煤矿综合自动化知识讲义

煤矿综合自动化知识系列讲义（一）

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TeachingMaterialsaboutCoalMineComputerIntegratedSystem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“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（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、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、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（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、营销等）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”，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。

1.2”数字化矿井”结构层次(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(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。信息化是我国加快实现工业化和现代化的必然选择。坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走出一条科技含量高、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。”信息化是走新型工业化道路必然选择二、煤矿信息化1)信息化是是提高企企业知识识生产力力的最有有效的工工具现代管理理之父杜杜拉克指指出:“知识生产产力将日日益成为为一个国国家、一一个产业业、一家家公司的的竞争实实力的决决定性因因素”，，“无论论什么传传统产业业，之所所以能发发展壮大大，就是是因为它它们围绕绕知识和和信息进进行了重重组。””采用信息息化的手手段,围绕着生生产过程程的信息息和知识识对生产产过程进进行重组组,将优秀的的生产与与操作经经验、专专有技术术和知识识提炼和和融合到到上述软软件系统统中去，，极大地地提高生生产力。。二、煤矿矿信息化化金字塔型型组织扁扁平化化组织结结构◆管理组织织层次金字塔型型组织：：生产制造过程董事会总经理生产副总生产班工人生产部生产厂生产车间扁平化组织结构：总经理生产制造过程生产指挥中心2)只有通过过企业信息化才才能实现现企业扁扁平化管管理二、煤矿矿信息化化二、煤矿矿信息化化2.1煤矿信息息化概念念利用先进进的网络络技术、、自动控控制技术术、通信信技术、、计算机机技术、、视频技技术，将将煤矿业业务信息息的处理理与煤矿矿生产过过程中的的自动化化过程的的控制结结合起来来综合全全面的控控制与信信息管理理系统。。它在企企业的经经营管理理层和过过程控制制层之间间，能够够建立双双向的信信息交互互、对生生产过程程进行直直接控制制。以现现有设备备为基础础，将数数据集成成技术应应用于到到各种控控制系统统和安监监系统，，井下，，通过建建立webgis为基础的的网络平平台，实实现皮带带运输、、工作面面、排水水系统、、供电系系统、通通风系统统、安全全监测监监控系统统、选煤煤厂监控控、信、、集、闭闭系统、、核子秤秤等系统统的统一一、集中中监控，，形成一一个完整整的“管管控一体体化”综综合应用用系统。。决策分析管理、经营管理、安全生产管理、办公OA管理管理、决决策系统统（MIS）企业的管管理层信信息管理理企业的辅辅助决策策安全生产产管理系系统(MES)煤矿的生生产调度度管理层层煤矿的作作业计划划优化数据采集集与生产产监控（（PCS）矿井生产产现场的的数据采采集矿井生产产现场的的自动控控制调度管理、数据库、信息处理、信息挖掘、信息融合、故障诊断、专家系统

