SCADA系统在矿产资源运输通道中的研究与应用

郭 静

（陕西神渭煤炭管道运输有限责任公司，陕西 神木 719399）

管道运输最早在18世纪末在美国被提出，随后长期在实验室进处于研究阶段，上世纪六十年代在美国投入实用，结果表明，其运输费用相对于传统方式大幅度下降，是一种技术领先、效果明显、环保干净的能源运输方式，历年来在实际应用中取得了显著的经济效益。SCADA系统自推出以来，在各行各业都得到了广泛的引用，尤其是在能源、化工、电力等领域使用的尤其频繁，但在矿产资源运输管道上的应用目前还处于尝试阶段，SCADA系统首先在液体能源输送管道上已经应用的比较成熟，本文针对矿产资源运输管道具体运行实际，通过使用SCADA专业组态软件，对矿产资源运输管道实行了全程的整体调控。运输管道调度管理需要严格控制能源运输的动态过程，并将收集到的信息集成起来，以便实现最终的集中控制。SCADA系统采用全天候自动监测模式，通过计算机进行全过程自动监测。在实际运用中节省了大量资源，确保输送管道的的安全运行。由于SCADA系统扩展功能非常丰富，新建的管道项目以很容易被容纳到系统中管理，并且功能模块可以随时更换，把SCADA系统的功能提高的崭新的水平。

1 SCADA监控系统概述

1.1 SCADA系统简介

SCADA系统以计算机为基础，对生产过程实现了自动化的调整与控制。它可以实时监控和控制现场的运行的工程设备，具备了自动数据采集、测量、控制、调节和报警功能。SCADA在工业领域的运用极为广泛，它以计算机控制为基础，实现了对工业设备的自动监测和控制，在电力、水利和能源化工等领域应用的尤其广泛，本文主要就SCADA系统在矿产资源运输管道中的应用进行了论述，由于SCADA系统有着较高的调度效率和技术水平，在矿产资源运输管道安全运行中可以发挥较大的作用，由于管道存在管线长、距离远和控制复杂等特点，而SCADA系统在性能方面的全面性特别适用于能源输送管道的管理，SCADA系统采用光纤通讯，数据传递准确而迅速，并选用了工控机、可编程序控制器为硬件主机，全部仪表都是用了进口品牌，有着功能强大的控制软件，并且兼容性较强，整个系统运行起来极为稳定，操作方便可靠，为矿产资源运输管道安全可靠的运行提供了强有力的保障。实现了信息采集和设备控制的自动化，并能够对安全危险自动报警。

1.2 系统的基本架构

对矿产资源运输管道进行全程集中控制，是保证其输送效率的重要内容，而SCADA系统则在其中充当了关键平台的作用，因此我们提前必须对SCADA系统的基本框架进行设置，这可以保证矿产资源运输管道工艺设备安全可靠的运行，在搭建SCADA系统基本框架的过程中，我们应当以PLC为核心，构建出全程的SCADA系统，整体控制可以分为3个级别，分别是就地控制、站场控制和全线调控中心控制，整个系统由主控中心，分控站和管道沿线子控站组成，SCADA系统的功能在于执行管道运行过程中的信息收集和监管控制，在主控中心及分控站均设有专门的操控人员，操控员负责在工作站内把管道系统运行数据和信息，可以对运输管道全程所有站点进行实时监控，不同分站点把自己控制范围的信息数据传递给主控中心，主控中心收到后会进行整合分析，并做出下一步的决策。借助互联网服务器，把操作员、工程设计师工作站之间联系了起来，控制中心的管理员终端由计算机硬件系统构成。借助这些硬件系统，管道参数也处于系统的监控之下，并对管道运行情况进行全面掌控，并实施调度指挥，具体操作可以借助远程在线编程修改等SCADA系统的后台管理功能来实施，矿产资源运输管道沿线各控站都采用SDH光纤通信系统，通过商用网络作为备用通信通道，各个控站是SCADA系统的控制单元，通过这些单元可以发布调度、管理与控制命令，是SCADA系统的神经元，不但可以采集和控制管道运行的各种信息和数据，而且可以把这些信息和数据传递给主控中心，并接受主控中心发布的操作指令，SCADA系统还可以监控到管道运行出现的异常情况，对设备运行安全进行时实时监控。因此，SCADA系统在对矿产资源运输管道进行日常监控管理可以起到较好的效果。

