海上油氣田平臺(tái)中控系統(tǒng)的比選與研究

紀(jì) 超 徐正海 丁傳暉 陳 迪

(中海油研究總院)

海上油氣田平臺(tái)中控系統(tǒng)的比選與研究

紀(jì) 超 徐正海 丁傳暉 陳 迪

(中海油研究總院)

通過(guò)對(duì)大量已投產(chǎn)海上油氣田平臺(tái)的中控系統(tǒng)進(jìn)行比選分析，歸納各品牌中控系統(tǒng)的基本特點(diǎn)和共同特征，所總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)可作為未來(lái)海上油氣田平臺(tái)中控系統(tǒng)選型的重要依據(jù)。

中控系統(tǒng) 海上油氣田平臺(tái) 對(duì)比分析 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

海上油氣田的生產(chǎn)是將海底油(氣)藏中的原油或天然氣開(kāi)采出來(lái)，經(jīng)過(guò)采集、油氣水初步分離與加工、短期儲(chǔ)存、裝船運(yùn)輸或經(jīng)海底管道外輸?shù)倪^(guò)程。海上油氣田開(kāi)發(fā)具有技術(shù)復(fù)雜、投資高及風(fēng)險(xiǎn)大等特點(diǎn)[1]，因此，安全生產(chǎn)是海上油氣平臺(tái)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。而儀表控制系統(tǒng)是海上油氣田開(kāi)發(fā)工程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，它一方面連續(xù)檢測(cè)并控制海上油氣田的各種生產(chǎn)、公用設(shè)備的正常運(yùn)行；另一方面又對(duì)各種意外事故進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)意外，第一時(shí)間報(bào)警并由系統(tǒng)邏輯自動(dòng)處理，將不安全因素控制在最小范圍內(nèi)，從而保障海上油氣田的生產(chǎn)安全、確保人員和設(shè)施的安全。只有中控系統(tǒng)發(fā)揮良好的功能，才能保障海上油氣田的順利開(kāi)發(fā)[2]。

1 海上油氣田平臺(tái)中控系統(tǒng)

中控系統(tǒng)作為海上油氣田平臺(tái)的“大腦”，是保證海上油氣田平臺(tái)在安全前提下正常生產(chǎn)的重要組成部分。中控系統(tǒng)通常由過(guò)程控制系統(tǒng)(PCS)、應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)(ESD)和火氣探測(cè)系統(tǒng)(FGS)組成?？刂葡到y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般分為3層，即設(shè)備網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)和信息管理網(wǎng)絡(luò)，這種分層控制結(jié)構(gòu)是現(xiàn)在海上油氣田平臺(tái)控制系統(tǒng)中比較典型的方式[3]。對(duì)于規(guī)模較大的海上油氣設(shè)施，通常情況下，過(guò)程控制系統(tǒng)、應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)和火氣探測(cè)系統(tǒng)分別由各自獨(dú)立的控制系統(tǒng)構(gòu)成，再通過(guò)復(fù)雜的系統(tǒng)集成將這3個(gè)系統(tǒng)集成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的集成平臺(tái)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和人機(jī)界面的共享以及各子系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)。在不斷強(qiáng)調(diào)安全生產(chǎn)的今天，上述三大系統(tǒng)的各自獨(dú)立成為一種趨勢(shì)，采用這樣的設(shè)計(jì)方式，可以進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)的安全可靠性。對(duì)于海上油氣田來(lái)說(shuō)，應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)和火氣探測(cè)系統(tǒng)是非常重要的，正是因?yàn)橛辛嗽O(shè)計(jì)完備的應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)和火氣探測(cè)系統(tǒng)，才充分保障了海上油氣田的安全。

但是對(duì)于規(guī)模很小的無(wú)人簡(jiǎn)易井口平臺(tái)，由于控制和檢測(cè)點(diǎn)都很少，為了節(jié)省費(fèi)用、降低投資，在確保安全的前提下，有時(shí)也將過(guò)程控制系統(tǒng)、應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)和火氣探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，由一套控制系統(tǒng)完成。

1.1 過(guò)程控制系統(tǒng)