2.2煤矿信息息化结构构层次三、煤矿矿综合自自动化3.1煤炭生产产过程对对自动化化的要求求通风排水供电供压安监压力防火降尘其他辅助助系统=providedbyend-user用户提供is=intrinsicallysafe

本安215m工作面自动化系系统Motor-cooling电动机冷冷却装置置Plowtracksprayingsystem刨头轨道道喷雾系系统Synchronization同步器Limitswitch限位开关关Plowtrackmeasuringdevice刨头行程程测量装装置Synchronization同步器Limitswitch限位开关关42PM4PM4PM4PM4PM4Tail机尾PRT刨刨头运运行轨道道PLOW刨头Quadadapter四芯电缆缆适配器器12345610Main机头HG6020WatervalveHG6020型水阀HG6020WatervalveHG6020型水阀Crusher破碎机Stageloader转载机Amplifier+pullsw.扩音器+拉线开关关Amplifier+pullsw.扩音器+拉线开关关Amplifier+pullsw.扩音器+拉线开关关Motor-cooling电动机冷冷却装置置Controlcabin控制室ServerPM4PM4服务器KE1004“is”controlunit“本安”控控制装置置“is”controlunit“本安”控控制装置置127V50HzSuppliedbyend-user用户提供供Sectionswitch采区开关关Crusher破碎机Stageloader转载机127V50HzGateendbox顺槽终端端开关KE1004Gateendbox顺槽终端端开关KE1004Controlpanel主控台PRT刨头运行轨道道1122141412359ChaintensioningdevicePlowtrackmeasuringdevice刨头行程程测量装装置HG6020WatervalveHG6020型水阀HG6020WatervalveHG6020型水阀KE1004Spareunit备用开关关AuxiliarypanelPE4022辅助控制制盘工作面系系统通风系统统煤矿通风监控系统示意图排水系统统供电系统统安全生产产监测系系统多套系统统共存电力检测测系统1号变电站站2号变电站站洗煤厂集集控系统统井上运输输集控系系统胶带机集控系统井下环境境安全监监测系统统排水监测测系统井下系统统地面系统统3.2煤矿综合合自动化化概念综合自动动化系统统是应用用现代电电子技术术和自动动化技术术对矿井井生产过过程实现现全面监监控的系系统，把把采掘生生产设备备监控系系统、皮皮带运输输监控系系统、辅辅助生产产设备监监控系统统等子系系统数据据进行集集中监控控，实现现生产及及辅助生生产各运运行参数数的统计计并上传传至矿区区办公局局域网，，这样使使得煤矿矿生产和和管理更更加科学学高效。。同时将将一些主主要生产产数据和和安全情情况向上上一级管管理部门门进行汇汇报，上上一级管管理部门门可以通通过这些些数据对对煤矿进进行远程程实时监监视。出出现紧急急情况发发出告警警信号。。基于CIMS原理提出出CIMASCIMAS采用最新新“三层层结构””模式（（企业信信息化的的三层模模型：PCS、MES和MIS）开发，，是一套套支持多多种现场场总线环环境和常常规控制制系统（（DCS、PLC）环境下下的功能能涵盖过过程控制制与监视视、现场场总线设设备管理理、远程程监控、、远程设设备诊断断维护、、先进控控制与优优化控制制、生产产计划和和生产调调度、决决策支持持等于一一体的网网络化、、多功能能的、开开放的、、可扩充充和可裁裁剪的综综合自动动化系统统数据库管理系统生产安全后勤保障经济核算管理决策层数据库信息处理信息挖掘信息融合故障诊断专