煤矿综合自动化讲义.doc

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1、 本文由grabstone贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 煤矿综合自动化知识系列讲义(一) The First Part of the Series Teaching Materials about Coal Mine Computer Integrated System 自动化事业部 孟凡强 2007年6月 目录 数字化矿井,煤矿信息化, 煤矿综合自动 化 基本概念及内容 三者关系 控制系统类型 第一部分 数字化矿井,煤矿信息化,煤矿综合自动 化 数字化矿井,煤矿信息化, 煤矿综合自动化概念,内容 一,数字化矿井 1.1概念 概念

2、数字化矿井是以矿山系统为原型,以地理坐标为参考系,以矿山科学技 术,信息科学,人工智能和计算科学为理论基础,以高新矿山观测和网络技 术为支撑,建立起的一系列不同层次的原型,系统场,物质模型,力学模型, 数学模型,信息模型和计算机模型并集成,可用多媒体和模拟仿真虚拟技术 进行多维的表达,同时具有高分辨率,海量数据和多种数据的融合以及空间 化,数字化,网络化,智能化和可视化的技术系统.它是信息化,数字化的 虚拟矿山,是用信息化与数字化的方法来研究和构建的矿山,是矿山地表面 之下的人类工程活动的信息全部数字化之后由计算机网络来管理的技术系统. 通过它可以了解整个矿山系统所涉及的信息过程,特别是矿山系

3、统多体之间 信息的联系和相互作用的规律. 其实质分为:一个层次是将数字化矿井中的固有信息( 其实质分为:一个层次是将数字化矿井中的固有信息(即与空间位置直 接有关的相固定的信息,如地面地形,井下地质 开采方案, 井下地质, 接有关的相固定的信息,如地面地形 井下地质,开采方案,已完成的井下工 程等)数字化,按三维坐标组织起来一个数字化矿井 全面, 程等)数字化,按三维坐标组织起来一个数字化矿井,全面,详尽地刻 画矿山及矿体;另一个层次是在此基础上再嵌入所有相关信息( 画矿山及矿体;另一个层次是在此基础上再嵌入所有相关信息(即空间位置 间接有关的相对变动的信息,如储量,安全,机电,人事,生产,技

4、术, 间接有关的相对变动的信息,如储量,安全,机电,人事,生产,技术,营 销等)组成一个意义更加广泛的,多维的数字化矿井 销等)组成一个意义更加广泛的,多维的数字化矿井.后一个层次才是 真正的数字化矿井 数字化矿井是需要多个学科,高校, 真正的数字化矿井,而数字化矿井是需要多个学科,高校,科研院 所和煤炭企业的科技人员协同作战,长期奋斗才能实现的. 所和煤炭企业的科技人员协同作战,长期奋斗才能实现的. 1.2数字化矿井结构层次 数字化矿井 数字化矿井 (1) 基础数据层.即数据获取与存储层.数据获取包括利用各种技术手段 获取各种形式的数据及其预处理;数据存储包括各类数据库,数据文件, 图形文件

5、库等.该层为后续各层提供部分或全部输入数据. (2) 模型层.即表述层.如空间和矿物属性的三维和二维块状模型,矿区 地质模型,采场模型,地理信息系统模型,虚拟现实动化模型等.该层 不仅将数据加工为直观,形象的表述形式,而且为优化,模拟与设计提 供输入. (3) 模拟与优化层.如工艺流程模拟,参数优化,设计与计划方案优化等. 1.2数字化矿井结构层次 数字化矿井 数字化矿井 (4) 设计层.即计算机辅助设计层.该层为把优化解转化为可执行方案或直 接进行方案设计提供手段. (5) 执行与控制层.如自动调度,流程参数自动监测与控制,远程操作等. 该层是生产方案的执行者. (6) 管理层.包括MIS

6、与办公自动化. (7) 决策支持层.依据各种信息和以上各层提供的数据加工成果,进行相关 分析与预测, 为决策者提供各个层次的决策支持. 按功能划分,数字化矿井包括六大类系统:数据获取与管理系统,数 字开采系统,矿区地理信息系统,选矿数字监控系统,管理系统,决策支 持系统.其中数字开采系统是核心系统,也是效率和效益的主要创造者. 1.3国内数字化矿井建设构想 国内数字化矿井 国内 1,现状 矿石利用率低 劳动生产率低 机械化程度低 规模小 安全可靠性低 我国矿业还处于机械化的初级阶段,近十多年来,与发达国家先进矿山 的差距越来越大. 1.3国内数字化矿井建设构想 国内数字化矿井 国内 2,构想

