移動(dòng)式SCADA系統(tǒng)培訓(xùn)平臺(tái)的建立與應(yīng)用

戚甫銳，李志猛，許付曉

（中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司濰坊輸油處，山東 濰坊261021）

近 年 來(lái)，隨 著 4C（Computer，Control，Communication，CRT）技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)控制（SCADA）系統(tǒng)可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、參數(shù)設(shè)定及聯(lián)鎖保護(hù)等功能；并為安全生產(chǎn)、調(diào)度、管理、優(yōu)化和故障診斷，提供必要和完整的數(shù)據(jù)及技術(shù)手段，從而保證長(zhǎng)輸管道的安全平穩(wěn)運(yùn)行。濰坊輸油處制訂了東臨雙線逐步實(shí)現(xiàn)從定點(diǎn)定人監(jiān)護(hù)向“無(wú)人值守”轉(zhuǎn)變的戰(zhàn)略目標(biāo)，生產(chǎn)站隊(duì)員工培訓(xùn)基本是以集中培訓(xùn)理論授課為主，這種方法通常周期比較長(zhǎng)，而且由于實(shí)際操作中不允許出現(xiàn)錯(cuò)誤操作和重復(fù)操作，新員工動(dòng)手操作機(jī)會(huì)較少，因而實(shí)用性不強(qiáng)。隨著預(yù)防性維修理念的不斷深入，確保在“無(wú)人值守”模式下安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行和及時(shí)有效的生產(chǎn)設(shè)備維護(hù)，為了使員工更好地熟練掌握和運(yùn)用SCADA系統(tǒng)的工作原理及日常維護(hù)方法，SCADA系統(tǒng)模擬仿真培訓(xùn)平臺(tái)解決了以往職工培訓(xùn)中存在的問(wèn)題。因此，筆者利用現(xiàn)有的設(shè)備，自主開發(fā)了移動(dòng)式的SCADA系統(tǒng)培訓(xùn)平臺(tái)。

1 項(xiàng)目方案的實(shí)施

1.1 項(xiàng)目方案的定位

為推動(dòng)生產(chǎn)站隊(duì)向“無(wú)人值守”先進(jìn)模式的轉(zhuǎn)變，落實(shí)“預(yù)防性搶維修”理念，開發(fā)移動(dòng)式SCADA系統(tǒng)培訓(xùn)平臺(tái)的定位是使得輸油站隊(duì)員工的能力達(dá)到以下幾方面的要求：

1）掌握常見二次儀表的工作原理及維修方法，例如：熱電阻、壓力變送器等二次儀表。

2）了解并掌握PLC系統(tǒng)儀表回路的接線方法及常見的故障處理方法，例如：RTD回路、AI／AO回路、DI／DO回路等。

3）能夠通過(guò)利用上位機(jī)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和處理相關(guān)儀表采集點(diǎn)的異常狀況。

4）掌握聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的工作原理并學(xué)會(huì)如何摘除和投用聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。

5）了解自動(dòng)化儀表設(shè)備的日常巡檢及檢維修要點(diǎn)。

1.2 項(xiàng)目方案的統(tǒng)籌規(guī)劃

項(xiàng)目組通過(guò)認(rèn)真調(diào)研，制訂了行之有效的“構(gòu)建移動(dòng)式SCADA控制系統(tǒng)培訓(xùn)平臺(tái)”實(shí)施方案。該項(xiàng)目方案不是單一的硬件模型，而是軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)相結(jié)合的培訓(xùn)方案，具體內(nèi)容如下：

1）該系統(tǒng)培訓(xùn)平臺(tái)具有良好的便攜性，方便各輸油站隊(duì)職工的日常學(xué)習(xí)和操作。

2）該系統(tǒng)培訓(xùn)平臺(tái)具有良好的人機(jī)界面環(huán)境和較為完善的功能，能夠較完整地模擬現(xiàn)場(chǎng)輸油環(huán)境。

3）為方便職工學(xué)習(xí)，項(xiàng)目組精心制作教學(xué)培訓(xùn)課件，制訂貼合實(shí)際的講課方案。

4）為提高職工的設(shè)備檢修技能，相應(yīng)制訂了《設(shè)備常見故障處理手冊(cè)》。

5）編制以培訓(xùn)內(nèi)容為主的題庫(kù)，在培訓(xùn)末期檢驗(yàn)職工的學(xué)習(xí)效果。

2 移動(dòng)式SCADA系統(tǒng)平臺(tái)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)平臺(tái)硬件的配置及實(shí)施

