過程控制系統(tǒng)在埕島海上油田中心平臺的應(yīng)用

何建勇 百色職業(yè)學院

過程控制系統(tǒng)在埕島海上油田中心平臺的應(yīng)用

何建勇 百色職業(yè)學院

埕島CB30A中心平臺的站控系統(tǒng)由過程控制系統(tǒng)（PCS7）、緊急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD）以及火氣監(jiān)控系統(tǒng)（F&G）三部分組成，維護中心平臺的正常生產(chǎn)運行工作，并監(jiān)控各個環(huán)節(jié)的運行狀態(tài)。CB30A中心平臺使用的過程控制系統(tǒng)設(shè)置在CCR中心控制室，該系統(tǒng)由1臺工程師站和2臺操作員工作站組成，通過工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，能夠快速連接上位機管理系統(tǒng)，與I/O結(jié)合配套使用，可以對遠達幾公里外的系統(tǒng)運行參數(shù)進行調(diào)試、修改。海上平臺每個重要環(huán)節(jié)均設(shè)置有報警點，通過聲光報警系統(tǒng)，可以讓海上平臺人員識別危險級別。該系統(tǒng)性能安全可靠，保障了海上平臺生產(chǎn)安全運行。

海上平臺；平臺控制系統(tǒng)；數(shù)據(jù)；過程控制系統(tǒng)；聲光報警

1 平臺控制系統(tǒng)組成

埕島CB30A中心平臺使用的SCADA系統(tǒng)是由站控系統(tǒng)和遠程控制站（RTU）兩部分組成，該系統(tǒng)采取主、備數(shù)據(jù)通信方式，完成井組平臺日常工作的監(jiān)控與管理；通過擴頻微波系統(tǒng)，將平臺上的運行數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行南到y(tǒng)，實現(xiàn)了井組平臺無人監(jiān)管的目的。CB30A中心平臺的站控系統(tǒng)主要由過程控制系統(tǒng)（PCS7）、緊急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD）以及火氣監(jiān)控系統(tǒng)（F&G）三部分組成，維護中心平臺的正常生產(chǎn)運行工作，并監(jiān)控各個環(huán)節(jié)的運行狀態(tài)。

（1）過程控制系統(tǒng)。PCS7主要功能是維護原油處理系統(tǒng)以及輔助系統(tǒng)運行過程的控制監(jiān)管，實時監(jiān)控工藝流程的運行過程，實現(xiàn)各個環(huán)節(jié)工藝流程安全平穩(wěn)生產(chǎn)，以及對運行參數(shù)的保存、顯示、處理、分析和報警工作。

（2）緊急關(guān)斷系統(tǒng)。ESD主要功能是監(jiān)控工藝系統(tǒng)的安全運行，出現(xiàn)故障緊急關(guān)斷操作，維護平臺生產(chǎn)安全。緊急關(guān)斷操作分為四個級別：一級關(guān)斷即關(guān)斷全站，啟動廣播系統(tǒng)；二級關(guān)斷只是關(guān)斷火氣，減少火災(zāi)損失；三級關(guān)斷是對運行工藝系統(tǒng)關(guān)斷，不影響生產(chǎn)恢復；四級關(guān)斷是指單元聯(lián)鎖關(guān)斷，其他環(huán)節(jié)系統(tǒng)不受影響[1]。

（3）火氣監(jiān)控系統(tǒng)。F&G系統(tǒng)由中控室火氣控制柜和現(xiàn)場探測設(shè)備兩部分組成，一旦現(xiàn)場探測到可燃氣體，現(xiàn)場探測器就會自動發(fā)出聲光形式的警報信號，警報信號識別火災(zāi)級別，平臺上的消防系統(tǒng)就會被啟動，并立即執(zhí)行緊急關(guān)斷操作，工作人員及時到現(xiàn)場尋找火源。

2 過程控制系統(tǒng)

隨著工業(yè)自動化技術(shù)迅猛發(fā)展，過程控制系統(tǒng)要在功能的完善性、系統(tǒng)的維護和可靠性、人機界面的友好性以及數(shù)據(jù)的可分析性方面得到顯著的提高；同時，過程控制系統(tǒng)還要在系統(tǒng)與管理層、現(xiàn)場儀器、總線之間的橫向數(shù)據(jù)實現(xiàn)兼容、快速、可靠的交換[2]。PCS7是借助于OPC、SQL等技術(shù)，集準確性、快速性、大容量于一體的數(shù)據(jù)集成。目前，西門子公司生產(chǎn)的SIMATIC PCS7，在硬、軟件方面采用了先進的技術(shù)，過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用相對完善，并且兼容性強[3]。過程控制系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 過程控制系統(tǒng)組成

PCS7的上位軟件主要功能是實現(xiàn)人機界面對話操作，監(jiān)控生產(chǎn)運行的各個環(huán)節(jié)，以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對平臺現(xiàn)場數(shù)據(jù)的大量采集，以及系統(tǒng)之間的快速通信。在自動化系統(tǒng)方面，主要是采取S7作為現(xiàn)場控制子系統(tǒng)，目的是監(jiān)控運行過程；采取分布式I/O，來接收現(xiàn)場運行工作檢測信號，使信號的接收靈活、安全、可靠。

PCS7的下位機采用的是APACS系統(tǒng)，由I/O與高級模塊ACM構(gòu)成。且下位機采用的STD總線具有高性能、低價格和低能耗特點，與成熟的I/O結(jié)合，配套使用安全可靠，實現(xiàn)了結(jié)點機的全部功能，PCS7的下位機工作原理如圖2所示。