7、指导思想 抓住机遇 有超越发展的思想 有创新的思想 根据自己的实际,做好规划,多学科多方合作 目标 生产过程控制 安全预警 科学决策 具体思路 生产过程控制 具体思路 安全预警 具体思路 科学决策 二,煤矿信息化 信息化是走新型工业化道路必然选择 十六大的报告明确指出: 实现工业化仍然是我国现代化进程中艰巨的历史性任务 实现工业化仍然是我国现代化进程中艰巨的历史性任务 .信息化是我国加快实现工业化和现代化的必然选择. 信息化是我国加快实现工业化和现代化的必然选择. 必然选择 坚持以信息化带动工业化,以工业化促进信息化, 坚持以信息化带动工业化,以工业化促进信息化,走出 带动工业化 一条科技含量

8、高,经济效益好,资源消耗低, 一条科技含量高,经济效益好,资源消耗低,环境污染 少,人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子. 人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子. 二,煤矿信息化 1) 信息化是提高企业知识生产力的最有效的工具 现代管理之父杜拉克指出:知识生产力将日益成为一个国家, 现代管理之父杜拉克指出 知识生产力将日益成为一个国家, 知识生产力将日益成为一个国家 一个产业,一家公司的竞争实力的决定性因素 一个产业,一家公司的竞争实力的决定性因素,无论什么传统 产业,之所以能发展壮大, 产业,之所以能发展壮大,就是因为它们围绕知识和信息进行了重 组. 采用信息化的手段,围绕着生产过程

9、的信息和知识对生产过程进 采用信息化的手段 围绕着生产过程的信息和知识对生产过程进 行重组,将优秀的生产与操作经验 将优秀的生产与操作经验, 行重组 将优秀的生产与操作经验,专有技术和知识提炼和融合到上 述软件系统中去,极大地提高生产力. 述软件系统中去,极大地提高生产力. 二,煤矿信息化 2) 只有通过企业信息化才能实现企业扁平化管理 只有通过企业信息化才能实现企业扁平化管理 金字塔型组织 管理组织层次 金字塔型组织: 金字塔型组织: 董事会 生产制造 过程 扁平化组织结构 总经理 生产班 总经理 生产副总 生产车间 生产部 生产厂 工人 扁平化 组织结构: 组织结构: 生产指挥中心 生产制

10、造过程 二,煤矿信息化 2.1煤矿信息化概念 利用先进的网络技术,自动控制技术,通信技术,计算机技术,视频技术, 将煤矿业务信息的处理与煤矿生产过程中的自动化过程的控制结合起来综 合全面的控制与信息管理系统.它在企业的经营管理层和过程控制层之间, 能够建立双向的信息交互,对生产过程进行直接控制.以现有设备为基础, 将数据集成技术应用于到各种控制系统和安监系统,井下,通过建立 webgis为基础的网络平台,实现皮带运输,工作面,排水系统,供电系统, 通风系统,安全监测监控系统,选煤厂监控,信,集,闭系统,核子秤等 系统的统一,集中监控,形成一个完整的管控一体化综合应用系统. 2.2煤矿信息化结构

11、层次 管理,决策系统(MIS) 管理,决策系统(MIS) 企业的管理层信息管理 企业的辅助决策 安全生产管理系统(MES) 安全生产管理系统(MES) 煤矿的生产调度管理层 煤矿的作业计划优化 矿井生产现场的数据采集 矿井生产现场的自动控制 调度管理,数据库, 调度管理,数据库, 信息处理, 信息处理,信息挖 信息融合, 掘,信息融合,故 障诊断, 障诊断,专家系统 数据采集与生产监控(PCS) 数据采集与生产监控(PCS) 三,煤矿综合自动化 3.1煤炭生产过程对自动化的要求 通风 安监 排水 压力 供电 防火 其他辅助系统 供压 降尘 Control panel 主控台 is contro

