梁吉松

摘要：X平臺臺風發(fā)電機在避臺風期間是UPS和火氣系統(tǒng)電力供應的關鍵，配套的CO2滅火系統(tǒng)能自主監(jiān)控發(fā)電機內部環(huán)境，確保發(fā)電機安全運行。然而，維保測試中發(fā)現滅火系統(tǒng)存在設計缺陷，主瓶釋放失敗時備瓶無法自動釋放，需人工操作，增加了滅火風險。此外，臺風發(fā)電機原設計獨立且中控監(jiān)控不足，不符合遠程操作要求。鑒于臺風發(fā)電機CO2滅火系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，需全面升級軟硬件，尤其是已停產的西門子PLC S7-200控制器，以滿足生產需求并實現遠程監(jiān)控管理。

關鍵詞：CO2滅火系統(tǒng)；PLC控制；邏輯優(yōu)化；遠程監(jiān)控、軟硬件升級

一、前言

隨著海洋油氣開發(fā)技術的不斷進步與安全生產標準的日益提升，海上平臺設施的安全保障體系越發(fā)顯得至關重要。臺風發(fā)電機作為關鍵的備用電力設備，在極端天氣條件下對整個平臺的正常運作起著決定性作用。臺風發(fā)電機CO2滅火系統(tǒng)是專門為中海石油（中國）有限公司設計和研發(fā)的，具有國內領先水平，在國際上應用較為廣泛的一種現代化消防裝備，它除了繼承了氣體滅火系統(tǒng)所具有的滅火劑毒性低、不污染設備和絕緣性能好等諸多優(yōu)點外，為了適應船舶消防設施配套的需要還進行了多項優(yōu)化設計。設計中包含兩個CO2釋放氣瓶、兩個氮氣氣動氣瓶、兩個釋放電磁閥，但是電磁閥釋放邏輯存在缺陷，無法再釋放氣瓶主瓶釋放失敗后，自動通過信號，釋放備瓶。臺風發(fā)電機為臺風期間供電設備，撤臺時，平臺處于無人值守狀態(tài)，若滅火邏輯不完善導致火情無法抑制，可能導致臺風發(fā)電機整體財產損失，甚至火情蔓延，造成更嚴重的后果。在維保邏輯測試時，發(fā)現此邏輯缺陷，通過資料整理和現場調查，決定班組自主完成臺風發(fā)電機CO2滅火系統(tǒng)滅火邏輯優(yōu)化工作。

為適應自控遠程操作新模式，在?？叵到y(tǒng)內新增臺風發(fā)電機CO2滅火系統(tǒng)火氣探頭監(jiān)測和現場攝像頭監(jiān)控點?？梢栽谧钥啬Ｊ较?，在陸地操控中心對CO2滅火系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控，發(fā)生火災時及時采取應對措施。

同時，為確?，F場設備的穩(wěn)定性，以及后續(xù)的維保和備件采購工作，公司將進行硬件和軟件的升級，將原有的PLC S7-200控制器更換為PLC S7-1200控制器，并根據現有需要對原程序進行升級。

此項目在2021年下半年創(chuàng)新創(chuàng)效技術革新活動中獲獎，并參與2022年QC活動小組項目。

二、設備現狀

目前，平臺上臺風發(fā)電機CO2滅火系統(tǒng)主要由接線箱、氣控管路、電控管路、控制閥組、滅火劑瓶組、支架、集流管、集流管壓力表、泄放管、液體單向閥、連接軟管、排氣閥、壓力開關、吹洗閥、稱重裝置以及噴頭等零部件組成。

平臺臺風發(fā)電機CO2滅火系統(tǒng)有三種釋放方式：自動釋放、手動釋放、機械應急釋放。除機械應急釋放外，其他兩種系統(tǒng)釋放方式均通過電磁閥釋放。

