埕島中心三號(hào)平臺(tái)自控系統(tǒng)

張泉城 中國(guó)石化股份有限公司勝利油田分公司海洋采油廠

埕島中心三號(hào)平臺(tái)自控系統(tǒng)

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勝利埕島海上油田中心三號(hào)平臺(tái)自控系統(tǒng)由綜合控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱ICS系統(tǒng)）和衛(wèi)星平臺(tái)遙測(cè)遙控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱SCADA系統(tǒng)）兩套系統(tǒng)組成，中心三號(hào)平臺(tái)檢測(cè)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)主要分成模擬量信號(hào)及數(shù)字量信號(hào)兩類。通過(guò)PID調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)各種氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)動(dòng)作，外輸泵、注水泵電機(jī)遙控啟停。中心三號(hào)ESD系統(tǒng)作為安全控制系統(tǒng)的一部分，按照級(jí)別高低共設(shè)有ESD—0、ESD—1、PSD和USD四級(jí)關(guān)斷。生產(chǎn)平臺(tái)應(yīng)用了分布式遠(yuǎn)程I/O控制盤，自控系統(tǒng)PLC與I/O模板之間只需要2條冗余光纖就可以實(shí)現(xiàn)通信，降低了自控電纜及橋架敷設(shè)工作量，節(jié)省了自控電纜用量，使用光纖也提高了數(shù)據(jù)通訊質(zhì)量。

中心三號(hào)；ESD；PCS；SIS；數(shù)據(jù)采集

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

勝利埕島海上油田中心三號(hào)平臺(tái)自控系統(tǒng)由綜合控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱ICS系統(tǒng)）和衛(wèi)星平臺(tái)遙測(cè)遙控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱SCADA系統(tǒng)）兩套系統(tǒng)組成，其中ICS系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)中心三號(hào)平臺(tái)本地的過(guò)程和安全監(jiān)控，SCADA系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)中心三號(hào)所屬衛(wèi)星平臺(tái)（已建27座，待建14座）的遙測(cè)遙控。

1.1 系統(tǒng)硬件

中心三號(hào)自動(dòng)化控制系統(tǒng)硬件主要由上位機(jī)系統(tǒng)、下位機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成。

（1）上位機(jī)系統(tǒng)主要由服務(wù)器、工程師站、操作站、交換機(jī)等設(shè)備組成，該系統(tǒng)由2臺(tái)機(jī)架式冗余服務(wù)器處理中心三號(hào)平臺(tái)和衛(wèi)星平臺(tái)所有測(cè)控命令，2臺(tái)操作站完成ICS系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。

（2）下位機(jī)系統(tǒng)由冗余PLC、遠(yuǎn)程I/O柜等設(shè)備組成，系統(tǒng)采用冗余PLC控制器加分布式遠(yuǎn)程I/O控制柜的結(jié)構(gòu)模式，平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備全部接入各層就近的遠(yuǎn)程I/O柜內(nèi)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集。

（3）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由Ether Net/IP和Control Net兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)[1]組成，橇塊與遠(yuǎn)程I/O單元通過(guò)Modbus進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳下達(dá)，PLC CPU控制器與遠(yuǎn)程I/O單元通過(guò)冗余Control Net網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)PLC控制器對(duì)數(shù)據(jù)的集中處理。

1.2 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件主要由上位機(jī)測(cè)控軟件、系統(tǒng)編程軟件、系統(tǒng)通訊軟件和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件四部分組成，其中上位機(jī)測(cè)控軟件使用Honywell PKS系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)的集中管理和顯示。

1.3 系統(tǒng)外部接入設(shè)備

中心三號(hào)外部接入設(shè)備主要有橇塊設(shè)備、橇塊儀表和火氣系統(tǒng)。分為3種接入設(shè)備：①帶簡(jiǎn)單儀表的接入設(shè)備；②帶就地控制盤的接入設(shè)備；③火氣系統(tǒng)的接入。

