國產化DCS系統在海洋石油162平臺首次應用

姜春起 劉 陽 許海東

（中海油能源發展采油服務公司 天津 300452）

引言

自動化控制在海洋油氣生產過程中有非常重要的作用。現代新型的大中型海洋油氣平臺具有生產連續性強、生產過程控制相對復雜的特點，為保障整個系統安全高效的生產，平臺均使用高可靠性的自動化控制系統對流程進行實時監控。

中國海油早期項目多采用繼電器邏輯控制和現場氣動調節回路的方式進行控制；90年代初期開始使用PLC技術和氣動調節回路結合的方式進行控制，其中PLC控制邏輯和關斷功能，氣動回路控制現場過程功能；90年代末期，中國海油為海洋油氣平臺引入集散型控制系統（DCS），DCS系統具有分散控制、集中操作的優點，適合于規模較大的平臺。隨著現場總線技術的發展，主流的DCS系統都開始兼容新型現場總線技術，目前中國海油的油氣處理設施逐步采用DCS控制系統加現場總線儀表的控制方式。

1 ECS-700系統介紹

海洋石油162中控系統主要設備放置在中央控制室，用于實時監控平臺狀態，并對生產流程進行操控，中控系統由過程控制系統（PCS）、應急關停系統(ESD)、火氣系統（F&G）三部分組成[3]，所有系統進行適當集成，共享人機接口、數據庫、操作站、打印機和數據通訊系統，確保系統的可靠性和實時通信。

海洋石油162平臺使用浙江中控WebField ECS系統，該系統是國產的大規模聯合控制系統，具有大規模組網、現場總線和信息管理等融合在一起的技術優勢，是國內成熟的過程控制系統之一。海洋石油162平臺為推進“三新三化”采用WebField ECS系統實現采油平臺生產過程自動化。

1.1 系統簡介

ECS-700系統使用了中控InPlant整體解決方案，滿足大型化工企業管理生產裝置一體化的能力。通過長期與國內化工廠合作，ECS-700系統通過持續改進集成了信息共享和協同工作的功能，通過不同部門人員同時在線辦公，可以幫助用戶及時獲得決策信息，以便提高工作效率，起到降本增效的作用。此外，ECS-700系統具有靈活的系統組成結構，支持持續在線系統擴容，通過開放數據交換接口，可以與其他系統通過OPC、ODBC等接口進行數據交換，滿足使用其他信息系統的企業需求。

1.2 系統特點

（1）可靠性

ECS-700系統硬件由浙江中控集團研發，該系統具有智能診斷功能，每個模塊都可以實現自動診斷功能，并通過面板指示燈進行狀態顯示，此外還可以通過診斷軟件查看系統故障信息，可以分析每個IO通道是否故障。ECS-700系統硬件模塊取得CE認證，都具有較強的環境防護能力，可以在G3嚴重污染的環境中使用，保證了工業現場高EMC環境下正常工作。

ECS-700系統使用全冗余系統結構保障系統的可靠運行。海洋石油162現場使用全冗余的供電系統為系統進行供電，并使用冗余的控制站、IO卡件保證系統的正常運行。冗余的配置保證了當某個卡件故障時，系統可以自動無縫切換到冗余卡件繼續運行，保證生產流程的穩定運轉。針對故障的卡件，可以通過熱插拔的方式在線進行更換，此種更換方式對系統流程運轉無干擾。

（2）拓展性

ECS-700系統可以實現在線擴容和并網操作，該系統具有分域管理、協同多人組態、單點在線下載和在線發布等技術優勢，可以實現多人協同辦公，通過多個工程師在同一組態平臺上同時組態和對系統的維護，可以大大降低施工周期。利用這些技術企業可以實現生產的同時擴展新型系統類型模塊，并且不會干擾系統的流程，為企業更新現場技術、優化流程帶來便利。

（3）易用性

ECS-700系統采用面向對象的圖形化編程工具，可以直觀的進行系統組態、調試和監控等，支持連續控制、順序控制、梯形邏輯控制和批量控制等功能，在完成組態后可通過軟件系統級進行組態關聯性檢測，確保組態的正確性。系統采用統一的全局數據庫，可以選擇手動輸入或從Excel導入數據庫信息，在輸入控制器所需信息后，不需要重復對不同層次的數據庫進行組態，可以有效提高組態效率。系統提供組態增量發布功能，僅下載修改的組態，避免影響現場流程正常運轉。通過強大的數據庫，ECS-700系統可以方便記錄組態、操作、狀態曲線歷史，方便后期查詢追溯。ECS-700系統提供在電腦上模擬操作環境功能，通過控制器仿真實現組態的調試、操作人員培訓等目的。

（4）開放性

ECS-700系統采用高配置、高穩定性工業級PC作為操作員站和工程師站，軟件系統基于Windows平臺并集成相關軟件接口，支持OPC、TCP/IP等開放協議與ECS-700系統進行數據交互，同時也支持Excel軟件、VBA語言與系統進行數據交互，方便拓展其他軟件系統進行數據交換。ECS-700系統原生支持EPA、FF、HART等標準現場總線協議，所有符合標準現場總線協議的設備都可以由控制站統一管理，降低維護費用。ECS-700系統提供友好的人機交互界面，可以通過專用鍵盤或觸摸屏對系統進行操作，方便用戶使用操作。

