盧常勝

摘 要：海洋石油開采具有成本高、風險大、技術難、油藏散的特點，為了克服這些不利因素，一種值得學習的方法就是：在一座母平臺的周邊建設多個無人平臺，形成一個平臺群。而自動控制的實現(xiàn)形式對無人平臺安全、穩(wěn)定、高效運行具有決定性作用，因此討論無人平臺自動控制的實現(xiàn)具有深遠的意義。

關鍵詞：無人平臺；過程控制；設備保護

1 概述

現(xiàn)代海上石油開采往往是以作業(yè)區(qū)為單位進行組織構架，即一個母平臺周圍會有多個子平臺或無人平臺。無人平臺與母平臺之間通過海底管線進行原油傳輸，通過海底電纜、光纖進行電力及控制信息的傳送。

母平臺和無人平臺上各有一套獨立的控制系統(tǒng)，分別對母平臺和無人平臺生產設施進行監(jiān)控，同時母平臺和無人平臺的控制系統(tǒng)之間又有相互的聯(lián)系。第一，母平臺控制系統(tǒng)接收無人平臺的I、IIB和因火氣原因產生的IIA級關斷信號并引起對應工藝流程的生產關斷；第二，母平臺控制系統(tǒng)監(jiān)視無人平臺的生產、ESD和火氣系統(tǒng)狀態(tài)；第三，當母平臺發(fā)生I、IIB和IIA級關斷時，將發(fā)出信號至無人平臺觸發(fā)IIW級關斷信號來關斷無人平臺工藝流程。

2 控制系統(tǒng)概述

中控系統(tǒng)的功能由ABB公司的IndustrialIT AC800M+S800I/O產品來實現(xiàn)。該系統(tǒng)的組成主要包括過程控制系統(tǒng)、設備保護系統(tǒng)和操作站。過程控制系統(tǒng)采用AC800M PM861A 冗余控制器；設備保護系統(tǒng)采用AC800M PM865冗余控制器；操作站采用研祥公司操作站。包括液晶顯示器，Windows操作軟件，Intel Pentium 處理器。整個系統(tǒng)采用10M/100M以太網(wǎng)，實現(xiàn)統(tǒng)一通訊和管理。

平臺的中控室內配置了兩套獨立的控制系統(tǒng)。第一套為過程控制系統(tǒng)（PCS），第二套為設備保護系統(tǒng)（FPS），包括緊急關斷系統(tǒng)（ESD）、火氣探測和消防系統(tǒng)（F&G）。過程控制系統(tǒng)用于對工藝過程的數(shù)據(jù)采集和控制；ESD和F&G系統(tǒng)用于平臺的緊急關斷以及對火氣的探測和自動/手動消防。這兩套系統(tǒng)使用相同的操作員站來進行PCS的監(jiān)控，ESD系統(tǒng)的強制和旁路以及F&G系統(tǒng)的火區(qū)監(jiān)控。這兩套系統(tǒng)使用相同的打印機打印報警記錄。通訊采用“以太網(wǎng)/TCP/IP上層通訊協(xié)議”的方式來實現(xiàn)，使用SDH設備進行無人平臺與母平臺之間的通訊。

為了保證過程控制系統(tǒng)（PCS）連續(xù)可靠的運行，過程控制系統(tǒng)的CPU模塊、通訊模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)通訊總線等均采用1：1冗余。ESD和F&G系統(tǒng)的CPU模塊、電源模塊、通訊模塊、數(shù)據(jù)通訊總線和I/O也采用1：1冗余。所有探頭采用點對點形式接入ESD和F&G系統(tǒng)。整個控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。

3 過程控制系統(tǒng)

3.1 過程控制系統(tǒng)的功能

（1）對生產過程進行監(jiān)控，動態(tài)顯示生產流程，在線修改控制參數(shù)，主要工藝流程和主要設備參數(shù)運行狀態(tài)，以聲光形式顯示平臺生產和安全的異常狀態(tài)。（2）臺風情況下的自動海水置換。（3）油井的自動倒井計量。（4）電潛泵的數(shù)據(jù)監(jiān)視。（5）對異常情況進行聲光報警，保護人員和設備的安全。（6）可在線設定、修改工藝參數(shù)。（7）無人平臺與母平臺之間的雙向通訊。（8）可以即時記錄、存儲和打印相關設備運行狀態(tài)和工藝參數(shù)。（9）具有手動和自動操作功能并可實現(xiàn)手動和自動操作的無攏動切換。（10）定期打印生產報表。（11）系統(tǒng)自診斷功能。

3.2 系統(tǒng)配置

過程控制系統(tǒng)采用AC800M+S800I/O，其主要包括處理器模塊、I/O模塊和電源模塊。AC800M的處理器模塊為兩個PM861A和TP830的組合。PM861A包括1個48MHz的MPC860處理器和16 Mbytes RAM。它包括2個以太網(wǎng)口和2個RS232通訊口。AC800M具有自動和手動過程控制功能，包括確認、位置檢定、工藝計量、邏輯和連續(xù)控制、系統(tǒng)監(jiān)測功能。

