基于西門子TIA博途的海洋鉆井平臺輸灰監控系統

張鴻雁

(中石化石油工程機械有限公司第四機械廠)

基于西門子TIA博途的海洋鉆井平臺輸灰監控系統

張鴻雁

(中石化石油工程機械有限公司第四機械廠)

采用西門子TIA博途V13軟件設計海洋鉆井平臺輸灰監控系統，通過主站和ET200-M搭建的遠程子站實現了遠距離連續作業。給出其硬件選型和軟件流程。

輸灰系統 海洋平臺 TIA博途 遠程子站

隨著陸地和淺海資源的日趨枯竭，深海開發成為大勢所趨[1]，目前各海洋大國都在開發深海裝備，海上鉆探離不開鉆井液和固井液。散料輸送系統[2]是配置鉆井液體的重要設備，它采用氣動輸送方式，由于氣動輸送方式安全有效且節能環保，已經在海洋石油鉆井、固井等方面廣泛應用[3]。筆者所述系統將應用于俄羅斯費拉諾夫斯基油田LSP-2固定式海洋平臺上，為平臺鉆、修井機和固井設備供應灰料，包括鉆井與固井用灰料儲存、輸送、參數檢測、閥位反饋及控制等相關部件，該系統使用氣固兩相流技術，實現粉狀物料在海洋鉆井支持船與海上平臺間的儲料罐間進行長距離密閉高效輸送作業，可實現儲料罐與泥漿混配單元之間密閉的高效出灰作業，以及相同物料罐體之間的倒罐作業[4]。

1 系統工藝原理

散裝輸送控制系統以壓縮空氣為動力介質，借助PLC實現全程輸送，通過不同管道系統分別將儲灰罐里的水泥灰通過緩沖罐輸送到固井設備固井用，而膨潤土/重晶石通過緩沖罐輸送到泥漿混合漏斗和固控系統用，也可直接輸送進備用罐，實現在平臺供應船和海上平臺間的高效無損耗連續傳輸作業，完成泥漿調配和固井工作[5]。水泥灰的輸送能力120t/h，重晶石粉/膨潤土的輸送能力30t/h。設置48m3的膨潤土/重晶石儲料罐4個，48m3的水泥儲料罐4個，48m3的備用儲料罐一個，緩沖罐和除塵罐各兩個，儲存罐布置在平臺甲板上。作業方式包括進料、出料、倒罐和儲料。

儲灰罐體結構如圖1所示，采用錐形立式結構。進料時，關閉對應出料閥，打開進料閥，根據左右弦進料口對應打開其他罐體進料口。當重量和料位達到極限時結束該工藝。出料時要配合緩沖罐操作，罐內壓力升到250kPa以上，開始打開進料閥，關閉或打開對應的其他罐體的進料閥、出料閥和放空閥。當罐內壓力為350kPa時，出料閥打開，直至完成出料工藝。倒罐工藝需要源罐和目的罐之間配合操作對應打開/關閉閥門。儲料工藝是對于單個罐體的操作，防止干灰在罐內由于重力而沉積。

圖1 儲灰罐體結構示意圖

2 硬件部分

系統硬件的總體配置如圖2所示，包括主控制站一個，遠控站4個，包括水泥灰罐群數據采集站、泥漿加重劑罐群數據采集站、水泥灰緩沖罐控制站和泥漿加重劑緩沖罐控制站。

圖2 系統硬件總體配置

主站選用西門子高性能PLC CPU315-2DP作為控制核心，通過PB-HUB和干灰數據采集與控制站、泥漿加重劑數據采集與控制站、干灰緩沖罐控制站、泥漿加重劑緩沖罐控制站、一個TP1500觸摸屏、兩個TP700觸摸屏以及兩個閥島箱進行通信。干灰數據采集與控制站、泥漿加重劑數據采集與控制站配置的閥島箱為Profibus-DP總線閥島。上位機與下位機采用Profibus-DP通信。

現場儀表。選用稱重模塊和儀表組成的稱重系統完成4個水泥灰罐、4個泥漿加重劑罐及其各自緩沖罐的稱重；選用比例蝶閥定位器來驅動比例控制氣動蝶閥；選用閥位變送器來反饋啟動蝶閥的閥位；選用料位開關用于限制各儲料罐內物料的高度。

