно к авиации, ракетной технике и космическим кораблям телеуправление и телеизмерения получили название радиоуправление и радиотелеметрия.
Лит.: Шастова Г. А., Кодирование и помехоустойчивость передачи телемеханической информации, М.- Л., 1966: Бесконтактные элементы промышленной телемеханики, М., 1973; Тутевич В. Н., Телемеханика, М., 1973; Ильин В. А., Телеуправление и телеизмерение, 2 изд., М., 1974; Макаров В. А., Теоретические основы телемеханики, Л., 1974; Фремке А. В., Телеизмерения, 2 изд., М., 1975.
? Г. А. Шастова.