國產(chǎn)化DCS系統(tǒng)在海洋石油162平臺首次應(yīng)用

姜春起 劉 陽 許海東

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司 天津 300452）

引言

自動化控制在海洋油氣生產(chǎn)過程中有非常重要的作用?，F(xiàn)代新型的大中型海洋油氣平臺具有生產(chǎn)連續(xù)性強、生產(chǎn)過程控制相對復雜的特點，為保障整個系統(tǒng)安全高效的生產(chǎn)，平臺均使用高可靠性的自動化控制系統(tǒng)對流程進行實時監(jiān)控。

中國海油早期項目多采用繼電器邏輯控制和現(xiàn)場氣動調(diào)節(jié)回路的方式進行控制；90年代初期開始使用PLC技術(shù)和氣動調(diào)節(jié)回路結(jié)合的方式進行控制，其中PLC控制邏輯和關(guān)斷功能，氣動回路控制現(xiàn)場過程功能；90年代末期，中國海油為海洋油氣平臺引入集散型控制系統(tǒng)（DCS），DCS系統(tǒng)具有分散控制、集中操作的優(yōu)點，適合于規(guī)模較大的平臺。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，主流的DCS系統(tǒng)都開始兼容新型現(xiàn)場總線技術(shù)，目前中國海油的油氣處理設(shè)施逐步采用DCS控制系統(tǒng)加現(xiàn)場總線儀表的控制方式。

1 ECS-700系統(tǒng)介紹

海洋石油162中控系統(tǒng)主要設(shè)備放置在中央控制室，用于實時監(jiān)控平臺狀態(tài)，并對生產(chǎn)流程進行操控，中控系統(tǒng)由過程控制系統(tǒng)（PCS）、應(yīng)急關(guān)停系統(tǒng)(ESD)、火氣系統(tǒng)（F&G）三部分組成[3]，所有系統(tǒng)進行適當集成，共享人機接口、數(shù)據(jù)庫、操作站、打印機和數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的可靠性和實時通信。

海洋石油162平臺使用浙江中控WebField ECS系統(tǒng)，該系統(tǒng)是國產(chǎn)的大規(guī)模聯(lián)合控制系統(tǒng)，具有大規(guī)模組網(wǎng)、現(xiàn)場總線和信息管理等融合在一起的技術(shù)優(yōu)勢，是國內(nèi)成熟的過程控制系統(tǒng)之一。海洋石油162平臺為推進“三新三化”采用WebField ECS系統(tǒng)實現(xiàn)采油平臺生產(chǎn)過程自動化。

1.1 系統(tǒng)簡介

ECS-700系統(tǒng)使用了中控InPlant整體解決方案，滿足大型化工企業(yè)管理生產(chǎn)裝置一體化的能力。通過長期與國內(nèi)化工廠合作，ECS-700系統(tǒng)通過持續(xù)改進集成了信息共享和協(xié)同工作的功能，通過不同部門人員同時在線辦公，可以幫助用戶及時獲得決策信息，以便提高工作效率，起到降本增效的作用。此外，ECS-700系統(tǒng)具有靈活的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，支持持續(xù)在線系統(tǒng)擴容，通過開放數(shù)據(jù)交換接口，可以與其他系統(tǒng)通過OPC、ODBC等接口進行數(shù)據(jù)交換，滿足使用其他信息系統(tǒng)的企業(yè)需求。

1.2 系統(tǒng)特點

（1）可靠性

ECS-700系統(tǒng)硬件由浙江中控集團研發(fā)，該系統(tǒng)具有智能診斷功能，每個模塊都可以實現(xiàn)自動診斷功能，并通過面板指示燈進行狀態(tài)顯示，此外還可以通過診斷軟件查看系統(tǒng)故障信息，可以分析每個IO通道是否故障。ECS-700系統(tǒng)硬件模塊取得CE認證，都具有較強的環(huán)境防護能力，可以在G3嚴重污染的環(huán)境中使用，保證了工業(yè)現(xiàn)場高EMC環(huán)境下正常工作。

ECS-700系統(tǒng)使用全冗余系統(tǒng)結(jié)構(gòu)保障系統(tǒng)的可靠運行。海洋石油162現(xiàn)場使用全冗余的供電系統(tǒng)為系統(tǒng)進行供電，并使用冗余的控制站、IO卡件保證系統(tǒng)的正常運行。冗余的配置保證了當某個卡件故障時，系統(tǒng)可以自動無縫切換到冗余卡件繼續(xù)運行，保證生產(chǎn)流程的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。針對故障的卡件，可以通過熱插拔的方式在線進行更換，此種更換方式對系統(tǒng)流程運轉(zhuǎn)無干擾。