過(guò)程控制系統(tǒng)主要完成對(duì)海上油氣田各種生產(chǎn)過(guò)程中所屬控制對(duì)象的狀況進(jìn)行檢測(cè)和常規(guī)控制，以及必要的顯示和報(bào)警，其主要工作內(nèi)容如下：

a. 動(dòng)態(tài)顯示生產(chǎn)流程、主要工藝參數(shù)和主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，以聲光報(bào)警形式顯示平臺(tái)生產(chǎn)和安全異常狀態(tài)，并打印記錄備案；

b. 對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，可在線(xiàn)設(shè)定、修改控制參數(shù)，完成各種控制功能，定期打印生產(chǎn)報(bào)表，存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)；

c. 監(jiān)視和診斷控制系統(tǒng)工作狀態(tài)，并以聲光報(bào)警形式顯示其異常狀況；

d. 實(shí)現(xiàn)與其他控制系統(tǒng)的通信，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視；

e. 提供方便友好的人機(jī)操作界面。

1.2 應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)

由于海上油氣平臺(tái)上的工作人員和設(shè)備高度集中，又處于易燃易爆的危險(xiǎn)環(huán)境中，因此對(duì)于人員和設(shè)備的安全控制要求非常高。為了保護(hù)平臺(tái)人員和設(shè)施的安全，防止環(huán)境污染，將事故損失限制到最小，海上油氣田通常都設(shè)置專(zhuān)門(mén)的應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)。

應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)海上油氣田的生產(chǎn)過(guò)程，一旦出現(xiàn)事故的危害性狀況，系統(tǒng)將自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的應(yīng)急關(guān)斷邏輯，避免事故擴(kuò)大或?yàn)?zāi)難性事故的發(fā)生，從而有效保障了海上油氣田人員和設(shè)備的安全。ESD與PCS系統(tǒng)的區(qū)別就是前者是靜態(tài)的控制系統(tǒng)，后者是動(dòng)態(tài)的控制系統(tǒng)[4]。

1.3 火氣探測(cè)系統(tǒng)

海上油氣田設(shè)置火災(zāi)和可燃?xì)馓綔y(cè)控制系統(tǒng)(FGS)的主要目的是及時(shí)、準(zhǔn)確地探測(cè)到可能或已經(jīng)發(fā)生的可燃?xì)庑孤┦鹿屎突馂?zāi)情況，并及時(shí)采取相應(yīng)措施以保護(hù)海上油氣田工作人員和設(shè)施的安全?；馂?zāi)和可燃?xì)馓綔y(cè)控制系統(tǒng)主要包括火氣監(jiān)控系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)、報(bào)警設(shè)備，可自動(dòng)探測(cè)火災(zāi)和可燃?xì)怏w泄漏，自動(dòng)/手動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警、消防系統(tǒng)，自動(dòng)/手動(dòng)執(zhí)行火氣關(guān)斷邏輯，對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行自診斷。此外，在有人居住的中心平臺(tái)的生活區(qū)值班室還設(shè)置了火災(zāi)控制盤(pán)，對(duì)生活區(qū)的火氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，將狀態(tài)信息傳到中控室的FGS系統(tǒng)，并接收來(lái)自FGS系統(tǒng)的控制信號(hào)。

現(xiàn)場(chǎng)火氣探測(cè)和報(bào)警設(shè)備包括火焰探測(cè)器、熱探測(cè)器、煙探測(cè)器、可燃?xì)怏w探測(cè)器、有毒氣體探頭、手動(dòng)報(bào)警站及平臺(tái)狀態(tài)燈等。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備情況的異同，進(jìn)行合理布置。

2 海上油氣田平臺(tái)中控系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

海上油氣田平臺(tái)工藝流程相比于陸上石油化工流程較為簡(jiǎn)單，因此中控系統(tǒng)的規(guī)模也相對(duì)較小，一般采用中小型DCS和SIS系統(tǒng)即可滿(mǎn)足正常流程容量需求[4]。由于海上油氣田平臺(tái)具有高風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)，所以海上油氣田平臺(tái)中控系統(tǒng)更加重視安全控制系統(tǒng)的作用。

隨著自動(dòng)化技術(shù)和控制系統(tǒng)產(chǎn)品的不斷發(fā)展，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的應(yīng)用與經(jīng)驗(yàn)積累，海上油氣田平臺(tái)儀控系統(tǒng)的自動(dòng)化程度與安全可靠性有很大的提升。目前，海上油氣田平臺(tái)所使用的DCS和SIS系統(tǒng)涉及十余家世界著名自動(dòng)化公司的成熟產(chǎn)品。現(xiàn)就近幾年在海上油氣田平臺(tái)上常用的中控系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