罐群操作臺裝有觸摸屏、按鈕和顯示儀表，PLC控制箱內裝有CPU運算處理器、數字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊，數字量輸入模塊分別與按鈕和氣動蝶閥相連，數字量輸出模塊與電磁閥和氣動蝶閥相連，模擬量輸入模塊分別與稱重傳感器、料位計和氣壓傳感器相連，模擬量輸出模塊與重量顯示器和顯示儀表相連。通過輸入模塊采集指令信號、氣動蝶閥位置反饋信號、氣壓信號、料位信號和重量信號，通過CPU運算處理器運算處理，發出控制信號控制相應電磁閥，驅動相應的氣動蝶閥，保證進、出料通道通暢。

3 軟件部分

軟件部分采用西門子TIA博途V13軟件[6]設計下位機PLC控制程序和上位機界面，根據工藝分類采用模塊化編程，實現的功能包括模擬量傳感器和儀表范圍的整定，進料、出料、儲料和倒罐工況的操作，故障報警以及各個流程之間的互鎖和切換。程序執行中，各個動作順序清楚，響應及時，閥門開閉無延遲。上位機界面相比以往采用西門子WinCC flexible 2008設計，界面友好，控件全面，可以對下位機PLC的輸入輸出設備進行實行監控管理，使用戶操作更加安全方便。共設計28個界面，3種語言切換顯示，包含進入各種工況的操作界面，同時可單獨查看罐體詳細參數的界面。其中水泥灰監控流程界面如圖3所示，可選擇具體的進料罐體，根據操作選擇打開或關閉放空閥，其他閥門自動響應操作。其他工藝流程監控界面類似。圖4為罐體數據界面。

圖3 輸灰系統進料監控界面

圖4 罐體詳細數據運行界面

4 結束語

經過現場調試驗收，海洋平臺輸灰監控系統運行穩定，用戶反映良好。西門子PLC控制器主站和遠程I/O控制系統的配合操作實現了遠距離高速度連續作業，整個過程無污染、低能耗。人機界面的使用實現了就近監控罐體工況運行狀態、故障信息的功能，提高了作業的安全性和預見性。

采用的高精度傳感器和儀表提高了測量精度。該系統的投運確保了海上油田開采和勘探的長周期、滿負荷、連續安全運行。

[1] 曹鵬,李明濤,朱軒君,等.海上平臺移動式制氮系統溫度控制算法研究[J].石油化工自動化,2016,52(5):41～43.

[2] 朱占成,國占一,王嘉男.淺談物聯網在散料輸送系統中的應用[J].中國新技術新產品,2016,(2):25.

[3] 楊夢婕.鉆井平臺散裝材料存儲及輸送系統設計[J].船舶,2013,24(4):44～48.

[4] 中石化石油工程機械有限公司第四機械廠.海洋鉆井平臺散料輸送系統控制裝置[P].中國:ZL201420647264.1,2015-02-18.

[5] 寧俊,佟國志,石銀輝.深水鉆井船散料輸送系統的設計[J].船舶工程,2014,(z1):190～191.

[6] 劉偉杰.西門子TIA博途V13應用原理與案例設計[J].智慧工廠,2016,(6):58～60.

Ash-transportingMonitoringSystemforOffshoreDrillingPlatformBasedonSiemensTIAPortal

ZHANG Hong-yan
(SJPetroleumMachineryCo.,SinopecPetroleumEngineeringMachineryCo.,Ltd.)

Making use of Siemens TIA Portal V13 software, the ash transporting monitoring system was designed for the offshore drilling platform and the long-distance continuous work can be realized through main station and ET200-M-supported remote sub-station. The hardware selection and software program were presented.

ash transporting system, offshore platform, TIA Portal, remote sub-station

TH865

B

1000-3932(2017)07-0697-03

2016-08-25，

2017-04-11)

張鴻雁(1984-)，工程師，從事石油鉆采設備控制系統的設計工作，zhy-9876@163.com。