張泉城 中國石化股份有限公司勝利油田分公司海洋采油廠

埕島中心三號平臺自控系統(tǒng)

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勝利埕島海上油田中心三號平臺自控系統(tǒng)由綜合控制系統(tǒng)（簡稱ICS系統(tǒng)）和衛(wèi)星平臺遙測遙控系統(tǒng)（簡稱SCADA系統(tǒng)）兩套系統(tǒng)組成，中心三號平臺檢測、監(jiān)控數(shù)據(jù)主要分成模擬量信號及數(shù)字量信號兩類。通過PID調節(jié)，可實現(xiàn)各種氣動開關閥開關動作，外輸泵、注水泵電機遙控啟停。中心三號ESD系統(tǒng)作為安全控制系統(tǒng)的一部分，按照級別高低共設有ESD—0、ESD—1、PSD和USD四級關斷。生產平臺應用了分布式遠程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現(xiàn)通信，降低了自控電纜及橋架敷設工作量，節(jié)省了自控電纜用量，使用光纖也提高了數(shù)據(jù)通訊質量。

中心三號；ESD；PCS；SIS；數(shù)據(jù)采集

1 系統(tǒng)結構組成

勝利埕島海上油田中心三號平臺自控系統(tǒng)由綜合控制系統(tǒng)（簡稱ICS系統(tǒng)）和衛(wèi)星平臺遙測遙控系統(tǒng)（簡稱SCADA系統(tǒng)）兩套系統(tǒng)組成，其中ICS系統(tǒng)負責整個中心三號平臺本地的過程和安全監(jiān)控，SCADA系統(tǒng)負責對中心三號所屬衛(wèi)星平臺（已建27座，待建14座）的遙測遙控。

1.1 系統(tǒng)硬件

中心三號自動化控制系統(tǒng)硬件主要由上位機系統(tǒng)、下位機系統(tǒng)和網(wǎng)絡系統(tǒng)組成。

（1）上位機系統(tǒng)主要由服務器、工程師站、操作站、交換機等設備組成，該系統(tǒng)由2臺機架式冗余服務器處理中心三號平臺和衛(wèi)星平臺所有測控命令，2臺操作站完成ICS系統(tǒng)的各項功能。

（2）下位機系統(tǒng)由冗余PLC、遠程I/O柜等設備組成，系統(tǒng)采用冗余PLC控制器加分布式遠程I/O控制柜的結構模式，平臺現(xiàn)場儀表設備全部接入各層就近的遠程I/O柜內，實現(xiàn)系統(tǒng)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集。

（3）網(wǎng)絡系統(tǒng)由Ether Net/IP和Control Net兩級網(wǎng)絡[1]組成，橇塊與遠程I/O單元通過Modbus進行通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳下達，PLC CPU控制器與遠程I/O單元通過冗余Control Net網(wǎng)絡連接，實現(xiàn)PLC控制器對數(shù)據(jù)的集中處理。

1.2 系統(tǒng)軟件

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

1.3 系統(tǒng)外部接入設備

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

2 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制

中心三號平臺檢測、監(jiān)控數(shù)據(jù)主要分成模擬量信號及數(shù)字量信號兩類。數(shù)據(jù)的檢測、采集和控制方式與過程控制系統(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。中心三號自控系統(tǒng)主要完成平臺工藝參數(shù)的采集，現(xiàn)場的參數(shù)主要包括：溫度、壓力、液位、流量、機泵的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)信號、控制閥的開關狀態(tài)等。根據(jù)信號類型可分為：4～20 mA（兩線、三線）、有源觸點、無源觸點、4～20 mA（四線）脈沖信號、三線帶補償鉑熱電阻等。

（2）控制類型。PID調節(jié)：包括單回路及復雜的串級調節(jié)，如分離緩沖罐液位調節(jié)、分離緩沖罐壓力調節(jié)、注水罐液位調節(jié)、外輸換熱器油溫調節(jié)等?；究刂乒δ埽喝绺鞣N氣動開關閥開關動作，外輸泵、注水泵電機遙控啟停。