過(guò)程控制系統(tǒng)(PCS)一般采用DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，部分項(xiàng)目采用了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)(FCS)，常用產(chǎn)品包括：霍尼韋爾(Honeywell)的PKS系統(tǒng)、艾默生(Emerson)的DeltaV系統(tǒng)、ABB的800XA系統(tǒng)、橫河(Yokogawa)的CS3000系統(tǒng)及羅克韋爾(Rockwell)的PlantPAx系統(tǒng)等[4]。

為了提高海洋石油生產(chǎn)過(guò)程的安全性，關(guān)鍵裝置上大多安裝了安全儀表系統(tǒng)(SIS)[5]，ESD系統(tǒng)全部采用通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證的SIS。海上油氣田平臺(tái)的SIS與陸上油田的相比有更高的要求[6]，SIS的安全完整性等級(jí)不低于SIL3[7]。而FGS系統(tǒng)可采用專(zhuān)用的火氣探測(cè)系統(tǒng)或SIS，如果采用火氣探測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)需滿(mǎn)足NFPA72標(biāo)準(zhǔn)；如果采用SIS，則系統(tǒng)安全完整性等級(jí)要求至少滿(mǎn)足SIL2。ESD和FGS系統(tǒng)的CPU、電源、I/O模塊、通信模塊及數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)等均采用1∶1冗余。SIS系統(tǒng)常用產(chǎn)品包括：霍尼韋爾(Honeywell)的FCS和SM系統(tǒng)、艾默生(Emerson)的DeltaV SIS系統(tǒng)、ABB的SafeGuard系統(tǒng)、橫河(Yokogawa)的ProSafe-RS系統(tǒng)及羅克韋爾(Rockwell)的AAdvance系統(tǒng)等[8]。

3 海上油氣田平臺(tái)中控系統(tǒng)比選分析

3.1 Emerson DeltaV中控系統(tǒng)

3.1.1 結(jié)構(gòu)

某海上氣田中心平臺(tái)中控系統(tǒng)采用Emerson DeltaV系統(tǒng)。該中控系統(tǒng)采用Pear to Pear系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。操作員站/工程師站和現(xiàn)場(chǎng)控制站(PCS、ESD和FGS)通過(guò)冗余控制網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)控制站連接，該系統(tǒng)未設(shè)置辦公網(wǎng)絡(luò)(TCP/IP網(wǎng)絡(luò))。

圖1 某氣田中心平臺(tái)Emerson DeltaV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

ESD系統(tǒng)和FGS系統(tǒng)通過(guò)冗余安全網(wǎng)連接，該冗余安全網(wǎng)不同于冗余控制網(wǎng)通過(guò)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而是使用Emerson SIS Net Repeater Module進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。除冗余安全網(wǎng)外，DeltaV系統(tǒng)采用交換機(jī)進(jìn)行各類(lèi)數(shù)據(jù)交換。

平臺(tái)主火氣系統(tǒng)與生活樓可尋址火氣盤(pán)通過(guò)Modbus TCP協(xié)議通信。

3.1.2 接口

DeltaV系統(tǒng)與其他區(qū)域氣田和陸上終端均通過(guò)OPC服務(wù)器進(jìn)行重要信號(hào)傳遞(衛(wèi)星)。在臺(tái)風(fēng)情況下，使用Remote Client方式可以在終端遠(yuǎn)程操控該中心平臺(tái)，使平臺(tái)在無(wú)人情況下正常生產(chǎn)，并通過(guò)位于PCS機(jī)柜內(nèi)的操作員站/工程師站(終端服務(wù)器)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。

同時(shí)，DeltaV系統(tǒng)也可以通過(guò)OPC服務(wù)器與水下生產(chǎn)系統(tǒng)和工程能量管理系統(tǒng)(PMS)進(jìn)行重要信號(hào)傳遞。

該系統(tǒng)還設(shè)有網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘協(xié)議(Network Time Protocol,NTP)服務(wù)器。NTP服務(wù)器從GPS地球同步衛(wèi)星上獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信息，并將這些信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，網(wǎng)絡(luò)中需要時(shí)間信號(hào)的設(shè)備(如中控系統(tǒng)的控制器、就地控制盤(pán)等)就可以與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)同步，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間統(tǒng)一。

3.2 ABB 800XA中控系統(tǒng)

3.2.1 結(jié)構(gòu)

某海上油田中心平臺(tái)中控系統(tǒng)采用ABB 800XA系統(tǒng)。該中控系統(tǒng)采用Server-Client系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中操作員站/工程師站與現(xiàn)場(chǎng)控制站通過(guò)冗余控制網(wǎng)連接，并且該系統(tǒng)未設(shè)置辦公網(wǎng)絡(luò)(TCP/IP網(wǎng)絡(luò))。

