煤礦PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用前景

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煤礦PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用前景

馬占尚同煤集團燕子山礦運銷站

一、序言

在全球工業(yè)計算機控制領(lǐng)域，過程控制系統(tǒng)、過程控制軟件、開放性數(shù)據(jù)通信協(xié)議，都已產(chǎn)生了飛速的發(fā)展，幾乎四處都有PLC。開放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了突破，其結(jié)果是將PLC融入更加開放的工業(yè)控制行業(yè)。

PLC（可編程序控制）是八十年代發(fā)展起來的計算機技術(shù)與現(xiàn)代通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代控制理論等合而為一的綜合類的技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)物。由于它在離散過程控制中顯得很完美，越來越多的煤炭集運站，港口的散貨裝卸碼頭，電話程控交換機等使用了PLC產(chǎn)品。我礦洗煤廠和運銷站的集中式控制系統(tǒng)就是采用了PLC的技術(shù)成果。MODICON984采用閉環(huán)式的總線控制結(jié)構(gòu)，其主機通過MODBUS口與上位監(jiān)控計算機相連，其通訊模塊通過同軸電纜以總線結(jié)構(gòu)與其它被控制的分站的遠程適配器相連，而遠程適配器又去控制機架上的其他I/O模塊、繼電器模塊以及A/D、D/A模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，進一步控制電機等動力設(shè)備的接觸器、電磁閥以及行程開關(guān)。程控系統(tǒng)采用PLC和上位機兩級控制結(jié)構(gòu)方式，并結(jié)合遠程I/O及PLC子站的功能，通過PLC進行程序控制、遠方控制及就地操作，由上位機對整個系統(tǒng)進行集中監(jiān)視、管理和自動順序控制。控制系統(tǒng)（包括主機、通訊、電源等）采用非冗余配置。

主要功能包括：

參數(shù)的設(shè)定、流程及方式的選擇、設(shè)備的控制等功能；

處理操作指令；

實時采集和處理現(xiàn)場參數(shù)數(shù)據(jù)功能；

實時監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備運行狀況、故障狀態(tài)等功能；

系統(tǒng)的聯(lián)鎖及解列以及規(guī)律控制功能；

系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)的故障自診斷功能；

報警及打印功能；

二、計算機技術(shù)

計算機的飛速發(fā)展奠定了PLC控制領(lǐng)域的突飛猛進，不管是煤礦、工廠、港口、交通管理、通訊、乃至城市中的立體車庫都有PLC的影子。懂計算機的人都知道，在計算機的高級語言里，C語言是控制語言（譬如數(shù)控車床），匯編語言雖然也能作為控制語言為控制系統(tǒng)所用，但是，由于它的不易讀性，不易調(diào)試性，正逐漸被其它語言所取代。PLC系統(tǒng)尋常采用梯形圖語言，這是PLC廠家采用最多的編程語言，最初是由繼電器控制圖蛻變過來的，比較簡單，對離散控制和互鎖規(guī)律最為有用；其次是順序功能圖語言，它提供了總的結(jié)構(gòu)，并與狀態(tài)定位處理或機器控制應(yīng)用相互協(xié)調(diào)；第三是功能塊圖語言，它提供了一個有效的開發(fā)環(huán)境，并且特別適用于過程控制應(yīng)用；第四是結(jié)構(gòu)化文本語言，這是一種類似用于計算機的編程語言，它適用于對繁雜算法及數(shù)據(jù)處理；第五是指令表語言，它為優(yōu)化編碼性能提供了一個環(huán)境，與匯編語言十分相像。MODICON公司的MODSOFT編程軟件只使用梯形圖（984梯形）一種編程語言，而另一個CONCEPT編程軟件可以使用5種編程語言，依次為梯形圖（LD）、順序功能圖（SFC）、功能塊圖（FBD）、結(jié)構(gòu)化文本（ST）、指令表（IL）。同一編程軟件下的編程語言大多數(shù)可以互換，一般選擇自己比較熟悉的編程語言。在高端應(yīng)用方面，很難進一步區(qū)分PLC控制系統(tǒng)和工業(yè)PC控制系統(tǒng)之間的差異，因

為這兩者均采用了同樣類型的微處理器和內(nèi)存芯片。形象地打個比喻，假使你忘掉工業(yè)PC和PLC這些詞語字面上的含義，那么在箱子里所能夠觀測到的恰恰是一些基本計算機硬件技術(shù)，我們更多觀測到的卻是那些基本技術(shù)的繁雜化和混合體，以及軟件與硬件技術(shù)的完美綜合。這些技術(shù)被有效地組合到控制系統(tǒng)中去。

另外，采用開放控制的原因一方面是系統(tǒng)功能集成的需要，另一方面也是由于一些工業(yè)用戶對功能過分苛求所致。假使能夠給予高度的重視，就能夠獲得更多的基本技術(shù)知識。PLC制造商專注于系統(tǒng)功能化，而工業(yè)用戶則專注于系統(tǒng)應(yīng)用。人們可以看到，將來的發(fā)展趨勢是將更多的功能進一步集成到一個控制箱內(nèi)。因而像順序控制和過程控制這樣的事件將會采用功能化方式進行處理，其他像運動控制等也能夠共享到一致的控制結(jié)構(gòu)體系中。

三、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)

