提高臺風(fēng)模式下DCS數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性

郭永新

(中國海洋石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518054)

某氣田平臺位于中國南海東部海域，是一座集天然氣開采、油氣處理、計量和輸送為一體的綜合平臺。該平臺將海底井流物進行氣液分離，并分別對天然氣、凝析油脫水，處理合格后混合進入海底管線輸送至365 km外的珠海終端處理廠作進一步處理。

每年4—11月份平均有3次臺風(fēng)進入該海域，影響該平臺的日常生產(chǎn)，為了保證該平臺人員的安全，當臺風(fēng)來臨時，該平臺啟動臺風(fēng)模式生產(chǎn)，即全部人員將撤到陸地，在陸地珠海終端遠程遙控該平臺的生產(chǎn)。

在臺風(fēng)模式生產(chǎn)時，中心控制系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)將通過通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)疥懙刂楹＝K端，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，對該平臺相關(guān)設(shè)備進行了優(yōu)化改造。

1 平臺與終端中心控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

該平臺中心控制系統(tǒng)是由分散控制系統(tǒng)(DCS)，緊急停車系統(tǒng)(ESD)、火災(zāi)及氣體監(jiān)測報警系統(tǒng)(FGS)組成。DCS對全平臺進行監(jiān)控、操作，接收并顯示、記錄來自DCS，F(xiàn)GS和ESD三大系統(tǒng)的監(jiān)控信息。ESD監(jiān)控該平臺生產(chǎn)關(guān)鍵工藝參數(shù)，一旦工藝參數(shù)觸發(fā)關(guān)停設(shè)定值，將會引發(fā)相應(yīng)級別的ESD關(guān)停。FGS負責(zé)全平臺火氣消防，如果發(fā)現(xiàn)火情將啟動平臺消防系統(tǒng)，并關(guān)斷信號傳送給ESD，觸發(fā)ESD關(guān)停，保證平臺安全。

該平臺與珠海終端中心控制系統(tǒng)通過衛(wèi)星通信的方式進行服務(wù)器間的數(shù)據(jù)傳輸及通信，具體網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 平臺與珠海終端中心控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲示意

如圖1所示，該平臺與珠海終端各設(shè)置DCS服務(wù)器，通過各自的交換機接到各自的衛(wèi)星貓上，衛(wèi)星貓通過功放、衛(wèi)星天線、衛(wèi)星等進行通信。目前該平臺共有2條鏈路與珠海終端進行通信，按網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級依次分別是平臺?珠海衛(wèi)星鏈路專線?珠海終端；平臺?深圳衛(wèi)星鏈路專線?珠海終端。

2 平臺與終端中心控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸原理

珠海終端相當于該平臺服務(wù)器的遠程服務(wù)器，該平臺服務(wù)器將全部數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)方式實時傳輸?shù)街楹＝K端。當該平臺中心控制系統(tǒng)臺風(fēng)模式開關(guān)切換至“本地”時，該平臺與珠海終端的網(wǎng)絡(luò)通斷都不會影響該平臺的日常運行；當該平臺中心控制系統(tǒng)臺風(fēng)模式開關(guān)切換至“珠?！睍r，且在終端中心控制系統(tǒng)服務(wù)器將通信腳本激活，此時該平臺與珠海終端的網(wǎng)絡(luò)斷開超過30 min時，該平臺將產(chǎn)生ESD1級關(guān)停，按邏輯將該平臺所有設(shè)備關(guān)停，平臺停止生產(chǎn)。檢測通信通斷的原理如下。

1)珠海終端DCS服務(wù)器建立通信點1(T-SOFT-STA-NEW1)，信號來源于終端DCS服務(wù)器的CM點COM_STATUS中的時間模塊TIMERA.SO，其腳本如下：

Onchange

ParamValue("DPP-COM-FAULT-NEW1.OP")=ParamValue("T-SOFT-STA-NEW1.PV")

ParamValue("DPP-TS_LT.OP")=ParamValue("DPP-COM-FAULT-NEW1.PV")

2)珠海終端DCS服務(wù)器建立通信點2(DPP-TS_LT)。

3)該平臺DCS服務(wù)器建立通信點3(DPP-COM-FAULT-NEW1)。

由1)的腳本可以發(fā)現(xiàn)，當腳本啟用后1)的值賦予3)，然后3)的值賦予2)點，即優(yōu)先級順序為： 1)>3)>2)。

當1)發(fā)出固定脈沖時，3)接收正常的話，也能產(chǎn)生同樣的固定脈沖，如果脈沖消失超過30 min，則判斷為通信中斷，該平臺啟動ESD1級關(guān)停聯(lián)鎖；當整個通信是正常的，則脈沖信號能傳回2)，如果2)的脈沖消失超過30 min，則終端DCS會出現(xiàn)報警。該平臺與珠海終端通信邏輯如圖2所示。

