海洋石油開發(fā)中新型DCS 系統(tǒng)建構(gòu)及應(yīng)用分析

張志華

（中海石油（中國）有限公司秦皇島32-6 作業(yè)公司，天津 300459）

海洋石油113 的安全生產(chǎn)影響著周邊10 余座平臺的正常生產(chǎn)，他作為BZ25-1，BZ26-3，BZ19-4 和BZ19-6 油田的生產(chǎn)儲油中心，其上中控系統(tǒng)也是周邊油田群的主控制中心?！昂Ｑ笫?13”中控系統(tǒng)的安全、可靠十分重要，但其投產(chǎn)已有16 年，中控系統(tǒng)已處在設(shè)備生命周期的末期，同時其部分卡件已停產(chǎn)。預(yù)計未來1 ～2 年內(nèi)將是故障高發(fā)期，因此，對其控制系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)防性更新改造十分必要。隨著DCS 的更新?lián)Q代，新型的DCS 系統(tǒng)已經(jīng)具有高可靠性、協(xié)調(diào)性、靈活性、開放性、控制算法齊全以及易維護(hù)等眾多優(yōu)勢，并且開始廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，為自動化的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。近幾年來，海洋石油開發(fā)的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，傳統(tǒng)的人工管理與維護(hù)方式已經(jīng)不再適合當(dāng)前發(fā)展了 。而新型DCS 通過操作站可以對整個運行過程實現(xiàn)集中監(jiān)視、操作以及管理，利用控制站能夠?qū)τ诠に囘^程中的各個部分采取分散控制。

1 新型DCS 系統(tǒng)在海洋石油開發(fā)中存在的問題

當(dāng)前，開展石油開發(fā)中使用的控制系統(tǒng)通常是DCS，而普遍應(yīng)用的設(shè)計方案則是采用中央控制室的方式，將控制管理級、生產(chǎn)管理級以及過程控制級統(tǒng)一放置在中控室內(nèi)，然后，利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來將各級進(jìn)行連接，從而構(gòu)成一套控制系統(tǒng)。但是，這一控制方案卻存在許多問題。

（1）無法發(fā)揮DCS 的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢。新型DCS 的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通常是使用冗余光纖以外網(wǎng)結(jié)構(gòu)，具有傳輸距離遠(yuǎn)，速度快等特點，并且對于整個系統(tǒng)的可擴(kuò)充性、可靠性以及實時性等具有直接影響。如果集中放置到中央控制室中，新型DCS 的分布式結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膬?yōu)勢將蕩然無存。

（2）限制了現(xiàn)場設(shè)備的測點增減。由于對現(xiàn)場設(shè)備的測點增減造成了一定程度的限制，從而影響了施工現(xiàn)場設(shè)備的可拓展性。在施工結(jié)束以后，施工現(xiàn)場必然會需要使用到眾多的設(shè)備與管線等，如果擴(kuò)充現(xiàn)場設(shè)備測點的話，再補(bǔ)充施工將會具有較大的難度，所以，現(xiàn)場設(shè)備的可擴(kuò)展性十分有限。

（3）施工難度大，成本上升。因為DCS 需要將施工現(xiàn)場設(shè)備測電信號通過硬連接電纜將其全部連接到中央控制室，而大量的電纜在海上具有極大的安裝難度，所以施工成本增加。

2 新型DCS 系統(tǒng)的特征

集散控制系統(tǒng)最早是出現(xiàn)在20 世紀(jì)的70 年代，它是由通訊技術(shù)、CRT 顯示技術(shù)、控制技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)等進(jìn)行結(jié)合的一種產(chǎn)物，通過以未處理機(jī)為核心，將數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、計算機(jī)、工業(yè)控制系統(tǒng)、模擬儀表、過程通道以及顯示操作裝置等進(jìn)行結(jié)合，并采用組合裝式組成一個完整系統(tǒng)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化目的。所以，在當(dāng)前的工業(yè)自動化系統(tǒng)中，以PLC 為基礎(chǔ)的集散控制系統(tǒng)已經(jīng)成為主流。而在進(jìn)行海洋石油的開發(fā)中，由于作業(yè)條件非常艱苦，工作環(huán)境非常惡劣，并且隨著海上石油的開發(fā)規(guī)模在不斷的擴(kuò)大，因此，在海洋石油的開發(fā)中應(yīng)用DCS 具有十分明顯的作用。

在DCS 系統(tǒng)的開發(fā)過程中，廠家十分重視系統(tǒng)網(wǎng)路與現(xiàn)場控制站的設(shè)計開發(fā)工作。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在最初階段，是應(yīng)用在高速數(shù)據(jù)總線的封閉中，而如今已經(jīng)成了應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)與以外網(wǎng)技術(shù)的先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場控制站的功能進(jìn)行了一定程度上的完善。新型DCS 系統(tǒng)的出現(xiàn)，將以往的信息控制轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合信息管理。隨著系統(tǒng)的規(guī)模住進(jìn)擴(kuò)大，產(chǎn)品集成與功能集成能力得到了明顯 提升，同時，還實現(xiàn)了企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)的集成。新型DCS 系統(tǒng)具有信息化、集成化等顯著特征。另外，新型DCS 系統(tǒng)的突出優(yōu)點表現(xiàn)為系統(tǒng)功能的開發(fā)性、分散化。因為在新型DCS 系統(tǒng)中應(yīng)用了FCS 技術(shù)，所以不僅可以控制單元現(xiàn)場化，同時，還可以控制功能的模塊化與單元化，在能夠提高性能的同時，還可以降低成本。新型DCS 系統(tǒng)所具有的開發(fā)性，能夠與第三方產(chǎn)品實現(xiàn)互操作性。