家系统信息集成层综合自动化层矿山综合自动化平台办公自动化专家决策支持物资管理生活保障管理质量管理生产计划与统计生产保障管理考勤与劳资网络安全生产信息管理生产监控调度指挥地面排矸工作面胶带运输提升系统井下供电井下排水地面供电供压系统通风系统水处理统安全监测安全系统生产系统供电系统视频系统瓦斯抽放防灭火人员监测选煤厂锅炉房井下降温给水系统计算机网络系统煤矿综合合自动化化层次架架构3.3煤矿综合合自动化化内容煤矿综合合自动化化系统包包括风机机在线监监测监控控（通风风安全环环境监测测）子系系统、瓦瓦斯抽放放监测（（管道瓦瓦斯抽放放监测与与控制））子系统统、火灾灾预报束束管监测测（煤层层自然发发火实时时分析））子系统统、工业业电视监监视系统统子系统统、电力力监测子子系统、、胶带机机监测子子系统、、主副（（斜）井井提升监监测子系系统、矿矿压监测测（矿井井冲击地地压实时时分析及及专家诊诊断预测测与控制制）子系系统、矿矿用自动动防尘撒撒水控制制（皮带带机头自自动喷水水降尘））子系统统、机车车调度子子系统、、考勤子子系统、、电话通通讯子系系统、电电视会议议子系统统、计算算机网络络子系统统等等。。综综合合自动化化系统具具有将上上述各控控制子系系统无缝缝集成的的能力，，系统提提供统一一的数据据接口,每个子系系统用一一个软件件适配器器与综合合监控平平台数据据交互。。数据接接口采用用标准的的UDP通信接口口，系统统支持瓦瓦斯监测测、视频频监控、、配电监监测、机机电设备备监控管管理等各各种子系系统的软软件适配配。系统统架构是是全开放放的，扩扩展能力力很强。。每接入入一种子子系统模模块，只只需要一一个适配配程序。。系统初初建时可可根据需需求和条条件先建建最急需需的最基基本的核核心平台台，然后后分期分分批增加加各种子子系统及及不断升升级，最最后建成成最完善善的系统统。网络拓拓扑结结构3.3煤矿综综合自自动化化内容容部分子子系统统1水泵电电控系系统采集参参数：：电机机电压压，电电机电电流，，故障障，开开停,电机温温度,进水压压力,出水压压力,真空压压力,进水水水位，，开关关位置置信号号等采采集集方式式：PLC控制或或分站站式数数据采采集接接入入方法法：直直接接接入或或转换换规约约2瓦斯监监测监监控系系统采集参参数：：瓦斯斯浓度度，风风速，，环境境温度度，负负压，，水位位，设设备开开停，，风门门开关关，馈馈电开开关，，电压压，电电流，，风筒筒开关关，轴轴温，，抽放放管温温度，，抽放放管压压力，，抽放放管瓦瓦斯浓浓度，，抽放放管流流量，，故障障报警警等。。采采集方方式：：采用用规约约转换换或读读数据据库的的方式式均可可接接入方方法：：TCP/IP通信3提升机机电控控系统统采集参参数：：安全全回路路、实实时速速度、、电流流曲线线、电电压、、电流流、故故障、、开停停、电电机温温度、、PLC状态、、开关关量、、模拟拟量、、钩数数、提提升容容器位位置监监测。。采采集方方式：：PLC控制或或分站站式数数据采采集接接入入方法法：直直接接接入或或转换换规约约4风机电电控系系统采集参参数：：电机机电压压，电电机电电流，，故障障，开开停,电机温温度,进水压压力,出水压压力,真空压压力,进水水水位，，开关关位置置信号号。采采集集方式式：PLC控制或或分站站式数数据采采集接接入入方法法：直直接接接入或或转换换规约约3.3煤矿综综合自自动化化内容容部分子子系统统5胶带机机电控控系统统采集参参数：：打滑滑、堆堆料、、超温温、烟烟雾、、纵撕撕、灭灭尘、、速度度、跑跑偏、、煤位位，速速度，，开停停，拉拉绳等等采采集方方式：：PLC控制或或分站站式数数据采采集接接入入方法法：直直接接接入或或转换换规约约6锅炉电电控系系统采集参参数：：锅堂堂温度度，锅锅堂前前中后后压力力（负负压））上锅锅筒温温度，，上锅锅筒压压力，，蒸汽汽出口口流量量，蒸蒸汽管管路压压力，，省煤煤器温温度，，烟道道温度度，鼓鼓风机机开度度，风风量开开关，，引风风机吸吸风量量开度度，风风量开开关，，供水水调节节阀阀阀门开开度，，水位位调节节器开