埕岛中心三号平台自控系统

张泉城 中国石化股份有限公司胜利油田分公司海洋采油厂

埕岛中心三号平台自控系统

张泉城 中国石化股份有限公司胜利油田分公司海洋采油厂

胜利埕岛海上油田中心三号平台自控系统由综合控制系统（简称ICS系统）和卫星平台遥测遥控系统（简称SCADA系统）两套系统组成，中心三号平台检测、监控数据主要分成模拟量信号及数字量信号两类。通过PID调节，可实现各种气动开关阀开关动作，外输泵、注水泵电机遥控启停。中心三号ESD系统作为安全控制系统的一部分，按照级别高低共设有ESD—0、ESD—1、PSD和USD四级关断。生产平台应用了分布式远程I/O控制盘，自控系统PLC与I/O模板之间只需要2条冗余光纤就可以实现通信，降低了自控电缆及桥架敷设工作量，节省了自控电缆用量，使用光纤也提高了数据通讯质量。

中心三号；ESD；PCS；SIS；数据采集

1 系统结构组成

胜利埕岛海上油田中心三号平台自控系统由综合控制系统（简称ICS系统）和卫星平台遥测遥控系统（简称SCADA系统）两套系统组成，其中ICS系统负责整个中心三号平台本地的过程和安全监控，SCADA系统负责对中心三号所属卫星平台（已建27座，待建14座）的遥测遥控。

1.1 系统硬件

中心三号自动化控制系统硬件主要由上位机系统、下位机系统和网络系统组成。

（1）上位机系统主要由服务器、工程师站、操作站、交换机等设备组成，该系统由2台机架式冗余服务器处理中心三号平台和卫星平台所有测控命令，2台操作站完成ICS系统的各项功能。

（2）下位机系统由冗余PLC、远程I/O柜等设备组成，系统采用冗余PLC控制器加分布式远程I/O控制柜的结构模式，平台现场仪表设备全部接入各层就近的远程I/O柜内，实现系统对现场数据的采集。

（3）网络系统由Ether Net/IP和Control Net两级网络[1]组成，橇块与远程I/O单元通过Modbus进行通讯，实现数据上传下达，PLC CPU控制器与远程I/O单元通过冗余Control Net网络连接，实现PLC控制器对数据的集中处理。

1.2 系统软件

系统软件主要由上位机测控软件、系统编程软件、系统通讯软件和网络组态软件四部分组成，其中上位机测控软件使用Honywell PKS系统，完成数据的集中管理和显示。

1.3 系统外部接入设备

中心三号外部接入设备主要有橇块设备、橇块仪表和火气系统。分为3种接入设备：①带简单仪表的接入设备；②带就地控制盘的接入设备；③火气系统的接入。

2 系统的数据采集和控制

中心三号平台检测、监控数据主要分成模拟量信号及数字量信号两类。数据的检测、采集和控制方式与过程控制系统（PCS）及安全控制系统（SIS）也有差别[2]。

2.1 数据采集及控制类型

（1）数据采集。中心三号自控系统主要完成平台工艺参数的采集，现场的参数主要包括：温度、压力、液位、流量、机泵的运行状态、故障状态信号、控制阀的开关状态等。根据信号类型可分为：4～20 mA（两线、三线）、有源触点、无源触点、4～20 mA（四线）脉冲信号、三线带补偿铂热电阻等。

（2）控制类型。PID调节：包括单回路及复杂的串级调节，如分离缓冲罐液位调节、分离缓冲罐压力调节、注水罐液位调节、外输换热器油温调节等。基本控制功能：如各种气动开关阀开关动作，外输泵、注水泵电机遥控启停。

2.2 系统的数据检测、采集、控制

安全控制系统（SIS）相比过程控制系统（PCS）对稳定性、可靠性提出了较高的要求，安全控制系统采用双重冗余设计，即现场的数据信号同时输入至两块相同输入模板，而控制输出信号也同时由两块模板控制输出。

（1）模拟量输入。由于模拟量采用了双通道数据采集，因此在程序中需对采集到的两组数据进行比对处理，以判定采集数据的准确性。当确认两个通道的工作状态均处于正常状态，则可确认两个通道检测数据均为有效。

（2）数字量输入。数字量信号的双重冗余输入相对简单，可以直接将两块数字量输入模板并联接入检测回路中。将两组采集到的数据进行简单的“或”逻辑运算，确保当两路独立的模板输入的信号一致为“0”时，方可确定现场输入信号真实、有效。

（3）数字量输出。数字量信号的双重冗余输出与双重冗余输入类似，直接将两块数字量输出模板并联接入控制回路中，只要有一路输出触点接通即可控制相应的设备动作。

3 ESD关断逻辑

中心三号ESD系统作为安全控制系统的一部分，根据故障的性质分成不同的关断级别，高级别的关断信号自动引发低级别的关断。按照级别高低共设有ESD—0、ESD—1、PSD和USD四级关断。

（1）ESD—0。弃平台，全场停车，关断所有设备，泄压，提示除应急电源延时关断外其他电源全部关闭，是最高级别的关断。该级别关断只能由平台经理授权后，通过人工方式在中控室操作ESD—0按钮触发。

（2）ESD—1。全平台停车，关断所有设备，泄压，提示操作员关闭去现场设备电源，并触发PSD和USD关断。由火灾、可燃气体报警、重大事故或ESD—1按钮手动触发。

（3）PSD。工艺过程停车，不泄压，仅关断所有紧急切断阀和机泵。由原油外输管线压力高低压、火炬分液罐液位高高及PSD按钮触发。

（4）USD。设备单元停车，关断区域单台设备或单系列设备及相应的紧急切断阀，由单元或不影响主工艺流程的单列设备故障触发。

ESD关断逻辑组态根据ESD因果图完成，每个ESD连锁关断都可单独设置维护/正常状态。当单个连锁关断逻辑设置到维护状态时，ESD系统将不会对该逻辑进行关断。

4 系统应用

目前中心三号自控系统已调试完毕并投入运行，降低了平台职工的日常操作强度，提高了生产现场的安全性和可靠性，主要体现在以下几方面：

（1）自控系统自身安全等级较高，系统配备了冗余双电源供电，应用安全控制系统（SIS）和过程控制系统（PCS）对参数进行分开监控，光纤和控制网络都应用了冗余技术等，与以往大型平台系统相比自身的可靠性有所提高。

（2）平台工艺系统对现场安全要求较高，当出现压力、温度异常或者火气系统报警时，ESD系统将触发相应的连锁关断。ESD连锁关断提高了本平台的安全性，但是连锁关断可能会导致卫星平台人员关井操作不及时。针对这个问题设计了一键关井程序，当需要紧急关断平台时，操作人员可以根据实际状况对区域油井或所有油井实行一键关停，避免关井不及时出现意外。

（3）系统的集成性和扩展性较好，该平台将油气处理、天然气外输、注水及其他橇块设备接入到自控系统，在中控室可以实现对整座平台的全方位监控，降低了录取资料的工作强度。

（4）生产平台应用了分布式远程I/O控制盘，自控系统PLC与I/O模板之间只需要2条冗余光纤就可以实现通信，降低了自控电缆及桥架敷设工作量，节省了自控电缆用量，并提高了数据通讯质量。

[1]张鹏．大牛地气田自动化测控系统[J]．油气田地面工程，2009，28（1）：53-54.

[2]解巨军．SCADA系统在西气东输金坛地下储气库的应用[J]．油气田地面工程，2008，27（1）：61.

（栏目主持关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.2.044