海洋石油开发中新型DCS 系统建构及应用分析

张志华

（中海石油（中国）有限公司秦皇岛32-6 作业公司，天津 300459）

海洋石油113 的安全生产影响着周边10 余座平台的正常生产，他作为BZ25-1，BZ26-3，BZ19-4 和BZ19-6 油田的生产储油中心，其上中控系统也是周边油田群的主控制中心。“海洋石油113”中控系统的安全、可靠十分重要，但其投产已有16 年，中控系统已处在设备生命周期的末期，同时其部分卡件已停产。预计未来1 ～2 年内将是故障高发期，因此，对其控制系统进行预防性更新改造十分必要。随着DCS 的更新换代，新型的DCS 系统已经具有高可靠性、协调性、灵活性、开放性、控制算法齐全以及易维护等众多优势，并且开始广泛应用在工业生产领域，为自动化的实现奠定了基础。近几年来，海洋石油开发的规模逐渐扩大，传统的人工管理与维护方式已经不再适合当前发展了 。而新型DCS 通过操作站可以对整个运行过程实现集中监视、操作以及管理，利用控制站能够对于工艺过程中的各个部分采取分散控制。

1 新型DCS 系统在海洋石油开发中存在的问题

当前，开展石油开发中使用的控制系统通常是DCS，而普遍应用的设计方案则是采用中央控制室的方式，将控制管理级、生产管理级以及过程控制级统一放置在中控室内，然后，利用网络系统来将各级进行连接，从而构成一套控制系统。但是，这一控制方案却存在许多问题。

（1）无法发挥DCS 的系统网络优势。新型DCS 的系统网络通常是使用冗余光纤以外网结构，具有传输距离远，速度快等特点，并且对于整个系统的可扩充性、可靠性以及实时性等具有直接影响。如果集中放置到中央控制室中，新型DCS 的分布式结构与网络的远距离传输的优势将荡然无存。

（2）限制了现场设备的测点增减。由于对现场设备的测点增减造成了一定程度的限制，从而影响了施工现场设备的可拓展性。在施工结束以后，施工现场必然会需要使用到众多的设备与管线等，如果扩充现场设备测点的话，再补充施工将会具有较大的难度，所以，现场设备的可扩展性十分有限。

（3）施工难度大，成本上升。因为DCS 需要将施工现场设备测电信号通过硬连接电缆将其全部连接到中央控制室，而大量的电缆在海上具有极大的安装难度，所以施工成本增加。

2 新型DCS 系统的特征

集散控制系统最早是出现在20 世纪的70 年代，它是由通讯技术、CRT 显示技术、控制技术以及计算机技术等进行结合的一种产物，通过以未处理机为核心，将数据通讯系统、计算机、工业控制系统、模拟仪表、过程通道以及显示操作装置等进行结合，并采用组合装式组成一个完整系统，从而实现系统的自动化目的。所以，在当前的工业自动化系统中，以PLC 为基础的集散控制系统已经成为主流。而在进行海洋石油的开发中，由于作业条件非常艰苦，工作环境非常恶劣，并且随着海上石油的开发规模在不断的扩大，因此，在海洋石油的开发中应用DCS 具有十分明显的作用。

在DCS 系统的开发过程中，厂家十分重视系统网路与现场控制站的设计开发工作。系统网络在最初阶段，是应用在高速数据总线的封闭中，而如今已经成了应用现场总线技术与以外网技术的先进网络，将现场控制站的功能进行了一定程度上的完善。新型DCS 系统的出现，将以往的信息控制转变为综合信息管理。随着系统的规模住进扩大，产品集成与功能集成能力得到了明显 提升，同时，还实现了企业网络和控制网络的集成。新型DCS 系统具有信息化、集成化等显著特征。另外，新型DCS 系统的突出优点表现为系统功能的开发性、分散化。因为在新型DCS 系统中应用了FCS 技术，所以不仅可以控制单元现场化，同时，还可以控制功能的模块化与单元化，在能够提高性能的同时，还可以降低成本。新型DCS 系统所具有的开发性，能够与第三方产品实现互操作性。