开关，，显示示，供供煤炉炉排速速度显显示，，速度度调节节，现现场手手自显显示，，水位位报警警，水水位显显示（（电接接点和和差压压变送送两个个显示示），，供水水阀前前、后后压力力，供供水温温度，，流量量，出出渣机机状态态，循循环泵泵状态态，鼓鼓风机机开停停状态态，引引风开开停状状态，，供水水泵开开停状状态，，鼓风风机轴轴温，，引风风机轴轴温，，风机机变频频器速速度等等采采集方方式：：PLC控制或或分站站式数数据采采集接接入入方法法：直直接接接入或或转换换规约约3.3煤矿综综合自自动化化内容容部分子子系统统7生活污污水处处理站站采集参参数：：水池池液位位，流流量，，ORP值，溶溶解氧氧值，，浊度度，PH值，温温度，，COD值，水水泵开开停，，水泵泵故障障，加加氯开开关，，加药药开关关，电电流，，电压压，压压力等等采采集方方式：：PLC控制或或分站站式数数据采采集接接入入方法法：直直接接接入或或转换换规约约8空压机机电控控采集参参数：：一级级气缸缸排气气温度度、二二级气气缸排排气温温度、、后冷冷却器器排气气温度度冷冷却水水进水水总管管水温温、空空气压压缩机机组冷冷却水水排水水温度度空空气压压缩机机传动动机构构润滑滑油温温度、、空气气干燥燥器装装置进进气温温度空空气气干燥燥器装装置排排气温温度、、加热热再生生吸附附式空空气干干燥装装置加加热器器温度度加加热再再生吸吸附式式空气气干燥燥装置置再生生气进进气温温度加加热热再生生吸附附式空空气干干燥装装置再再生气气排气气温度度冷冷冻式式空气气干燥燥装置置蒸发发温度度、压压缩机机空气气站供供气母母管压压力一一级级气缸缸排气气压力力、二二级气气缸排排气压压力、、储气气罐气气压空空气气压缩缩机组组冷却却水进进水（（阀后后）压压力、、空气气压缩缩机组组传动动机构构润滑滑油压压力空空气气干燥燥装置置压差差、空空气过过滤器器压差差、压压缩空空气站站供气气母管管流量量电电压，，电流流，开开停，，故障障等采采集集方式式：PLC控制或或分站站式数数据采采集接接入入方法法：直直接接接入或或转换换规约约3.3煤矿综综合自自动化化内容容部分子子系统统9110kV变电站站和35kV变电站站监控控系统统采集参参数：：相电电压，，线电电压，，电流流，故故障，，开停停,高压开开关,,馈电开开关，，主变变温度度,功率因因数，，电度度，有有功功功率率，无无功功功率，，视在在功率率，零零序电电流，，频率率，有有功电电能，，无功功电能能等。。采采集方方式：：变电电站控控制系系统，，遵循循国家家标准准电力力101规约接接入入方法法：直直接接接入或或转换换规约约10选煤厂厂集控控系统统采集参参数：：煤仓仓煤位位，重重量，，各种种皮带带保护护，开开停状状态，，故障障状态态，装装车车车号，，装车车时间间，车车皮数数量，，装车车日期期，计计量秤秤瞬时时流量量，累累计流流量，，日产产量，，班产产量，，皮带带给煤煤机开开停，，故障障等采采集集方式式：PLC控制或分站式式数据采集接接入方方法：直接接接入或转换规规约接接入方法：直直接接入安装装在所内的工工业交换机。。11采煤机、掘进进机电控系统统采集参数：开开停状态、电电量参数（包包含机组、工工作溜、顺槽槽皮带的开停停、电流、电电压，掘进机机、顺槽皮带带的开停、电电流、电压））

采集集方式：采煤煤机、掘进机机配套电控系系统接接入方法：直直接接入或转转换规约.12水处理系统采集参数：设设备运行状态态、流量、水水位等采采集方式：：PLC控制或分站式式数据采集接接入方方法：直接接接入或转换规规约“数字化矿井井”、煤矿信信息化、煤矿矿综合自动化化三者关系1、从三者概念念表述、内容容描述及层次次结构上看，，存在联系：：都是煤矿发展展方向2、本质上没有区区别，而是从不同角角度提出煤炭炭企业今后发发展的方向。。三者之间信息化是实质质，数字化是是表达形式，，自动化是基基础和目的。。