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)信息化是提提高企业知知识生产力力的最有效现代管理之之父杜拉克克指出:“知识生产力力将日益成成为一个国国家、一个个产业、一一家公司的的竞争实力力的决定性性因素”，，“无论什什么传统产产业，之所所以能发展展壮大，就就是因为它它们围绕知知识和信息息进行了重重组。”采用信息化化的手段,围绕着生产产过程的信信息和知识识对生产过过程进行重重组,将优秀的生生产与操作作经验、专专有技术和和知识提炼炼和融合到到上述软件件系统中去去，极大地地提高生产产力。二、煤煤矿信信息化化金字塔塔型组组织扁扁平化化组织织结构构◆管理组组织层层次金字塔塔型组组织：：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)只有通通过企企业信息化化才能能实现现企业业扁平平化管管理二、煤煤矿信信息化化二、煤煤矿信信息化化2.1煤矿信信息化化概念念利用先先进的的网络络技术术、自自动控控制技技术、、通信信技术术、计计算机机技术术、视视频技技术，，将煤煤矿业业务信信息的的处理理与煤煤矿生生产过过程中中的自自动化化过程程的控控制结结合起起来综综合全全面的的控制制与信信息管管理系系统。。它在在企业业的经经营管管理层层和过过程控控制层层之间间，能能够建建立双双向的的信息息交互互、对对生产产过程程进行行直接接控制制。以以现有有设备备为基基础，，将数数据集集成技技术应应用于于到各各种控控制系系统和和安监监系统统，井井下，，通过过建立立webgis为基础础的网网络平平台，，实现现皮带带运输输、工工作面面、排排水系系统、、供电电系统统、通通风系系统、、安全全监测测监控控系统统、选选煤厂厂监控控、信信、集集、闭闭系统统、核核子秤秤等系系统的的统一一、集集中监监控，，形成成一个个完整整的““管控控一体体化””综合合应用用系统统。决策分析管理、经营管理、安全生产管理、办公OA管理管理、、决策策系统统（MIS）企业的的管理理层企业的辅助决策安全生产管理系统(MES)煤矿的生产调度管理层煤矿的作业计划优化数据采集与生产监控（PCS）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、信息处理、信息挖掘、信息融合、故障诊断、专家系统

2.2煤矿信信息化化结构构层次次三、3.1煤炭生生产过过程对对自动动化的的要求求通风排水供电供压安监压力防火降尘其他辅辅助系系统=providedbyend-user用户提供is=intrinsicallysafe

本安215m工作面面自动化化系统统Motor-cooling电动机机冷却却装置置Plowtracksprayingsystem刨头轨轨道喷喷雾系系统Synchronization同步器器Limitswitch限位开开关Plowtrackmeasuringdevice刨头行行程测测量装装置Synchronization同步器器Limitswitch限位开开关42PM4PM4PM4PM4PM4Tail机尾PRT刨刨头运运行轨轨道PLOW刨头Quadadapter四芯电电缆适适配器器12345610Main机头HG6020WatervalveHG6020型水阀HG6020WatervalveHG6020型水阀Crusher破碎机Stageloader转载机Amplifier+pullsw.扩音器器+拉线开开关Amplifier+pullsw.扩音器器+拉线开开关Amplifier+pullsw.扩音器器+拉线开开关Motor-cooling电动机机冷却却装置置Controlcabin控制室ServerPM4PM4服务器器KE1004“is””controlunit“本安””控制制装置置“is””controlunit“本安””控制制装置置127V50HzSuppliedbyend-user用户提提供Sectionswitch采区开开关Crusher破碎机机Stageloader转载机机127V50HzGateendbox顺槽终终端开开关KE1004Gateendbox顺槽终终端开开关KE1004Controlpanel主控台台PRT刨头运行轨轨道1122141412359ChaintensioningdevicePlowtrackmeasuringdevice刨头行行程测测量装装置HG6020WatervalveHG6020型水阀HG6020WatervalveHG6020型水阀KE1004Spareunit备用开开关AuxiliarypanelPE4022辅助控控制盘盘工作面面系统统通风系系统煤矿通风监控系统示意图排水系系统供电系系统安全生生产监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。