系統(tǒng)通過現場PLC邏輯控制電磁閥釋放啟動氣瓶，從而驅動CO2滅火。但是，在操作面板上只能操作主備瓶的切換，無法在主瓶釋放失敗后自動激活備瓶電磁閥，無法監(jiān)控現場火氣系統(tǒng)狀態(tài)。設備老舊且配件已經完全升級，當前設備型號已經停產。本次整體升級改造方案主要針對上述問題進行優(yōu)化創(chuàng)新，解決安全隱患、自控模式新需求、設備穩(wěn)定性問題[1]。

原程序主要功能有主程序、初始化功能、火氣探頭故障邏輯、火氣探頭觸發(fā)邏輯、CO2釋放邏輯、指示燈測試、聲光報警控制、聲光報警實驗、觸摸屏功能組成?，F有的臺風發(fā)電機CO2滅火系統(tǒng)在觸發(fā)邏輯釋放選擇的主瓶后，如釋放管線上的壓力開關未檢測到CO2釋放壓力信號，則在120秒后復位兩組氮氣驅動瓶瓶頭閥的電磁閥。

臺風發(fā)電機CO2滅火系統(tǒng)PLC型號為西門子S7-200系列CPU266CN，通過EM223CN模塊拓展數字量輸入輸出通道、EM231CN模塊拓展模擬量輸入通道。數字量輸入信號包括控制盤的手自動模式、CO2手動釋放按鈕、主備瓶的選擇開關、燈測試按鈕、釋放管線上的壓力開關、臺風發(fā)電機撬內溫度探頭等。數字量有源輸出用于驅動現場聲光報警裝置、氮氣驅動瓶電磁閥、面板指示燈等的控制繼電器，以及向臺風發(fā)電機控制系統(tǒng)的停機指令。模擬量輸入信號為臺風發(fā)電機撬內火焰探頭及可燃氣探頭的電流信號[2]。

中控原設計只顯示臺風發(fā)電機啟停提示報警，沒有臺風發(fā)電機CO2滅火系統(tǒng)探頭狀態(tài)相關設置。

三、臺風發(fā)電機CO2滅火系統(tǒng)整體優(yōu)化升級方案

（一）邏輯優(yōu)化程序分析及升級計劃

通過現場功能測試反饋結果，發(fā)現編譯缺陷。在對程序進行優(yōu)化前需要全方位了解原程序功能。原程序主要功能由主程序、初始化功能、火氣探頭故障邏輯、火氣探頭觸發(fā)邏輯、CO2釋放邏輯、指示燈測試、聲光報警控制、聲光報警實驗、觸摸屏功能組成[3]。

優(yōu)化改造將涉及的主要程序段位于“CO2施放控制”子程序內，需要對“CO2施放控制”子程序逐步分析，避免優(yōu)化改造后出現點位沖突、邏輯錯亂等現象。

原程序實現功能如下：

手動啟動釋放邏輯。主要實現的功能為：當兩個現場控制面板其中之一選擇為手動模式后，可通過現場釋放按鈕啟動CO2釋放流程；在手動釋放啟動后，30秒內可通過按下釋放抑制按鈕，或者通過將現場兩個控制面板模式開關均選擇為自動模式終止釋放；手動釋放啟動后，發(fā)出臺風發(fā)電機停機指令。

自動啟動釋放邏輯。主要實現的功能為：當兩個現場控制面板均選擇為自動模式后，滿足熱探和火探2選2邏輯（M0.4）觸發(fā)CO2釋放流程；在自動模式下釋放啟動后，40秒內可通過按下釋放抑制按鈕終止釋放，或者在20秒內通過將現場兩個控制面板模式開關其中一個選擇為手動模式終止釋放。

主備瓶選擇切換邏輯。主要實現的功能為：當兩個現場控制面板其中一個選擇氮氣驅動瓶A為主瓶時，氮氣驅動瓶A被設置為主瓶。當兩個現場控制面板都選擇氮氣驅動瓶B為主瓶時，氮氣驅動瓶B被設置為主瓶。滿足手動或自動釋放條件并延時，被選擇的主瓶電磁閥得電，氮氣被釋放。

