设备接入标准方案整理
更新时间:2023-04-10 13:56:02 阅读量: 实用文档 文档下载
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临矿集团有限责任公司
设备层接口协议标准解决方案
1 国煤矿设备层传输现状分析
随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展,传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革,开始向网络化方向发展。控制系统的结构从最初的CCS(计算机集中控制系统),到第二代的DCS(分散控制系统),发展到现在流行的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的现场总线系统有:Profibus、CAN、HART,以及RS485的总线网络等传输方式,而在煤矿主要采用的也大都是这种方式。
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,国煤矿都采用都还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 统一标准制定的必要性
在40年代,过程控制是基于3~15PSI的气动标准信号。其后,由于4~20mA模拟信号的使用,使得模拟控制器得到了广泛应用,但是并不是所有的传感仪表和驱动装置都使用统一的4~20mA信号。70年代,由于在检测、模拟控制和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,由于微处理器的出现,促使工业仪表进入了数字化和智能化的时代,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的迅速发展,促进了控制、调度、优化、决策等功能一体化的发展。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的功能发挥。另一方面,由于智能仪表的功能远远超过了现场模拟仪表,如对量程和零点进行远方设定,仪表工作状态实现自诊断,能进行多参数测量和对环境影响的补偿等。由此可见,智能仪表和控制系统的发展,都要求上层系统和现场仪表实现数字通信。但是由于商业利润、技术垄断等原因,现场总线产品仍然是百花齐放的局面,这对降低系统成本,扩大应用围产生不利影响。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上开放的、并且己经成熟的技术对现有的控制系统进行升级改造,加快工业企业的信息-控制一体化进程,制定统一的传输标准,即为可行的问题解决方案。
1.2 国煤矿子系统传输分析
目前,国煤矿子系统的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、其他方式数据发布)
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、其他方式数据发布)
3) 综采设备(CAN-BUS、Interbus、ModBus)->中央控制器(ModBus、专有协议)->工业以太环网->地面操作站(OPC、其他方式数据发布)
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、其他方式数据发布)
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、其他方式数据发布)
3) 变频器->PLC->工业以太环网->地面操作站(OPC、其他方式数据发布)
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、其他方式数据发布)
1.2.5 通风系统
传感设备->PLC->工业以太环网->地面操作站(OPC、其他方式数据发布)
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、其他方式数据发布)
1.2.7 其他辅助类系统
传感设备->PLC->工业以太环网->地面操作站(OPC、其他方式数据发布)
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的传输协议,它们各自使用了不同的方法来连接各厂商生产的传感设备和执行器。由于采用互不兼容的传输协议,导致他们之间虽可以进行数据交换,但没有直接的兼容性。
通过制定统一的协议标准,规煤矿设备、跨网络、跨平台的设备之间的信息,以达到信息共享的目的。将统一解决目前各厂商之前的各种协议、设备、网络、操作平台和电脑设备之间各自为政、互不兼容的混乱局面。
要在统一的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,在保护投资的前提下,规建设,逐步提升信息化应用效益。通过标准化建设,实现系统间的集成,达到信息共享的目的。
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的数据接入方式如下表所示:
对上述设备的接入方式进行分析,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4-20mA或开关量)或RS485(Modbus RTU 协议)的方式接入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4-20mA或开关量)、RS485(Modbus RTU 协议)或部协议的方式接入控制站,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,上位机为组态软件实现,与PLC通过组态软件部协议或Modbus TCP协议通信。典型系统有综采系统、连采系统、主运系统等;
C. 传感器通过部协议接入分站,分站通过工业以太网以部协议接入上位机,典型系统有安全监测系统、人员定位系统等。
设备接入方式如下图所示:
4 建议采用的标准
4.1 专用系统通讯协议
对于专用系统,如安全监测系统、人员定位系统、液压支架监测系统、调度通讯系统等,由于系统的专业性及厂家的技术独特性,比较难以统一规,但是可以对设备传感层制定标准通讯协议(ModBus)。
4.2 供电系统通讯协议
对于供电系统,目前国各个厂商的传输协议也五花八门,考虑供电系统的特殊性,可采用IEC 60870标准电力规约标准协议。
4.3 其他工业控制系统
对于专用系统和供电系统以外系统均可考虑采用ModBus数据通信协议。
传感器类现场设备的接入方式
① 硬连接方式,通过4-20mA模拟量或开关量信号接入;
② 数字式传感器通过RS485链路接入,采用Modbus RTU协议。
单一控制设备接入集中控制设备的接入方式:
① 通过RS485链路接入,采用Modbus RTU协议;
②通过以太网接入,采用Modbus TCP协议。
集中控制设备接入上位机的接入方式:
通过工业以太网接入,采用Modbus TCP协议。
4.4 数据流
设备采用上述规定接口标准接入,则整个系统的数据流如下图所示:
4.5 采用MODBUS通讯协议可行性分析
通过对国厂商数据传输协议以及大柳塔矿、补连塔矿、上湾矿及哈拉沟矿各系统建设现状及采用的数据传输协议分析,国目前大多采用的通信协议及方式为专用不开放协议、Profibus、ModBus数据通信协议。但各个厂商定义的功能码又五花八门,无法满足信息共享的目的。
通过设备层的接入标准的制定,实现不同通信协议设备间信息传输,这将是首次把现有的数据传输协议标准真正统一起来。统一的协议标准基于ModBus数据传输协议延伸而来,可以将用来规煤矿设备、跨网络、跨平台的设备之间的信息,以达到信息共享的目的。此举将
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