网络拓扑结构构3.3煤矿综合自动动化内容部分子系统1水泵电控系统统采集参数：电电机电压，电电机电流，故故障，开停,电机温度,进水压力,出水压力,真空压力,进水水位，开开关位置信号号等采采集方式：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2瓦斯监测监控控系统采集参数：瓦瓦斯浓度，风风速，环境温温度，负压，，水位，设备备开停，风门门开关，馈电电开关，电压压，电流，风风筒开关，轴轴温，抽放管管温度，抽放放管压力，抽抽放管瓦斯浓浓度，抽放管管流量，故障障报警等。采采集方方式：采用规规约转换或读读数据库的方方式均可接接入方法法：TCP/IP通信3提升机电控系系统采集参数：安安全回路、实实时速度、电电流曲线、电电压、电流、、故障、开停停、电机温度度、PLC状态、开关量量、模拟量、、钩数、提升升容器位置监监测。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4风机电控系统统采集参数：电电机电压，电电机电流，故故障，开停,电机温度,进水压力,出水压力,真空压力,进水水位，开开关位置信号号。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3.3煤矿综合自动动化内容部分子系统5胶带机电控系系统采集参数：打打滑、堆料、、超温、烟雾雾、纵撕、灭灭尘、速度、、跑偏、煤位位，速度，开开停，拉绳等等

采集集方式：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6锅炉电控系统统采集参数：锅锅堂温度，锅锅堂前中后压压力（负压））上锅筒温度度，上锅筒压压力，蒸汽出出口流量，蒸蒸汽管路压力力，省煤器温温度，烟道温温度，鼓风机机开度，风量量开关，引风风机吸风量开开度，风量开开关，供水调调节阀阀门开开度，水位调调节器开关，，显示，供煤煤炉排速度显显示，速度调调节，现场手手自显示，水水位报警，水水位显示（电电接点和差压压变送两个显显示），供水水阀前、后压压力，供水温温度，流量，，出渣机状态态，循环泵状状态，鼓风机机开停状态，，引风开停状状态，供水泵泵开停状态，，鼓风机轴温温，引风机轴轴温，风机变变频器速度等等

采集集方式：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3.3煤矿综合自动动化内容部分子系统7生活污水处理理站采集参数：水水池液位，流流量，ORP值，溶解氧值值，浊度，PH值，温度，COD值，水泵开停停，水泵故障障，加氯开关关，加药开关关，电流，电电压，压力等等

采集集方式：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8空压机电控采集参数：一一级气缸排气气温度、二级级气缸排气温温度、后冷却却器排气温度度

冷却却水进水总管管水温、空气气压缩机组冷冷却水排水温温度空空气压缩机传传动机构润滑滑油温度、空空气干燥器装装置进气温度度

空气气干燥器装置置排气温度、、加热再生吸吸附式空气干干燥装置加热热器温度加加热再生生吸附式空气气干燥装置再再生气进气温温度加加热再生吸附附式空气干燥燥装置再生气气排气温度冷冷冻式式空气干燥装装置蒸发温度度、压缩机空空气站供气母母管压力一一级气缸缸排气压力、、二级气缸排排气压力、储储气罐气压空空气压压缩机组冷却却水进水（阀阀后）压力、、空气压缩机机组传动机构构润滑油压力力