氮氣驅動瓶電磁閥復位邏輯。主要實現的功能為：當釋放抑制按鈕被按下時，復位兩個氮氣驅動氣瓶的電磁閥。當其中一瓶氮氣驅動瓶電磁閥動作時，而釋放管線壓力開關未動作或已恢復時，延時120秒，復位兩個氮氣驅動氣瓶的電磁閥。

經過現場邏輯測試、硬件設備排查、程序分析等工作，確定現場臺風發(fā)電機CO2滅火系統(tǒng)滅火邏輯存在編譯缺陷，當主瓶壓力不足或者PLC給出釋放信號，但電磁未響應時，無法識別主瓶未釋放成功的狀況，沒有相關程序段在此種情況下通過邏輯釋放備瓶，則不能通過備瓶實現釋放要求。

利用現有的設備和信號對釋放邏輯精心改進。在現有PLC釋放系統(tǒng)的基礎上，優(yōu)化臺風發(fā)電機CO2釋放程序。程序應該盡可能簡潔，減少邏輯漏洞與非必要的動作。經多方案比較后，確定了如下設計方案，在觸發(fā)CO2氣瓶釋放邏輯時且未滿足判定釋放條件（M0.3）時，進行計時。達到10秒后，如仍未觸發(fā)釋放判定條件，則觸發(fā)備瓶氮氣驅動瓶電磁閥，釋放備用CO2氣瓶。當CO2滅火劑釋放完（釋放管線壓力開關恢復）后，倒計時2分鐘，復位兩個氮氣驅動瓶電磁閥。

針對遠程控制功能，利用新鋪設的通信線纜與?？叵到y(tǒng)建立通信。在?？叵到y(tǒng)中加入臺風發(fā)電機CO2滅火系統(tǒng)的火氣探頭狀態(tài)顯示，監(jiān)控現場火情，再利用陸地操控中心與中控建立的遠程操控畫面應急操作。

S7-200硬件設備已經停產，為后續(xù)的維保工作和現場設備的穩(wěn)定性考慮，計劃對現場軟硬件進行升級，更換為S7-1200軟硬件。對原S7-200控制器的機架、電源、CPU、IO卡等配套設備進行更換，升級為S7-1200控制器，新增控制信號通信線纜，并編寫適合于S7-1200的程序，進行下裝，軟硬件升級結束后，對系統(tǒng)進行測試。

（二）升級改造過程

1.對CO2氣瓶瓶頭閥進行隔離操作，將氮氣驅動瓶電磁閥從瓶頭閥上拆下，保證CO2釋放瓶組被獨立出來。

2.預先鋪設通信線纜，從中控專控系統(tǒng)機柜到現場CO2控制系統(tǒng)機柜，核對兩邊機柜接入點、端子、線號等。準備編程電纜、編程電腦及功能測試用的氣源軟管、熱風槍、火焰探頭測試燈等工具[4]。

3.對臺風發(fā)電機CO2控制系統(tǒng)PLC原程序進行一次系統(tǒng)備份，核對S7-1200新編程序與源程序邏輯。

4.對現場24V電源進行斷電，對現場機架、電源、CPU、IO卡等配套設備進行更換，重新接線，升級為S7-1200控制器。更換后送電查看硬件狀態(tài)，確認良好后進行下一步。

5.下裝已修改完成的程序，確認下裝后卡件及程序正常運行。

6.在手動釋放30秒內按下抑制按鈕，確認釋放取消。

7.在手動釋放30秒后，確認主瓶電磁閥動作，10秒內觸發(fā)壓力開關，備用瓶電磁閥不動作。壓力開關恢復后120秒，主瓶電磁閥失電。

8.在手動釋放30秒后，不觸發(fā)壓力開關，備用瓶電磁閥在10秒后動作。壓力開關恢復后120秒，主備瓶電磁閥失電。

9.自動狀態(tài)下參考手動釋放流程6-8進行測試。經功能測試，現場動作均符合預期，并未產生其他意外的動作。

10.現場測試結束后，保持氣瓶隔離狀態(tài)，對現場火氣探頭逐個進行測試，保證現場位號、觸摸屏顯示位號、專控上位顯示信號觸發(fā)狀態(tài)一致，并在兩個火探或者兩個熱探同時觸發(fā)時，上位機顯示火警報警提示。