所有的高产高高效的现代化化矿井其核心心是信息，即即各种信息的的采集、传输输、应用和反反馈的闭环过过程，随着计计算机技术、、网络技术的的发展，所有有的信息都将将以数字（化化）的方式表表现出来，其其应用的最终终价值将体现现在矿井安全全生产自动化化（管控一体体化）上，体体现在企业的的减人增效、、保障安全上上。1）信息化是现现代化矿井的的实质。现代化矿井实实质上是依赖赖对矿井地理理、生产、安安全、设备、、管理和市场场等方面的信信息进行采集集、传输、处处理、应用和和提升，达到到信息增值的的目的。其主主要内容包括括信息的采集集（传感器与与检测）、信信息的传输（（通信）、信信息的处理（（计算机）、、信息的应用用与集成（自自动化）等等等。信息是未未来煤矿企业业的重要战略略资源，拥有有全面、完整整、准确的信信息是企业提提高生产能力力，保证安全全，提高管理理水平、市场场应变能力和和竞争能力的的重要保障。。美国和澳大利利亚的煤炭企企业走在前前列2）数字化是信息息的表达形式式，而且是信信息最高、最最先进的表达达形式。由于计算机技技术、微电子子技术，尤其其是网络技术术的飞速发展展，许多煤矿矿的地理信息息、生产信息息、安全信息息、设备工况况信息从采集集（传感器））开始，就实实现了数字化化、网络化。。传感器在采采集信息的同同时，它可以以对信息进行行处理、自校校正等，不仅仅使被采集的的信息更准确确，而且可以以在一根总线线上挂许多个个传感器，使使信息传输系系统更简便。。而被采集的的信息不会因因传输距离和和环境使精度度受到影响。。由于信息是是以数字的形形式进行采集集、处理、传传输和应用，，因此，生产产、安全、管管理、市场等等信息可以在在一个统一的的平台上进行行传输和交流流，使所有的的信息能得到到更充分的应应用，使所采采集到的信息息得到更大的的增值。3）自动化（管控控一体化）则则是现代化矿矿井的重要基基础和目的。。自动化是指机机械设备或生生产过程（煤煤矿包括环境境安全）、管管理过程（DA、BA）在没有人的的直接参与，，经过自动检检测、信息传传输、信息处处理、分析判判断、操纵控控制，实现所所要达到的目目标。信息化化（数字化））的信息绝大大部分来自于于各种生产、、工况、安全全的自动检测测装置（传感感器），这些些是信息化（（数字化）的的基础。反之之，由于实现现了信息化（（数字化），，可以在地面面对矿井的生生产设备的工工况进行监测测和自动控制制，可以实时时、连续监测测各种地理、、安全信息，，大大减少井井下作业的人人数，这不仅仅可以提高效效率，而且可可以大大提高高煤矿的安全全水平。实现现了管控一体体化之后，把把生产、安全全和管理有机机地融合在一一起，在管理理层可以实时时采集到许多多生产、安全全的信息，也也可以得到许许多信息的变变化趋势，为为信息化或““数字化矿井井”奠定基础础。在此基础础上，利用一一些先进的控控制理论（如如人工智能、、专家分析等等）建立煤矿矿安全生产所所需的决策支支持系统，实实现矿井安全全、生产和效效益的多目标标优化和全矿矿井自动化，，最终建成无无人化矿井。。煤矿综合调度度指挥系统和和管一控一体体化是我国煤矿今后的的发展方向第二部分控制系统类型型PCS系统即基层自自动化系统，，主要包括以以下几种控制制系统：1、DCS2、PLC3、PAC4、SCADA、RTU5、PC-based控制器、IPC……一、DCS1、基本概念：：分散控制系统统(DistributedControlSystem)，采用功能分分级、软硬件件分布配置、、监控管理功功能集中于中中央站和有相相当操作级别别的终端，实实时性强的控控制和调节功功能由分站完完成，中央站站停止工作不不影响分站功功能和设备运运转，对于局局部网络通信信控制也不应应因此而中断断。由HONEYWELL公司在1975年首先推出的的系统。即：：TDC2000，它只有模拟拟量控制。目前生产DCS的厂家：（1）国外：HONEYWELL公司－ExpersionPKS;ABB－IndustrialIT；Simenz－PCS7；日本横河的的YEPARKMARKⅡ等等。（2）国内：浙大大中控、和利利时等。2、发展历程（1）第一个阶段段---20世纪50年代前后，过过程控制开始始发展。