12、l unit 本安控制装置 is control unit 本安控制装置 Gate end box 顺槽终端开关 Gate end box 顺槽终端开关 Supplied by end-user 用户提供 Section switch 采区开关 KE1004 127 V50 Hz 127 V50 Hz KE1004 PRT 刨头 运行轨道 Crusher 破碎机 Stage loader 转载机 KE1004 Spare unit 备用开关 Server PM4 PM4服务器 Amplifier + pull sw. 扩音器 +拉线开关 Amplifier + pull sw. 扩音器 +拉线

13、开关 Amplifier + pull sw. 扩音器 +拉线开关 Auxiliary panel PE4022 辅助控制盘 KE1004 Stage loader 转载机 Motor-cooling 电动机冷却装置 Crusher 破碎机 Motor-cooling 电动机冷却装置 Main 机头 Plow track measuring device 刨头行程测量装置 Limit switch 限位开关 Control cabin 控制室 14 Quad adapter 四芯电缆适配器 HG 6020 Water valve HG 6020型水阀 6020型水阀 PM4 10 4 5 Sy

14、nchronization 同步器 = provided by end-user 14 用户提供 is = intrinsically safe 本安 Plow track spraying system 刨头轨道喷雾系统 9 6 HG 6020 Water valve HG 6020型水阀 型水阀 2 3 2 PM4 PLOW 刨头 PM4 5 2 4 1 PM4 2 1 2 PM4 HG 6020 Water valve HG 6020型水阀 型水阀 HG 6020 Water valve HG 6020型水阀 型水阀 3 Synchronization 同步器 Limit switch

15、限位开关 1 1 Tail 机尾 Plow track measuring device 刨头行程测量装置 215 m Chain tensioning device 工作面自动化系统 工作面自动化系统 工作面系统 通风系统 煤矿通风监控系统示意图 排水系统 供电系统 安全生产监测系统 多套系统共存 电力检测系统 1 号变电站 洗煤厂集控系统 2 号变电站 井上运输集控系统 地面系统 胶带机集控系统 井下系统 井下环境安全监测系统 排水监测系统 3.2煤矿综合自动化概念 综合自动化系统是应用现代电子技术和自动化技术对矿井生产过程实现全面 监控的系统,把采掘生产设备监控系统,皮带运输监控系统,辅

16、助生产设备 监控系统等子系统数据进行集中监控,实现生产及辅助生产各运行参数的统 计并上传至矿区办公局域网,这样使得煤矿生产和管理更加科学高效.同时 将一些主要生产数据和安全情况向上一级管理部门进行汇报,上一级管理部 门可以通过这些数据对煤矿进行远程实时监视.出现紧急情况发出告警信号. 基于CIMS原理提出 CIMAS CIMAS采用最新三层结构模式(企业信息化的三层模型:PCS,MES 和MIS)开发,是一套支持多种现场总线环境和常规控制系统(DCS,PLC) 环境下的功能涵盖过程控制与监视,现场总线设备管理,远程监控,远程设 备诊断维护,先进控制与优化控制,生产计划和生产调度,决策支持等于一

17、 体的网络化,多功能的,开放的,可扩充和可裁剪的综合自动化系统 煤矿综合自动化层次架构 计 生产监控调度指挥 生活保障管理 质量管理 物资管理 生产保障管理 后勤 保障 经济 核算 安全生产信息管理 生产计划与统计 专家决策支持 办公自动化 数 算 据 机 生 产 数据库 信息处理 信息挖掘 信息融合 故障诊断 专家系统 安 全 考勤与劳资 管理决策层 库 网 信息集成层 管 络 网络 理 综合自动化层 视频系统 矿山综合自动化平台 系 安全 监测 供压 系统 安全系统 井下 通风 排水 系统 瓦斯 防灭 抽放 火 工作 面 水处理 统 锅炉 房 生产系统 胶带 运输 人员 监测 井下 降温