对上述特点进行总结，新型DCS 系统的特点主要体现在：（1）扩展十分灵活。新型DCS 系统采用的模块式结构，所以可以提供各种功能模块，并且还可以灵活地组成各种简单、复杂的控制系统。同时，还可以根据生产工艺、生产流程，随时修改控制方案，不需要改变硬件配置，只需要在系统容量的允许范围内，进行组态就可以构成新的控制方案。在整体设计方面，新型DCS 系统由于留有大量的可扩展性结构，所以可以非常方便地进行系统扩展和外接。（2）安全可靠。因为DCS 属于集中监视，控制分散，所以出现故障之后所造成的影响面积会相对较小，同时，在设计过程中就具有了自诊断功能、联锁保护功能、系统故障人工手动控制操作措施以及冗余措施等，大大提升了系统的可靠性。（3）维护简单快捷。DCS 设计是基于系列化、积木化以及标准化所开展的。因为积木式的模板功能十分单一，因此在进行装配和维修方面同样非常方便，而因为系统自身具有故障自动检查诊断程序和再启动功能，因此，在进行维修的时候同样非常方便。

3 新型DCS 系统构建

（1）DCS 系统结构。新型控制系统在系统结构方面，主要可以包括工程师站、现场控制站、操作员站以及过程控制网络等。其中，现场控制站在DCS 中属于核心关键，具有现场测量单元、存储器、执行单元的I/O 以及CPU 等；工程师站则主要是对DCS 进行应用组态；操作员站则是为了实现人机界面的功能，从而使操作员可以开展日常操作和监视工作；过程控制网络站可以连接工程师站、控制站以及操作站等，从而实现信息和控制命令的传输和发送，使信息的传输更加高速安全。

（2）平台监控与管理层。新型DCS 系统的网络结构主要是采用工业以外网，可以为平台层面提供实时决策信息的传递通道，使其能够有效运用。利用新型DCS 系统，还可以通过智能设备等技收集、整合设备的运行故障信息、状态信息以及诊断信息等，并将信息与历史数据进行分析对比，可以实现提前预警设备、装置的故障和性能退化，最终为海上石油开发的监控管理工作提供有效的决策信息。另外，平台的监控和管理工作中要包平台资产管理，定对整个平台的监控情况进行报告，能够提高平台资源的分配与生产调度能力。

（3）控制层。在海上石油开发中控平台中，控制室除了需要监控平台油气处理工艺过程以外，还需要监控、遥测单独井口平台。海上石油开发中心的平台处理系统中，可以将其分为原油三级分离系统、公用系统、伴生气处理系统、三甘醇脱水系统以及油气外输系统等。平台油气在进行处理之后，将其外输或是送到其他平台中，可以将其用于生产。

三甘醇脱水系统、分离系统、中控系统等众多系统中的变送器、压力以及温度等都会以采集到的数据为依据。以此来计算PID 调节，从而实现对加热器调节阀、压力以及液位等方面精准控制的目的。将控制键盘设置在液气外输泵、应急发电机系统以及伴生气处理系统中，此时，平台中的中控系统会通过控制键盘来实现信息交换，从而满足监控线上设备参数的需求。

4 结语

综上所述，随着当前对于海上石油开采不断的深入，由于其工艺的复杂性与魂晶的恶劣性，在此基础上通过与新兴DCS 系统所自带的优势相结合，并利用Rockwell RSView32组态软件来对于石油平台DCS 系统进行研究，同时，还实现了海上石油开采过程中平台各子过程的分散控制、被采集信息的集中管理。因此，对于海上石油生产来说，该系统是DCS 技术的关键部分，并且系统还具备较好的可靠性和稳定性，能够有效地提高海上石油的开发效率。