SCADA系統(tǒng)在礦產(chǎn)資源運輸通道中的研究與應(yīng)用

郭 靜

（陜西神渭煤炭管道運輸有限責任公司，陜西 神木 719399）

管道運輸最早在18世紀末在美國被提出，隨后長期在實驗室進處于研究階段，上世紀六十年代在美國投入實用，結(jié)果表明，其運輸費用相對于傳統(tǒng)方式大幅度下降，是一種技術(shù)領(lǐng)先、效果明顯、環(huán)保干凈的能源運輸方式，歷年來在實際應(yīng)用中取得了顯著的經(jīng)濟效益。SCADA系統(tǒng)自推出以來，在各行各業(yè)都得到了廣泛的引用，尤其是在能源、化工、電力等領(lǐng)域使用的尤其頻繁，但在礦產(chǎn)資源運輸管道上的應(yīng)用目前還處于嘗試階段，SCADA系統(tǒng)首先在液體能源輸送管道上已經(jīng)應(yīng)用的比較成熟，本文針對礦產(chǎn)資源運輸管道具體運行實際，通過使用SCADA專業(yè)組態(tài)軟件，對礦產(chǎn)資源運輸管道實行了全程的整體調(diào)控。運輸管道調(diào)度管理需要嚴格控制能源運輸?shù)膭討B(tài)過程，并將收集到的信息集成起來，以便實現(xiàn)最終的集中控制。SCADA系統(tǒng)采用全天候自動監(jiān)測模式，通過計算機進行全過程自動監(jiān)測。在實際運用中節(jié)省了大量資源，確保輸送管道的的安全運行。由于SCADA系統(tǒng)擴展功能非常豐富，新建的管道項目以很容易被容納到系統(tǒng)中管理，并且功能模塊可以隨時更換，把SCADA系統(tǒng)的功能提高的嶄新的水平。

1 SCADA監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1 SCADA系統(tǒng)簡介

SCADA系統(tǒng)以計算機為基礎(chǔ)，對生產(chǎn)過程實現(xiàn)了自動化的調(diào)整與控制。它可以實時監(jiān)控和控制現(xiàn)場的運行的工程設(shè)備，具備了自動數(shù)據(jù)采集、測量、控制、調(diào)節(jié)和報警功能。SCADA在工業(yè)領(lǐng)域的運用極為廣泛，它以計算機控制為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了對工業(yè)設(shè)備的自動監(jiān)測和控制，在電力、水利和能源化工等領(lǐng)域應(yīng)用的尤其廣泛，本文主要就SCADA系統(tǒng)在礦產(chǎn)資源運輸管道中的應(yīng)用進行了論述，由于SCADA系統(tǒng)有著較高的調(diào)度效率和技術(shù)水平，在礦產(chǎn)資源運輸管道安全運行中可以發(fā)揮較大的作用，由于管道存在管線長、距離遠和控制復(fù)雜等特點，而SCADA系統(tǒng)在性能方面的全面性特別適用于能源輸送管道的管理，SCADA系統(tǒng)采用光纖通訊，數(shù)據(jù)傳遞準確而迅速，并選用了工控機、可編程序控制器為硬件主機，全部儀表都是用了進口品牌，有著功能強大的控制軟件，并且兼容性較強，整個系統(tǒng)運行起來極為穩(wěn)定，操作方便可靠，為礦產(chǎn)資源運輸管道安全可靠的運行提供了強有力的保障。實現(xiàn)了信息采集和設(shè)備控制的自動化，并能夠?qū)Π踩ｋU自動報警。

1.2 系統(tǒng)的基本架構(gòu)

對礦產(chǎn)資源運輸管道進行全程集中控制，是保證其輸送效率的重要內(nèi)容，而SCADA系統(tǒng)則在其中充當了關(guān)鍵平臺的作用，因此我們提前必須對SCADA系統(tǒng)的基本框架進行設(shè)置，這可以保證礦產(chǎn)資源運輸管道工藝設(shè)備安全可靠的運行，在搭建SCADA系統(tǒng)基本框架的過程中，我們應(yīng)當以PLC為核心，構(gòu)建出全程的SCADA系統(tǒng)，整體控制可以分為3個級別，分別是就地控制、站場控制和全線調(diào)控中心控制，整個系統(tǒng)由主控中心，分控站和管道沿線子控站組成，SCADA系統(tǒng)的功能在于執(zhí)行管道運行過程中的信息收集和監(jiān)管控制，在主控中心及分控站均設(shè)有專門的操控人員，操控員負責在工作站內(nèi)把管道系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)和信息，可以對運輸管道全程所有站點進行實時監(jiān)控，不同分站點把自己控制范圍的信息數(shù)據(jù)傳遞給主控中心，主控中心收到后會進行整合分析，并做出下一步的決策。借助互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，把操作員、工程設(shè)計師工作站之間聯(lián)系了起來，控制中心的管理員終端由計算機硬件系統(tǒng)構(gòu)成。借助這些硬件系統(tǒng)，管道參數(shù)也處于系統(tǒng)的監(jiān)控之下，并對管道運行情況進行全面掌控，并實施調(diào)度指揮，具體操作可以借助遠程在線編程修改等SCADA系統(tǒng)的后臺管理功能來實施，礦產(chǎn)資源運輸管道沿線各控站都采用SDH光纖通信系統(tǒng)，通過商用網(wǎng)絡(luò)作為備用通信通道，各個控站是SCADA系統(tǒng)的控制單元，通過這些單元可以發(fā)布調(diào)度、管理與控制命令，是SCADA系統(tǒng)的神經(jīng)元，不但可以采集和控制管道運行的各種信息和數(shù)據(jù)，而且可以把這些信息和數(shù)據(jù)傳遞給主控中心，并接受主控中心發(fā)布的操作指令，SCADA系統(tǒng)還可以監(jiān)控到管道運行出現(xiàn)的異常情況，對設(shè)備運行安全進行時實時監(jiān)控。因此，SCADA系統(tǒng)在對礦產(chǎn)資源運輸管道進行日常監(jiān)控管理可以起到較好的效果。