2 中控PCS系統配置方案

2.1 配置總則

海洋石油162平臺配置中控室一個，控制柜室一個。PCS系統顯示器、操作站、工程師站部署在中控室，對現場生產流程、設備狀態進行操作和監控。整個PCS控制系統由控制柜、操作站、工程師站等設備組成，每套裝置設置一臺工程師站及一組操作站，控制站、機柜等設備按裝置分別獨立配置。PCS系統控制柜位于控制柜室，柜內接線端子排用于連接現場線纜到PCS系統冗余卡件，PCS控制站到控制柜使用高速冗余網絡進行連接，避免各裝置在正常生產和組態過程中互相干擾。

海洋石油162使用的PCS系統是一套完整的系統，系統采用了對等網絡結構，通過冗余的網絡連接控制柜卡件和中控操作站，用于傳遞現場狀態信息、過程控制信息、操控指令、狀態報警、歷史數據等內容，通過高速冗余網絡，確保數據實時、高效、可靠地進行傳輸。

2.2 總體配置方案

（1）工程師站配置

在海洋石油162平臺的控制室設置1臺工程師站，可以對全局進行管理、組態及修改。

配置如下：

品牌：DELL

型號：Precision T3610

內存：DDR3 ECC 64GB 1066MHz ECC

硬盤：500G×2 SATA（7200RPM）

顯卡：獨立顯卡，顯存1GB，雙網卡

顯示器：DELL 22'LCD雙屏

控制網接口卡：Broadcom Gigabit Ethernet Controller,

配備DVD光驅，音箱和標準PC鍵盤

全國三年聯保

工控軟件：VisualField系統工程師站軟件

（2）操作員站配置

海洋石油162中控PCS系統配置1臺操作員站。

配置如下：

品牌：DELL

型號：Precision T3610

內存：DDR3 ECC 16GB 1066MHz ECC

硬盤：500G SATA（7200RPM）

顯卡：獨立顯卡，顯存1GMB，雙網卡

顯示器：DELL 22'LCD雙屏

配備DVD光驅和標準PC鍵盤

工控軟件：VisualField系統操作員站軟件

（3）歷史記錄工作站配置

DCS工程師站兼做歷史記錄服務器，對全局的歷史數據進行存儲，具體配置見工程師站的配置。

（4）網絡系統配置

海洋石油162中控使用100M/1G冗余網絡，使用雙網并發技術，可以實現無擾動切換，同時對等網絡結構，具有穩定可靠、響應快的優點。

（5）打印機配置

海洋石油162中控系統共配置1臺打印機，型號、規格分別為：HP黑白A4激光網絡打印機型號：HP 1025。

（6）時鐘同步服務器配置

系統配置一套時鐘同步裝置，用于統一各系統的時鐘同步。

型號：MA-802/GB雙網口

規格：雙網口，10/100M內置恒溫晶振,高精度保持,LCD,RS232/485,1pps,本地告警,機架式；安裝支架；客戶端軟件等。

（7）系統結構圖

3 DCS系統配置

海洋石油162平臺PCS系統使用浙江中控WebField ECS系列的ECS-700系統，由控制柜（控制站、I/O卡件及配套設備）、操作員站、工程師站、系統網絡等構成。

3.1 海洋石油162平臺PCS系統I/O模塊配置

海洋石油162平臺PCS系統I/O配置如表1所示(含20%余量)，以下配置以常規的海上平臺的IO點數進行參考配置。

表1 IO點數匯總及模塊配置

3.2 海洋石油162平臺DCS系統控制層配置

系統配置1對冗余的控制站，控制器等配置如下所示：

?

I/O端子板

?

3.3 海洋石油162平臺DCS系統機柜配置

?

3.4 海洋石油162平臺DCS系統操作層設備配置

操作站：

?

網絡部件：

?

操作站軟件：

?

輔助部件：

?

4 應用效果

隨著海洋石油162平臺的順利投產，并經過為期一年的生產考驗，ECS-700系統可以滿足平臺上工藝生產流程操控、現場狀態監測的要求。海上平臺首套國產化DCS系統成功通過現場檢驗，為海上平臺穩定、可靠運行提供了重要保障，也為海油今后開展實施國產化控制系統積累了寶貴的經驗。

結語

國產化控制系統從基礎的引進吸收到現在能夠在所有行業與國外控制系統一爭高下走過了30多年的歷程，在這30多年里國人自強不息、開拓進取完成了國產化控制系統從無到有，從滯后到領先的飛躍，當今國產化控制系統憑借著其先進的技術、領先的理念，儼然成為了一只新興的力量在世界工業控制系統舞臺中占有一席之地，我國作為一個資源大國，有著豐富的油氣資源，而國產化控制系統也必將在中國海油海上平臺中展現其過人的先進性、可靠性和安全性，最終實現海上平臺控制系統整體國產化，確保海上油氣作業平臺的安全生產，有助于中海油實現降本增效的目標，為我國的資源開發提供強勁有力保障。