煤矿PLC控制系统的应用前景

煤矿PLC控制系统的应用前景

马占尚 同煤集团燕子山矿运销站

一、序言

在全球工业计算机控制领域，过程控制系统、过程控制软件、开放性数据通信协议，都已产生了飞速的发展，几乎到处都有PLC。开放式通信网络技术得到了突破，其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行业。

PLC（可编程序控制）是八十年代发展起来的计算机技术与现代通讯网络技术、现代控制理论等合而为一的综合类的技术应用产物。由于它在离散过程控制中显得很完美，越来越多的煤炭集运站，港口的散货装卸码头，电话程控交换机等使用了PLC产品。我矿洗煤厂和运销站的集中式控制系统就是采用了PLC的技术成果。MODICON984采用闭环式的总线控制结构，其主机通过MODBUS口与上位监控计算机相连，其通讯模块通过同轴电缆以总线结构与其它被控制的分站的远程适配器相连，而远程适配器又去控制机架上的其他I/O模块、继电器模块以及A/D、D/A模数、数模转换模块，进一步控制电机等动力设备的接触器、电磁阀以及行程开关。程控系统采用PLC和上位机两级控制结构方式，并结合远程I/O及PLC子站的功能，通过PLC进行程序控制、远方控制及就地操作，由上位机对整个系统进行集中监视、管理和自动顺序控制。控制系统（包括主机、通讯、电源等）采用非冗余配置。

主要功能包括：

参数的设定、流程及方式的选择、设备的控制等功能；

处理操作指令；

实时采集和处理现场参数数据功能；

实时监视系统设备运行情况、故障状态等功能；

系统的联锁及解列以及逻辑控制功能；

系统及网络的故障自诊断功能；

报警及打印功能；

二、计算机技术

计算机的飞速发展奠定了PLC控制领域的突飞猛进，不论是煤矿、工厂、港口、交通管理、通讯、乃至城市中的立体车库都有PLC的影子。懂计算机的人都知道，在计算机的高级语言里，C语言是控制语言（比如数控车床），汇编语言虽然也能作为控制语言为控制系统所用，但是，由于它的不易读性，不易调试性，正逐渐被其它语言所取代。PLC系统通常采用梯形图语言，这是PLC厂家采用最多的编程语言，最初是由继电器控制图演变过来的，比较简单，对离散控制和互锁逻辑最为有用；其次是顺序功能图语言，它提供了总的结构，并与状态定位处理或机器控制应用相互协调； 第三是功能块图语言，它提供了一个有效的开发环境，并且特别适用于过程控制应用；第四是结构化文本语言，这是一种类似用于计算机的编程语言，它适用于对复杂算法及数据处理； 第五是指令表语言，它为优化编码性能提供了一个环境，与汇编语言非常相似。MODICON公司的MODSOFT编程软件只使用梯形图（984 梯形）一种编程语言，而另一个CONCEPT编程软件可以使用5种编程语言，依次为梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）、指令表（IL）。同一编程软件下的编程语言大多数可以互换，一般选择自己比较熟悉的编程语言。 在高端应用方面，很难进一步区分PLC控制系统和工业PC控制系统之间的差异，因

为这两者均采用了同样类型的微处理器和内存芯片。形象地打个比喻，如果你忘掉工业PC和PLC这些词语字面上的含义，那么在箱子里所能够观察到的恰恰是一些基本计算机硬件技术，我们更多观察到的却是那些基本技术的复杂化和混合体，以及软件与硬件技术的完美综合。这些技术被有效地组合到控制系统中去。

另外，采用开放控制的原因一方面是系统功能集成的需要，另一方面也是由于一些工业用 户对功能过分苛求所致。如果能够给予高度的重视，就能够获得更多的基本技术知识。PLC制造商专注于系统功能化，而工业用户则专注于系统应用。人们可以看到，将来的发展趋势是将更多的功能进一步集成到一个控制箱内。因而像顺序控制和过程控制这样的事件将会采用功能化方式进行处理，其他像运动控制等也能够共享到相同的控制结构体系中。

