過程控制系統在埕島海上油田中心平臺的應用

何建勇 百色職業學院

過程控制系統在埕島海上油田中心平臺的應用

何建勇 百色職業學院

埕島CB30A中心平臺的站控系統由過程控制系統（PCS7）、緊急關斷系統（ESD）以及火氣監控系統（F&G）三部分組成，維護中心平臺的正常生產運行工作，并監控各個環節的運行狀態。CB30A中心平臺使用的過程控制系統設置在CCR中心控制室，該系統由1臺工程師站和2臺操作員工作站組成，通過工業以太網技術，能夠快速連接上位機管理系統，與I/O結合配套使用，可以對遠達幾公里外的系統運行參數進行調試、修改。海上平臺每個重要環節均設置有報警點，通過聲光報警系統，可以讓海上平臺人員識別危險級別。該系統性能安全可靠，保障了海上平臺生產安全運行。

海上平臺；平臺控制系統；數據；過程控制系統；聲光報警

1 平臺控制系統組成

埕島CB30A中心平臺使用的SCADA系統是由站控系統和遠程控制站（RTU）兩部分組成，該系統采取主、備數據通信方式，完成井組平臺日常工作的監控與管理；通過擴頻微波系統，將平臺上的運行數據傳輸到中心系統，實現了井組平臺無人監管的目的。CB30A中心平臺的站控系統主要由過程控制系統（PCS7）、緊急關斷系統（ESD）以及火氣監控系統（F&G）三部分組成，維護中心平臺的正常生產運行工作，并監控各個環節的運行狀態。

（1）過程控制系統。PCS7主要功能是維護原油處理系統以及輔助系統運行過程的控制監管，實時監控工藝流程的運行過程，實現各個環節工藝流程安全平穩生產，以及對運行參數的保存、顯示、處理、分析和報警工作。

（2）緊急關斷系統。ESD主要功能是監控工藝系統的安全運行，出現故障緊急關斷操作，維護平臺生產安全。緊急關斷操作分為四個級別：一級關斷即關斷全站，啟動廣播系統；二級關斷只是關斷火氣，減少火災損失；三級關斷是對運行工藝系統關斷，不影響生產恢復；四級關斷是指單元聯鎖關斷，其他環節系統不受影響[1]。

（3）火氣監控系統。F&G系統由中控室火氣控制柜和現場探測設備兩部分組成，一旦現場探測到可燃氣體，現場探測器就會自動發出聲光形式的警報信號，警報信號識別火災級別，平臺上的消防系統就會被啟動，并立即執行緊急關斷操作，工作人員及時到現場尋找火源。

2 過程控制系統

隨著工業自動化技術迅猛發展，過程控制系統要在功能的完善性、系統的維護和可靠性、人機界面的友好性以及數據的可分析性方面得到顯著的提高；同時，過程控制系統還要在系統與管理層、現場儀器、總線之間的橫向數據實現兼容、快速、可靠的交換[2]。PCS7是借助于OPC、SQL等技術，集準確性、快速性、大容量于一體的數據集成。目前，西門子公司生產的SIMATIC PCS7，在硬、軟件方面采用了先進的技術，過程控制系統的應用相對完善，并且兼容性強[3]。過程控制系統組成如圖1所示。

圖1 過程控制系統組成

PCS7的上位軟件主要功能是實現人機界面對話操作，監控生產運行的各個環節，以工業以太網為基礎，實現對平臺現場數據的大量采集，以及系統之間的快速通信。在自動化系統方面，主要是采取S7作為現場控制子系統，目的是監控運行過程；采取分布式I/O，來接收現場運行工作檢測信號，使信號的接收靈活、安全、可靠。

PCS7的下位機采用的是APACS系統，由I/O與高級模塊ACM構成。且下位機采用的STD總線具有高性能、低價格和低能耗特點，與成熟的I/O結合，配套使用安全可靠，實現了結點機的全部功能，PCS7的下位機工作原理如圖2所示。