圖2 平臺與珠海終端通信邏輯示意

3 提高數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性的措施

由于該平臺與珠海終端中心控制系統(tǒng)之間是通過衛(wèi)星通信，臺風(fēng)模式時生產(chǎn)的穩(wěn)定性取決于DCS遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，平臺針對DCS存在的數(shù)據(jù)傳輸問題提出了解決措施。

3.1 衛(wèi)星通信不穩(wěn)定

當臺風(fēng)到來時，該平臺受到強對流天氣的影響，該平臺與終端的通信丟包現(xiàn)象嚴重，網(wǎng)絡(luò)短時中斷嚴重，衛(wèi)星通信不穩(wěn)定。針對該類情況，該平臺采取了以下措施：

1)衛(wèi)星天線增加球形保護罩，做防風(fēng)處理，減小衛(wèi)星天線受臺風(fēng)吹襲而產(chǎn)生的晃動，保證衛(wèi)星天線穩(wěn)定性。

2)將發(fā)射信號較差的衛(wèi)星ODU型功放更換為BUC型功放，并更新升級衛(wèi)星貓，提高衛(wèi)星天線的可靠性。

3)臺風(fēng)模式生產(chǎn)時臨時調(diào)升快速速率由256 Kibit/s至512 Kibit/s，增加通信網(wǎng)絡(luò)帶寬。

4)將遠程視頻監(jiān)控通信與中心控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信分開，即原先與DCS共同走平臺珠海衛(wèi)星專線更改為走平臺蛇口衛(wèi)星線路后再轉(zhuǎn)到珠海橫琴終端，將珠海衛(wèi)星專線專用于中心控制系統(tǒng)，避免視頻監(jiān)控通信擠占網(wǎng)絡(luò)資源。

通過改造升級，目前海陸通信的丟包率由最高時的32%降到5%，由之前平均每1 000個包丟失30～50個，降到5個以內(nèi)，通信質(zhì)量明顯提升。

3.2 存在較多無效的傳輸點

由于該平臺中心控制系統(tǒng)經(jīng)過新系統(tǒng)加入及設(shè)備的更新等改造，有部分無效的點在數(shù)據(jù)傳輸中會影響整體數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量。針對該類情況，該平臺采取了以下措施：

1)排查DCS，ESD，F(xiàn)GS三大系統(tǒng)，刪除殘留無效通信點。

2)暫停臺風(fēng)模式生產(chǎn)下未啟用的設(shè)備與中心控制系統(tǒng)的傳輸，如水下生產(chǎn)系統(tǒng)、虛擬計量系統(tǒng)等。

通過以上的改進，將系統(tǒng)海陸傳輸?shù)臄?shù)據(jù)點降低了5%，基本上杜絕了無效的傳輸點，避免在終端遠程監(jiān)控時過多的無效點干擾正常的監(jiān)控。

3.3 DCS硬件狀態(tài)不佳

該平臺中心控制系統(tǒng)部分卡件使用年限長、運行存在溫度超高的情況，影響了系統(tǒng)運行速度。針對該情況，該平臺定期對卡件進行除塵清灰，檢測溫度，并通過系統(tǒng)自帶的軟件進行檢測，及時對狀態(tài)不佳的系統(tǒng)卡件更新升級，避免由于卡件的老化而導(dǎo)致的故障，確保臺風(fēng)模式生產(chǎn)時的穩(wěn)定。

3.4 DCS服務(wù)器緩存數(shù)據(jù)過多

中心控制系統(tǒng)服務(wù)器C盤數(shù)據(jù)過多，占用空間較大，影響DCS軟件的運行速度。平臺將DCS歷史保存數(shù)據(jù)路徑轉(zhuǎn)移到D盤，確保服務(wù)器C盤的可用空間在30GiB以上，并定期清理服務(wù)器緩存，確保服務(wù)器不因軟件運行遲緩而影響遠程傳輸速率及穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

在臺風(fēng)模式生產(chǎn)時，海上油氣平臺上無人值守，生產(chǎn)操作人員遠在300 km以外的陸地終端。與陸地油氣田采用光纖通信不同的是，海上油氣平臺與遠程終端的通信目前仍然采用衛(wèi)星通信，部分海上油氣平臺采用微波通信，為了確保無人值守時生產(chǎn)參數(shù)的遠程監(jiān)控及操作，保證平臺生產(chǎn)的穩(wěn)定及安全，提高中心控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性是關(guān)鍵。該平臺通過多方面的舉措，確保了中心控制系統(tǒng)硬件、軟件的運行速率，提高了衛(wèi)星通信質(zhì)量及數(shù)據(jù)傳輸效率，從而提高了臺風(fēng)模式下中心控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。