空气气干燥装置压压差、空气过过滤器压差、、压缩空气站站供气母管流流量电电压，电流，，开停，故障障等采采集方式：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3.3煤矿综合自动动化内容部分子系统9110kV变电站和35kV变电站监控系系统采集参数：相相电压，线电电压，电流，，故障，开停停,高压开关,,馈电开关，主主变温度,功率因数，电电度，有功功功率，无功功功率，视在在功率，零序序电流，频率率，有功电能能，无功电能能等。采采集方式：：变电站控制制系统，遵循循国家标准电电力101规约接接入方法：直直接接入或转转换规约10选煤厂集控系系统采集参数：煤煤仓煤位，重重量，各种皮皮带保护，开开停状态，故故障状态，装装车车号，装装车时间，车车皮数量，装装车日期，计计量秤瞬时流流量，累计流流量，日产量量，班产量，，皮带给煤机机开停，故障障等采采集方式：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。。美国和澳大大利亚的煤煤炭企业走走在前列列2）数字化是信信息的表达达形式，而而且是信息息最高、最最先进的表表达形式。。由于计算机机技术、微微电子技术术，尤其是是网络技术术的飞速发发展，许多多煤矿的地地理信息、、生产信息息、安全信信息、设备备工况信息息从采集（（传感器））开始，就就实现了数数字化、网网络化。传传感器在采采集信息的的同时，它它可以对信信息进行处处理、自校校正等，不不仅使被采采集的信息息更准确，，而且可以以在一根总总线上挂许许多个传感感器，使信信息传输系系统更简便便。而被采采集的信息息不会因传传输距离和和环境使精精度受到影影响。由于于信息是以以数字的形形式进行采采集、处理理、传输和和应用，因因此，生产产、安全、、管理、市市场等信息息可以在一一个统一的的平台上进进行传输和和交流，使使所有的信信息能得到到更充分的的应用，使使所采集到到的信息得得到更大的的增值。3）自动化（管管控一体化化）则是现现代化矿井井的重要基基础和目的的。自动化是指指机械设备备或生产过过程（煤矿矿包括环境境安全）、、管理过程程（DA、BA）在没有人人的直接参参与，经过过自动检测测、信息传传输、信息息处理、分分析判断、、操纵控制制，实现所所要达到的的目标。信信息化（数数字化）的的信息绝大大部分来自自于各种生生产、工况况、安全的的自动检测测装置（传传感器），，这些是信信息化（数数字化）的的基础。反反之，由于于实现了信信息化（数数字化），，可以在地地面对矿井井的生产设设备的工况况进行监测测和自动控控制，可以以实时、连连续监测各各种地理、、安全信息息，大大减减少井下作作业的人数数，这不仅仅可以提高高效率，而而且可以大大大提高煤煤矿的安全全水平。实实现了管控控一体化之之后，把生生产、安全全和管理有有机地融合合在一起，，在管理层层可以实时时采集到许许多生产、、安全的信信息，也可可以得到许许多信息的的变化趋势势，为信息息化或“数数字化矿井井”奠定基基础。在此此基础上，，利用一些些先进的控控制理论（（如人工智智能、专家家分析等））建立煤矿矿安全生产产所需的决决策支持系系统，实现现矿井安全全、生产和和效益的多多目标优化化和全矿井井自动化，，最终建成成无人化矿矿井。煤矿综合调调度指挥系系统和管一一控一体化化是我国煤矿今后后的发展方方向第二部分控制系统类类型PCS系统即基层层自动化系系统，主要要包括以下下几种控制制系统：1、DCS2、PLC3、PAC4、SCADA、RTU5、PC-based控制器、IPC……一、DCS1、基本概念念：分散控制系系统(DistributedControlSystem)，采采用用功功能能分分级级、、软软硬硬件件分分布布配配置置、、监监控控管管理理功功能能集集中中于于中中央央站站和和有有相相当当操操作作级级别别的的终终端端，，实实时时性性强强的的控控制制和和调调节节功功能能由由分分站站完完成成，，中中央央站站停停止止工工作作不不影影响响分分站站功功能能和和设设备备运运转转，，对对于于局局部部网网络络通通信信控控制制也也不不应应因因此此而而中中断断。。由HONEYWELL公司司在在1975年首首先先推推出出的的系系统统。。即即：：TDC2000，它它只只有有模模拟拟量量控控制制。。目前前生生产产DCS的厂厂家家：：（1）国国外外：：HONEYWELL公司司－－ExpersionPKS;ABB－IndustrialIT；Simenz－PCS7；日日本本横横河河的的YEPARKMARKⅡⅡ等等等。。（2）国国内内：：浙浙大大中中控控、、和和利利时时等等。。2、发发展展历历程程（1）第第一一个个阶阶段段---20世纪纪50年代代前前后后，，过过程程控控制制开开始始发发展展。。