煤矿综合自动化讲义

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)TheFirstPartoftheSeriesTeachingMaterialsaboutCoalMineComputerIntegratedSystem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"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Controlpanel主控台"is"controlunit"本安"控制装置"is"controlunit"本安"控制装置Gateendbox顺槽终端开关Gateendbox顺槽终端开关Suppliedbyend-user用户提供Sectionswitch采区开关KE1004127V50Hz127V50HzKE1004PRT刨头运行轨道Crusher破碎机Stageloader转载机KE1004Spareunit备用开关ServerPM4PM4服务器Amplifier+pullsw.扩音器+拉线开关Amplifier+pullsw.扩音器+拉线开关Amplifier+pullsw.扩音器+拉线开关AuxiliarypanelPE4022辅助控制盘KE1004Stageloader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Plowtrackmeasuringdevice刨头行程测量装置Limitswitch限位开关Controlcabin控制室14Quadadapter四芯电缆适配器HG6020WatervalveHG6020型水阀6020型水阀PM41045Synchronization同步器=providedbyend-user14用户提供is=intrinsicallysafe本安Plowtracksprayingsystem刨头轨道喷雾系统96HG6020WatervalveHG6020型水阀型水阀232PM4PLOW刨头PM45241PM4212PM4HG6020WatervalveHG6020型水阀型水阀HG6020WatervalveHG6020型水阀型水阀3Synchronization同步器Limitswitch限位开关11Tail机尾Plowtrackmeasuringdevice刨头行程测量装置215mChaintensioningdevice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CIMASCIMAS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,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,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,DCS2,PLC3,PAC4,SCADA,RTU5,PC-based控制器,IPC……一,DCS1,基本概念:分散控制系统(DistributedControlSystem),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-ExpersionPKS;ABB-IndustrialIT;Simenz-PCS7;日本横河的YEPARKMARKⅡ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,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FCS4.1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IEC61158.3～6标准,该标准包括了8种类型的现场总线子集,它们分别是:①基金会现场总线FF(原有的技术规范IEC61158);②ControlNet;③Profibus;④P—Net;⑤FFHSE;⑥SwiftNet;⑦WordFIP;⑧Interbus.④,⑥是用于有限领域的专用现场总线;②,③,⑦,⑧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;①,⑤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;①,⑧属于现场设备级总线,②,⑤属于监控级现场总线;③,⑦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,PLC1,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(IEC—1985).1969年美国通用公司生产第一套PLC(ProgrammableLogicController).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,年增长率一直保持为30~40%.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,底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置.三,PAC1,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,RTU1,SCADA:(1)SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)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,综合安全经济运行以及商业化运营的需要.四,SCADA,RTU2,RTU:(1)RTU(远程测控终端),英文全称RemoteTerminalUnit,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,IPC1,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PLC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&DCS1,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&DCS4,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的控制系统,不断吸纳对方优点以充实自己.DCS加强PLC逻辑控制,联锁控制,顺序控制和梯形图语言编程功能,甚至一些新DCS也采用国际标准所规定的PLC编程语言规范.DCS在开关量控制速度方面,已有长足进展,像开关量输入响应速度已达到毫秒级;而PLC则增加DCS的闭环控制,记录仪表,CRT显示和网络通信功能.DCS和PLC正在走向统一.二,PLC&PAC1,从外形看,PLC,PAC相似,实质,PAC系统的性能却广泛得多.作为一种多功能的控制平台,用户可以根据系统的需要,组合和搭配相关的技术和产品以实现功能的侧重,因为基于同一发展平台进行开发,所以采用PAC系统保证了控制系统各功能模块具有统一性,而不仅是一个完全无关的部件拼凑成的集合体.2,工业领域传统的控制类型包括离散控制,过程控制与运动控制,以前往往分别采用独立,专用的控制器,彼此之间通讯时,需要编制大量的工程化软件,工作量大且复杂.所以这部份的需求使得PLC开始演化成开放式架构,统一的开发软件,覆盖了多种控制类型,完成了控制平台的横向集成,在系统设计,项目实施,运行维护,培训,系统集成,备件等环节上,都大大减少了用户成本.(PAC产生)三,PLC&PC-basedPLC和PC-based两者在技术特点上存在明显区别.PLC具有体积小,功耗低,抗干扰能力强;具有很高的可靠性,其平均无故障率时间间隔(MTBF)可达50万,甚至100万个小时;具有简单直观的编程模式(如梯形图);具有内部实时时钟.而PC-based具有大运算能力;具有开放标准的系统平台和PCI接口;精美且低成本的显示技术;丰富的组网能力.但系统的可靠性略差,如性能较好的IPC的平均无故障时间间隔约5万小时.此外,PC-based虽然具有很强的CPU,但其多任务操作系统是非实时的,所以程序的循环周期反而没有高性能的PLC快.PLC更适合于设备控制,而PC-based更多地用于设备运行状态的监视.相对于PC-based而言,PLC具有配置灵活,体积小,适应恶劣环境,抗干扰性强,可靠性高等优点,但在软件功能及系统开放性等方面比PC-based稍差.当然,随着计算机技术和控制技术的不断发展,PLC和PC-based都在吸收对方的优点,以适应更多的应用现场.例如,PLC在包装设备中的应用远远多于PC-based在包装设备中的应用.随着PC-BASED的工业计算机(简称工业PC,与普通的计算机相比,它具有防尘,防振,抗电磁,耐高低温等优点)的发展,以工业PC,I/O及监控装置,控制网络组成的PC-BASED的自动化系统逐渐成为工业自动化的另一种实现方式.PC-BASED自动化系统源于PC,可完全融入到网络时代的信息系统中,具有高性能,低价格,系统开放,丰富的人才和应用基础等优势.结语具体选用那种控制系统,根据生产工艺过程,控制复杂程度,生产环境及行业背景等确定.1本文由kingagun贡献pdf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）TheFirstPartoftheSeriesTeachingMaterialsaboutCoalMineComputerIntegratedSystem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“”“”“1.1“””“,”“”““”“””1.2”(1)”(2)(3)1.2”(4)(5)(6)(7)“”MIS”1.31””1.32””“”:“””,,“2.1webgis“”2.2OA3.1Controlpanel“is”controlunit“”“is”controlunit“”GateendboxGateendboxSuppliedbyend-userSectionswitchPRTKE1004127V50Hz127V50HzKE1004CrusherStageloaderKE1004SpareunitServerPM4PM4Amplifier+pullsw.+Amplifier+pullsw.+Amplifier+pullsw.+AuxiliarypanelPE4022KE1004StageloaderMotor-coolingCrusherMotor-coolingControlcabinMainPlowtrackmeasuringdeviceLimitswitchSynchronization14Quadadapter145HG6020WatervalveHG6020PM4104=providedbyend-useris=intrinsicallysafe9PM46HG6020WatervalveHG6020PLOW232PM4Plowtracksprayingsystem5241PM4212HG6020WatervalveHG6020HG6020WatervalveHG60203PRTSynchronizationPM41Limitswitch1TailPlowtrackmeasuringdeviceChaintensioningdevice215m3.2CIMSCIMASMIS“CIMAS”PCSMESDCSPLC3.3,UDP3.31,,PLC2,,,TCP/IP3PLCPLC4,,PLC,,,