1.3 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與設(shè)備

SCADA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)部分分為三個部分，一般稱之為設(shè)備層、信息層和控制層，各層網(wǎng)絡(luò)運用的技術(shù)一般都是成熟經(jīng)過檢驗的，并能與計算機系統(tǒng)實現(xiàn)無縫路由，信息層一般由WEB、實時/歷史數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)收集服務(wù)組成，同時各個層面網(wǎng)絡(luò)的Ethernet/IP通訊協(xié)議必須保持一致。

(1)控制層：SCADA系統(tǒng)自動化網(wǎng)絡(luò)的中間層就是其控制層，控制層網(wǎng)絡(luò)具備較明顯的開放性，它可以支持處理器之間進行信息交流，信息數(shù)據(jù)的即時性和準確性由此得到了可靠地保障。

(2)信息層: SDH設(shè)備、以太網(wǎng)交換機、操作和工程師站的WEB實時/歷史數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)采集服務(wù)器共同構(gòu)成了系統(tǒng)的信息層。

(3)設(shè)備層:借助硬接線或DeviceNet網(wǎng)把系統(tǒng)的各種組件與控制站連接了起來，操控軟件可以使用DeviceNet和RSNetWorxfor等成熟產(chǎn)品。

2 操作原理和系統(tǒng)控制

2.1 基本操作原理

借助PLC控制器，主控中心可以對分控站和子控站進行監(jiān)控，二這些子控制系統(tǒng)具備了對現(xiàn)場情況進行信息采集預(yù)警報告等功能。主控中心下達的指令也由它們接受和執(zhí)行。這樣整個管理過程透明度大大提高，并取得了顯著的效果，并大大降低了運行成本，可以高效地控制管理整個礦產(chǎn)資源運輸管道的它運行。并做好管道的日常生產(chǎn)調(diào)度，為管理者的科學決策提高全面可靠的依據(jù)。

SCADA系統(tǒng)還可以對能源輸配網(wǎng)絡(luò)進行遠程控制，并診可以斷出系統(tǒng)故障。在一般情況下，主控中心是遠程控制的主體，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，以及主控中心無法解決的事故的情況下，第二級控制系統(tǒng)就會隨即掌握控制權(quán)，對本站內(nèi)出現(xiàn)的問題進行全面管控，并可以按照預(yù)備方案處理可能發(fā)生的事故，確保管道式輸送能源設(shè)備的安全運行，如果出現(xiàn)了設(shè)備故障或安全事故，站場工作人員可采用手動操作解決問題，或者通知維修人員進入現(xiàn)場解決問題。一般的安全檢測設(shè)置在管道外部相關(guān)設(shè)施，可以隨時把監(jiān)控的信息發(fā)送到站場控制室，并可以通過報警器發(fā)出安全預(yù)警信號，場站控制人員可以把這些信號記錄下來并向主控中心傳遞。

2.3 總體控制系統(tǒng)設(shè)計

由上可知，SCADA系統(tǒng)對礦產(chǎn)資源運輸管道采用了三級控制的方式：

（1）主控中心進行的控制，管道全程的工作程序都在其控制中。光纖通信把中心與下屬分控制系統(tǒng)連接了起來，并對整個礦產(chǎn)資源運輸管道系統(tǒng)進行控制和管理。

（2）站場進行的控制:指的是設(shè)在不同站場的控制系統(tǒng)，可以采取自動/手動模式對系統(tǒng)進行控制，同時把本站場的的信息和數(shù)據(jù)上報主控中心，并負責落實其下達的指令。

（3）就地控制：由各站場單體設(shè)備實施的現(xiàn)場控制，運輸管道在運行過程中，對各個站場的監(jiān)管、控制和調(diào)度都是由主控中心完成的。如果站控系統(tǒng)需要進行檢修或者維護，整個礦產(chǎn)資源運輸管道全線就會緊急叫停，并在沿線“站控中心”實施現(xiàn)場控制，一般指令由主控中心發(fā)出，站控只是起到了監(jiān)督運行的作用，站控控制一般都要經(jīng)過主控中心授權(quán)后方可進行。

3 結(jié)語

SCADA系統(tǒng)目前已經(jīng)現(xiàn)在能源運輸管道中得到了應(yīng)用，并取得了較好的效果。SCADA系統(tǒng)對輸送能源系統(tǒng)進行了全天候自動監(jiān)測，在計算機管控下，系統(tǒng)得到了高效的運行，大大降低了管道輸送系統(tǒng)的運營成本，并確保了系統(tǒng)安全運行。由于SCADA系統(tǒng)的擴展功能極為強大，新的功能模塊可以很簡便的嵌入進去，并大大提升了 SCADA系統(tǒng)的功能。實踐證明，SCADA系統(tǒng)在遠程礦產(chǎn)資源運輸管道系統(tǒng)中運用的效果最好，因此值得進一步的推廣。該系統(tǒng)采的技術(shù)安全、可靠，設(shè)計有著成熟的參照標準，可以根據(jù)管道輸煤項目的大小，就系統(tǒng)設(shè)備進行設(shè)置，管道運輸?shù)V產(chǎn)資源的自動化、信息化水平因此得到了較大的提高，運行安全得到了可靠地保障。