對上述特點進(jìn)行總結(jié)，新型DCS 系統(tǒng)的特點主要體現(xiàn)在：（1）擴(kuò)展十分靈活。新型DCS 系統(tǒng)采用的模塊式結(jié)構(gòu)，所以可以提供各種功能模塊，并且還可以靈活地組成各種簡單、復(fù)雜的控制系統(tǒng)。同時，還可以根據(jù)生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程，隨時修改控制方案，不需要改變硬件配置，只需要在系統(tǒng)容量的允許范圍內(nèi)，進(jìn)行組態(tài)就可以構(gòu)成新的控制方案。在整體設(shè)計方面，新型DCS 系統(tǒng)由于留有大量的可擴(kuò)展性結(jié)構(gòu)，所以可以非常方便地進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展和外接。（2）安全可靠。因為DCS 屬于集中監(jiān)視，控制分散，所以出現(xiàn)故障之后所造成的影響面積會相對較小，同時，在設(shè)計過程中就具有了自診斷功能、聯(lián)鎖保護(hù)功能、系統(tǒng)故障人工手動控制操作措施以及冗余措施等，大大提升了系統(tǒng)的可靠性。（3）維護(hù)簡單快捷。DCS 設(shè)計是基于系列化、積木化以及標(biāo)準(zhǔn)化所開展的。因為積木式的模板功能十分單一，因此在進(jìn)行裝配和維修方面同樣非常方便，而因為系統(tǒng)自身具有故障自動檢查診斷程序和再啟動功能，因此，在進(jìn)行維修的時候同樣非常方便。

3 新型DCS 系統(tǒng)構(gòu)建

（1）DCS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。新型控制系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，主要可以包括工程師站、現(xiàn)場控制站、操作員站以及過程控制網(wǎng)絡(luò)等。其中，現(xiàn)場控制站在DCS 中屬于核心關(guān)鍵，具有現(xiàn)場測量單元、存儲器、執(zhí)行單元的I/O 以及CPU 等；工程師站則主要是對DCS 進(jìn)行應(yīng)用組態(tài)；操作員站則是為了實現(xiàn)人機(jī)界面的功能，從而使操作員可以開展日常操作和監(jiān)視工作；過程控制網(wǎng)絡(luò)站可以連接工程師站、控制站以及操作站等，從而實現(xiàn)信息和控制命令的傳輸和發(fā)送，使信息的傳輸更加高速安全。

（2）平臺監(jiān)控與管理層。新型DCS 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要是采用工業(yè)以外網(wǎng)，可以為平臺層面提供實時決策信息的傳遞通道，使其能夠有效運用。利用新型DCS 系統(tǒng)，還可以通過智能設(shè)備等技收集、整合設(shè)備的運行故障信息、狀態(tài)信息以及診斷信息等，并將信息與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，可以實現(xiàn)提前預(yù)警設(shè)備、裝置的故障和性能退化，最終為海上石油開發(fā)的監(jiān)控管理工作提供有效的決策信息。另外，平臺的監(jiān)控和管理工作中要包平臺資產(chǎn)管理，定對整個平臺的監(jiān)控情況進(jìn)行報告，能夠提高平臺資源的分配與生產(chǎn)調(diào)度能力。

（3）控制層。在海上石油開發(fā)中控平臺中，控制室除了需要監(jiān)控平臺油氣處理工藝過程以外，還需要監(jiān)控、遙測單獨井口平臺。海上石油開發(fā)中心的平臺處理系統(tǒng)中，可以將其分為原油三級分離系統(tǒng)、公用系統(tǒng)、伴生氣處理系統(tǒng)、三甘醇脫水系統(tǒng)以及油氣外輸系統(tǒng)等。平臺油氣在進(jìn)行處理之后，將其外輸或是送到其他平臺中，可以將其用于生產(chǎn)。

三甘醇脫水系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、中控系統(tǒng)等眾多系統(tǒng)中的變送器、壓力以及溫度等都會以采集到的數(shù)據(jù)為依據(jù)。以此來計算PID 調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對加熱器調(diào)節(jié)閥、壓力以及液位等方面精準(zhǔn)控制的目的。將控制鍵盤設(shè)置在液氣外輸泵、應(yīng)急發(fā)電機(jī)系統(tǒng)以及伴生氣處理系統(tǒng)中，此時，平臺中的中控系統(tǒng)會通過控制鍵盤來實現(xiàn)信息交換，從而滿足監(jiān)控線上設(shè)備參數(shù)的需求。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著當(dāng)前對于海上石油開采不斷的深入，由于其工藝的復(fù)雜性與魂晶的惡劣性，在此基礎(chǔ)上通過與新興DCS 系統(tǒng)所自帶的優(yōu)勢相結(jié)合，并利用Rockwell RSView32組態(tài)軟件來對于石油平臺DCS 系統(tǒng)進(jìn)行研究，同時，還實現(xiàn)了海上石油開采過程中平臺各子過程的分散控制、被采集信息的集中管理。因此，對于海上石油生產(chǎn)來說，該系統(tǒng)是DCS 技術(shù)的關(guān)鍵部分，并且系統(tǒng)還具備較好的可靠性和穩(wěn)定性，能夠有效地提高海上石油的開發(fā)效率。