18、提升 系统 选煤 厂 给水 地面 系统 排矸 供电系统 地面 井下 供电 供电 系 统 统 3.3煤矿综合自动化内容 煤矿综合自动化系统包括风机在线监测监控 (通风安全环境监测)子系统,瓦斯抽放监 测(管道瓦斯抽放监测与控制)子系统,火 灾预报束管监测(煤层自然发火实时分析) 子系统,工业电视监视系统子系统,电力监 测子系统,胶带机监测子系统,主副(斜) 井提升监测子系统,矿压监测(矿井冲击地 压实时分析及专家诊断预测与控制)子系统, 矿用自动防尘撒水控制(皮带机头自动喷水 降尘)子系统,机车调度子系统,考勤子系 统,电话通讯子系统,电视会议子系统,计 算机网络子系统等等. 综合自动化系统具有

19、将上述各控制子系统 无缝集成的能力,系统提供统一的数据接口, 每个子系统用一个软件适配器与综合监控平 台数据交互.数据接口采用标准的UDP通信 接口,系统支持瓦斯监测,视频监控,配电 监测,机电设备监控管理等各种子系统的软 件适配.系统架构是全开放的,扩展能力很 强.每接入一种子系统模块,只需要一个适 配程序.系统初建时可根据需求和条件先建 最急需的最基本的核心平台,然后分期分批 增加各种子系统及不断升级,最后建成最完 善的系统.网络拓扑结构 部分子系统 3.3煤矿综合自动化内容 1水泵电控系统 水泵电控系统 采集参数:电机电压,电机电流,故障,开停,电机温度,进水压力,出水压力, 真空压力,

20、进水水位,开关位置信号等 采集方式:PLC控制或分站式数据采集 接入方法:直接接入或转换规约 2瓦斯监测监控系统 瓦斯监测监控系统 采集参数:瓦斯浓度,风速,环境温度,负压,水位,设备开停,风门开 关,馈电开关,电压,电流,风筒开关,轴温,抽放管温度,抽放管压力, 抽放管瓦斯浓度,抽放管流量,故障报警等. 采集方式:采用规约转换或读数据库的方式均可 接入方法:TCP/IP通信 3提升机电控系统 提升机电控系统 采集参数:安全回路,实时速度,电流曲线,电压,电流,故障,开停,电 机温度,PLC状态,开关量,模拟量,钩数,提升容器位置监测. 采集方式:PLC控制或分站式数据采集 接入方法:直接接入

21、或转换规约 4风机电控系统 风机电控系统 采集参数:电机电压,电机电流,故障,开停,电机温度,进水压力,出水压力, 真空压力,进水水位,开关位置信号. 采集方式:PLC控制或分站式数据采集 接入方法:直接接入或转换规约 3.3煤矿综合自动化内容 部分子系统 5胶带机电控系统 胶带机电控系统 采集参数:打滑,堆料,超温,烟雾,纵撕,灭尘,速度,跑偏,煤位, 速度,开停,拉绳等 采集方式:PLC控制或分站式数据采集 接入方法:直接接入或转换规约 6锅炉电控系统 锅炉电控系统 采集参数:锅堂温度,锅堂前中后压力(负压)上锅筒温度,上锅筒压力, 蒸汽出口流量,蒸汽管路压力,省煤器温度,烟道温度,鼓风机

22、开度,风量 开关,引风机吸风量开度,风量开关,供水调节阀阀门开度,水位调节器开 关,显示,供煤炉排速度显示,速度调节,现场手自显示,水位报警,水位 显示(电接点和差压变送两个显示),供水阀前,后压力,供水温度,流量, 出渣机状态,循环泵状态,鼓风机开停状态,引风开停状态,供水泵开停状 态,鼓风机轴温,引风机轴温,风机变频器速度等 采集方式:PLC控制或分站式数据采集 接入方法:直接接入或转换规约 3.3煤矿综合自动化内容 部分子系统 7生活污水处理站 生活污水处理站 采集参数:水池液位,流量,ORP值,溶解氧值,浊度,PH值,温度, COD值,水泵开停,水泵故障,加氯开关,加药开关,电流,电压