圖2 下位機工作原理圖

以工業(yè)以太網(wǎng)和過程現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的過程控制系統(tǒng)，與其他系統(tǒng)不同之處在于，它融入了全集成自動化思想，將過程數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理軟件完美結(jié)合起來，實現(xiàn)了將平臺上的全部系統(tǒng)信息存放在一個數(shù)據(jù)庫，并且做到了全信息一次輸入，在系統(tǒng)信息的準確度和完整性方面有大幅度提高。PCS7所包含的子系統(tǒng)和軟件，能夠為平臺運行工作提供高級編程語言及順序控制。平臺上面的設(shè)備庫配有運行設(shè)備，能充分調(diào)動各種設(shè)備的功能，以實現(xiàn)組態(tài)工作簡單化，運行工程周期得到顯著縮短。

PCS7系統(tǒng)具有很強的開放性，通過工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，能夠快速連接上位機管理系統(tǒng)及其他控制系統(tǒng)；通過客戶機/服務(wù)器方式，實現(xiàn)服務(wù)器與操作員工作站之間的通信聯(lián)系；通過100 MHz以太網(wǎng)，提高了服務(wù)器與客戶機通信質(zhì)量和速度；通過光纜介質(zhì)將服務(wù)器與CPU連接，集成使用，再利用100 MHz工業(yè)以太網(wǎng)，實現(xiàn)全平臺生產(chǎn)運行參數(shù)的傳輸。

3PCS7在海上平臺上的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用分析

在埕島CB30A中心平臺，PCS7設(shè)置在CCR中心控制室，該系統(tǒng)由1臺工程師站和2臺操作員工作站組成，工程師站用于系統(tǒng)組態(tài)，主要的職能是顯示人機界面，處理運行參數(shù)數(shù)據(jù)，異常報警，歸檔數(shù)據(jù)等監(jiān)控操作。一般情況下，需要根據(jù)平臺系統(tǒng)的規(guī)模，配置合理的PCS7機柜，確定機柜數(shù)量以及規(guī)格大小。海上平臺PCS7包括PLC通信接口和I/O兩個功能模塊，對平臺生產(chǎn)運行過程能夠安全、方便監(jiān)控，對現(xiàn)場總線、網(wǎng)絡(luò)以及儀表能夠一體化集成，數(shù)據(jù)信息傳達安全可靠；并且PCS7系統(tǒng)的擴展性也非常的強，通過采取現(xiàn)場總線技術(shù)，不僅節(jié)省電纜使用量，還縮短施工周期以及工程維護時間，同時減小工程費用。該系統(tǒng)在埕島油田的中心平臺投入使用后，運行非常穩(wěn)定，可以對遠達幾公里外的系統(tǒng)運行參數(shù)進行調(diào)試、修改，并且在平臺運行異常情況下，實現(xiàn)及時聲光報警，并可立刻關(guān)斷部分工藝開關(guān)，維護安全運行。平臺安全生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，保障了平臺生產(chǎn)和人員生活的正常運行。

3.2 系統(tǒng)功能

（1）平臺運行生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與傳輸。海上平臺現(xiàn)場生產(chǎn)動態(tài)參數(shù)可以通過下位機中ACM與I/O模塊進行快速采集與傳輸，生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號后，傳回ACM控制器并進行分析處理。

（2）過程控制功能。ACM是PCS7電子控制系統(tǒng)的控制核心，操作指令或信號主要通過ACM發(fā)出，經(jīng)由I/O輸出數(shù)字命令信號，實現(xiàn)海上平臺生產(chǎn)運行過程的監(jiān)管和控制。

（3）聲光報警功能。海上平臺生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)都非常重要，各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的正常運行是保證海上平臺工作順利進行的基礎(chǔ)，每個重要環(huán)節(jié)均設(shè)置有報警點，通過聲光報警系統(tǒng)，可以讓海上平臺人員識別危險級別，與此同時，自動將報警信息保存，生成歷史信息報表。

（4）運行工藝監(jiān)管。主要通過人機互助界面，顯示和保存海上平臺實時生產(chǎn)參數(shù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及報警信息；系統(tǒng)屏幕上的按鈕可實現(xiàn)切斷閥、泵開關(guān)的控制，包括確認、解鎖、復位以及手動/自動等控制按鈕；歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動生成圖表，顯示出時間周期內(nèi)的生產(chǎn)動態(tài)狀況，并可打印。

4 結(jié)語

埕島的CB30A中心平臺使用的過程控制系統(tǒng)，通過工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，能夠快速連接上位機管理系統(tǒng)，與I/O結(jié)合配套使用，可以對遠達幾公里外的系統(tǒng)運行參數(shù)進行調(diào)試、修改，海上平臺每個重要環(huán)節(jié)均設(shè)置有報警點，通過聲光報警系統(tǒng)，可以讓海上平臺人員識別危險級別。該系統(tǒng)性能安全可靠，保障了海上平臺生產(chǎn)安全運行。

[1]王錦標．淺談石化企業(yè)DCS、FCS的應(yīng)用和發(fā)展[J]．數(shù)字石油和化工，2006（11）：2-5．

[2]王衛(wèi)．DCS系統(tǒng)在莫北油田地面工程中的應(yīng)用[J]．石油規(guī)劃設(shè)計，2003，14（5）：49-50.

[3]朱芙菁．DCS電子控制系統(tǒng)在塔河油田聯(lián)合站的應(yīng)用[J]．油氣田地面工程，2014，33（12）：68-69.

（欄目主持李艷秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.003