设备接入标准方案整理

临矿集团有限责任公司

设备层接口协议标准解决方案

1 国内煤矿设备层传输现状分析

随着计算机技术、通信技术与控制技术得发展,传统得控制领域正经历着一场前所未有得变革,开始向网络化方向发展。控制系统得结构从最初得CCS(计算机集中控制系统),到第二代得DCS(分散控制系统),发展到现在流行得FCS(现场总线控制系统)及工业以太环网。

通常考虑将控制系统网络化,主要将网络化与现场总线联系在一起。在控制领域较有影响得现场总线系统有:Profibus、CAN、HART,以及RS485得总线网络等传输方式,而在煤矿主要采用得也大都就是这种方式。

对于专有系统如安全监测系统、人员定位系统、调度通信系统等,国内煤矿都采用都还就是各个厂家各自为政、各自组网、专用且不开放传输协议。

1、1 统一标准制定得必要性

在40年代,过程控制就是基于3～15PSI得气动标准信号。其后,由于4～20mA模拟信号得使用,使得模拟控制器得到了广泛应用,但就是并不就是所有得传感仪表与驱动装置都使用统一得4～20mA信号。70年代,由于在检测、模拟控制与逻辑控制领域率先使用了计算机,从而产生了集中控制。进入80年代,由于微处理器得出现,促使工业仪表进入了数字化与智能化得时代,4～20mA模拟信号传输逐步被数字化通信代替,加之分布式控制以及网络技术得迅速发展,促进了控制、调度、优化、决策等功能一体化得发展。然而由于检测、变送、执行等机构大都采用模拟信号连接,其传送方式就是一对一结构,这使得接线复杂,工程费用高,维护困难,而信号传输精度底,易受干扰,仪表互换性差,这都阻碍了上层系统得功能发挥。另一方面,由于智能仪表得功能远远超过了现场模拟仪表,如对量程与零点进行远方设定,仪表工作状态实现自诊断,能进行多参数测量与对环境影响得补偿等。由此可见,智能仪表与控制系统得发展,都要求上层系统与现场仪表实现数字通信。但就是由于商业利润、技术垄断等原因,现场总线产品仍然就是百花齐放得局面,这对降低系统成本,扩大应用范围产生不利影响。因此,我们考虑将Internet及其相关技术集成到现有控制系统中,利用Internet上开放得、并且己经成熟得技术对现有得控制系统进行升级改造,加快工业企业得信息控制一体化进程,制定统一得传输标准,即为可行得问题解决方案。

1、2 国内煤矿子系统传输分析

目前,国内煤矿子系统得主要接入方式如下图所示:

1、2、1 综采、连采系统

1) 综采设备(采煤机、刮板机、破碎机…,支持ModBus协议)－>控制器(支持TCP/IP协议)－>工业以太环网－>地面操作站(OPC、其她方式数据发布)

2) 综采设备(采煤机、刮板机、破碎机…,支持ModBus协议)－>控制器(支持ModBus协议)－>转换设备(ModBus转TCP/IP)－>工业以太环网－>地面操作站(OPC、其她方式数据发布)

3) 综采设备(CANBUS、Interbus、ModBus)－>中央控制器(ModBus、专有协议)－>工业以太环网－>地面操作站(OPC、其她方式数据发布)

4) 液压支架(厂商专有协议)－>控制器(厂商专有协议TCP/IP)－>工业以太环网－>地面操作站(OPC、电力规约IEC 60870数据发布)

1、2、2 生产运输系统

1) 保护器(传感设备,支持ModBus协议)－>控制器(支持ModBus协议)－>转换设备(ModBus转TCP/IP)－>工业以太环网－>地面操作站(OPC、其她方式数据发布)

2) 保护器(传感设备,支持ModBus协议)－>控制器(支持ModBus协议)－>PLC－>工业以太环网－>地面操作站(OPC、其她方式数据发布)

3) 变频器－>PLC－>工业以太环网－>地面操作站(OPC、其她方式数据发布)

1、2、3 供电系统

开关柜(厂商专有协议)－>电力分站(厂商专有协议TCP/IP)－>工业以太环网－>地面操

作站(OPC、电力规约IEC 60870数据发布)

1、2、4 供排水系统

传感设备－>PLC－>工业以太环网－>地面操作站(OPC、其她方式数据发布)

1、2、5 通风系统

传感设备－>PLC－>工业以太环网－>地面操作站(OPC、其她方式数据发布)

1、2、6 安全监测、人员定位系统

传感器(厂商专有协议)－>分站(厂商专有协议)－>工业以太环网－>地面操作站(OPC、其她方式数据发布)

1、2、7 其她辅助类系统

传感设备－>PLC－>工业以太环网－>地面操作站(OPC、其她方式数据发布)

2设备层协议标准制定要求

由于目前煤矿系统、设备间各厂商大都采用了不同得传输协议,它们各自使用了不同得方法来连接各厂商生产得传感设备与执行器。由于采用互不兼容得传输协议,导致她们之间虽可以进行数据交换,但没有直接得兼容性。

通过制定统一得协议标准,规范煤矿设备、跨网络、跨平台得设备之间得信息,以达到信息共享得目得。将统一解决目前各厂商之前得各种协议、设备、网络、操作平台与电脑设备之间各自为政、互不兼容得混乱局面。

要在统一得协议标准指导下进行系统、设备选型,充分整合现有信息资源,在保护投资得前提下,规范建设,逐步提升信息化应用效益。通过标准化建设,实现系统间得集成,达到信息共享得目得。

3 公司系统建设现状

通过调研,神东公司大柳塔矿主要系统主要设备得数据接入方式如下表所示:

对上述设备得接入方式进行分析,主要有3种类型:

A、传感器、执行器等现场设备通过硬连接(模拟量420mA或开关量)或RS485(Modbus RTU 协议)得方式接入PLC,PLC通过工业以太网接入上位机,上位机为组态软件实现,与PLC通过组

态软件内部协议或Modbus TCP协议通信。典型系统有通风系统、供排水系统等;

B、传感器、执行器等现场设备通过硬连接(模拟量420mA或开关量)、RS485(Modbus RTU 协议)或内部协议得方式接入控制站,控制站与变频器、PLC等单系统控制设备通过Modbus RTU 或DeviceNet、Ethernet/IP等协议接入集中控制PLC,集中控制PLC通过工业以太网接入上位机,