23、,压力等 采集方式:PLC控制或分站式数据采集 接入方法:直接接入或转换规约 8空压机电控 空压机电控 采集参数:一级气缸排气温度,二级气缸排气温度,后冷却器排气温度 冷却水进水总管水温,空气压缩机组冷却水排水温度 空气压缩机传动机构润滑油温度,空气干燥器装置进气温度 空气干燥器装置排气温度,加热再生吸附式空气干燥装置加热器温度 加热再生吸附式空气干燥装置再生气进气温度 加热再生吸附式空气干燥装置再生气排气温度 冷冻式空气干燥装置蒸发温度,压缩机空气站供气母管压力 一级气缸排气压力,二级气缸排气压力,储气罐气压 空气压缩机组冷却水进水(阀后)压力,空气压缩机组传动机构润滑油压 力 空气干燥装置

24、压差,空气过滤器压差,压缩空气站供气母管流量 电压,电流,开停,故障等 采集方式:PLC控制或分站式数据采集 接入方法:直接接入或转换规约 3.3煤矿综合自动化内容 部分子系统 9110kV变电站和 变电站和35kV变电站监控系统 变电站和 变电站监控系统 采集参数:相电压,线电压,电流,故障,开停,高压开关,馈电开关,主变温度, 功率因数,电度,有功功 率,无功功率,视在功率,零序电流,频率,有功电能, 无功电能等. 采集方式:变电站控制系统,遵循国家标准电力101规约 接入方法:直接接入或转换规约 10选煤厂集控系统 选煤厂集控系统 采集参数:煤仓煤位,重量,各种皮带保护,开停状态,故障状

25、态,装车车号, 装车时间,车皮数量,装车日期,计量秤瞬时流量,累计流量,日产量,班产量, 皮带给煤机开停,故障等 采集方式:PLC控制或分站式数据采集 接入方法:直接接入或转换规约 接入方法:直接接入安装在所内的工业交换机. 11采煤机,掘进机电控系统 采煤机, 采煤机 采集参数:开停状态,电量参数(包含机组,工作溜,顺槽皮带的开停,电流, 电压,掘进机,顺槽皮带的开停,电流,电压) 采集方式:采煤机,掘进机配套电控系统 接入方法:直接接入或转换规约 .12水处理系统 水处理系统 采集参数:设备运行状态,流量,水位等 采集方式:PLC控制或分站式数据采集 接入方法:直接接入或转换规约 数字化矿

26、井,煤矿信息化,煤矿综 合自动化三者关系 1,从三者概念表述,内容描述及层次结构上看,存在 联系: 都是煤矿发展方向 2,本质上没有区别,而是从不同角度提出煤炭企业今后发展的方向. 本质上没有区别, 三者之间信息化是实质,数字化是表达形式,自动化是基础和目的.所 信息化是实质,数字化是表达形式,自动化是基础和目的. 信息化是实质 有的高产高效的现代化矿井其核心是信息,即各种信息的采集,传输, 应用和反馈的闭环过程,随着计算机技术,网络技术的发展,所有的信 息都将以数字(化)的方式表现出来,其应用的最终价值将体现在矿井 安全生产自动化(管控一体化)上,体现在企业的减人增效,保障安全 上. 1)信

27、息化是现代化矿井的实质.现代化矿井实质上是依赖对矿井地 理,生产,安全,设备,管理和市场等方面的信息进行采集,传输,处 理,应用和提升,达到信息增值的目的.其主要内容包括信息的采集 (传感器与检测),信息的传输(通信),信息的处理(计算机),信 息的应用与集成(自动化)等等.信息是未来煤矿企业的重要战略资源, 拥有全面,完整,准确的信息是企业提高生产能力,保证安全,提高管 理水平,市场应变能力和竞争能力的重要保障. 美国和澳大利亚的煤炭企业 走在前列 2)数字化是信息的表达形式,而且是信息最高,最先进的表达形式.由 于计算机技术,微电子技术,尤其是网络技术的飞速发展,许多煤矿的地理 信息,生产

28、信息,安全信息,设备工况信息从采集(传感器)开始,就实现 了数字化,网络化.传感器在采集信息的同时,它可以对信息进行处理,自 校正等,不仅使被采集的信息更准确,而且可以在一根总线上挂许多个传感 器,使信息传输系统更简便.而被采集的信息不会因传输距离和环境使精度 受到影响.由于信息是以数字的形式进行采集,处理,传输和应用,因此, 生产,安全,管理,市场等信息可以在一个统一的平台上进行传输和交流, 使所有的信息能得到更充分的应用,使所采集到的信息得到更大的增值. 3)自动化(管控一体化)则是现代化矿井的重要基础和目的.自动化是指 机械设备或生产过程(煤矿包括环境安全),管理过程(DA,BA)在没有