根據(jù)制訂的培訓(xùn)計(jì)劃方案，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察，確定按照1.20m×0.6m×0.6m要求制作小型利于搬運(yùn)的PLC機(jī)柜。PLC系統(tǒng)采用SLC500系列模塊，該系統(tǒng)的核心CPU模塊為SLC5／05CPU；該控制器內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口，通信能力為10Mbit／s或100Mbit／s，可以為程序上傳、下載、在線編輯、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)報(bào)文傳輸提供更高性能的網(wǎng)絡(luò)。其次，處理器內(nèi)置1個(gè)串行端口，可配置為兼容RS－232串行數(shù)據(jù)傳輸。上位機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)與SLC505通過(guò)TP－Link交換機(jī)實(shí)現(xiàn)本地局域網(wǎng)通信，完成相關(guān)數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制功能。溫度模塊采用4通道的RTD／Resistance模塊。模擬量輸入模塊采用4通道的Analog Input模塊，模擬量輸出模塊采用4通道的Analog Output模塊。開關(guān)量輸入模塊采用16通道的DC－Sink Input模塊，開關(guān)量輸出模塊采用16通道的Relay Output模塊。此外，選型常用防爆熱電阻、CCS壓力開關(guān)、Rosemount壓力變送器，并安裝于PLC機(jī)柜上方，便于搬運(yùn)和接線使用，如圖1所示。

圖1 移動(dòng)式SCADA系統(tǒng)平臺(tái)硬件配置過(guò)程示意

移動(dòng)式培訓(xùn)平臺(tái)的配置完全符合東臨線現(xiàn)用的PLC機(jī)柜配置，保證了培訓(xùn)內(nèi)容和實(shí)際工況的一致性，也在培訓(xùn)效果上保證了培訓(xùn)后的實(shí)用性。

2.2 系統(tǒng)平臺(tái)軟件的設(shè)計(jì)及測(cè)試

2.2.1 下位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

PLC程序采用Rslogix 500編程軟件編寫。具體實(shí)現(xiàn)和完善了以下功能：

1）熱電阻溫度信號(hào)采集功能。根據(jù)RTD模塊的說(shuō)明，主要利用了MOV指令。

2）模擬量壓力信號(hào)采集功能。根據(jù)模擬量模塊的說(shuō)明，主要在PLC程序里對(duì)相關(guān)模擬量的輸入和輸出進(jìn)行了量化，主要利用了SCP指令。

3）開關(guān)量信號(hào)采集功能。利用常開常閉觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了DI通道的顯示。

4）開關(guān)量信號(hào)輸出功能。結(jié)合上位機(jī)系統(tǒng)發(fā)送的命令，實(shí)現(xiàn)了DO通道的輸出。

5）聯(lián)鎖保護(hù)輸出功能。模擬東臨線現(xiàn)用的聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)摘除界面的組態(tài)，利用上位機(jī)系統(tǒng)中參數(shù)設(shè)定頁(yè)面中對(duì)溫度、壓力的設(shè)定與真實(shí)值的比較，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)聯(lián)鎖保護(hù)的功能。

6）根據(jù)東臨線遠(yuǎn)程控制模式的推進(jìn)，對(duì)閥門電動(dòng)裝置的遠(yuǎn)程控制的要求不斷提高。因此，在程序中又加入了對(duì)閥門遠(yuǎn)程控制的功能，這樣豐富了SCADA系統(tǒng)下位機(jī)程序的設(shè)計(jì)。

2.2.2 上位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

上位機(jī)系統(tǒng)本著建立良好人機(jī)界面的原則，是基于Citect 6.0組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)上位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)。該軟件是一種基于C／S的架構(gòu)體系，提供了較大的靈活性以及方便可靠地管理功能。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主界面風(fēng)格友好，內(nèi)容全面，分為溫度采集、模擬量輸入／開關(guān)量輸入采集、模擬量輸出／開關(guān)量輸出功能、閥門電動(dòng)裝置遠(yuǎn)程采集與遠(yuǎn)程控制功能、聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)功能等。

2.2.3 各項(xiàng)功能的測(cè)試

為保證該系統(tǒng)功能的正常使用，系統(tǒng)投用之前項(xiàng)目人員對(duì)其進(jìn)行了全面的功能測(cè)試工作，確保系統(tǒng)各項(xiàng)功能正常。此外，項(xiàng)目人員還畫出了PLC機(jī)柜配線圖，方便培訓(xùn)人員機(jī)柜接線及故障處理練習(xí)。

2.2.4 培訓(xùn)教學(xué)課件的編寫

該模型的培訓(xùn)方案采用理論講解和實(shí)際操作相結(jié)合的方式。針對(duì)培訓(xùn)模型的功能，項(xiàng)目人員將多年的儀表自動(dòng)化專業(yè)的檢維修經(jīng)驗(yàn)編寫了《儀表聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)介紹》、《現(xiàn)場(chǎng)儀表及PLC回路的常見故障處理》、《“無(wú)人值守”下的儀表系統(tǒng)巡檢》等教學(xué)課件，為站隊(duì)職工提供了豐富的理論知識(shí)平臺(tái)。

