移動式SCADA系統培訓平臺的建立與應用

戚甫銳，李志猛，許付曉

（中石化管道儲運公司濰坊輸油處，山東 濰坊261021）

近 年 來，隨 著 4C（Computer，Control，Communication，CRT）技術的不斷發展和完善，數據采集與監測控制（SCADA）系統可以對現場設備進行實時地監控，以實現數據采集、設備控制、參數設定及聯鎖保護等功能；并為安全生產、調度、管理、優化和故障診斷，提供必要和完整的數據及技術手段，從而保證長輸管道的安全平穩運行。濰坊輸油處制訂了東臨雙線逐步實現從定點定人監護向“無人值守”轉變的戰略目標，生產站隊員工培訓基本是以集中培訓理論授課為主，這種方法通常周期比較長，而且由于實際操作中不允許出現錯誤操作和重復操作，新員工動手操作機會較少，因而實用性不強。隨著預防性維修理念的不斷深入，確保在“無人值守”模式下安全生產的順利進行和及時有效的生產設備維護，為了使員工更好地熟練掌握和運用SCADA系統的工作原理及日常維護方法，SCADA系統模擬仿真培訓平臺解決了以往職工培訓中存在的問題。因此，筆者利用現有的設備，自主開發了移動式的SCADA系統培訓平臺。

1 項目方案的實施

1.1 項目方案的定位

為推動生產站隊向“無人值守”先進模式的轉變，落實“預防性搶維修”理念，開發移動式SCADA系統培訓平臺的定位是使得輸油站隊員工的能力達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）能夠通過利用上位機系統發現和處理相關儀表采集點的異常狀況。

4）掌握聯鎖保護系統的工作原理并學會如何摘除和投用聯鎖保護系統。

5）了解自動化儀表設備的日常巡檢及檢維修要點。

1.2 項目方案的統籌規劃

項目組通過認真調研，制訂了行之有效的“構建移動式SCADA控制系統培訓平臺”實施方案。該項目方案不是單一的硬件模型，而是軟件系統與硬件系統相結合的培訓方案，具體內容如下：

1）該系統培訓平臺具有良好的便攜性，方便各輸油站隊職工的日常學習和操作。

2）該系統培訓平臺具有良好的人機界面環境和較為完善的功能，能夠較完整地模擬現場輸油環境。

3）為方便職工學習，項目組精心制作教學培訓課件，制訂貼合實際的講課方案。

4）為提高職工的設備檢修技能，相應制訂了《設備常見故障處理手冊》。

5）編制以培訓內容為主的題庫，在培訓末期檢驗職工的學習效果。

2 移動式SCADA系統平臺的開發與實現

2.1 系統平臺硬件的配置及實施

根據制訂的培訓計劃方案，經過現場考察，確定按照1.20m×0.6m×0.6m要求制作小型利于搬運的PLC機柜。PLC系統采用SLC500系列模塊，該系統的核心CPU模塊為SLC5／05CPU；該控制器內置標準的以太網接口，通信能力為10Mbit／s或100Mbit／s，可以為程序上傳、下載、在線編輯、點對點報文傳輸提供更高性能的網絡。其次，處理器內置1個串行端口，可配置為兼容RS－232串行數據傳輸。上位機數據監控系統與SLC505通過TP－Link交換機實現本地局域網通信，完成相關數據采集和實時控制功能。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。開關量輸入模塊采用16通道的DC－Sink Input模塊，開關量輸出模塊采用16通道的Relay Output模塊。此外，選型常用防爆熱電阻、CCS壓力開關、Rosemount壓力變送器，并安裝于PLC機柜上方，便于搬運和接線使用，如圖1所示。

