移动式SCADA系统培训平台的建立与应用

戚甫锐，李志猛，许付晓

（中石化管道储运公司潍坊输油处，山东 潍坊261021）

近 年 来，随 着 4C（Computer，Control，Communication，CRT）技术的不断发展和完善，数据采集与监测控制（SCADA）系统可以对现场设备进行实时地监控，以实现数据采集、设备控制、参数设定及联锁保护等功能；并为安全生产、调度、管理、优化和故障诊断，提供必要和完整的数据及技术手段，从而保证长输管道的安全平稳运行。潍坊输油处制订了东临双线逐步实现从定点定人监护向“无人值守”转变的战略目标，生产站队员工培训基本是以集中培训理论授课为主，这种方法通常周期比较长，而且由于实际操作中不允许出现错误操作和重复操作，新员工动手操作机会较少，因而实用性不强。随着预防性维修理念的不断深入，确保在“无人值守”模式下安全生产的顺利进行和及时有效的生产设备维护，为了使员工更好地熟练掌握和运用SCADA系统的工作原理及日常维护方法，SCADA系统模拟仿真培训平台解决了以往职工培训中存在的问题。因此，笔者利用现有的设备，自主开发了移动式的SCADA系统培训平台。

1 项目方案的实施

1.1 项目方案的定位

为推动生产站队向“无人值守”先进模式的转变，落实“预防性抢维修”理念，开发移动式SCADA系统培训平台的定位是使得输油站队员工的能力达到以下几方面的要求：

1）掌握常见二次仪表的工作原理及维修方法，例如：热电阻、压力变送器等二次仪表。

2）了解并掌握PLC系统仪表回路的接线方法及常见的故障处理方法，例如：RTD回路、AI／AO回路、DI／DO回路等。

3）能够通过利用上位机系统发现和处理相关仪表采集点的异常状况。

4）掌握联锁保护系统的工作原理并学会如何摘除和投用联锁保护系统。

5）了解自动化仪表设备的日常巡检及检维修要点。

1.2 项目方案的统筹规划

项目组通过认真调研，制订了行之有效的“构建移动式SCADA控制系统培训平台”实施方案。该项目方案不是单一的硬件模型，而是软件系统与硬件系统相结合的培训方案，具体内容如下：

1）该系统培训平台具有良好的便携性，方便各输油站队职工的日常学习和操作。

2）该系统培训平台具有良好的人机界面环境和较为完善的功能，能够较完整地模拟现场输油环境。

3）为方便职工学习，项目组精心制作教学培训课件，制订贴合实际的讲课方案。

4）为提高职工的设备检修技能，相应制订了《设备常见故障处理手册》。

5）编制以培训内容为主的题库，在培训末期检验职工的学习效果。

2 移动式SCADA系统平台的开发与实现

2.1 系统平台硬件的配置及实施

根据制订的培训计划方案，经过现场考察，确定按照1.20m×0.6m×0.6m要求制作小型利于搬运的PLC机柜。PLC系统采用SLC500系列模块，该系统的核心CPU模块为SLC5／05CPU；该控制器内置标准的以太网接口，通信能力为10Mbit／s或100Mbit／s，可以为程序上传、下载、在线编辑、点对点报文传输提供更高性能的网络。其次，处理器内置1个串行端口，可配置为兼容RS－232串行数据传输。上位机数据监控系统与SLC505通过TP－Link交换机实现本地局域网通信，完成相关数据采集和实时控制功能。温度模块采用4通道的RTD／Resistance模块。模拟量输入模块采用4通道的Analog Input模块，模拟量输出模块采用4通道的Analog Output模块。开关量输入模块采用16通道的DC－Sink Input模块，开关量输出模块采用16通道的Relay Output模块。此外，选型常用防爆热电阻、CCS压力开关、Rosemount压力变送器，并安装于PLC机柜上方，便于搬运和接线使用，如图1所示。