这一一阶段主要采采用了基地式式仪表和部分分单元组合仪仪表，多数为为气动式仪表表。控制系统统结构简单，，控制参数少少。（2）第二个阶段段---20世纪60年代，电子技技术的发展，，为自动化技技术工具的完完善提供了条条件，开始大大量采用单元元组合仪表，，组装仪表也也已使用，能能够满足比较较复杂的模拟拟和逻辑控制制规律相结合合的控制系统统需要。计算算机开始用在在工业生产中中，比较复杂杂的控制算法法如串级控制制、比值控制制和均匀控制制等开始使用用。（3）第三个阶段段----70年代以后，微微型机的出现现，是过程控控制发展到现现代过程控制制的新阶段。。采用了以微微处理器为核核心的智能单单元组合仪表表，仪表可靠靠性能提高了了，适应了各各种复杂的控控制系统的要要求。由于生生产过程是一一个分散的系系统，为满足足工业生产分分散过程的需需要，集散型型控制系统（（DCS）应运而生。。（4）现场总线的的出现－FCS。2、发展历程3、DCS组成DCS由四部份组成成（也可以说说成三部分））：I/O板、控制器、、操作站和通通讯网络。人机接口包括括操作站、工工程师站和历历史站。控制制器I/O部件和生产过过程相联接，，操作站和人人相联系，通通讯网络把这这两部分联成成系统。所以以操作站是DCS的重要组成部部分，工程师师站给控制器器和操作站组组态，历史站站记录生产过过程的历史数数据。最近几几年开发的人人机界面还有有动态数据服服务器。4、现场总线现场总线是20世纪80年代末、90年代初国际上形成成的,用于生产现场、在在微机化测量控制制设备之间实现双双向串行多节点数数字通信的系统,也被称为开放式、数字化、、多点通信的底层层控制网络。现场总线技术以数数字信号取代模拟拟信号，在3C（Computer计算机、Control控制、Communication通信）技术的基础础上，大量现场检检测与控制信息就就地采集、就地处处理、就地使用，，许多控制功能从从控制室移至现场场设备。现现场总线FCS4.1现场总线类型目前，国内、外的的现场总线有60几种之多。2000年1月4日通过IEC61158.3～6标准，该标准包括括了8种类型的现场总线线子集，它们分别别是：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是用于有限领域的的专用现场总线；；②、③、⑦、⑧是由PLC为基础的控制系统统发展而来，本质质上以远程I/O总线技术为基础，，通常不具备通过过总线向现场设备备供电和本征安全全性能；①、⑤则由传统DCS控制系统发展而来来，具有总线供电电和本征安全功能能；①、⑧属于现场设备级总总线，②、⑤属于监控级现场总总线；③、⑦则是包括两个层次次的现场总线。4.2现场总线与以太网网比较物理层比较(2)介质访问控制方式式比较现现场总线介质访问问控制方式：现现场总线的的介质访问控制方方式要满足工业控控制网络的要求，，即通信的实时性性和确定性。确定定性指站点每次得得到网络服务间隔隔和时间是确定的的；实时性指网络络分配给站点的服服务时间和间隔可可以保证站点完成成它确定的任务。。

目前现现场总线技术采用用的介质访问控制制方式主要有：令令牌、主从、生产产者/客户（producer/consumer）。

以太太网介质访问控制制方式：CSMA/CD(载波监听多路访问问/冲突检测)是以太网（或IEEE802.3）采用的介质访问问控制方式。二、PLC1、基本概念：可编程序控制器，，专为在工业环境境中应用而设计，，采用可编程序的的存储器存储操作作指令，并通过数数字式的或模拟式式的输入输出控制制机械或生产过程程（IEC—1985）。1969年美国通用公司生生产第一套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，，年增长率一直保保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力力、数字运算能力力、人机接口能力力和网络能力得到到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制制领域，在某些应应用上取代了在过过程控制领域处于于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使使用方便、适应面面广、可靠性高、、抗干扰能力强、、编程简单等特点点。