劉印章 隋明洋 何云風(fēng)

1. 中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司番禺作業(yè)公司 廣東 深圳 518054；2. 中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司惠州油田 廣東 深圳 518054

引言

船用海水淡化設(shè)備(造水機(jī))作為海上石油鉆采平臺(tái)關(guān)鍵的公用系統(tǒng)之一，將海水淡化后，為整個(gè)平臺(tái)的生產(chǎn)和生活提供重要的淡水資源，在降低作業(yè)成本和安全生產(chǎn)方面起到至關(guān)重要的作用。整個(gè)淡水系統(tǒng)有著成熟的工藝流程和控制邏輯，海水從管網(wǎng)中流到造水機(jī)入口，經(jīng)高速泵加壓后，在多級(jí)過(guò)濾器和反滲透膜的作用，最后由淡水泵輸送至下游各級(jí)用戶，保證各設(shè)備的可靠和穩(wěn)定是一項(xiàng)重要的作業(yè)。

1 平臺(tái)造水機(jī)控制系統(tǒng)升級(jí)改造并增加與中控系統(tǒng)的通信連接

平臺(tái)造水機(jī)的PLC控制系統(tǒng)采用的是ROCKWELL公司的1746系列，平臺(tái)投產(chǎn)以來(lái)，已經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行，隨著運(yùn)行年限的增長(zhǎng)，電子元器件老化嚴(yán)重，已經(jīng)超過(guò)規(guī)定壽命，故障率也在不斷提高。且ROCKWELL公司已經(jīng)宣布1746系列PLC產(chǎn)品停產(chǎn)換代，不再提供該系列的備件供應(yīng)，導(dǎo)致無(wú)備件維修更換[1]。這種情況直接導(dǎo)致造水機(jī)的設(shè)備完整性得不到保證，也無(wú)法滿足平臺(tái)對(duì)淡水的正常需求。

另外，造水機(jī)作為獨(dú)立的小系統(tǒng)運(yùn)行，沒(méi)有與中控系統(tǒng)的通信連接，當(dāng)中控?zé)o法對(duì)造水機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，也無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，且在線檢查程序和調(diào)試維修時(shí)只能在現(xiàn)場(chǎng)連接PLC，極為不便。

該項(xiàng)目為解決上述情況，將控制系統(tǒng)從SLC500系列升級(jí)到CompactLogix系列CPU及模塊，將原程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換，升級(jí)為L(zhǎng)ogix5000程序，并在中控上位機(jī)組態(tài)及增加畫(huà)面，讀取并顯示造水機(jī)主要參數(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與報(bào)警[2]。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)存在著的技術(shù)問(wèn)題

1.1.1 程序需要從SLC500轉(zhuǎn)換成Logix5000程序，在保持造水機(jī)系統(tǒng)的控制邏輯、控制功能不變的前提下進(jìn)行優(yōu)化，使程序運(yùn)行更加穩(wěn)定，這要求對(duì)AB系列PLC編程的基本方法和指令等有一定的了解和掌握，且需要熟悉造水機(jī)的工藝流程和控制邏輯。

1.1.2 造水機(jī)控制系統(tǒng)和中控系統(tǒng)的通訊方式，需要實(shí)現(xiàn)控制器到工程師SOE站的通訊，和工程師站到操作員站的通訊，選擇合適的通訊方式并進(jìn)行配置，合理規(guī)劃通訊電纜的鋪設(shè)位置、走向等，符合安裝施工規(guī)范。

1.1.3 上位機(jī)畫(huà)面的組態(tài)，中控系統(tǒng)使用的是iFIX組態(tài)軟件，從過(guò)程數(shù)據(jù)的采集，I/O驅(qū)動(dòng)的建立和配置，數(shù)據(jù)標(biāo)簽的鏈接等方面，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和配置，保證讀數(shù)正確和控制功能完備。

1.2 項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程所采取的措施或解決方法[3]

1.2.1 施工前的準(zhǔn)備。對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行一次系統(tǒng)備份，備份的內(nèi)容為：SLC500控制的程序。對(duì)相應(yīng)工藝流程進(jìn)行隔離操作，保證系統(tǒng)被獨(dú)立出來(lái)。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力電源和控制電源進(jìn)行隔離，保證現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)不會(huì)出現(xiàn)觸電等情況。