根據上述步驟現場進行邏輯測試。在電磁閥脫開狀態(tài)下，分別測試手動釋放、自動釋放、遠程監(jiān)視功能。在確認原有功能完善的情況下，新增功能測試成功。在主瓶釋放失敗情況下能夠自動釋放備用瓶，可以遠程監(jiān)控臺風發(fā)電機CO2火氣探頭狀態(tài)，達到預期優(yōu)化效果。提高了滅火系統(tǒng)臺風撤離期間無人值守時的可靠性、設備的穩(wěn)定性、滅火的及時性[5]。

四、臺風發(fā)電機CO2滅火系統(tǒng)整體升級優(yōu)化實際效果

項目實施改造以后，新版軟硬件運行正常，CO2控制系統(tǒng)穩(wěn)定，成功實現了備用瓶組的補充釋放功能及遠程監(jiān)控要求，在功能測試過程中及后續(xù)的維保測試過程中沒有出現因控制系統(tǒng)升級而產生的其他意外情況，達到了預期效果。

經濟效益：現場儀表自檢自修，自主設計修改程序完成，節(jié)省調研以及一部分人員、服務外委費用。

安全效益：邏輯優(yōu)化改造方案，可以提高臺風發(fā)電機CO2滅火系統(tǒng)的可靠性，加強對發(fā)電機內部發(fā)生火情時的滅火效果。降低火情發(fā)展擴散的可能性，切實保護設備設施安全，減少設備安全隱患；新設備提高了設備穩(wěn)定性，降低意外釋放風險。

持續(xù)效益：為后期臺風撤離期間平臺的設備穩(wěn)定性提供了安全保障，在無人值守時大大提高了發(fā)電機運行的安全可靠性；可實現遠程監(jiān)控，降低設備大范圍損傷的可能性。

推廣性：本次改造優(yōu)化工作，在員工具備自動化設備施工技能的情況下，改造升級全面、符合安全和遠程監(jiān)控要求，針對性強，是一個安全可行、全面、高效、高回報的設備全面升級優(yōu)化方案。

五、結語

該項目針對程序改造，是平臺儀控人員自主進行優(yōu)化改造升級的典型例子。許多老舊設施在平臺建設之初，由于各種因素和新需求，如工期限制、設計欠缺或者是自控模式項目等，現場很多設備控制功能存在設備和邏輯的不完善。平臺儀控人員完全可以梳理控制需求，結合實際，不斷提高平臺控制系統(tǒng)的自動化程度。目前，海上平臺獨立撬塊使用PLC小型獨立控制系統(tǒng)仍是主流，學習并掌握程序閱讀、查錯并修正，與中控乃至陸地遠程畫面進行通信操作。對今后在平臺智能化、無人化升級背景下，提升儀控人員自動化改造工程的把控大有益處。

參考文獻

[1]殳宏，王曉東.二氧化碳滅火系統(tǒng)快速釋放閥的設計與校核[J].化工裝備技術，2023，44（04）：21-25.

[2]張齊.氮氣滅火系統(tǒng)在水泥廠煤粉制備車間的應用[J].水泥，2023（07）：42-45.

[3]吳鵬志，劉長春，文虎，等.二氧化碳滅火系統(tǒng)管道壓降計算模型研究[J].消防科學與技術，2023，42（04）：531-535.

[4]楊冬立，馮德銀.從船員培訓視角看二氧化碳滅火系統(tǒng)事故[J].水上安全，2023（01）：55-58.

[5]馮德銀.船舶二氧化碳滅火系統(tǒng)工作原理與事故預防措施[J].青島遠洋船員職業(yè)學院學報，2022，43（04）：1-5.

作者單位：中海石油（中國）有限公司深圳分公司番禺作業(yè)公司

責任編輯：張津平