PLC在工业自动化控制制特别是顺序控制制中的地位，在可可预见的将来，是是无法取代的。3、PLC构成从结构上分，PLC分为固定式和组合合式（模块式）两两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内内存块、电源等，，这些元素组合成成一个不可拆卸的的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源源模块、底板或机机架，这些模块可可以按照一定规则则组合配置。三、PAC1、基本概念：PAC这个概念的提出是是针对PLC的概念而来，作为为一种快速和可靠靠的解决方案，由由自动化研究机构构(ARC)提出的，它表示可可编程自动化控制制器，用于描述结结合了PLC和PC功能的新一代工业业控制器。传统的的PLC厂商使用PAC的概念来描述他们们的高端系统，而而PC控制厂商则用来描描述他们的工业化化控制平台。采用用现有的商业计算算机技术，所以具具有更优异的效能能，并具有可伸缩缩性。透过商业化化大量生产的平台台，所以易于维护护和具有较低的发发生故障时间等特特性。

目前生生产PAC的厂家如罗克维尔尔、研华、贝加莱莱等。PAC技术是一种新型的的控制技术，与PLC相比，具有开放的的体系结构和优秀秀的互操作性、灵灵活性；与PC相比，又具有更高高的稳定性和更好好的实时性，因此此能更好地满足现现代工业自动化的的要求，是目前工工业自动化领域研研究的热点之一。。2、PAC发展前景及趋势四、SCADA、RTU1、SCADA：（1）SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系统，即数据采集与监视视控制系统。SCADA系统的应用领域很很广，它可以应用用于电力系统、给给水系统、石油、、化工等领域的数数据采集与监视控控制以及过程控制制等诸多领域。在在电力系统以及电电气化铁道上又称称远动系统。SCADA系统是以计算机为为基础的生产过程程控制与调度自动动化系统。它可以以对现场的运行设设备进行监视和控控制，以实现数据据采集、设备控制制、测量、参数调调节以及各类信号号报警等各项功能能。（2）SCADA系统发展到今天已已经经历了三代。。第一代是基于专用用计算机和专用操操作系统的SCADA系统。这一阶段是是从计算机运用到到SCADA系统时开始到70年代。第二代是80年代基于通用计算算机的SCADA系统，在第二代中中，广泛采用VAX等其它计算机以及及其它通用工作站站，操作系统一般般是通用的UNIX操作系统。在这一一阶段，SCADA系统在电网调度自自动化中与经济运运行分析，自动发发电控制（AGC）以及网络分析结结合到一起构成了了EMS系统（能量管理系系统）。第一代与与第二代SCADA系统的共同特点是是基于集中式计算算机系统，并且系系统不具有开放性性，因而系统维护护，升级以及与其其它联网构成很大大困难。90年代按照开放的原原则，基于分布式式计算机网络以及及关系数据库技术术的能够实现大范范围联网的EMS/SCADA系统称为第三代。。这一阶段是我国国SCADA/EMS系统发展最快的阶阶段，各种最新的的计算机技术都汇汇集进SCADA/EMS系统中。这一阶段段也是我国对电力力系统自动化以及及电网建设投资最最大的时期。第四代代SCADA/EMS系统的的基础础条件件已经经或即即将具具备。。该系系统的的主要要特征征是采采用Internet技术、、面向向对象象技术术、神神经网网络技技术以以及JAVA技术等等技术术，继继续扩扩大SCADA/EMS系统与与其它它系统统的集集成，，综合合安全全经济济运行行以及及商业业化运运营的的需要要。