S800 I/O系列，每塊I/O板的故障狀態(tài)均在I/O板上和操作站上有顯示，另外，會產生1個系統(tǒng)故障狀態(tài)的報警信號。在系統(tǒng)正常工作期間可更換板，新的I/O板在過程數(shù)據(jù)庫里預定義，也可進行在線插拔，新插入的I/O板可在10S鐘內正常工作。S800 I/O板的幾種類型如表所示。

4 緊急關斷系統(tǒng)

緊急關斷系統(tǒng)的設計原則是：某一級別的關斷均不能引起較高級別的關斷，只能啟動本級別和所有較低級別的關斷。緊急關斷一旦產生，操作人員在確認故障排除后才能手動復位。平臺緊急關斷系統(tǒng)分為LEVEL I、LEVEL IIB、LEVEL IIA和LEVEL III，其具體涵義如下：

LEVEL I：這級關斷叫棄平臺關斷，關斷級別最高。在遇到無法抗拒的情況系統(tǒng)才會強迫關斷。這級關斷只能通過緊急手動站來實現(xiàn)。本關斷一旦觸發(fā)除應急發(fā)電機、消防系統(tǒng)、吊機系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、應急照明系統(tǒng)外的所有系統(tǒng)都將被強行關斷，而消防系統(tǒng)和應急發(fā)電機在延時10 min后也將被關斷，同時啟動PA系統(tǒng)。

LEVEL IIB：這個關斷由平臺單個火焰探測器動作，易熔塞回路低低壓或手動報警站動作產生，該級關斷除執(zhí)行本級關斷的特殊功能外，還將引起LEVEL IIA和LEVEL III級關斷，同時平臺狀態(tài)燈黃燈和綠燈閃爍。

LEVEL IIA：該級關斷由主電源、閉排罐液位異常、儀表風等公用系統(tǒng)故障、海管入口壓力異常、生產區(qū)可燃氣體嚴重泄漏、中控室、配電間、應急發(fā)電機房、主變壓器間和ESP控制房CO2釋放該級關斷除觸發(fā)本級關斷的特殊功能外，將引起本平臺LEVEL III級關斷。

LEVEL III：本關斷為單元關斷，由單臺設備或單井故障引起。本關斷只關斷故障設備和單井，而不影響其它設備的正常工作。

5 火氣探測報警系統(tǒng)

5.1 系統(tǒng)配置

火氣探測系統(tǒng)采用兩個PM865和TP830組合的AC800M，PM860包括1個96 MHz的PM860處理器和32Mbytes RAM。用于設備保護系統(tǒng)的I/O板有以下幾種類型：

5.2 平臺上火氣探測的主要元件

（1）感煙探頭。煙感探頭主要布置在控制間、配電間、生活樓房間和走廊?？蛇x擇美國APOLLO公司制造的SERIES 60煙探頭。（2）感溫探頭。感溫探頭主要布置在控制間、配電間、生活樓房間和走廊、電瓶間，可選擇英國ALOLLO公司制造的55000-100感溫探頭。（3）三頻紅外火焰探頭。主要安裝在井口區(qū)域、生產區(qū)域、發(fā)電機房、鉆臺等重要區(qū)域，可選擇美國DET-TRONICS公司的X3301型IR3式火焰探頭。（4）可燃氣體探測器?？扇細怏w探測器主要布置在井口區(qū)和生產區(qū)以及風道入口，可選擇德國DRAGER公司產品。（5）氫氣探測器。氫氣探測器主要布置在有可能產生氫氣的地方，如電池間，可選擇德國DRAGER公司制造的Polytron FX催化燃燒傳感器。（6）易熔塞。井口區(qū)布置有易熔塞回路。當易熔塞周圍環(huán)境溫度超過設定值時，易熔塞破裂，氣環(huán)路漏氣，壓力開關動作，引起ESD LEVEL IIB 級判斷。

6 結束語

綜上所述，要實現(xiàn)無人平臺的自動控制，其控制系統(tǒng)至少應由兩部分組成，即過程控制系統(tǒng)（PCS）和設備保護系統(tǒng)（FPS）。過程控制系統(tǒng)的主要作用是：對生產過程進行監(jiān)控，動態(tài)顯示生產流程，在線修改控制參數(shù)，主要工藝流程和主要設備參數(shù)運行狀態(tài)，以聲光形式顯示平臺生產和安全的異常狀態(tài)；設備保護系統(tǒng)的主要作用是：當生產出現(xiàn)異常，如壓力高高、溫度過高、液位過高、流量過大、發(fā)生火災等，自動采取措施進行調整，或關斷設備用以保護設備不受破壞和人員不受傷害。

當然，對于現(xiàn)在自動控制還應該包括自動畫面攝像系統(tǒng)（CCTV）。它使得用戶能夠實時觀測到主要區(qū)域的生產動態(tài)，這些主要區(qū)域包括井口區(qū)、中控室、配電房、海面、和直升機甲板。其原理是，安裝于無人平臺現(xiàn)場的攝像機拍攝現(xiàn)場畫面，經過編碼器壓縮編碼后，通過SDH傳送至母平臺，再通過解碼器解碼，最后送至硬盤錄像機。

參考文獻

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