基于西門子TIA博途的海洋鉆井平臺(tái)輸灰監(jiān)控系統(tǒng)

張鴻雁

(中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠)

基于西門子TIA博途的海洋鉆井平臺(tái)輸灰監(jiān)控系統(tǒng)

張鴻雁

(中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠)

采用西門子TIA博途V13軟件設(shè)計(jì)海洋鉆井平臺(tái)輸灰監(jiān)控系統(tǒng)，通過主站和ET200-M搭建的遠(yuǎn)程子站實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離連續(xù)作業(yè)。給出其硬件選型和軟件流程。

輸灰系統(tǒng) 海洋平臺(tái) TIA博途 遠(yuǎn)程子站

隨著陸地和淺海資源的日趨枯竭，深海開發(fā)成為大勢所趨[1]，目前各海洋大國都在開發(fā)深海裝備，海上鉆探離不開鉆井液和固井液。散料輸送系統(tǒng)[2]是配置鉆井液體的重要設(shè)備，它采用氣動(dòng)輸送方式，由于氣動(dòng)輸送方式安全有效且節(jié)能環(huán)保，已經(jīng)在海洋石油鉆井、固井等方面廣泛應(yīng)用[3]。筆者所述系統(tǒng)將應(yīng)用于俄羅斯費(fèi)拉諾夫斯基油田L(fēng)SP-2固定式海洋平臺(tái)上，為平臺(tái)鉆、修井機(jī)和固井設(shè)備供應(yīng)灰料，包括鉆井與固井用灰料儲(chǔ)存、輸送、參數(shù)檢測、閥位反饋及控制等相關(guān)部件，該系統(tǒng)使用氣固兩相流技術(shù)，實(shí)現(xiàn)粉狀物料在海洋鉆井支持船與海上平臺(tái)間的儲(chǔ)料罐間進(jìn)行長距離密閉高效輸送作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)料罐與泥漿混配單元之間密閉的高效出灰作業(yè)，以及相同物料罐體之間的倒罐作業(yè)[4]。

1 系統(tǒng)工藝原理

散裝輸送控制系統(tǒng)以壓縮空氣為動(dòng)力介質(zhì)，借助PLC實(shí)現(xiàn)全程輸送，通過不同管道系統(tǒng)分別將儲(chǔ)灰罐里的水泥灰通過緩沖罐輸送到固井設(shè)備固井用，而膨潤土/重晶石通過緩沖罐輸送到泥漿混合漏斗和固控系統(tǒng)用，也可直接輸送進(jìn)備用罐，實(shí)現(xiàn)在平臺(tái)供應(yīng)船和海上平臺(tái)間的高效無損耗連續(xù)傳輸作業(yè)，完成泥漿調(diào)配和固井工作[5]。水泥灰的輸送能力120t/h，重晶石粉/膨潤土的輸送能力30t/h。設(shè)置48m3的膨潤土/重晶石儲(chǔ)料罐4個(gè)，48m3的水泥儲(chǔ)料罐4個(gè)，48m3的備用儲(chǔ)料罐一個(gè)，緩沖罐和除塵罐各兩個(gè)，儲(chǔ)存罐布置在平臺(tái)甲板上。作業(yè)方式包括進(jìn)料、出料、倒罐和儲(chǔ)料。

儲(chǔ)灰罐體結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用錐形立式結(jié)構(gòu)。進(jìn)料時(shí)，關(guān)閉對應(yīng)出料閥，打開進(jìn)料閥，根據(jù)左右弦進(jìn)料口對應(yīng)打開其他罐體進(jìn)料口。當(dāng)重量和料位達(dá)到極限時(shí)結(jié)束該工藝。出料時(shí)要配合緩沖罐操作，罐內(nèi)壓力升到250kPa以上，開始打開進(jìn)料閥，關(guān)閉或打開對應(yīng)的其他罐體的進(jìn)料閥、出料閥和放空閥。當(dāng)罐內(nèi)壓力為350kPa時(shí)，出料閥打開，直至完成出料工藝。倒罐工藝需要源罐和目的罐之間配合操作對應(yīng)打開/關(guān)閉閥門。儲(chǔ)料工藝是對于單個(gè)罐體的操作，防止干灰在罐內(nèi)由于重力而沉積。

圖1 儲(chǔ)灰罐體結(jié)構(gòu)示意圖

2 硬件部分

系統(tǒng)硬件的總體配置如圖2所示，包括主控制站一個(gè)，遠(yuǎn)控站4個(gè)，包括水泥灰罐群數(shù)據(jù)采集站、泥漿加重劑罐群數(shù)據(jù)采集站、水泥灰緩沖罐控制站和泥漿加重劑緩沖罐控制站。

圖2 系統(tǒng)硬件總體配置

主站選用西門子高性能PLC CPU315-2DP作為控制核心，通過PB-HUB和干灰數(shù)據(jù)采集與控制站、泥漿加重劑數(shù)據(jù)采集與控制站、干灰緩沖罐控制站、泥漿加重劑緩沖罐控制站、一個(gè)TP1500觸摸屏、兩個(gè)TP700觸摸屏以及兩個(gè)閥島箱進(jìn)行通信。干灰數(shù)據(jù)采集與控制站、泥漿加重劑數(shù)據(jù)采集與控制站配置的閥島箱為Profibus-DP總線閥島。上位機(jī)與下位機(jī)采用Profibus-DP通信。