2 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制

中心三號(hào)平臺(tái)檢測(cè)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)主要分成模擬量信號(hào)及數(shù)字量信號(hào)兩類。數(shù)據(jù)的檢測(cè)、采集和控制方式與過(guò)程控制系統(tǒng)（PCS）及安全控制系統(tǒng)（SIS）也有差別[2]。

2.1 數(shù)據(jù)采集及控制類型

（1）數(shù)據(jù)采集。中心三號(hào)自控系統(tǒng)主要完成平臺(tái)工藝參數(shù)的采集，現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)主要包括：溫度、壓力、液位、流量、機(jī)泵的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)信號(hào)、控制閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)等。根據(jù)信號(hào)類型可分為：4～20 mA（兩線、三線）、有源觸點(diǎn)、無(wú)源觸點(diǎn)、4～20 mA（四線）脈沖信號(hào)、三線帶補(bǔ)償鉑熱電阻等。

（2）控制類型。PID調(diào)節(jié)：包括單回路及復(fù)雜的串級(jí)調(diào)節(jié)，如分離緩沖罐液位調(diào)節(jié)、分離緩沖罐壓力調(diào)節(jié)、注水罐液位調(diào)節(jié)、外輸換熱器油溫調(diào)節(jié)等。基本控制功能：如各種氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)動(dòng)作，外輸泵、注水泵電機(jī)遙控啟停。

2.2 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測(cè)、采集、控制

安全控制系統(tǒng)（SIS）相比過(guò)程控制系統(tǒng)（PCS）對(duì)穩(wěn)定性、可靠性提出了較高的要求，安全控制系統(tǒng)采用雙重冗余設(shè)計(jì)，即現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)輸入至兩塊相同輸入模板，而控制輸出信號(hào)也同時(shí)由兩塊模板控制輸出。

（1）模擬量輸入。由于模擬量采用了雙通道數(shù)據(jù)采集，因此在程序中需對(duì)采集到的兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)處理，以判定采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。當(dāng)確認(rèn)兩個(gè)通道的工作狀態(tài)均處于正常狀態(tài)，則可確認(rèn)兩個(gè)通道檢測(cè)數(shù)據(jù)均為有效。

（2）數(shù)字量輸入。數(shù)字量信號(hào)的雙重冗余輸入相對(duì)簡(jiǎn)單，可以直接將兩塊數(shù)字量輸入模板并聯(lián)接入檢測(cè)回路中。將兩組采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的“或”邏輯運(yùn)算，確保當(dāng)兩路獨(dú)立的模板輸入的信號(hào)一致為“0”時(shí)，方可確定現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)真實(shí)、有效。

（3）數(shù)字量輸出。數(shù)字量信號(hào)的雙重冗余輸出與雙重冗余輸入類似，直接將兩塊數(shù)字量輸出模板并聯(lián)接入控制回路中，只要有一路輸出觸點(diǎn)接通即可控制相應(yīng)的設(shè)備動(dòng)作。

3 ESD關(guān)斷邏輯

中心三號(hào)ESD系統(tǒng)作為安全控制系統(tǒng)的一部分，根據(jù)故障的性質(zhì)分成不同的關(guān)斷級(jí)別，高級(jí)別的關(guān)斷信號(hào)自動(dòng)引發(fā)低級(jí)別的關(guān)斷。按照級(jí)別高低共設(shè)有ESD—0、ESD—1、PSD和USD四級(jí)關(guān)斷。

（1）ESD—0。棄平臺(tái)，全場(chǎng)停車，關(guān)斷所有設(shè)備，泄壓，提示除應(yīng)急電源延時(shí)關(guān)斷外其他電源全部關(guān)閉，是最高級(jí)別的關(guān)斷。該級(jí)別關(guān)斷只能由平臺(tái)經(jīng)理授權(quán)后，通過(guò)人工方式在中控室操作ESD—0按鈕觸發(fā)。

