SCADA系統在礦產資源運輸通道中的研究與應用

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，結果表明，其運輸費用相對于傳統方式大幅度下降，是一種技術領先、效果明顯、環保干凈的能源運輸方式，歷年來在實際應用中取得了顯著的經濟效益。SCADA系統自推出以來，在各行各業都得到了廣泛的引用，尤其是在能源、化工、電力等領域使用的尤其頻繁，但在礦產資源運輸管道上的應用目前還處于嘗試階段，SCADA系統首先在液體能源輸送管道上已經應用的比較成熟，本文針對礦產資源運輸管道具體運行實際，通過使用SCADA專業組態軟件，對礦產資源運輸管道實行了全程的整體調控。運輸管道調度管理需要嚴格控制能源運輸的動態過程，并將收集到的信息集成起來，以便實現最終的集中控制。SCADA系統采用全天候自動監測模式，通過計算機進行全過程自動監測。在實際運用中節省了大量資源，確保輸送管道的的安全運行。由于SCADA系統擴展功能非常豐富，新建的管道項目以很容易被容納到系統中管理，并且功能模塊可以隨時更換，把SCADA系統的功能提高的嶄新的水平。

1 SCADA監控系統概述

1.1 SCADA系統簡介

SCADA系統以計算機為基礎，對生產過程實現了自動化的調整與控制。它可以實時監控和控制現場的運行的工程設備，具備了自動數據采集、測量、控制、調節和報警功能。SCADA在工業領域的運用極為廣泛，它以計算機控制為基礎，實現了對工業設備的自動監測和控制，在電力、水利和能源化工等領域應用的尤其廣泛，本文主要就SCADA系統在礦產資源運輸管道中的應用進行了論述，由于SCADA系統有著較高的調度效率和技術水平，在礦產資源運輸管道安全運行中可以發揮較大的作用，由于管道存在管線長、距離遠和控制復雜等特點，而SCADA系統在性能方面的全面性特別適用于能源輸送管道的管理，SCADA系統采用光纖通訊，數據傳遞準確而迅速，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，整個系統運行起來極為穩定，操作方便可靠，為礦產資源運輸管道安全可靠的運行提供了強有力的保障。實現了信息采集和設備控制的自動化，并能夠對安全危險自動報警。

1.2 系統的基本架構

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

1.3 系統的網絡結構與設備

SCADA系統的網絡部分分為三個部分，一般稱之為設備層、信息層和控制層，各層網絡運用的技術一般都是成熟經過檢驗的，并能與計算機系統實現無縫路由，信息層一般由WEB、實時/歷史數據和數據收集服務組成，同時各個層面網絡的Ethernet/IP通訊協議必須保持一致。

(1)控制層：SCADA系統自動化網絡的中間層就是其控制層，控制層網絡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，信息數據的即時性和準確性由此得到了可靠地保障。

(2)信息層: SDH設備、以太網交換機、操作和工程師站的WEB實時/歷史數據和數據采集服務器共同構成了系統的信息層。

(3)設備層:借助硬接線或DeviceNet網把系統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等成熟產品。

2 操作原理和系統控制

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控，二這些子控制系統具備了對現場情況進行信息采集預警報告等功能。主控中心下達的指令也由它們接受和執行。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資源運輸管道的它運行。并做好管道的日常生產調度，為管理者的科學決策提高全面可靠的依據。

SCADA系統還可以對能源輸配網絡進行遠程控制，并診可以斷出系統故障。在一般情況下，主控中心是遠程控制的主體，一旦系統出現故障，以及主控中心無法解決的事故的情況下，第二級控制系統就會隨即掌握控制權，對本站內出現的問題進行全面管控，并可以按照預備方案處理可能發生的事故，確保管道式輸送能源設備的安全運行，如果出現了設備故障或安全事故，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場解決問題。一般的安全檢測設置在管道外部相關設施，可以隨時把監控的信息發送到站場控制室，并可以通過報警器發出安全預警信號，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 總體控制系統設計

由上可知，SCADA系統對礦產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連接了起來，并對整個礦產資源運輸管道系統進行控制和管理。

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

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

3 結語

SCADA系統目前已經現在能源運輸管道中得到了應用，并取得了較好的效果。SCADA系統對輸送能源系統進行了全天候自動監測，在計算機管控下，系統得到了高效的運行，大大降低了管道輸送系統的運營成本，并確保了系統安全運行。由于SCADA系統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系統的功能。實踐證明，SCADA系統在遠程礦產資源運輸管道系統中運用的效果最好，因此值得進一步的推廣。該系統采的技術安全、可靠，設計有著成熟的參照標準，可以根據管道輸煤項目的大小，就系統設備進行設置，管道運輸礦產資源的自動化、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。