1.2.2 機(jī)架及其相關(guān)組件的拆除并安裝新的PLC。確認(rèn)系統(tǒng)已完全失電以后，拆除PLC的電源模塊、IO模塊、CPU模塊和固定機(jī)架，在原來(lái)的位置安裝導(dǎo)軌，并將新的PLC模塊以及電源固定在導(dǎo)軌上面，模塊的布局按照原系統(tǒng)模塊順序進(jìn)行排列。PLC模塊固定以后，根據(jù)新版的系統(tǒng)圖紙，對(duì)應(yīng)原來(lái)信號(hào)線的線標(biāo)和顏色以及模塊上面端子的標(biāo)記進(jìn)行接線。CPU安裝在第0槽，型號(hào)為1769-L36ERM，1槽為數(shù)字量輸出模塊1769-OB16，2槽為模擬量輸入模塊1769-IF8，3槽為數(shù)字量輸入模塊1769-IQ16。施工全部完成后，仔細(xì)檢查接線，確保無(wú)誤后進(jìn)行系統(tǒng)上電。

1.2.3 PLC程序下載及測(cè)試。ControlLogix系統(tǒng)專用的編程軟件是RSLogix5000，該項(xiàng)目使用的版本號(hào)為V20.12，離線情況下已經(jīng)為控制器創(chuàng)建項(xiàng)目，建立相應(yīng)的程序文件和數(shù)據(jù)文件，建立相應(yīng)的I/O組態(tài)，程序已經(jīng)事先進(jìn)行了對(duì)照和轉(zhuǎn)換，主程序包含一個(gè)主要例程，主要實(shí)現(xiàn)的控制功能如下。

（1）高壓泵的啟停：當(dāng)泵吸入口壓力開(kāi)關(guān)PSL53100無(wú)報(bào)警時(shí)才能啟動(dòng)造水機(jī)，按下啟動(dòng)按鈕，如果造水機(jī)一切正常則輸出Master Relay IRY1且自保持，造水機(jī)啟動(dòng)。造水機(jī)的停機(jī)信號(hào)有停機(jī)按鈕，低壓開(kāi)關(guān)確認(rèn)報(bào)警IRY5，高壓泵馬達(dá)啟動(dòng)器故障IRY3，還有生產(chǎn)關(guān)斷ESD信號(hào)共4個(gè)信號(hào)。

（2）TDS的計(jì)算和控制：采樣現(xiàn)場(chǎng)TDS AE53100分析器的電流值，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的TDS值，當(dāng)TDS大于1000時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)240秒，當(dāng)240s時(shí)間到后，TDS仍然大于1000的話，面板上TDS高指示燈亮，排海閥CV-53103閥門動(dòng)作，將滲透膜出來(lái)的水全部排海，不再去淡水儲(chǔ)罐。

1.2.4 敷設(shè)造水機(jī)控制系統(tǒng)至中控的網(wǎng)線并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置。敷設(shè)網(wǎng)線，正確固定在電纜槽架內(nèi)，盡量避開(kāi)動(dòng)力電纜，要注意電纜的彎曲半徑不宜過(guò)大，從室外進(jìn)入中控時(shí)，做好防水和封堵措施。網(wǎng)線一端接在造水機(jī)控制系統(tǒng)CPU卡件的port1口上，另外一端接入中控系統(tǒng)的交換機(jī)端口，保證物理連接通暢。

造水機(jī)系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)與中控系統(tǒng)，查詢平臺(tái)已經(jīng)分配使用的IP地址以后，設(shè)置造水機(jī)控制系統(tǒng)的IP地址為172.19.3.124。

1.2.5 上位機(jī)畫(huà)面iFIX軟件的組態(tài)。中控系統(tǒng)上位機(jī)軟件使用的是Proficy HMI/SCADA iFIX，現(xiàn)已有工程項(xiàng)目，需要新增造水機(jī)系統(tǒng)與中控系統(tǒng)的通信點(diǎn)和監(jiān)控畫(huà)面，使用OPC通訊方式，RSLink Classic作為OPC服務(wù)器，iFIX軟件作為OPC客戶端，讀服務(wù)器中的數(shù)據(jù)并在監(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，報(bào)警和事件記錄以及歷史趨勢(shì)等功能。需要實(shí)現(xiàn)上述功能需要進(jìn)行以下幾步配置：I /O驅(qū)動(dòng)器配置，過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)添加，圖形畫(huà)面新建并進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接。

（1）I /O驅(qū)動(dòng)器配置。I/O驅(qū)動(dòng)器是iFIX與過(guò)程硬件進(jìn)行通訊的接口，需要使用Power Tool進(jìn)行配置，配置步驟如下：打開(kāi)OPC_PowerTool軟件，點(diǎn)擊“Add OPC Server”按鈕，建立名為“ab”的Server，ProgID選擇“RSLink Classic OPC Server”，把Enable按鈕勾上使能。