ESD系統(tǒng)和FGS系統(tǒng)通過(guò)冗余安全網(wǎng)連接，并且冗余控制網(wǎng)、冗余安全網(wǎng)等均采用交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而PCS、ESD系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)就地控制盤(pán)(第三方系統(tǒng))通過(guò)串口協(xié)議進(jìn)行通信。

3.2.2 接口

ABB 800XA系統(tǒng)與陸上終端進(jìn)行衛(wèi)星通信，在終端中控室設(shè)置兩臺(tái)操作員站，用于接收來(lái)自該中心平臺(tái)的重要信號(hào)，但操作站只有顯示和報(bào)警功能，這兩臺(tái)操作員站不接入陸上終端中控系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)與其他3個(gè)井口平臺(tái)則通過(guò)SDH傳輸硬點(diǎn)關(guān)斷信號(hào)(光纖通信)。

3.2.3 接線(xiàn)種類(lèi)

冗余控制網(wǎng)用于連接工程師站/操作員站、PCS控制機(jī)柜(現(xiàn)場(chǎng)控制站)及打印機(jī)等設(shè)備。

ESD和FGS系統(tǒng)之間通過(guò)冗余安全網(wǎng)連接；PCS、ESD系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)就地控制盤(pán)(第三方系統(tǒng))之間通過(guò)串口協(xié)議通信；ESD、FGS與應(yīng)急火氣盤(pán)之間通過(guò)硬接線(xiàn)連接。

3.3 橫河CS3000中控系統(tǒng)

3.3.1 結(jié)構(gòu)

某油田鉆井生產(chǎn)平臺(tái)中控系統(tǒng)采用橫河 CS3000系統(tǒng)。本項(xiàng)目包括DPP和MDR兩部分，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中DPP平臺(tái)包括PCS、ESD和FGS共3個(gè)系統(tǒng)；MDR僅包含F(xiàn)GS系統(tǒng)。其中PCS為CENTUN VP R4.02系統(tǒng)，ESD和FGS為ProSafe-RS R2.03系統(tǒng)。

圖2 某油田鉆井生產(chǎn)平臺(tái)CS3000中控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

該中控系統(tǒng)采用Pear to Pear結(jié)構(gòu)。操作員站/工程師站(HIS)與現(xiàn)場(chǎng)控制站(FCS)通過(guò)冗余PCS控制網(wǎng)絡(luò)Vnet/IP連接，PCS系統(tǒng)、ESD系統(tǒng)和FGS系統(tǒng)直接連接冗余控制網(wǎng)絡(luò)Vnet/IP，未設(shè)專(zhuān)用冗余安全網(wǎng)。

冗余控制網(wǎng)均采用交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，PCS、ESD系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)就地控制盤(pán)(第三方系統(tǒng))通過(guò)串口協(xié)議通信。

該平臺(tái)的CS3000系統(tǒng)與其他設(shè)施通過(guò)SDH傳輸硬點(diǎn)關(guān)斷信號(hào)(光纖通信方式)。

3.3.2 接線(xiàn)種類(lèi)

Vnet/IP是具有1Gbit/s實(shí)時(shí)傳輸速率的控制總線(xiàn)，連接FCS(現(xiàn)場(chǎng)控制站)、HIS(人機(jī)接口站)、BCV(總線(xiàn)轉(zhuǎn)換器)、CGW(通信門(mén)單元)和打印機(jī)。為了保證安全，設(shè)備通過(guò)防火墻與Vnet/IP網(wǎng)絡(luò)連接。

工程以太網(wǎng)(Engineering Ethernet Network，EEN)用于接收組態(tài)數(shù)據(jù)、共享HIS信息及趨勢(shì)畫(huà)面等圖形數(shù)據(jù)，并訪問(wèn)PCS打印機(jī)。

串口協(xié)議用于PCS、ESD系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)就地控制盤(pán)(第三方系統(tǒng))之間的通信。

硬接線(xiàn)用于ESD、FGS與應(yīng)急火氣盤(pán)之間以及主FGS與生活樓可尋址火氣盤(pán)之間的連接。

3.4 Honeywell PKS&SM中控系統(tǒng)

3.4.1 結(jié)構(gòu)