1.3 系统的网络结构与设备

SCADA系统的网络部分分为三个部分，一般称之为设备层、信息层和控制层，各层网络运用的技术一般都是成熟经过检验的，并能与计算机系统实现无缝路由，信息层一般由WEB、实时/历史数据和数据收集服务组成，同时各个层面网络的Ethernet/IP通讯协议必须保持一致。

(1)控制层：SCADA系统自动化网络的中间层就是其控制层，控制层网络具备较明显的开放性，它可以支持处理器之间进行信息交流，信息数据的即时性和准确性由此得到了可靠地保障。

(2)信息层: SDH设备、以太网交换机、操作和工程师站的WEB实时/历史数据和数据采集服务器共同构成了系统的信息层。

(3)设备层:借助硬接线或DeviceNet网把系统的各种组件与控制站连接了起来，操控软件可以使用DeviceNet和RSNetWorxfor等成熟产品。

2 操作原理和系统控制

2.1 基本操作原理

借助PLC控制器，主控中心可以对分控站和子控站进行监控，二这些子控制系统具备了对现场情况进行信息采集预警报告等功能。主控中心下达的指令也由它们接受和执行。这样整个管理过程透明度大大提高，并取得了显著的效果，并大大降低了运行成本，可以高效地控制管理整个矿产资源运输管道的它运行。并做好管道的日常生产调度，为管理者的科学决策提高全面可靠的依据。

SCADA系统还可以对能源输配网络进行远程控制，并诊可以断出系统故障。在一般情况下，主控中心是远程控制的主体，一旦系统出现故障，以及主控中心无法解决的事故的情况下，第二级控制系统就会随即掌握控制权，对本站内出现的问题进行全面管控，并可以按照预备方案处理可能发生的事故，确保管道式输送能源设备的安全运行，如果出现了设备故障或安全事故，站场工作人员可采用手动操作解决问题，或者通知维修人员进入现场解决问题。一般的安全检测设置在管道外部相关设施，可以随时把监控的信息发送到站场控制室，并可以通过报警器发出安全预警信号，场站控制人员可以把这些信号记录下来并向主控中心传递。

2.3 总体控制系统设计

由上可知，SCADA系统对矿产资源运输管道采用了三级控制的方式：

（1）主控中心进行的控制，管道全程的工作程序都在其控制中。光纤通信把中心与下属分控制系统连接了起来，并对整个矿产资源运输管道系统进行控制和管理。

（2）站场进行的控制:指的是设在不同站场的控制系统，可以采取自动/手动模式对系统进行控制，同时把本站场的的信息和数据上报主控中心，并负责落实其下达的指令。

（3）就地控制：由各站场单体设备实施的现场控制，运输管道在运行过程中，对各个站场的监管、控制和调度都是由主控中心完成的。如果站控系统需要进行检修或者维护，整个矿产资源运输管道全线就会紧急叫停，并在沿线“站控中心”实施现场控制，一般指令由主控中心发出，站控只是起到了监督运行的作用，站控控制一般都要经过主控中心授权后方可进行。

3 结语

SCADA系统目前已经现在能源运输管道中得到了应用，并取得了较好的效果。SCADA系统对输送能源系统进行了全天候自动监测，在计算机管控下，系统得到了高效的运行，大大降低了管道输送系统的运营成本，并确保了系统安全运行。由于SCADA系统的扩展功能极为强大，新的功能模块可以很简便的嵌入进去，并大大提升了 SCADA系统的功能。实践证明，SCADA系统在远程矿产资源运输管道系统中运用的效果最好，因此值得进一步的推广。该系统采的技术安全、可靠，设计有着成熟的参照标准，可以根据管道输煤项目的大小，就系统设备进行设置，管道运输矿产资源的自动化、信息化水平因此得到了较大的提高，运行安全得到了可靠地保障。