这这一一阶阶段段主主要要采采用用了了基基地地式式仪仪表表和和部部分分单单元元组组合合仪仪表表，，多多数数为为气气动动式式仪仪表表。。控控制制系系统统结结构构简简单单，，控控制制参参数数少少。。（（2）第第二二个个阶阶段段---20世纪纪60年代代，，电电子子技技术术的的发发展展，，为为自自动动化化技技术术工工具具的的完完善善提提供供了了条条件件，，开开始始大大量量采采用用单单元元组组合合仪仪表表，，组组装装仪仪表表也也已已使使用用，，能能够够满满足足比比较较复复杂杂的的模模拟拟和和逻逻辑辑控控制制规规律律相相结结合合的的控控制制系系统统需需要要。。计计算算机机开开始始用用在在工工业业生生产产中中，，比比较较复复杂杂的的控控制制算算法法如如串串级级控控制制、、比比值值控控制制和和均均匀匀控控制制等等开开始始使使用用。。（3）第第三三个个阶阶段段----70年代代以以后后，，微微型型机机的的出出现现，，是是过过程程控控制制发发展展到到现现代代过过程程控控制制的的新新阶阶段段。。采采用用了了以以微微处处理理器器为为核核心心的的智智能能单单元元组组合合仪仪表表，，仪仪表表可可靠靠性性能能提提高高了了，，适适应应了了各各种种复复杂杂的的控控制制系系统统的的要要求求。。由由于于生生产产过过程程是是一一个个分分散散的的系系统统，，为为满满足足工工业业生生产产分分散散过过程程的的需需要要，，集集散散型型控控制制系系统统（（DCS）应应运运而而生生。。（（4）现现场场总总线线的的出出现现－－FCS。2、发展展历程程3、DCS组成DCS由四部部份组组成（（也可可以说说成三三部分分）：：I/O板、控控制器器、操操作站站和通通讯网网络。。人机接接口包包括操操作站站、工工程师师站和和历史史站。。控制制器I/O部件和和生产产过程程相联联接，，操作作站和和人相相联系系，通通讯网网络把把这两两部分分联成成系统统。所所以操操作站站是DCS的重要要组成成部分分，工工程师师站给给控制制器和和操作作站组组态，，历史史站记记录生生产过过程的的历史史数据据。最最近几几年开开发的的人机机界面面还有有动态态数据据服务务器。。4、现场场总线线现场总总线是是20世纪80年代末末、90年代初初国际际上形形成的的,用于生生产现现场、、在微微机化化测量量控制制设备备之间间实现现双向向串行行多节节点数数字通通信的的系统统,也被称称为开放式式、数数字化化、多多点通通信的的底层层控制网网络。。现场总总线技技术以以数字字信号号取代代模拟拟信号号，在在3C（Computer计算机机、Control控制、、Communication通信））技术术的基基础上上，大大量现现场检检测与与控制制信息息就地地采集集、就就地处处理、、就地地使用用，许许多控控制功功能从从控制制室移移至现现场设设备。。现现场总总线FCS4.1现场总总线类类型目前，，国内内、外外的现现场总总线有有60几种之之多。。2000年1月4日通过过IEC61158.3～6标准，，该标标准包包括了了8种类型型的现现场总总线子子集，，它们们分别别是：：①基金会会现场场总线线FF(原有的的技术术规范范IEC61158)；②ControlNet；③Profibus；④P—Net；⑤FFHSE；⑥SwiftNet；⑦WordFIP；⑧Interbus。④、⑥是用于于有限限领域域的专专用现现场总总线；；②、③、⑦、⑧是由PLC为基础础的控控制系系统发发展而而来，，本质质上以以远程程I/O总线技技术为为基础础，通通常不不具备备通过过总线线向现现场设设备供供电和和本征征安全全性能能；①、⑤则由传传统DCS控制系系统发发展而而来，，具有有总线线供电电和本本征安安全功功能；；①、⑧属于现现场设设备级级总线线，②、⑤属于监监控级级现场场总线线；③、⑦则是包包括两两个层层次的的现场场总线线。4.2现场总总线与与以太太网比比较物理层层比较较(2)介质访访问控控制方方式比比较现现场总总线介介质访访问控控制方方式：：现现场场总线线的介介质访访问控控制方方式要要满足足工业业控制制网络络的要要求，，即通通信的的实时时性和和确定定性。。确定定性指指站点点每次次得到到网络络服务务间隔隔和时时间是是确定定的；；实时时性指指网络络分配配给站站点的的服务务时间间和间间隔可可以保保证站站点完完成它它确定定的任任务。。