現(xiàn)場儀表。選用稱重模塊和儀表組成的稱重系統(tǒng)完成4個(gè)水泥灰罐、4個(gè)泥漿加重劑罐及其各自緩沖罐的稱重；選用比例蝶閥定位器來驅(qū)動(dòng)比例控制氣動(dòng)蝶閥；選用閥位變送器來反饋啟動(dòng)蝶閥的閥位；選用料位開關(guān)用于限制各儲(chǔ)料罐內(nèi)物料的高度。

罐群操作臺(tái)裝有觸摸屏、按鈕和顯示儀表，PLC控制箱內(nèi)裝有CPU運(yùn)算處理器、數(shù)字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊，數(shù)字量輸入模塊分別與按鈕和氣動(dòng)蝶閥相連，數(shù)字量輸出模塊與電磁閥和氣動(dòng)蝶閥相連，模擬量輸入模塊分別與稱重傳感器、料位計(jì)和氣壓傳感器相連，模擬量輸出模塊與重量顯示器和顯示儀表相連。通過輸入模塊采集指令信號(hào)、氣動(dòng)蝶閥位置反饋信號(hào)、氣壓信號(hào)、料位信號(hào)和重量信號(hào)，通過CPU運(yùn)算處理器運(yùn)算處理，發(fā)出控制信號(hào)控制相應(yīng)電磁閥，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的氣動(dòng)蝶閥，保證進(jìn)、出料通道通暢。

3 軟件部分

軟件部分采用西門子TIA博途V13軟件[6]設(shè)計(jì)下位機(jī)PLC控制程序和上位機(jī)界面，根據(jù)工藝分類采用模塊化編程，實(shí)現(xiàn)的功能包括模擬量傳感器和儀表范圍的整定，進(jìn)料、出料、儲(chǔ)料和倒罐工況的操作，故障報(bào)警以及各個(gè)流程之間的互鎖和切換。程序執(zhí)行中，各個(gè)動(dòng)作順序清楚，響應(yīng)及時(shí)，閥門開閉無延遲。上位機(jī)界面相比以往采用西門子WinCC flexible 2008設(shè)計(jì)，界面友好，控件全面，可以對下位機(jī)PLC的輸入輸出設(shè)備進(jìn)行實(shí)行監(jiān)控管理，使用戶操作更加安全方便。共設(shè)計(jì)28個(gè)界面，3種語言切換顯示，包含進(jìn)入各種工況的操作界面，同時(shí)可單獨(dú)查看罐體詳細(xì)參數(shù)的界面。其中水泥灰監(jiān)控流程界面如圖3所示，可選擇具體的進(jìn)料罐體，根據(jù)操作選擇打開或關(guān)閉放空閥，其他閥門自動(dòng)響應(yīng)操作。其他工藝流程監(jiān)控界面類似。圖4為罐體數(shù)據(jù)界面。

圖3 輸灰系統(tǒng)進(jìn)料監(jiān)控界面

圖4 罐體詳細(xì)數(shù)據(jù)運(yùn)行界面

4 結(jié)束語

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試驗(yàn)收，海洋平臺(tái)輸灰監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，用戶反映良好。西門子PLC控制器主站和遠(yuǎn)程I/O控制系統(tǒng)的配合操作實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離高速度連續(xù)作業(yè)，整個(gè)過程無污染、低能耗。人機(jī)界面的使用實(shí)現(xiàn)了就近監(jiān)控罐體工況運(yùn)行狀態(tài)、故障信息的功能，提高了作業(yè)的安全性和預(yù)見性。

采用的高精度傳感器和儀表提高了測量精度。該系統(tǒng)的投運(yùn)確保了海上油田開采和勘探的長周期、滿負(fù)荷、連續(xù)安全運(yùn)行。

[1] 曹鵬,李明濤,朱軒君,等.海上平臺(tái)移動(dòng)式制氮系統(tǒng)溫度控制算法研究[J].石油化工自動(dòng)化,2016,52(5):41～43.

[2] 朱占成,國占一,王嘉男.淺談物聯(lián)網(wǎng)在散料輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2016,(2):25.

[3] 楊夢婕.鉆井平臺(tái)散裝材料存儲(chǔ)及輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].船舶,2013,24(4):44～48.

[4] 中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠.海洋鉆井平臺(tái)散料輸送系統(tǒng)控制裝置[P].中國:ZL201420647264.1,2015-02-18.

[5] 寧俊,佟國志,石銀輝.深水鉆井船散料輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].船舶工程,2014,(z1):190～191.

[6] 劉偉杰.西門子TIA博途V13應(yīng)用原理與案例設(shè)計(jì)[J].智慧工廠,2016,(6):58～60.

Ash-transportingMonitoringSystemforOffshoreDrillingPlatformBasedonSiemensTIAPortal

ZHANG Hong-yan
(SJPetroleumMachineryCo.,SinopecPetroleumEngineeringMachineryCo.,Ltd.)

Making use of Siemens TIA Portal V13 software, the ash transporting monitoring system was designed for the offshore drilling platform and the long-distance continuous work can be realized through main station and ET200-M-supported remote sub-station. The hardware selection and software program were presented.

ash transporting system, offshore platform, TIA Portal, remote sub-station

TH865

B

1000-3932(2017)07-0697-03

2016-08-25，

2017-04-11)

張鴻雁(1984-)，工程師，從事石油鉆采設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，zhy-9876@163.com。