（2）拓展性

ECS-700系統(tǒng)可以實現(xiàn)在線擴容和并網(wǎng)操作，該系統(tǒng)具有分域管理、協(xié)同多人組態(tài)、單點在線下載和在線發(fā)布等技術(shù)優(yōu)勢，可以實現(xiàn)多人協(xié)同辦公，通過多個工程師在同一組態(tài)平臺上同時組態(tài)和對系統(tǒng)的維護，可以大大降低施工周期。利用這些技術(shù)企業(yè)可以實現(xiàn)生產(chǎn)的同時擴展新型系統(tǒng)類型模塊，并且不會干擾系統(tǒng)的流程，為企業(yè)更新現(xiàn)場技術(shù)、優(yōu)化流程帶來便利。

（3）易用性

ECS-700系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮膱D形化編程工具，可以直觀的進行系統(tǒng)組態(tài)、調(diào)試和監(jiān)控等，支持連續(xù)控制、順序控制、梯形邏輯控制和批量控制等功能，在完成組態(tài)后可通過軟件系統(tǒng)級進行組態(tài)關(guān)聯(lián)性檢測，確保組態(tài)的正確性。系統(tǒng)采用統(tǒng)一的全局數(shù)據(jù)庫，可以選擇手動輸入或從Excel導入數(shù)據(jù)庫信息，在輸入控制器所需信息后，不需要重復對不同層次的數(shù)據(jù)庫進行組態(tài)，可以有效提高組態(tài)效率。系統(tǒng)提供組態(tài)增量發(fā)布功能，僅下載修改的組態(tài)，避免影響現(xiàn)場流程正常運轉(zhuǎn)。通過強大的數(shù)據(jù)庫，ECS-700系統(tǒng)可以方便記錄組態(tài)、操作、狀態(tài)曲線歷史，方便后期查詢追溯。ECS-700系統(tǒng)提供在電腦上模擬操作環(huán)境功能，通過控制器仿真實現(xiàn)組態(tài)的調(diào)試、操作人員培訓等目的。

（4）開放性

ECS-700系統(tǒng)采用高配置、高穩(wěn)定性工業(yè)級PC作為操作員站和工程師站，軟件系統(tǒng)基于Windows平臺并集成相關(guān)軟件接口，支持OPC、TCP/IP等開放協(xié)議與ECS-700系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，同時也支持Excel軟件、VBA語言與系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，方便拓展其他軟件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。ECS-700系統(tǒng)原生支持EPA、FF、HART等標準現(xiàn)場總線協(xié)議，所有符合標準現(xiàn)場總線協(xié)議的設(shè)備都可以由控制站統(tǒng)一管理，降低維護費用。ECS-700系統(tǒng)提供友好的人機交互界面，可以通過專用鍵盤或觸摸屏對系統(tǒng)進行操作，方便用戶使用操作。

2 中控PCS系統(tǒng)配置方案

2.1 配置總則

海洋石油162平臺配置中控室一個，控制柜室一個。PCS系統(tǒng)顯示器、操作站、工程師站部署在中控室，對現(xiàn)場生產(chǎn)流程、設(shè)備狀態(tài)進行操作和監(jiān)控。整個PCS控制系統(tǒng)由控制柜、操作站、工程師站等設(shè)備組成，每套裝置設(shè)置一臺工程師站及一組操作站，控制站、機柜等設(shè)備按裝置分別獨立配置。PCS系統(tǒng)控制柜位于控制柜室，柜內(nèi)接線端子排用于連接現(xiàn)場線纜到PCS系統(tǒng)冗余卡件，PCS控制站到控制柜使用高速冗余網(wǎng)絡(luò)進行連接，避免各裝置在正常生產(chǎn)和組態(tài)過程中互相干擾。

海洋石油162使用的PCS系統(tǒng)是一套完整的系統(tǒng)，系統(tǒng)采用了對等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過冗余的網(wǎng)絡(luò)連接控制柜卡件和中控操作站，用于傳遞現(xiàn)場狀態(tài)信息、過程控制信息、操控指令、狀態(tài)報警、歷史數(shù)據(jù)等內(nèi)容，通過高速冗余網(wǎng)絡(luò)，確保數(shù)據(jù)實時、高效、可靠地進行傳輸。