（2）ESD—1。全平臺(tái)停車，關(guān)斷所有設(shè)備，泄壓，提示操作員關(guān)閉去現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電源，并觸發(fā)PSD和USD關(guān)斷。由火災(zāi)、可燃?xì)怏w報(bào)警、重大事故或ESD—1按鈕手動(dòng)觸發(fā)。

（3）PSD。工藝過(guò)程停車，不泄壓，僅關(guān)斷所有緊急切斷閥和機(jī)泵。由原油外輸管線壓力高低壓、火炬分液罐液位高高及PSD按鈕觸發(fā)。

（4）USD。設(shè)備單元停車，關(guān)斷區(qū)域單臺(tái)設(shè)備或單系列設(shè)備及相應(yīng)的緊急切斷閥，由單元或不影響主工藝流程的單列設(shè)備故障觸發(fā)。

ESD關(guān)斷邏輯組態(tài)根據(jù)ESD因果圖完成，每個(gè)ESD連鎖關(guān)斷都可單獨(dú)設(shè)置維護(hù)/正常狀態(tài)。當(dāng)單個(gè)連鎖關(guān)斷邏輯設(shè)置到維護(hù)狀態(tài)時(shí)，ESD系統(tǒng)將不會(huì)對(duì)該邏輯進(jìn)行關(guān)斷。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

目前中心三號(hào)自控系統(tǒng)已調(diào)試完畢并投入運(yùn)行，降低了平臺(tái)職工的日常操作強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全性和可靠性，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）自控系統(tǒng)自身安全等級(jí)較高，系統(tǒng)配備了冗余雙電源供電，應(yīng)用安全控制系統(tǒng)（SIS）和過(guò)程控制系統(tǒng)（PCS）對(duì)參數(shù)進(jìn)行分開(kāi)監(jiān)控，光纖和控制網(wǎng)絡(luò)都應(yīng)用了冗余技術(shù)等，與以往大型平臺(tái)系統(tǒng)相比自身的可靠性有所提高。

（2）平臺(tái)工藝系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全要求較高，當(dāng)出現(xiàn)壓力、溫度異常或者火氣系統(tǒng)報(bào)警時(shí)，ESD系統(tǒng)將觸發(fā)相應(yīng)的連鎖關(guān)斷。ESD連鎖關(guān)斷提高了本平臺(tái)的安全性，但是連鎖關(guān)斷可能會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星平臺(tái)人員關(guān)井操作不及時(shí)。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題設(shè)計(jì)了一鍵關(guān)井程序，當(dāng)需要緊急關(guān)斷平臺(tái)時(shí)，操作人員可以根據(jù)實(shí)際狀況對(duì)區(qū)域油井或所有油井實(shí)行一鍵關(guān)停，避免關(guān)井不及時(shí)出現(xiàn)意外。

（3）系統(tǒng)的集成性和擴(kuò)展性較好，該平臺(tái)將油氣處理、天然氣外輸、注水及其他橇塊設(shè)備接入到自控系統(tǒng)，在中控室可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整座平臺(tái)的全方位監(jiān)控，降低了錄取資料的工作強(qiáng)度。

（4）生產(chǎn)平臺(tái)應(yīng)用了分布式遠(yuǎn)程I/O控制盤，自控系統(tǒng)PLC與I/O模板之間只需要2條冗余光纖就可以實(shí)現(xiàn)通信，降低了自控電纜及橋架敷設(shè)工作量，節(jié)省了自控電纜用量，并提高了數(shù)據(jù)通訊質(zhì)量。

[1]張鵬．大牛地氣田自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)[J]．油氣田地面工程，2009，28（1）：53-54.

[2]解巨軍．SCADA系統(tǒng)在西氣東輸金壇地下儲(chǔ)氣庫(kù)的應(yīng)用[J]．油氣田地面工程，2008，27（1）：61.

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.2.044