三、网络通讯技术

任何一个网络都有它的结构，不同的结构适合不同的通讯协议，在网络的拓扑结构中，有星形网、环形网、总线网等，而更多的是它们之间混合而成的网络，比如同煤集团通讯公司的计算机网络就是星形总线网。网络的特性决定了网络特有的功能。网络的通讯规程、通讯协议建立了不同设备间相同的信息传输协议，就比如TCP/IP协议一样，在以太网（局域网非广域网）的每一个计算机后加一块LINK板也是为了协议落实在物理连接上，使之顺利实现。

在一个网络化过程控制系统环境中，软件能够应用于多种系统组态和系统配置，用户工作在应用层，组态程序定位于数据链路层，所有的网络协议最终通过物理层的通断来实现。尽管传统PLC被应用于离散过程控制领域，但现在，PLC已被广泛应用于连续过程控制领域，而且基于连续过程控制技术的发展趋势正在进一步得到增长。通信是PLC应用的关键技术，这种技术在PLC领域已经得到扩展。同系统一样，对PLC进行分散化处理已经成为可能，所以更容易进行管理，以便能够更好地集成在一起。

通讯技术涉及协议、传输速率、传输媒体介质、设备性能、奇偶校验方式、 信号衰减程度、电磁干扰状况、温度与湿度、以及传输方式等等。我站的控制系统采用令牌传送方式，点对点定向传送，不涉及模拟技术，所以有高速的传输媒体与设备。 随着通信技术的进一步发展，有可能利用通信系统将控制功能形成闭环过程控制，因为越来越多的控制计算机已经嵌入了I/O系统。

四、现代控制理论

古典控制理论强调的是有反馈过程的点对点的控制，现代控制理论强调的是面对面、矩阵对矩阵式的控制。在控制方式上分集中式和分布式（又称主从式控制网络），而我矿的PLC控制系统实际就是用于离散过程控制的总线结构式的集中式控制系统。

其实就控制系统的主体而言，系统实际上分为三个部分，即：中枢控制机构、传感机构、执行机构。以我们运销站为例，MODICON984A主机与其控制的三个PLC分站就是中枢控制机构，它负责信息传输、程序的逻辑运算、以及系统组态中的逻辑地址的物理定位。胶带运输机的各种保护、操作台、泵站的各种保护、煤位指示均属于传感机构。由继电器模块控制的电机启动接触器以及电磁阀，行程开关等就属于执行机构，它负责执行指令，使被控制的设备动作，以达到系统的控制目的。

随着通讯技术的发展，计算机网络的延伸和视频、音频技术的广泛应用，PC计算机的控制已做得很好，但距离PLC的控制仍有一段距离。

五、与监控系统的通信

随着计算机的不断发展，依靠PC（包括工控机）的监控系统越来越多地应用在自控系统中，这种监控系统一种是PLC开发商专为自己的（或特定的）产品量身定做的；另一种是软件开发公司开发的适合大多数PLC产品的监控系统。前一种与PLC产品的相容性强，能够根据PLC产品的特点制定相应的控制方案，应该说仍以PLC为中心；后一种则抛开了PLC产品，注重计算机在图像、动画、声音、网络、数据等方面的优势，给二次开发人员提供了较宽松的开发条件，往往可以制作出优秀的监控系统，只要有相应的通信协议（目前已拥有了绝大多数生产厂家的通信协议），就可以与各种类型PLC相连，是当今自控系统首选。

马脊梁洗煤厂以及旧高山集运站的控制系统所作的人机界面iFIX就是这样的例子。将来的用户逻辑程序（比如梯形图程序）,作为使用者是无法看到的。使用者只能看到动画的、图像的‘傻瓜’人机界面程序。开发商已垄断了用户逻辑程序，这使得用户在系统的应用上更加依赖于开发商。

六、结束语

大型设备的自动控制技术或网络控制技术绝非是一个人的能力所能承担的，它需求的技术是方方面面的，所以火力发电厂的控制技术含量很多，需求的人才也是多方面的。作为煤矿是不太需要自动控制技术的，有个领导说：“安个石板闸就够了，中国企业有的是人。”所以在煤矿从事井下采、掘、机、运、通的技术是有作为的。

马占尚（1991年秦皇岛煤校毕业 现为同煤集团燕子山矿运销站助理工程师）

联系电话：13513677551

联系地址：大同煤矿集团燕子山矿运销站

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