29、 人的直接参与,经过自动检测,信息传输,信息处理,分析判断,操纵控制, 实现所要达到的目标.信息化(数字化)的信息绝大部分来自于各种生产, 工况,安全的自动检测装置(传感器),这些是信息化(数字化)的基础. 反之,由于实现了信息化(数字化),可以在地面对矿井的生产设备的工况 进行监测和自动控制,可以实时,连续监测各种地理,安全信息,大大减少 井下作业的人数,这不仅可以提高效率,而且可以大大提高煤矿的安全水平. 实现了管控一体化之后,把生产,安全和管理有机地融合在一起,在管理层 可以实时采集到许多生产,安全的信息,也可以得到许多信息的变化趋势, 为信息化或数字化矿井奠定基础.在此基础上,利用一些

30、先进的控制理 论(如人工智能,专家分析等)建立煤矿安全生产所需的决策支持系统,实 现矿井安全,生产和效益的多目标优化和全矿井自动化,最终建成无人化矿 井. 煤矿综合调度指挥系统和管一控一体化是我 国煤矿今后的发展方向 第二部分 控制系统类型 PCS系统即基层自动化系统,主要包括以下几种控制系 统: 1,DCS 2,PLC 3,PAC 4,SCADA,RTU 5,PC-based控制器,IPC 一,DCS 1,基本概念: 分散控制系统(Distributed Control System),采用功能 分级,软硬件分布配置,监控管理功能集中于中央站和有相当操作级别的终 端,实时性强的控制和调节功能

31、由分站完成,中央站停止工作不影响分站功 能和设备运转,对于局部网络通信控制也不应因此而中断 . 由HONEYWELL公司在1975年首先推出的系统.即:TDC2000,它只有模 拟量控制. 目前生产DCS的厂家: (1)国外: HONEYWELL公司-Expersion PKS; ABB-Industrial IT;Simenz-PCS7;日本横河的YEPARK MARK 等等. (2)国内:浙大中控,和利时等. 2,发展历程 (1)第一个阶段20世纪50年代前后,过程控制开始发展.这一阶段主要 采用了基地式仪表和部分单元组合仪表,多数为气动式仪表.控制系统结构 简单,控制参数少.(2)第二个

32、阶段20世纪60年代,电子技术的发展, 为自动化技术工具的完善提供了条件,开始大量采用单元组合仪表,组装仪 表也已使用,能够满足比较复杂的模拟和逻辑控制规律相结合的控制系统需 要.计算机开始用在工业生产中,比较复杂的控制算法如串级控制,比值控 制和均匀控制等开始使用. 2,发展历程 (3)第三个阶段70年代以后,微型机的出现,是过程控制发展到现代过 程控制的新阶段.采用了以微处理器为核心的智能单元组合仪表,仪表可靠 性能提高了,适应了各种复杂的控制系统的要求.由于生产过程是一个分散 的系统,为满足工业生产分散过程的需要,集散型控制系统(DCS)应运而 生 .(4)现场总线的出现-FCS. 3,

33、DCS组成 DCS由四部份组成(也可以说成三部分):I/O板,控制器,操作站和通讯 网络. 人机接口包括操作站,工程师站和历史站.控制器I/O部件和生产过程相联 接,操作站和人相联系,通讯网络把这两部分联成系统.所以操作站是DCS 的重要组成部分,工程师站给控制器和操作站组态,历史站记录生产过程的 历史数据.最近几年开发的人机界面还有动态数据服务器. 4,现场总线 现场总线是20 世纪80 年代末,90 年代初国际上形成的,用于生产现场,在 微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统,也被称为 开放式,数字化,多点通信的底层控制网络. 控制网络. 控制网络 现场总线技术以数字信号取

34、代模拟信号,在3C(Computer计算机, Control控制,Communication通信)技术的基础上,大量现场检测与控制 信息就地采集,就地处理,就地使用,许多控制功能从控制室移至现场设 备. 现场总线 FCS 4.1现场总线类型 目前,国内,外的现场总线有60几种之多. 2000年1月4日通过IEC 61158.36标准,该标准包括了8种类型的现场总线子集,它们分别是: 基金会现场总线FF(原有的技术规范IEC 61158);Control Net; Profibus;PNet;FF HSE;Swift Net;Word FIP; Interbus. ,是用于有限领域的专用现场总线