目目前前现场场总线线技术术采用用的介介质访访问控控制方方式主主要有有：令令牌、、主从从、生生产者者/客户（producer/consumer）。以以太网网介质访问问控制方式式：CSMA/CD(载波监听多多路访问/冲突检测)是以太网（（或IEEE802.3）采用的介介质访问控控制方式。。二、PLC1、基本概念：：可编程序控控制器，专专为在工业业环境中应应用而设计计，采用可可编程序的的存储器存存储操作指指令，并通通过数字式式的或模拟拟式的输入入输出控制制机械或生生产过程（（IEC—1985）。1969年美国通用用公司生产产第一套PLC（ProgrammableLogicController）。国内外许多多生产PLC厂家。2、发展历程程上世纪80年代至90年代中期，，是PLC发展最快的的时期，年年增长率一一直保持为为30~40%。在这时期期，PLC在处理模拟拟量能力、、数字运算算能力、人人机接口能能力和网络络能力得到到大幅度提提高，PLC逐渐进入过过程控制领领域，在某某些应用上上取代了在在过程控制制领域处于于统治地位位的DCS系统。PLC具有通用性性强、使用用方便、适适应面广、、可靠性高高、抗干扰扰能力强、、编程简单单等特点。。PLC在工业自动动化控制特特别是顺序序控制中的的地位，在在可预见的的将来，是是无法取代代的。3、PLC构成从结构上分分，PLC分为固定式式和组合式式（模块式式）两种。。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面面板、内存存块、电源源等，这些些元素组合合成一个不不可拆卸的的整体。模模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存存、电源模模块、底板板或机架，，这些模块块可以按照照一定规则则组合配置置。三、PAC1、基本概念：：PAC这个概念的的提出是针针对PLC的概念而来来，作为一一种快速和和可靠的解解决方案，，由自动化化研究机构构(ARC)提出的，它它表示可编编程自动化化控制器，，用于描述述结合了PLC和PC功能的新一一代工业控控制器。传传统的PLC厂商使用PAC的概念来描描述他们的的高端系统统，而PC控制厂商则则用来描述述他们的工工业化控制制平台。采采用现有的的商业计算算机技术，，所以具有有更优异的的效能，并并具有可伸伸缩性。透透过商业化化大量生产产的平台，，所以易于于维护和具具有较低的的发生故障障时间等特特性。目目前生产产PAC的厂家如罗罗克维尔、、研华、贝贝加莱等。。PAC技术是一种种新型的控控制技术，，与PLC相比，具有有开放的体体系结构和和优秀的互互操作性、、灵活性；；与PC相比，又具具有更高的的稳定性和和更好的实实时性，因因此能更好好地满足现现代工业自自动化的要要求，是目目前工业自自动化领域域研究的热热点之一。。2、PAC发展前景景及趋势势四、SCADA、RTU1、SCADA：（1）SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系统，即数据采采集与监监视控制制系统。。SCADA系统的应应用领域域很广，，它可以以应用于于电力系系统、给给水系统统、石油油、化工工等领域域的数据据采集与与监视控控制以及及过程控控制等诸诸多领域域。在电电力系统统以及电电气化铁铁道上又又称远动动系统。。SCADA系统是以以计算机机为基础础的生产产过程控控制与调调度自动动化系统统。它可可以对现现场的运运行设备备进行监监视和控控制，以以实现数数据采集集、设备备控制、、测量、、参数调调节以及及各类信信号报警警等各项项功能。。（2）SCADA系统发展展到今天天已经经经历了三三代。第一代是是基于专专用计算算机和专专用操作作系统的的SCADA系统。这这一阶段段是从计计算机运运用到SCADA系统时开开始到70年代。第二代是是80年代基于于通用计计算机的的SCADA系统，在在第二代代中，广广泛采用用VAX等其它计计算机以以及其它它通用工工作站，，操作系系统一般般是通用用的UNIX操作系统统。在这这一阶段段，SCADA系统在电电网调度度自动化化中与经经济运行行分析，，自动发发电控制制（AGC）以及网网络分析析结合到到一起构构成了EMS系统（能能量管理理系统））。第一一代与第第二代SCADA系统的共共同特点点是基于于集中式式计算机机系统，，并且系系统不具具有开放放性，因因而系统统维护，，升级以以及与其其它联网网构成很很大困难难。