图1 移动式SCADA系统平台硬件配置过程示意

移动式培训平台的配置完全符合东临线现用的PLC机柜配置，保证了培训内容和实际工况的一致性，也在培训效果上保证了培训后的实用性。

2.2 系统平台软件的设计及测试

2.2.1 下位机系统的设计

PLC程序采用Rslogix 500编程软件编写。具体实现和完善了以下功能：

1）热电阻温度信号采集功能。根据RTD模块的说明，主要利用了MOV指令。

2）模拟量压力信号采集功能。根据模拟量模块的说明，主要在PLC程序里对相关模拟量的输入和输出进行了量化，主要利用了SCP指令。

3）开关量信号采集功能。利用常开常闭触点，实现了DI通道的显示。

4）开关量信号输出功能。结合上位机系统发送的命令，实现了DO通道的输出。

5）联锁保护输出功能。模拟东临线现用的联锁保护系统摘除界面的组态，利用上位机系统中参数设定页面中对温度、压力的设定与真实值的比较，实现了相关联锁保护的功能。

6）根据东临线远程控制模式的推进，对阀门电动装置的远程控制的要求不断提高。因此，在程序中又加入了对阀门远程控制的功能，这样丰富了SCADA系统下位机程序的设计。

2.2.2 上位机系统的设计

上位机系统本着建立良好人机界面的原则，是基于Citect 6.0组态软件实现了对上位机系统的设计和开发。该软件是一种基于C／S的架构体系，提供了较大的灵活性以及方便可靠地管理功能。上位机监控系统主界面风格友好，内容全面，分为温度采集、模拟量输入／开关量输入采集、模拟量输出／开关量输出功能、阀门电动装置远程采集与远程控制功能、联锁保护系统功能等。

2.2.3 各项功能的测试

为保证该系统功能的正常使用，系统投用之前项目人员对其进行了全面的功能测试工作，确保系统各项功能正常。此外，项目人员还画出了PLC机柜配线图，方便培训人员机柜接线及故障处理练习。

2.2.4 培训教学课件的编写

该模型的培训方案采用理论讲解和实际操作相结合的方式。针对培训模型的功能，项目人员将多年的仪表自动化专业的检维修经验编写了《仪表联锁保护系统介绍》、《现场仪表及PLC回路的常见故障处理》、《“无人值守”下的仪表系统巡检》等教学课件，为站队职工提供了丰富的理论知识平台。

3 移动式SCADA系统平台的应用

3.1 移动式培训平台的应用

该培训仿真模型在实际应用过程中，利用上位机系统作为工作站，采用TCP／IP协议进行通信数据交换，受培训员工可在工作站上按照规定进行相关内容的学习和操作。通过实际操作和学习，受培训员工可以对控制室的工作环境，SCADA控制系统的操作过程与使用，历史记录和趋势的分析、处理，对SCADA控制系统的结构、功能、技术特点等有较清晰的了解。

3.2 移动式培训平台的实际效果

该培训模型已经在东临复线淄角站培训完毕，培训后的操作人员在2013年潍坊处技术员工技能竞赛中获得了优异成绩，充分证明该系统模型在培训工作中发挥了巨大的作用。

具体效果体现在以下几个方面：

1）通过培训，输油站职工的仪表及PLC回路的检维修能力得到了明显的提升。目前，培训后的淄角输油站员工已经可以依靠自己的力量独立处理培训范围内的设备故障。

2）潍坊处的设备完好率又增添了一个着力点。潍坊处大力推行设备的预防性维修工作，通过设备的“以检定保、以检定修”来确保设备完好率。而预防性维修工作的开展是以职工的技能提升为基础，只有职工技能提高了，预防性维修工作才可以更加扎实有效的开展。

3）节约生产成本，降低安全风险。以往输油站仪表专业故障都要由抢维修中心人员到现场维修，通过培训使职工具备了处理故障的能力，减少了抢维修中心人员到站维修的次数，因而节约了维修生产成本，并减少了维修用车，在一定程度上降低了安全风险，提高了设备故障处理效率。

4）提高了职工的学习热潮。通过现场培训，职工的技能水平有了提高，职工的工作价值观有了进一步的体现，工作自信心也得到了加强，在一定程度上也激发了职工的学习热潮。

4 培训工作的完善

在下一步的培训工作中，项目人员将总结培训过程中遇到的各种问题，认真梳理，将培训模型做进一步的完善：1）完善细节，让培训模型的可操作性更强；2）完善功能，为下一阶段职工技能的进一步提高打下良好基础；3）完善教学课件，将培训过程中职工关注度高的环节在教学课件中进一步细化和丰富教学内容；4）完善手册，将《设备故障维修手册》的内容进一步充实，使其功能性和实用性得到进一步加强；5）完善培训计划，结合上半年培训经验，根据不同输油站、不同倒班方式及人员结构量身制订培训计划，确保培训效果。以东临复线为起点，逐步涵盖潍坊处所有输油站，通过培训大力提高潍坊处整体的仪表设备的检维修水平。

5 结束语

SCADA系统由于具有操作简单、使用方便、功能齐全、性能可靠、组态灵活、运行安全等优点，因而被广泛应用于多种领域。潍坊处移动式SCADA控制系统培训平台的构建，实现了岗位员工由“操作型员工”向“设备检维修型员工”的转变，同时，也为专业技术人员提供了一个良好的展示自我的技术平台，使“预防性维修”工作可以更加扎实有效的开展，为顺利推行“远程控制、无人值守、有人值班”的先进运行管理模式发挥了巨大的作用。

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