35、;,是由 PLC为基础的控制系统发展而来,本质上以远程I/O总线技术为基础,通常不 具备通过总线向现场设备供电和本征安全性能;,则由传统DCS控制系 统发展而来,具有总线供电和本征安全功能;,属于现场设备级总线, ,属于监控级现场总线;,则是包括两个层次的现场总线. 4.2现场总线与以太网比较 (1) 物理层比较 (2) 介质访问控制方式比较 现场总线介质访问控制方式: 现场总线的介质访问控制方式要满足工业控制网络的要求,即通信 的实时性和确定性.确定性指站点每次得到网络服务间隔和时间是确定 的;实时性指网络分配给站点的服务时间和间隔可以保证站点完成它确 定的任务. 目前现场总线技术采用的介质

36、访问控制方式主要有:令牌,主从, 生产者/客户(producer/consumer). 以太网介质访问控制方式: CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)是以太网(或IEEE802.3)采用 的介质访问控制方式. 二,PLC 1,基本概念:可编程序控制器,专为在工业环境中应用而设计,采用可 编程序的存储器存储操作指令,并通过数字式的或模拟式的输入输出控制机 械或生产过程(IEC1985). 1969年美国通用公司生产第一套PLC(Programmable Logic Controller ). 国内外许多生产PLC厂家. 2,发展历程 上世纪80年代至90年代中期,是PLC发展最快的时期,

37、年增长率一直 保持为3040%.在这时期,PLC在处理模拟量能力,数字运算能力,人机 接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐渐进入过程控制领域,在某 些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统. PLC具有通用性强,使用方便,适应面广,可靠性高,抗干扰能力强, 编程简单等特点.PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位,在可 预见的将来,是无法取代的. 3,PLC构成 从结构上分,PLC分为固定式和组合式(模块式)两种.固定式PLC包括 CPU板,I/O板,显示面板,内存块,电源等,这些元素组合成一个不可拆卸 的整体.模块式PLC包括CPU模块,I/O模块,内存,电源模块,底板

38、或机架, 这些模块可以按照一定规则组合配置. 三,PAC 1,基本概念:PAC 这个概念的提出是针对PLC 的概念而来,作为一种 快速和可靠的解决方案,由自动化研究机构 (ARC) 提出的,它表示可编程自 动化控制器,用于描述结合了PLC和PC功能的新一代工业控制器.传统的 PLC厂商使用PAC的概念来描述他们的高端系统,而PC控制厂商则用来描述 他们的工业化控制平台.采用现有的商业计算机技术,所以具有更优异的效 能,并具有可伸缩性.透过商业化大量生产的平台,所以易于维护和具有较 低的发生故障时间等特性. 目前生产PAC的厂家如罗克维尔,研华,贝加莱等. 2,PAC发展前景及趋势 PAC技术是

39、一种新型的控制技术,与PLC相比,具有开放的体系结构和优 秀的互操作性,灵活性;与PC相比,又具有更高的稳定性和更好的实时 性,因此能更好地满足现代工业自动化的要求,是目前工业自动化领域研 究的热点之一. 四,SCADA,RTU 1,SCADA: (1) SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)系统,即数据采集与监视控制系统. SCADA系统的应用领域很广,它可以应用于电力系统,给水系统,石油,化工等领域的数据采集与监视控制以及 过程控制等诸多领域.在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统.SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控 制与调

40、度自动化系统.它可以对现场的运行设备进行监视和控制,以实现数据采集,设备控制,测量,参数调节以 及各类信号报警等各项功能. (2)SCADA系统发展到今天已经经历了三代.第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA 系统.这一阶段是从计算机运用到SCADA系统时开始到70年代. 第二代是80年代基于通用计算机的SCADA系统,在第二代中,广泛采用VAX等其它计算机以及其它通用工作站, 操作系统一般是通用的UNIX操作系统.在这一阶段,SCADA系统在电网调度自动化中与经济运行分析,自动发电 控制(AGC)以及网络分析结合到一起构成了EMS系统(能量管理系统).第一代与第二代SCADA系统的