90年代按照照开放的的原则，，基于分分布式计计算机网网络以及及关系数数据库技技术的能能够实现现大范围围联网的的EMS/SCADA系统称为为第三代代。这一一阶段是是我国SCADA/EMS系统发展展最快的的阶段，，各种最最新的计计算机技技术都汇汇集进SCADA/EMS系统中。。这一阶阶段也是是我国对对电力系系统自动动化以及及电网建建设投资资最大的的时期。。第四代SCADA/EMS系统的基基础条件件已经或或即将具具备。该该系统的的主要特特征是采采用Internet技术、面面向对象象技术、、神经网网络技术术以及JAVA技术等技技术，继继续扩大大SCADA/EMS系统与其其它系统统的集成成，综合合安全经经济运行行以及商商业化运运营的需需要。四、SCADA、RTU2、RTU：（1）RTU（远程测测控终端端），英英文全称称RemoteTerminalUnit，中文全全称为远远程终端端控制系系统，负负责对现现场信号号、工业业设备的的监测和和控制。。其中包包括：开开关量输输入单元元、开关关量输出出单元、、模拟量量输入单单元、模模拟量输输出单元元、脉冲冲量输入入单元、、脉冲量量输出单单元、数数字量输输入单元元。PLC一般主要要用于工工厂车间间流水线线的控制制，而RTU在国外主主要用于于室外应应用，恶恶劣环境境中，比比如在一一些无人人值守的的站点。。（2）RTU是构成企企业综合合自动化化系统的的核心装装置，通通常由信信号输入入/出模块、、微处理理器、有有线/无线通讯讯设备、、电源及及外壳等等组成，，由微处处理器控控制，并并支持网网络系统统。它通通过自身身的软件件(或智能软软件)系统，可可理想地地实现企企业中央央监控与与调度系系统对生生产现场场一次仪仪表的遥遥测、遥遥控、遥遥信和遥遥调等功功能。RTU是一种耐耐用的现现场智能能处理器器，它支支持SCADA控制中心心与现场场器件间间的通讯讯。它是是一个独独立的数数据获取取与控制制单元。。它的作作用是在在远端控控制控制制现场设设备，获获得设备备数据，，并将数数据传给给SCADA系统的调调度中心心。（3）RTU的发展历历程是与与“三遥遥”工程程技术相相联系。。“三三遥”系系统工程程是多学学科、多多专业的的高新技技术系统统工程，，涉及计计算机、、机械、、无线电电、自动动控制等等技术，，还涉及及传感器器技术、、仪器仪仪表技术术、非电电量测量量技术、、软件工工程、条条码技术术、无线线电通讯讯技术、、数据通通讯技术术、网络络技术、、信息处处理技术术等高新新技术。。因此，，完全可可以断言言，RTU的发展将将必然会会随着““三遥””工程技技术的发发展而发发展。五、PC－based控制器、、IPC1、PC-based控制器从从外观到到可靠性性也都开开始可以以与PLC相近。PC-based是一种基基于PC技术的控控制系统统。最早早的PC-based控制系统统是以工工控机为为核心，，通过扩扩展带PCI接口的专专用板卡卡组成。。PC-based借助于IT技术的发发展，在在运算、、存储、、组网和和软件开开放性方方面具有有优势。。在编程程方面，，由于IEC61131-3编程语言言标准的的推出和和广泛采采用，为为PC-based控制器的的高速发发展铺平平了道路路。这样样，PC-based控制器不不仅具有有PC的优势，，也具有有传统PLC的优势。。它可无无缝地融融合到网网络时代代的信息息系统中中。2、IPC——工控机控制系系统。实际上控制系系统是以上几几种系统组成成的混合控制制系统（HCS）。目前煤矿自动动化中应用主主要为PLC、SCADA、RTU等，DCS也有小部分应应用。PLC与DCS比较，PLC与PAC比较PLC与PC－based比较自动化控制器器演化进程一、PLC&DCS1、发展背景不不同：PLC由传统继电器器控制发展而而来，早期以以数字量逻辑辑控制为主；；DCS由模拟仪表控控制系统发展展而来，以模模拟量回路控控制为主。2、性能指标比比较：PLCDCS（1）高速顺序控控制强较较强强（2）复杂过程控控制较强强强（3）硬件可靠性性强强强（4）联网和通讯讯功能弱强强（5）管理能力弱强强（6）系统诊断和和报警弱强强3、应用范围DCS：过程控制，，面向工艺变变量。PLC：机械制造和和工厂自动化化，面向操作作人员。一、PLC&DCS4、发展趋势由于计算机和和网络技术不不断发展，DC