任何一個網(wǎng)絡(luò)都有它的結(jié)構(gòu)，不同的結(jié)構(gòu)適合不同的通訊協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)中，有星形網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、總線網(wǎng)等，而更多的是它們之間混合而成的網(wǎng)絡(luò)，譬宛如煤集團通訊公司的計算機網(wǎng)絡(luò)就是星形總線網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)的特性決定了網(wǎng)絡(luò)特有的功能。網(wǎng)絡(luò)的通訊規(guī)程、通訊協(xié)議建立了不同設(shè)備間一致的信息傳輸協(xié)議，就譬如TCP/IP協(xié)議一樣，在以太網(wǎng)（局域網(wǎng)非廣域網(wǎng)）的每一個計算機后加一塊LINK板也是為了協(xié)議落實在物理連接上，使之順利實現(xiàn)。

在一個網(wǎng)絡(luò)化過程控制系統(tǒng)環(huán)境中，軟件能夠應(yīng)用于多種系統(tǒng)組態(tài)和系統(tǒng)配置，用戶工作在應(yīng)用層，組態(tài)程序定位于數(shù)據(jù)鏈路層，所有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議最終通過物理層的通斷來實現(xiàn)。盡管傳統(tǒng)PLC被應(yīng)用于離散過程控制領(lǐng)域，但現(xiàn)在，PLC已被廣泛應(yīng)用于連續(xù)過程控制領(lǐng)域，而且基于連續(xù)過程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢正在進一步得到增長。通信是PLC應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，這種技術(shù)在PLC領(lǐng)域已經(jīng)得到擴展。同系統(tǒng)一樣，對PLC進行分散化處理已經(jīng)成為可能，所以更簡單進行管理，以便能夠更好地集成在一起。

通訊技術(shù)涉及協(xié)議、傳輸速率、傳輸媒體介質(zhì)、設(shè)備性能、奇偶校驗方式、信號衰減程度、電磁干擾狀況、溫度與濕度、以及傳輸方式等等。我站的控制系統(tǒng)采用令牌傳送方式，點對點定向傳送，不涉及模擬技術(shù)，所以有高速的傳輸媒體與設(shè)備。隨著通信技術(shù)的進一步發(fā)展，有可能利用通信系統(tǒng)將控制功能形成閉環(huán)過程控制，由于越來越多的控制計算機已經(jīng)嵌入了I/O系統(tǒng)。

四、現(xiàn)代控制理論

古典控制理論強調(diào)的是有反饋過程的點對點的控制，現(xiàn)代控制理論強調(diào)的是面對面、矩陣對矩陣式的控制。在控制方式上分集中式和分布式（又稱主從式控制網(wǎng)絡(luò)），而我礦的PLC控制系統(tǒng)實際就是用于離散過程控制的總線結(jié)構(gòu)式的集中式控制系統(tǒng)。

其實就控制系統(tǒng)的主體而言，系統(tǒng)實際上分為三個部分，即：中樞控制機構(gòu)、傳感機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)。以我們運銷站為例，MODICON984A主機與其控制的三個PLC分站就是中樞控制機構(gòu)，它負責信息傳輸、程序的規(guī)律運算、以及系統(tǒng)組態(tài)中的規(guī)律地址的物理定位。膠帶運輸機的各種保護、操作臺、泵站的各種保護、煤位指示均屬于傳感機構(gòu)。由繼電器模塊控制的電機啟動接觸器以及電磁閥，行程開關(guān)等就屬于執(zhí)行機構(gòu)，它負責執(zhí)行指令，使被控制的設(shè)備動作，以達到系統(tǒng)的控制目的。

隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)的延伸和視頻、音頻技術(shù)的廣泛應(yīng)用，PC計算機的控制已做得很好，但距離PLC的控制仍有一段距離。

五、與監(jiān)控系統(tǒng)的通信

隨著計算機的不斷發(fā)展，依靠PC（包括工控機）的監(jiān)控系統(tǒng)越來越多地應(yīng)用在自控系統(tǒng)中，這種監(jiān)控系統(tǒng)一種是PLC開發(fā)商專為自己的（或特定的）產(chǎn)品量身定做的；另一種是軟件開發(fā)公司開發(fā)的適合大多數(shù)PLC產(chǎn)品的監(jiān)控系統(tǒng)。前一種與PLC產(chǎn)品的相容性強，能夠根據(jù)PLC產(chǎn)品的特點制定相應(yīng)的控制方案，應(yīng)當說仍以PLC為中心；后一種則拋開了PLC產(chǎn)品，重視計算機在圖像、動畫、聲音、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)等方面的優(yōu)勢，給二次開發(fā)人員提供了較寬松的開發(fā)條件，往往可以制作出優(yōu)秀的監(jiān)控系統(tǒng)，只要有相應(yīng)的通信協(xié)議（目前已擁有了絕大多數(shù)生產(chǎn)廠家的通信協(xié)議），就可以與各種類型PLC相連，是當今自控系統(tǒng)首選。

馬脊梁洗煤廠以及舊高山集運站的控制系統(tǒng)所作的人機界面iFIX就是這樣的例子。將來的用戶規(guī)律程序（譬如梯形圖程序）,作為使用者是無法看到的。使用者只能看到動畫的、圖像的‘傻瓜’人機界面程序。開發(fā)商已壟斷了用戶規(guī)律程序，這使得用戶在系統(tǒng)的應(yīng)用上更加依靠于開發(fā)商。

六、終止語

大型設(shè)備的自動控制技術(shù)或網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)絕非是一個人的能力所能承受的，它需求的技術(shù)是方方面面的，所以火力發(fā)電廠的控制技術(shù)含量好多，需求的人才也是多方面的。作為煤礦是不太需要自