41、共同特 点是基于集中式计算机系统,并且系统不具有开放性,因而系统维护,升级以及与其它联网构成很大困难. 90年代按照开放的原则,基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的EMS/SCADA系统称 为第三代.这一阶段是我国SCADA/EMS系统发展最快的阶段,各种最新的计算机技术都汇集进SCADA/EMS系统 中.这一阶段也是我国对电力系统自动化以及电网建设投资最大的时期. 第四代SCADA/EMS系统的基础条件已经或即将具备.该系统的主要特征是采用Internet技术,面向对象技术,神经 网络技术以及JAVA技术等技术,继续扩大SCADA/EMS系统与其它系统的集成,综合安全

42、经济运行以及商业化运营 的需要. 四,SCADA,RTU 2,RTU: (1)RTU(远程测控终端),英文全称 Remote Terminal Unit,中文全称为远程终端控 制系统,负责对现场信号,工业设备的监测和控制.其中包括:开关量输入单元,开关量 输出单元,模拟量输入单元,模拟量输出单元,脉冲量输入单元,脉冲量输出单元,数字 量输入单元. PLC 一般主要用于工厂车间流水线的控制,而RTU 在国外主要用于室外应用,恶劣环境 中,比如在一些无人值守的站点. (2) RTU是构成企业综合自动化系统的核心装置,通常由信号输入/出模块,微处理器, 有线/无线通讯设备,电源及外壳等组成,由微处理

43、器控制,并支持网络系统.它通过自 身的软件(或智能软件)系统,可理想地实现企业中央监控与调度系统对生产现场一次仪表 的遥测,遥控,遥信和遥调等功能. RTU是一种耐用的现场智能处理器,它支持SCADA控制中心与现场器件间的通讯. 它是一个独立的数据获取与控制单元.它的作用是在远端控制控制现场设备,获得设备数 据,并将数据传给SCADA系统的调度中心. (3)RTU的发展历程是与三遥工程技术相联系. 三遥系统工程是多学科,多专 业的高新技术系统工程,涉及计算机,机械,无线电,自动控制等技术,还涉及传感器技 术,仪器仪表技术,非电量测量技术,软件工程,条码技术,无线电通讯技术,数据通讯 技术,网络

44、技术,信息处理技术等高新技术.因此,完全可以断言,RTU的发展将必然会 随着三遥工程技术的发展而发展. 五,PC-based控制器,IPC 1,PC-based控制器从外观到可靠性也都开始可以与PLC相近.PC-based是 一种基于PC技术的控制系统.最早的PC-based控制系统是以工控机为核心, 通过扩展带PCI接口的专用板卡组成.PC-based借助于IT技术的发展,在运 算,存储,组网和软件开放性方面具有优势.在编程方面,由于IEC61131-3 编程语言标准的推出和广泛采用,为PC-based控制器的高速发展铺平了道路. 这样,PC-based控制器不仅具有PC的优势,也具有传统P

45、LC的优势.它可 无缝地融合到网络时代的信息系统中. 2,IPC工控机控制系统. 实际上控制系统是以上几种系统组成的混合控制系统 (HCS). 目前煤矿自动化中应用主要为PLC,SCADA,RTU等, DCS也有小部分应用. PLC与DCS比较,PLC与PAC比较 PLC与PC-based比较 自动化控制器演化进程 一,PLC&DCS 1,发展背景不同:PLC由传统继电器控制发展而来,早期以数字量逻辑控制 为主;DCS由模拟仪表控制系统发展而来,以模拟量回路控制为主. 2,性能指标比较: PLC (1)高速顺序控制 ) (2)复杂过程控制 ) (3)硬件可靠性 ) 强 较强 强 DCS 较强 强 强 强 强 强 (4)联网和通讯功能 弱 ) (5)管理能力 ) 弱 (6)系统诊断和报警 弱 ) 3,应用范围 DCS:过程控制,面向工艺变量. PLC:机械制造和工厂自动化,面向操作人员. 一,PLC&DCS 4,发展趋势 由于计算机和网络技术不断发展,DCS和PLC两者功能不断相互渗透. 这两类在控制领域各司一方