2.2 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測、采集、控制

安全控制系統(tǒng)（SIS）相比過程控制系統(tǒng)（PCS）對穩(wěn)定性、可靠性提出了較高的要求，安全控制系統(tǒng)采用雙重冗余設計，即現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信號同時輸入至兩塊相同輸入模板，而控制輸出信號也同時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，因此在程序中需對采集到的兩組數(shù)據(jù)進行比對處理，以判定采集數(shù)據(jù)的準確性。當確認兩個通道的工作狀態(tài)均處于正常狀態(tài)，則可確認兩個通道檢測數(shù)據(jù)均為有效。

（2）數(shù)字量輸入。數(shù)字量信號的雙重冗余輸入相對簡單，可以直接將兩塊數(shù)字量輸入模板并聯(lián)接入檢測回路中。將兩組采集到的數(shù)據(jù)進行簡單的“或”邏輯運算，確保當兩路獨立的模板輸入的信號一致為“0”時，方可確定現(xiàn)場輸入信號真實、有效。

（3）數(shù)字量輸出。數(shù)字量信號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接通即可控制相應的設備動作。

3 ESD關斷邏輯

中心三號ESD系統(tǒng)作為安全控制系統(tǒng)的一部分，根據(jù)故障的性質分成不同的關斷級別，高級別的關斷信號自動引發(fā)低級別的關斷。按照級別高低共設有ESD—0、ESD—1、PSD和USD四級關斷。

（1）ESD—0。棄平臺，全場停車，關斷所有設備，泄壓，提示除應急電源延時關斷外其他電源全部關閉，是最高級別的關斷。該級別關斷只能由平臺經(jīng)理授權后，通過人工方式在中控室操作ESD—0按鈕觸發(fā)。

（2）ESD—1。全平臺停車，關斷所有設備，泄壓，提示操作員關閉去現(xiàn)場設備電源，并觸發(fā)PSD和USD關斷。由火災、可燃氣體報警、重大事故或ESD—1按鈕手動觸發(fā)。

（3）PSD。工藝過程停車，不泄壓，僅關斷所有緊急切斷閥和機泵。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。設備單元停車，關斷區(qū)域單臺設備或單系列設備及相應的緊急切斷閥，由單元或不影響主工藝流程的單列設備故障觸發(fā)。

ESD關斷邏輯組態(tài)根據(jù)ESD因果圖完成，每個ESD連鎖關斷都可單獨設置維護/正常狀態(tài)。當單個連鎖關斷邏輯設置到維護狀態(tài)時，ESD系統(tǒng)將不會對該邏輯進行關斷。

4 系統(tǒng)應用

目前中心三號自控系統(tǒng)已調試完畢并投入運行，降低了平臺職工的日常操作強度，提高了生產現(xiàn)場的安全性和可靠性，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）自控系統(tǒng)自身安全等級較高，系統(tǒng)配備了冗余雙電源供電，應用安全控制系統(tǒng)（SIS）和過程控制系統(tǒng)（PCS）對參數(shù)進行分開監(jiān)控，光纖和控制網(wǎng)絡都應用了冗余技術等，與以往大型平臺系統(tǒng)相比自身的可靠性有所提高。

（2）平臺工藝系統(tǒng)對現(xiàn)場安全要求較高，當出現(xiàn)壓力、溫度異?；蛘呋饸庀到y(tǒng)報警時，ESD系統(tǒng)將觸發(fā)相應的連鎖關斷。ESD連鎖關斷提高了本平臺的安全性，但是連鎖關斷可能會導致衛(wèi)星平臺人員關井操作不及時。針對這個問題設計了一鍵關井程序，當需要緊急關斷平臺時，操作人員可以根據(jù)實際狀況對區(qū)域油井或所有油井實行一鍵關停，避免關井不及時出現(xiàn)意外。

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

（4）生產平臺應用了分布式遠程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現(xiàn)通信，降低了自控電纜及橋架敷設工作量，節(jié)省了自控電纜用量，并提高了數(shù)據(jù)通訊質量。

[1]張鵬．大牛地氣田自動化測控系統(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氣庫的應用[J]．油氣田地面工程，2008，27（1）：61.

（欄目主持關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.2.044