圖1 移動式SCADA系統平臺硬件配置過程示意

移動式培訓平臺的配置完全符合東臨線現用的PLC機柜配置，保證了培訓內容和實際工況的一致性，也在培訓效果上保證了培訓后的實用性。

2.2 系統平臺軟件的設計及測試

2.2.1 下位機系統的設計

PLC程序采用Rslogix 500編程軟件編寫。具體實現和完善了以下功能：

1）熱電阻溫度信號采集功能。根據RTD模塊的說明，主要利用了MOV指令。

2）模擬量壓力信號采集功能。根據模擬量模塊的說明，主要在PLC程序里對相關模擬量的輸入和輸出進行了量化，主要利用了SCP指令。

3）開關量信號采集功能。利用常開常閉觸點，實現了DI通道的顯示。

4）開關量信號輸出功能。結合上位機系統發送的命令，實現了DO通道的輸出。

5）聯鎖保護輸出功能。模擬東臨線現用的聯鎖保護系統摘除界面的組態，利用上位機系統中參數設定頁面中對溫度、壓力的設定與真實值的比較，實現了相關聯鎖保護的功能。

6）根據東臨線遠程控制模式的推進，對閥門電動裝置的遠程控制的要求不斷提高。因此，在程序中又加入了對閥門遠程控制的功能，這樣豐富了SCADA系統下位機程序的設計。

2.2.2 上位機系統的設計

上位機系統本著建立良好人機界面的原則，是基于Citect 6.0組態軟件實現了對上位機系統的設計和開發。該軟件是一種基于C／S的架構體系，提供了較大的靈活性以及方便可靠地管理功能。上位機監控系統主界面風格友好，內容全面，分為溫度采集、模擬量輸入／開關量輸入采集、模擬量輸出／開關量輸出功能、閥門電動裝置遠程采集與遠程控制功能、聯鎖保護系統功能等。

2.2.3 各項功能的測試

為保證該系統功能的正常使用，系統投用之前項目人員對其進行了全面的功能測試工作，確保系統各項功能正常。此外，項目人員還畫出了PLC機柜配線圖，方便培訓人員機柜接線及故障處理練習。

2.2.4 培訓教學課件的編寫

該模型的培訓方案采用理論講解和實際操作相結合的方式。針對培訓模型的功能，項目人員將多年的儀表自動化專業的檢維修經驗編寫了《儀表聯鎖保護系統介紹》、《現場儀表及PLC回路的常見故障處理》、《“無人值守”下的儀表系統巡檢》等教學課件，為站隊職工提供了豐富的理論知識平臺。

3 移動式SCADA系統平臺的應用

3.1 移動式培訓平臺的應用

該培訓仿真模型在實際應用過程中，利用上位機系統作為工作站，采用TCP／IP協議進行通信數據交換，受培訓員工可在工作站上按照規定進行相關內容的學習和操作。通過實際操作和學習，受培訓員工可以對控制室的工作環境，SCADA控制系統的操作過程與使用，歷史記錄和趨勢的分析、處理，對SCADA控制系統的結構、功能、技術特點等有較清晰的了解。

3.2 移動式培訓平臺的實際效果

該培訓模型已經在東臨復線淄角站培訓完畢，培訓后的操作人員在2013年濰坊處技術員工技能競賽中獲得了優異成績，充分證明該系統模型在培訓工作中發揮了巨大的作用。

具體效果體現在以下幾個方面：

1）通過培訓，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，培訓后的淄角輸油站員工已經可以依靠自己的力量獨立處理培訓范圍內的設備故障。

2）濰坊處的設備完好率又增添了一個著力點。濰坊處大力推行設備的預防性維修工作，通過設備的“以檢定保、以檢定修”來確保設備完好率。而預防性維修工作的開展是以職工的技能提升為基礎，只有職工技能提高了，預防性維修工作才可以更加扎實有效的開展。

3）節約生產成本，降低安全風險。以往輸油站儀表專業故障都要由搶維修中心人員到現場維修，通過培訓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，因而節約了維修生產成本，并減少了維修用車，在一定程度上降低了安全風險，提高了設備故障處理效率。

4）提高了職工的學習熱潮。通過現場培訓，職工的技能水平有了提高，職工的工作價值觀有了進一步的體現，工作自信心也得到了加強，在一定程度上也激發了職工的學習熱潮。

4 培訓工作的完善

在下一步的培訓工作中，項目人員將總結培訓過程中遇到的各種問題，認真梳理，將培訓模型做進一步的完善：1）完善細節，讓培訓模型的可操作性更強；2）完善功能，為下一階段職工技能的進一步提高打下良好基礎；3）完善教學課件，將培訓過程中職工關注度高的環節在教學課件中進一步細化和豐富教學內容；4）完善手冊，將《設備故障維修手冊》的內容進一步充實，使其功能性和實用性得到進一步加強；5）完善培訓計劃，結合上半年培訓經驗，根據不同輸油站、不同倒班方式及人員結構量身制訂培訓計劃，確保培訓效果。以東臨復線為起點，逐步涵蓋濰坊處所有輸油站，通過培訓大力提高濰坊處整體的儀表設備的檢維修水平。

5 結束語

SCADA系統由于具有操作簡單、使用方便、功能齊全、性能可靠、組態靈活、運行安全等優點，因而被廣泛應用于多種領域。濰坊處移動式SCADA控制系統培訓平臺的構建，實現了崗位員工由“操作型員工”向“設備檢維修型員工”的轉變，同時，也為專業技術人員提供了一個良好的展示自我的技術平臺，使“預防性維修”工作可以更加扎實有效的開展，為順利推行“遠程控制、無人值守、有人值班”的先進運行管理模式發揮了巨大的作用。

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