四、SCADA、RTU2、RTU：（1）RTU（远程程测控控终端端），，英文文全称称RemoteTerminalUnit，中文文全称称为远远程终终端控控制系系统，，负责责对现现场信信号、、工业业设备备的监监测和和控制制。其其中包包括：：开关关量输输入单单元、、开关关量输输出单单元、、模拟拟量输输入单单元、、模拟拟量输输出单单元、、脉冲冲量输输入单单元、、脉冲冲量输输出单单元、、数字字量输输入单单元。。PLC一般主主要用用于工工厂车车间流流水线线的控控制，，而RTU在国外外主要要用于于室外外应用用，恶恶劣环环境中中，比比如在在一些些无人人值守守的站站点。。（2）RTU是构成成企业业综合合自动动化系系统的的核心心装置置，通通常由由信号号输入入/出模块块、微微处理理器、、有线线/无线通通讯设设备、、电源源及外外壳等等组成成，由由微处处理器器控制制，并并支持持网络络系统统。它它通过过自身身的软软件(或智能能软件件)系统，，可理理想地地实现现企业业中央央监控控与调调度系系统对对生产产现场场一次次仪表表的遥遥测、、遥控控、遥遥信和和遥调调等功功能。。RTU是一种种耐用用的现现场智智能处处理器器，它它支持持SCADA控制中中心与与现场场器件件间的的通讯讯。它它是一一个独独立的的数据据获取取与控控制单单元。。它的的作用用是在在远端端控制制控制制现场场设备备，获获得设设备数数据，，并将将数据据传给给SCADA系统的的调度度中心心。（3）RTU的发展展历程程是与与“三三遥””工程程技术术相联联系。。““三遥遥”系系统工工程是是多学学科、、多专专业的的高新新技术术系统统工程程，涉涉及计计算机机、机机械、、无线线电、、自动动控制制等技技术，，还涉涉及传传感器器技术术、仪仪器仪仪表技技术、、非电电量测测量技技术、、软件件工程程、条条码技技术、、无线线电通通讯技技术、、数据据通讯讯技术术、网网络技技术、、信息息处理理技术术等高高新技技术。。因此此，完完全可可以断断言，，RTU的发展展将必必然会会随着着“三三遥””工程程技术术的发发展而而发展展。五、PC－based控制器器、IPC1、PC-based控制器从外观到到可靠性也都开开始可以与PLC相近。PC-based是一种基于PC技术的控制系统统。最早的PC-based控制系统是以工工控机为核心，，通过扩展带PCI接口的专用板卡卡组成。PC-based借助于IT技术的发展，在在运算、存储、、组网和软件开开放性方面具有有优势。在编程程方面，由于IEC61131-3编程语言标准的的推出和广泛采采用，为PC-based控制器的高速发发展铺平了道路路。这样，PC-based控制器不仅具有有PC的优势，也具有有传统PLC的优势。它可无无缝地融合到网网络时代的信息息系统中。2、IPC—工控机控制系统统。实际上控制系统统是以上几种系系统组成的混合合控制系统（HCS）。目前煤矿自动化化中应用主要为为PLC、SCADA、RTU等，DCS也有小部分应用用。PLC与DCS比较，PLC与PAC比较PLC与PC－based比较自动化控制器演演化进程一、PLC&DCS1、发展背景不同同：PLC由传统继电器控控制发展而来，，早期以数字量量逻辑控制为主主；DCS由模拟仪表控制制系统发展而来来，以模拟量回回路控制为主。。2、性能指标比较较：PLCDCS（1）高速顺序控制制强较较强（2）复杂过程控制制较强强强（3）硬件可靠性强强强（4）联网和通讯功功能弱强强（5）管理能力弱强强（6）系统诊断和报报警弱强强3、应用范围DCS：过程控制，面面向工艺变量。。PLC：机械制造和工工厂自动化，面面向操作人员。。一、PLC&DCS4、发展趋势由于计算机和网网络技术不断发发展，DCS和PLC两者功能不断相相互渗透。这两两类在控制领域域各司一方的控控制系统，不断断吸纳对方优点点以充实自己。。DCS加强PLC逻辑控制、联锁锁控制、顺序控控制和梯形图语语言编程功能，，甚至一些新DCS也采用国际标准准所规定的PLC编程语言规范。。DCS在开关量控制速速度方面，已有有长足进展，像像开关量输入响响应速度已达到到毫秒