某氣田井口平臺(tái)上設(shè)有過(guò)程控制系統(tǒng)和安全儀表系統(tǒng)，采用的是Honeywell的過(guò)程控制系統(tǒng)(PCS)Experion PKS系統(tǒng)；應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)(ESD)和火氣探測(cè)系統(tǒng)(FGG)采用的是SM系統(tǒng)。該中控系統(tǒng)采用Server-Client系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(圖3)。操作員站/工程師站與現(xiàn)場(chǎng)控制站通過(guò)冗余控制網(wǎng)(FTE Ethernet)連接，該系統(tǒng)未設(shè)辦公網(wǎng)絡(luò)(TCP/IP網(wǎng)絡(luò))。

圖3 某氣田井口平臺(tái)Honeywell PKS&SM中控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

PCS系統(tǒng)、ESD系統(tǒng)和FGS系統(tǒng)直接連接冗余控制網(wǎng)FTE Ethernet(容錯(cuò)以太網(wǎng))，控制系統(tǒng)中沒(méi)有專(zhuān)用的冗余安全網(wǎng)絡(luò)，但是SIS系統(tǒng)與冗余控制網(wǎng)之間會(huì)設(shè)置協(xié)議轉(zhuǎn)換器，用于物理隔離。

冗余控制網(wǎng)內(nèi)部采用交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。平臺(tái)主火氣系統(tǒng)與生活樓可尋址火氣盤(pán)通過(guò)Modbus協(xié)議和硬接線(xiàn)通信。該中控系統(tǒng)分別與兩座井口平臺(tái)通過(guò)SDH進(jìn)行重要信號(hào)傳遞(光纖通信方式)。

3.4.2 接線(xiàn)

FTE Ethernet用于工程師站/操作員站、控制機(jī)柜(現(xiàn)場(chǎng)控制站)和打印機(jī)之間的通信。

主FGS與生活樓可尋址火氣盤(pán)之間通過(guò)Modbus通信。

主FGS與應(yīng)急火氣盤(pán)之間以及主FGS與生活樓可尋址火氣盤(pán)之間通過(guò)硬接線(xiàn)連接。

3.5 中控ECS-700系統(tǒng)和羅克韋爾AAdvance控制系統(tǒng)

某陸上LNG工廠設(shè)有過(guò)程控制系統(tǒng)和SIS，其中過(guò)程控制系統(tǒng)(PCS)采用的是浙江中控集團(tuán)有限公司的ECS-700系統(tǒng)；應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)(ESD)和火氣探測(cè)系統(tǒng)(FGS)采用的是羅克韋爾AAdvance系統(tǒng)。該中控系統(tǒng)采用Server-Client系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

系統(tǒng)由DCS、SIS、FGS、AMS及MIS等多套系統(tǒng)和設(shè)備構(gòu)成，其中DCS、SIS和FGS為各自獨(dú)立的控制系統(tǒng)，DCS采用SUPCON ECS-700系統(tǒng)，SIS和FGS采用羅克韋爾的AAdvance安全控制系統(tǒng)，擁有三重化(TMR)和硬件容錯(cuò)(HIFT)安全控制技術(shù)。

DCS、SIS和FGS有各自的冗余控制網(wǎng)絡(luò)，分別為冗余DCS網(wǎng)絡(luò)、冗余SIS網(wǎng)絡(luò)和冗余FGS網(wǎng)絡(luò)。冗余DCS網(wǎng)絡(luò)還與管理信息系統(tǒng)系統(tǒng)(MIS網(wǎng)絡(luò))和實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)(RTIS)服務(wù)器相連，前者作為DCS的一部分其主要功能是訪問(wèn)、收集和存儲(chǔ)必要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和來(lái)自DCS的信息；后者配置兩個(gè)硬盤(pán)作為海量存儲(chǔ)冗余系統(tǒng)，該服務(wù)器包含顯示器，可以顯示帶有動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、趨勢(shì)、報(bào)警列表及記錄的工藝流程圖等。

3個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)(DCS、SIS、FGS)都擁有各自的工程師站和操作員站，其中DCS工程師站/操作員站、SIS操作員站、FGS操作員站和AMS客服端/服務(wù)器均配置在冗余DCS網(wǎng)絡(luò)上，而SIS、FGS的工程師站和輔操臺(tái)則分別配置在各自的冗余控制網(wǎng)絡(luò)上。

冗余DCS網(wǎng)絡(luò)、冗余SIS網(wǎng)絡(luò)和冗余FGS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各自采用交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時(shí)也可以分別通過(guò)該交換機(jī)與其他廠區(qū)的相應(yīng)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換(通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò))。