（2）Add OPC Server配置。點(diǎn)擊“Add Group”按鈕，建立名為“MW”的組，I/O類型選擇Asynchronous，數(shù)據(jù)更新時(shí)間設(shè)置為0.2s，把Enable按鈕勾上。至此，過(guò)程控制中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)由控制器經(jīng)過(guò)RSLink Classic OPC Server服務(wù)器采集，再被上位機(jī)OPC客戶端iFIX軟件讀取交換，最終以圖形顏色變化，數(shù)值顯示和報(bào)警記錄的形式在監(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行顯示，完成了對(duì)造水機(jī)系統(tǒng)的控制、監(jiān)控和報(bào)警功能。項(xiàng)目實(shí)施改造以來(lái)，平臺(tái)造水機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，沒(méi)有再出現(xiàn)因控制系統(tǒng)故障造成的停機(jī)現(xiàn)象。且在中控系統(tǒng)中添加了監(jiān)控畫(huà)面，操作人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控，再結(jié)合日?，F(xiàn)場(chǎng)巡檢，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況掌握地更加清楚，達(dá)到了預(yù)期效果。

該項(xiàng)目雖然只是一個(gè)小系統(tǒng)的升級(jí)改造，但是在目前大力推進(jìn)無(wú)人化、智能化平臺(tái)，以及臺(tái)風(fēng)模式，遠(yuǎn)程模式的大背景下，這又是一個(gè)典型的例子。許多老平臺(tái)在平臺(tái)建設(shè)之初，由于各種因素，如費(fèi)用控制或者是設(shè)計(jì)欠缺等，現(xiàn)場(chǎng)很多設(shè)備沒(méi)有建立與中控的通信連接。平臺(tái)儀控人員完全可以梳理控制需求，結(jié)合實(shí)際，自主動(dòng)手進(jìn)行優(yōu)化改造，不斷提高平臺(tái)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，智能化程度。目前海上平臺(tái)使用較多的中控系統(tǒng)主要有羅克韋爾、霍尼韋爾、橫河機(jī)電等公司的產(chǎn)品，學(xué)習(xí)并掌握程序編寫(xiě)、上位機(jī)組態(tài)和通訊方式的連接，對(duì)提高海上儀表師的技能水平和對(duì)中控系統(tǒng)的維保工作大有益處。

2 海上平臺(tái)簡(jiǎn)易生活區(qū)淡水泵液位控制系統(tǒng)

平臺(tái)的中控系統(tǒng)將在年度計(jì)劃停產(chǎn)期間進(jìn)行整體升級(jí)更換，整個(gè)平臺(tái)在停產(chǎn)大修時(shí)最高峰有170人同時(shí)進(jìn)行作業(yè)。新舊中控系統(tǒng)升級(jí)的空檔期，與中控關(guān)聯(lián)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備將全部失去控制，需要提前對(duì)停產(chǎn)檢修期間仍然需要運(yùn)行的設(shè)備的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行梳理，保證平臺(tái)的水、電、氣、柴油、空調(diào)等必備的公用系統(tǒng)能正常提供，生活區(qū)淡水便是其中重要的一環(huán)。170多人在高溫環(huán)境下，連續(xù)高強(qiáng)度的作業(yè)后，日常洗漱、洗澡都非常需要有穩(wěn)定的淡水提供，這樣既能保證作業(yè)人員的個(gè)人衛(wèi)生，還能保證平臺(tái)人員有良好的精神面貌，為整個(gè)停產(chǎn)大修和中控升級(jí)項(xiàng)目提供良好的人員保障。

平臺(tái)有兩臺(tái)淡水泵，正常運(yùn)行時(shí)為一主一備，主泵受淡水膨脹罐的液位控制，液位低于900mm時(shí)啟泵，高于2100mm時(shí)停泵，主備泵可以進(jìn)行切換，且同時(shí)兩臺(tái)淡水泵均可以在本地進(jìn)行手動(dòng)啟停。

如果失去中控系統(tǒng)的控制后，淡水膨脹罐液位將無(wú)法監(jiān)控，淡水泵也失去自動(dòng)啟停功能，如果仍要保持淡水膨脹罐液位的穩(wěn)定，保證淡水的正常供應(yīng)，則需要一名操作人員在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際液位，頻繁的手動(dòng)啟停，用水高峰期啟停時(shí)間的一個(gè)周期大致為15min，在停產(chǎn)檢修期間浪費(fèi)一個(gè)寶貴的人工。