2.2 總體配置方案

（1）工程師站配置

在海洋石油162平臺的控制室設(shè)置1臺工程師站，可以對全局進行管理、組態(tài)及修改。

配置如下：

品牌：DELL

型號：Precision T3610

內(nèi)存：DDR3 ECC 64GB 1066MHz ECC

硬盤：500G×2 SATA（7200RPM）

顯卡：獨立顯卡，顯存1GB，雙網(wǎng)卡

顯示器：DELL 22'LCD雙屏

控制網(wǎng)接口卡：Broadcom Gigabit Ethernet Controller,

配備DVD光驅(qū)，音箱和標準PC鍵盤

全國三年聯(lián)保

工控軟件：VisualField系統(tǒng)工程師站軟件

（2）操作員站配置

海洋石油162中控PCS系統(tǒng)配置1臺操作員站。

配置如下：

品牌：DELL

型號：Precision T3610

內(nèi)存：DDR3 ECC 16GB 1066MHz ECC

硬盤：500G SATA（7200RPM）

顯卡：獨立顯卡，顯存1GMB，雙網(wǎng)卡

顯示器：DELL 22'LCD雙屏

配備DVD光驅(qū)和標準PC鍵盤

工控軟件：VisualField系統(tǒng)操作員站軟件

（3）歷史記錄工作站配置

DCS工程師站兼做歷史記錄服務(wù)器，對全局的歷史數(shù)據(jù)進行存儲，具體配置見工程師站的配置。

（4）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置

海洋石油162中控使用100M/1G冗余網(wǎng)絡(luò)，使用雙網(wǎng)并發(fā)技術(shù)，可以實現(xiàn)無擾動切換，同時對等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定可靠、響應(yīng)快的優(yōu)點。

（5）打印機配置

海洋石油162中控系統(tǒng)共配置1臺打印機，型號、規(guī)格分別為：HP黑白A4激光網(wǎng)絡(luò)打印機型號：HP 1025。

（6）時鐘同步服務(wù)器配置

系統(tǒng)配置一套時鐘同步裝置，用于統(tǒng)一各系統(tǒng)的時鐘同步。

型號：MA-802/GB雙網(wǎng)口

規(guī)格：雙網(wǎng)口，10/100M內(nèi)置恒溫晶振,高精度保持,LCD,RS232/485,1pps,本地告警,機架式；安裝支架；客戶端軟件等。

（7）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 DCS系統(tǒng)配置

海洋石油162平臺PCS系統(tǒng)使用浙江中控WebField ECS系列的ECS-700系統(tǒng)，由控制柜（控制站、I/O卡件及配套設(shè)備）、操作員站、工程師站、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成。

3.1 海洋石油162平臺PCS系統(tǒng)I/O模塊配置

海洋石油162平臺PCS系統(tǒng)I/O配置如表1所示(含20%余量)，以下配置以常規(guī)的海上平臺的IO點數(shù)進行參考配置。

表1 IO點數(shù)匯總及模塊配置

3.2 海洋石油162平臺DCS系統(tǒng)控制層配置

系統(tǒng)配置1對冗余的控制站，控制器等配置如下所示：

?

I/O端子板

?

3.3 海洋石油162平臺DCS系統(tǒng)機柜配置

?

3.4 海洋石油162平臺DCS系統(tǒng)操作層設(shè)備配置

操作站：

?

網(wǎng)絡(luò)部件：

?

操作站軟件：

?

輔助部件：

?

4 應(yīng)用效果

隨著海洋石油162平臺的順利投產(chǎn)，并經(jīng)過為期一年的生產(chǎn)考驗，ECS-700系統(tǒng)可以滿足平臺上工藝生產(chǎn)流程操控、現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)測的要求。海上平臺首套國產(chǎn)化DCS系統(tǒng)成功通過現(xiàn)場檢驗，為海上平臺穩(wěn)定、可靠運行提供了重要保障，也為海油今后開展實施國產(chǎn)化控制系統(tǒng)積累了寶貴的經(jīng)驗。

結(jié)語

國產(chǎn)化控制系統(tǒng)從基礎(chǔ)的引進吸收到現(xiàn)在能夠在所有行業(yè)與國外控制系統(tǒng)一爭高下走過了30多年的歷程，在這30多年里國人自強不息、開拓進取完成了國產(chǎn)化控制系統(tǒng)從無到有，從滯后到領(lǐng)先的飛躍，當今國產(chǎn)化控制系統(tǒng)憑借著其先進的技術(shù)、領(lǐng)先的理念，儼然成為了一只新興的力量在世界工業(yè)控制系統(tǒng)舞臺中占有一席之地，我國作為一個資源大國，有著豐富的油氣資源，而國產(chǎn)化控制系統(tǒng)也必將在中國海油海上平臺中展現(xiàn)其過人的先進性、可靠性和安全性，最終實現(xiàn)海上平臺控制系統(tǒng)整體國產(chǎn)化，確保海上油氣作業(yè)平臺的安全生產(chǎn)，有助于中海油實現(xiàn)降本增效的目標，為我國的資源開發(fā)提供強勁有力保障。