当前,缺油、少气、富煤的资源现状决定了我国能源架构在未来较长时间内仍将以煤炭资源为主。但煤炭的不合理利用引发了资源破坏、环境污染等问题,因此如何以精准、快速的手段检测煤样成分指标,从而控制劣质煤的使用,对促进煤的精细化投放利用具有重要意义。目前,煤样制备过程的实现多为离散设备的人工作业,存在劳动强度大、自动化水平低、效率低等诸多缺陷。随着工业自动化系统向分散化、网络化、信息化方向不断发展,以数字智能现场设备为基础,信息处理现场化为本质,建设以多总线技术为基础的信息自动化系统,逐步成为企业架构改造升级的重点。通过与企业合作,本文集成开发了基于工业以太网和现场总线的煤样制备管控系统。首先,全面论述了工业控制系统集成自动化理念,提出了一种基于异构型混合层级架构的煤样制备管控系统解决方案,构建了现场设备层、车间监控层、信息管理层三层架构,采用现场总线和工业以太网技术集成开发系统通信网络,分别研发了煤样制备分控系统与煤样抓取分控系统,从而实现了煤样制备管控系统的横向与纵向信息集成。其中,煤样制备分控系统用于实现0.2mm标准煤样制备过程的无人值守自动化控制,工作内容包括:(1)提出了“触控屏+PLC+现场总线+智能仪表”的分布式架构解决方案;(2)开发了基于现场总线的煤样制备分布式控制系统,实现了0.2mm标准煤样制备过程的无人值守自动化与实时监控;(3)为保证制备煤样粒度与均匀性,针对煤样破碎电动机转矩、速度协调控制,完成了异步电动机DTC仿真分析,从而为煤样破碎变频调速系统的开发应用提供了重要理论支撑;煤样抓取分控系统用于实现煤样化验器皿抓取请求的实时动态响应,工作内容包括:(1)提出了“PC机+运动控制卡+EtherCAT工业以太网+执行机构”的网络集成主从式硬件架构解决方案,开发了煤样抓取硬件运动控制系统平台;(2)设计了“管理软件+控制软件”的煤样抓取软件系统架构,采用C#编程语言,利用多线程方法,开发了HMI交互界面与控制功能内核,实现了现场过程实时监测与命令控制;(3)提出了基于优先队列的多任务调度策略,实现了复杂“任务请求”下的实时动态响应;最后,搭建了煤样制备管控系统联机调试平台开展实验,验证了本文设计的煤样制备与煤样抓取分控系统的可行性,其工作性能满足企业的预期效果。