儀表人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的液位變送器、泵的安裝情況和控制邏輯進(jìn)行討論，提出了使用舊的西門子S7-300PLC，自主搭建臨時(shí)液位控制系統(tǒng)的方案，保證淡水的正常供應(yīng)。

所解決的現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題：

中控系統(tǒng)升級(jí)過(guò)程中新舊系統(tǒng)的空檔期，為生活區(qū)淡水膨脹罐液位搭建臨時(shí)控制系統(tǒng)，達(dá)到穩(wěn)定液位的目的，避免出現(xiàn)停泵不及時(shí)導(dǎo)致冒罐或者啟泵不及時(shí)導(dǎo)致抽空的情況。

節(jié)約人工時(shí)，無(wú)需專人守護(hù)進(jìn)行手動(dòng)啟停，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

為停產(chǎn)檢修期間平臺(tái)170余人日常洗漱、洗澡的淡水供應(yīng)提供保障，既能保證作業(yè)人員的個(gè)人衛(wèi)生，還能保證平臺(tái)人員有良好的精神面貌，為整個(gè)停產(chǎn)大修和中控升級(jí)項(xiàng)目提供良好的人員保障。

從方案制定、程序編寫(xiě)、硬件安裝、調(diào)試投用等幾個(gè)方面入手，在班組內(nèi)進(jìn)行分工，由高級(jí)技師統(tǒng)籌開(kāi)展，重點(diǎn)安排今年備考技師的青年員工獨(dú)立完成各項(xiàng)分步內(nèi)容，且完全使用與技能鑒定相同型號(hào)的西門子S7-300PLC，既達(dá)到了學(xué)以致用、崗位練兵的目的，又大大檢驗(yàn)了隊(duì)伍能打硬仗的能力。

具體施工方案：

硬件搭建，根據(jù)查看現(xiàn)場(chǎng)變送器、泵、本地啟停按鈕的安裝位置，制定出最優(yōu)的施工方案：①采用西門子S7-300PLC進(jìn)行搭建，需要電源模塊、CPU模塊、AI模塊、DO模塊各1塊，230V繼電器2個(gè)，防爆接線箱1個(gè)。②新安裝一個(gè)差壓式液位變送器，高低壓引壓管線接到從原變送器的泄壓口，變送器的信號(hào)線采用兩線制，接入PLC的AI通道，將0~3000mm液位信號(hào)轉(zhuǎn)換為4~20mA，傳入PLC處理。③PLC經(jīng)邏輯運(yùn)算后，輸出兩個(gè)DO信號(hào)到230V繼電器的線圈，分別為自動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)、自動(dòng)停止信號(hào)。其中自動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)接線圈的常開(kāi)點(diǎn)，再與現(xiàn)場(chǎng)的手動(dòng)啟動(dòng)按鈕并聯(lián)；自動(dòng)停止信號(hào)接線圈的常閉點(diǎn)，再與現(xiàn)場(chǎng)的手動(dòng)停止按鈕串聯(lián)。④查看電氣圖紙后，還需要將中控系統(tǒng)至電氣盤柜的PSC控制信號(hào)短接。

邏輯設(shè)計(jì)及程序編寫(xiě)：

①A泵仍然保留原手動(dòng)控制功能，不做任何改變，作為在B泵故障時(shí)的應(yīng)急措施使用。②對(duì)B泵進(jìn)行自動(dòng)控制的改造，將PLC輸出的自動(dòng)啟停信號(hào)按上述要求接到B泵的本地接線盒內(nèi)。③自主編寫(xiě)PLC的控制程序，實(shí)現(xiàn)液位低于900mm時(shí)自動(dòng)啟泵（脈沖信號(hào)），高于2100mm時(shí)自動(dòng)停泵（脈沖信號(hào)），同時(shí)增加連鎖保護(hù)功能，液位低于600mm時(shí)將自動(dòng)停泵一直置1，液位高于2400時(shí)將自動(dòng)啟泵信號(hào)一直置1。④將PLC上電，下裝組態(tài)和程序，并進(jìn)行功能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為到達(dá)預(yù)期控制要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，船用造水機(jī)是根據(jù)船舶應(yīng)用特殊性而進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)，在經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐應(yīng)用得到眾多客戶的好評(píng)。海水淡化設(shè)備裝置主要用于艦艇、船舶、海洋平臺(tái)、海島的生活飲用水處理，處理后的水可以達(dá)到生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，也可以再次處理，達(dá)到純凈水標(biāo)準(zhǔn)。