DCS系統(tǒng)分別與SIS和FGS通過(guò)冗余DCS-SIS通信網(wǎng)絡(luò)(工業(yè)以太網(wǎng))和冗余DCS-FGS通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信(工業(yè)以太網(wǎng))，從而實(shí)現(xiàn)在SIS和FGS操作員站對(duì)SIS和FGS系統(tǒng)的監(jiān)控。

DCS系統(tǒng)通過(guò)Modbus與第三方子系統(tǒng)進(jìn)行通信，而FGS系統(tǒng)則與火災(zāi)報(bào)警盤(pán)通過(guò)Modbus連接。

時(shí)鐘同步服務(wù)器分別與冗余DCS網(wǎng)絡(luò)、冗余SIS網(wǎng)絡(luò)和冗余FGS網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)行時(shí)鐘同步調(diào)整。

根據(jù)目前已投產(chǎn)的海上油氣田平臺(tái)中控系統(tǒng)的對(duì)比分析結(jié)果可以可知：

a. 上述中控系統(tǒng)中，Emerson DeltaV系統(tǒng)和CS3000系統(tǒng)是Pear to Pear結(jié)構(gòu)，其余系統(tǒng)均是Server-Client結(jié)構(gòu)。Pear to Pear結(jié)構(gòu)中，將控制網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)設(shè)備作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中某一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生影響；而后者是在HMI(人機(jī)接口)和FCS(現(xiàn)場(chǎng)控制站)之間設(shè)置了服務(wù)器(Server)，任何控制器上傳到操作站的信號(hào)和操作站傳送給控制器的控制信號(hào)都要經(jīng)過(guò)服務(wù)器，盡管服務(wù)器是冗余配置，但切換時(shí)間可能會(huì)影響信號(hào)的傳遞。

b. 所有廠家的冗余控制網(wǎng)都是用來(lái)連接PCS、ESD和FGS三大系統(tǒng)的，并且通過(guò)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。一般情況下，中控系統(tǒng)都會(huì)設(shè)置冗余安全網(wǎng)，通過(guò)網(wǎng)關(guān)與冗余控制網(wǎng)進(jìn)行連接，用于隔離SIS和過(guò)程控制系統(tǒng)，對(duì)于規(guī)模較小的井口平臺(tái)即便未設(shè)置冗余安全網(wǎng)，也會(huì)設(shè)置網(wǎng)關(guān)或協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行隔離。

c. 根據(jù)業(yè)主需求，一般與外部設(shè)施的通信方式主要為光纖和衛(wèi)星。對(duì)于不同品牌的中控系統(tǒng)通信，需要設(shè)置OPC服務(wù)器進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。

d. 上述已投產(chǎn)項(xiàng)目，均未設(shè)置辦公網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)束語(yǔ)

海上油氣田平臺(tái)儀控系統(tǒng)具有規(guī)模小、功能齊全、較陸地油氣田擁有安全可靠性要求更高的特點(diǎn)。在經(jīng)過(guò)中國(guó)海上油氣事業(yè)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，海上儀控系統(tǒng)技術(shù)也有了很大的進(jìn)步。針對(duì)目前用于海上油氣田平臺(tái)中控系統(tǒng)品牌繁多的特點(diǎn)，對(duì)大量已投產(chǎn)海上油氣田平臺(tái)中控系統(tǒng)進(jìn)行的比選分析結(jié)果表明：目前我國(guó)海上油氣田平臺(tái)中控系統(tǒng)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，各廠商產(chǎn)品之間差別不大，只在細(xì)節(jié)上有些差異，并且大多數(shù)中控系統(tǒng)并未設(shè)置辦公網(wǎng)絡(luò)用于第三方監(jiān)控，故海上油氣田智能化程度還有待提高，智能油氣田發(fā)展具有很大的研究和實(shí)踐空間。此結(jié)論可作為未來(lái)海上油氣田平臺(tái)中控系統(tǒng)選型的重要依據(jù)。

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ComparisonandResearchofCentralControlSystemofOffshoreOilandGasPlatform

JI Chao, XU Zheng-hai, DING Chuan-hui, CHEN Di

(CNOOCResearchInstitute)

Through comparing and analyzing the central control system of offshore platform in service, including their general features and common characteristics, their application experience were summarized to provide an important basis for selecting offshore platform’s control system later.

central control system, offshore platform, comparison and analysis, system topological structure

TH862

A

1000-3932(2017)01-0079-07

紀(jì)超(1987-)，工程師，從事海上油氣田和陸上終端設(shè)施儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，jichao@cnooc.com.cn。

2016-01-12，

2016-09-14)