圖2 下位機工作原理圖

以工業以太網和過程現場總線為基礎的過程控制系統，與其他系統不同之處在于，它融入了全集成自動化思想，將過程數據庫和數據庫管理軟件完美結合起來，實現了將平臺上的全部系統信息存放在一個數據庫，并且做到了全信息一次輸入，在系統信息的準確度和完整性方面有大幅度提高。PCS7所包含的子系統和軟件，能夠為平臺運行工作提供高級編程語言及順序控制。平臺上面的設備庫配有運行設備，能充分調動各種設備的功能，以實現組態工作簡單化，運行工程周期得到顯著縮短。

PCS7系統具有很強的開放性，通過工業以太網技術，能夠快速連接上位機管理系統及其他控制系統；通過客戶機/服務器方式，實現服務器與操作員工作站之間的通信聯系；通過100 MHz以太網，提高了服務器與客戶機通信質量和速度；通過光纜介質將服務器與CPU連接，集成使用，再利用100 MHz工業以太網，實現全平臺生產運行參數的傳輸。

3PCS7在海上平臺上的應用

3.1 應用分析

在埕島CB30A中心平臺，PCS7設置在CCR中心控制室，該系統由1臺工程師站和2臺操作員工作站組成，工程師站用于系統組態，主要的職能是顯示人機界面，處理運行參數數據，異常報警，歸檔數據等監控操作。一般情況下，需要根據平臺系統的規模，配置合理的PCS7機柜，確定機柜數量以及規格大小。海上平臺PCS7包括PLC通信接口和I/O兩個功能模塊，對平臺生產運行過程能夠安全、方便監控，對現場總線、網絡以及儀表能夠一體化集成，數據信息傳達安全可靠；并且PCS7系統的擴展性也非常的強，通過采取現場總線技術，不僅節省電纜使用量，還縮短施工周期以及工程維護時間，同時減小工程費用。該系統在埕島油田的中心平臺投入使用后，運行非常穩定，可以對遠達幾公里外的系統運行參數進行調試、修改，并且在平臺運行異常情況下，實現及時聲光報警，并可立刻關斷部分工藝開關，維護安全運行。平臺安全生產過程控制系統，保障了平臺生產和人員生活的正常運行。

3.2 系統功能

（1）平臺運行生產數據采集與傳輸。海上平臺現場生產動態參數可以通過下位機中ACM與I/O模塊進行快速采集與傳輸，生產數據信息轉變為數字信號后，傳回ACM控制器并進行分析處理。

（2）過程控制功能。ACM是PCS7電子控制系統的控制核心，操作指令或信號主要通過ACM發出，經由I/O輸出數字命令信號，實現海上平臺生產運行過程的監管和控制。

（3）聲光報警功能。海上平臺生產工藝環節都非常重要，各個生產環節的正常運行是保證海上平臺工作順利進行的基礎，每個重要環節均設置有報警點，通過聲光報警系統，可以讓海上平臺人員識別危險級別，與此同時，自動將報警信息保存，生成歷史信息報表。

（4）運行工藝監管。主要通過人機互助界面，顯示和保存海上平臺實時生產參數、生產數據以及報警信息；系統屏幕上的按鈕可實現切斷閥、泵開關的控制，包括確認、解鎖、復位以及手動/自動等控制按鈕；歷史生產數據自動生成圖表，顯示出時間周期內的生產動態狀況，并可打印。

4 結語

埕島的CB30A中心平臺使用的過程控制系統，通過工業以太網技術，能夠快速連接上位機管理系統，與I/O結合配套使用，可以對遠達幾公里外的系統運行參數進行調試、修改，海上平臺每個重要環節均設置有報警點，通過聲光報警系統，可以讓海上平臺人員識別危險級別。該系統性能安全可靠，保障了海上平臺生產安全運行。

[1]王錦標．淺談石化企業DCS、FCS的應用和發展[J]．數字石油和化工，2006（11）：2-5．

[2]王衛．DCS系統在莫北油田地面工程中的應用[J]．石油規劃設計，2003，14（5）：49-50.

[3]朱芙菁．DCS電子控制系統在塔河油田聯合站的應用[J]．油氣田地面工程，2014，33（12）：68-69.

（欄目主持李艷秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.003