3 移動(dòng)式SCADA系統(tǒng)平臺(tái)的應(yīng)用

3.1 移動(dòng)式培訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用

該培訓(xùn)仿真模型在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，利用上位機(jī)系統(tǒng)作為工作站，采用TCP／IP協(xié)議進(jìn)行通信數(shù)據(jù)交換，受培訓(xùn)員工可在工作站上按照規(guī)定進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和操作。通過(guò)實(shí)際操作和學(xué)習(xí)，受培訓(xùn)員工可以對(duì)控制室的工作環(huán)境，SCADA控制系統(tǒng)的操作過(guò)程與使用，歷史記錄和趨勢(shì)的分析、處理，對(duì)SCADA控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、技術(shù)特點(diǎn)等有較清晰的了解。

3.2 移動(dòng)式培訓(xùn)平臺(tái)的實(shí)際效果

該培訓(xùn)模型已經(jīng)在東臨復(fù)線淄角站培訓(xùn)完畢，培訓(xùn)后的操作人員在2013年濰坊處技術(shù)員工技能競(jìng)賽中獲得了優(yōu)異成績(jī)，充分證明該系統(tǒng)模型在培訓(xùn)工作中發(fā)揮了巨大的作用。

具體效果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）通過(guò)培訓(xùn)，輸油站職工的儀表及PLC回路的檢維修能力得到了明顯的提升。目前，培訓(xùn)后的淄角輸油站員工已經(jīng)可以依靠自己的力量獨(dú)立處理培訓(xùn)范圍內(nèi)的設(shè)備故障。

2）濰坊處的設(shè)備完好率又增添了一個(gè)著力點(diǎn)。濰坊處大力推行設(shè)備的預(yù)防性維修工作，通過(guò)設(shè)備的“以檢定保、以檢定修”來(lái)確保設(shè)備完好率。而預(yù)防性維修工作的開展是以職工的技能提升為基礎(chǔ)，只有職工技能提高了，預(yù)防性維修工作才可以更加扎實(shí)有效的開展。

3）節(jié)約生產(chǎn)成本，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。以往輸油站儀表專業(yè)故障都要由搶維修中心人員到現(xiàn)場(chǎng)維修，通過(guò)培訓(xùn)使職工具備了處理故障的能力，減少了搶維修中心人員到站維修的次數(shù)，因而節(jié)約了維修生產(chǎn)成本，并減少了維修用車，在一定程度上降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了設(shè)備故障處理效率。

4）提高了職工的學(xué)習(xí)熱潮。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，職工的技能水平有了提高，職工的工作價(jià)值觀有了進(jìn)一步的體現(xiàn)，工作自信心也得到了加強(qiáng)，在一定程度上也激發(fā)了職工的學(xué)習(xí)熱潮。

4 培訓(xùn)工作的完善

在下一步的培訓(xùn)工作中，項(xiàng)目人員將總結(jié)培訓(xùn)過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題，認(rèn)真梳理，將培訓(xùn)模型做進(jìn)一步的完善：1）完善細(xì)節(jié)，讓培訓(xùn)模型的可操作性更強(qiáng)；2）完善功能，為下一階段職工技能的進(jìn)一步提高打下良好基礎(chǔ)；3）完善教學(xué)課件，將培訓(xùn)過(guò)程中職工關(guān)注度高的環(huán)節(jié)在教學(xué)課件中進(jìn)一步細(xì)化和豐富教學(xué)內(nèi)容；4）完善手冊(cè)，將《設(shè)備故障維修手冊(cè)》的內(nèi)容進(jìn)一步充實(shí)，使其功能性和實(shí)用性得到進(jìn)一步加強(qiáng)；5）完善培訓(xùn)計(jì)劃，結(jié)合上半年培訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)不同輸油站、不同倒班方式及人員結(jié)構(gòu)量身制訂培訓(xùn)計(jì)劃，確保培訓(xùn)效果。以東臨復(fù)線為起點(diǎn)，逐步涵蓋濰坊處所有輸油站，通過(guò)培訓(xùn)大力提高濰坊處整體的儀表設(shè)備的檢維修水平。

5 結(jié)束語(yǔ)

SCADA系統(tǒng)由于具有操作簡(jiǎn)單、使用方便、功能齊全、性能可靠、組態(tài)靈活、運(yùn)行安全等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。濰坊處移動(dòng)式SCADA控制系統(tǒng)培訓(xùn)平臺(tái)的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了崗位員工由“操作型員工”向“設(shè)備檢維修型員工”的轉(zhuǎn)變，同時(shí)，也為專業(yè)技術(shù)人員提供了一個(gè)良好的展示自我的技術(shù)平臺(tái)，使“預(yù)防性維修”工作可以更加扎實(shí)有效的開展，為順利推行“遠(yuǎn)程控制、無(wú)人值守、有人值班”的先進(jìn)運(yùn)行管理模式發(fā)揮了巨大的作用。

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