分析中控儀表系統(tǒng)工作原理和流程及其控制效能校驗(yàn)要點(diǎn)

上海上儀股份公司中控儀表系統(tǒng)是海洋石油平臺(tái)施工的核心環(huán)節(jié)，在施工中有著舉足輕重的地位。基于海洋石油平臺(tái)中控儀表系統(tǒng)工作和檢驗(yàn)要點(diǎn)的分析，成為當(dāng)前海洋石油平臺(tái)施工領(lǐng)域的熱點(diǎn)項(xiàng)目之一。本文概述了中控儀表系統(tǒng)工作原理及其流程、分析了中控儀表系統(tǒng)自動(dòng)控制效能，進(jìn)一步引出了 I/O 柜和現(xiàn)場(chǎng)儀表變送器，并著重分析了海洋石油平臺(tái)中控儀表系統(tǒng)檢驗(yàn)要點(diǎn)，以為海洋石油平臺(tái)中控儀表系統(tǒng)的有序工作提供技術(shù)支持。

據(jù)《2019-2025 年中國(guó)海洋石油開采行業(yè)全景調(diào)研及前景趨勢(shì)報(bào)告》結(jié)果顯示，世界范圍內(nèi)陸上油氣資源已日漸枯竭，60%~70% 的新增石油儲(chǔ)量均源自于海洋，其中近半數(shù)分布于 500 m 以上的深海。隨著海洋采油平臺(tái)自動(dòng)化技術(shù)和采油技術(shù)的同步發(fā)展，越來越多地需要應(yīng)用中控儀表系統(tǒng)作為海洋采油平臺(tái)工作的管控核心，才能更好地滿足海洋平臺(tái)石油開采能力和開采質(zhì)量要求。

1 中控儀表系統(tǒng)工作原理及其流程

基于中控儀表系統(tǒng)所取得的成就，我國(guó)西部大開發(fā)將海洋石油平臺(tái)開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目作為重點(diǎn)開發(fā)項(xiàng)目加以推行，子平臺(tái)構(gòu)件主要涵蓋過程控制系統(tǒng) (PCS)、應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng) (ESD) 和火氣探測(cè)系統(tǒng) (FGS)3 套控制系統(tǒng)。中控儀表系統(tǒng)平臺(tái)控制，發(fā)揮了系統(tǒng)硬件供貨、安裝、組態(tài)、調(diào)試等自動(dòng)化管理優(yōu)勢(shì)。以 DCS 平臺(tái)水處理工藝及其拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)中的集散控制系統(tǒng)為例，分別由中央控制工作站、I/O 柜、現(xiàn)場(chǎng)儀表（變送器）三部分構(gòu)成。

DCS 系統(tǒng)架構(gòu)包括總線、總線邏輯環(huán)、總線三級(jí)復(fù)合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，層級(jí)表述分別為信息管理層、DH+ 網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控層、遠(yuǎn)程 I/O 鏈路現(xiàn)場(chǎng)控制層三級(jí)。具體施工工藝為 ：海水提升泵——粗濾器（98% 以上粒徑＞ 100μm 懸浮固體過濾）——加藥裝置給藥（混凝劑和絮凝劑化學(xué)反應(yīng)）——重力分離——細(xì)濾器雙介質(zhì)濾層攔截后超重力脫氧——二級(jí)氣水分分離出溶解在海水中的天然氣——注水罐氣水分離后——注水罐——輸送到各井組平臺(tái)。

2 自動(dòng)控制效能分析

自動(dòng)控制流程 ：中控工作站儀器現(xiàn)場(chǎng)處理數(shù)據(jù)信號(hào)——預(yù)先審定閾值并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行邏輯判斷——發(fā)號(hào)指令——調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)——自動(dòng)控制。在現(xiàn)場(chǎng)總線上，F(xiàn)F 總線儀表以嵌入微處理器、實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)和 FF 現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議棧，具有傳感測(cè)量、數(shù)字通信、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)診斷、分散控制、信息存儲(chǔ)等功能價(jià)值。PROFIBUS-DP 和 PROFIBUS-PA、PROFIBUSDP 設(shè)計(jì)用于代替?zhèn)鹘y(tǒng) 24v 并行信號(hào)傳輸、過程自動(dòng)化中的4~20 ma 或 Hart 模擬信號(hào)傳輸。

在實(shí)際的海洋石油開采中，系統(tǒng)內(nèi)置智能管理系統(tǒng)（AMS）以其遠(yuǎn)程診斷、預(yù)維護(hù)、故障少、中斷率低、長(zhǎng)生命周期、生產(chǎn)平穩(wěn)等特點(diǎn)，為海上石油開采事業(yè)經(jīng)濟(jì)收益提升提供了保障；在生產(chǎn)實(shí)踐中，通過系統(tǒng)安裝、組態(tài)、維護(hù)的便捷性，達(dá)到了自動(dòng)化、識(shí)別性強(qiáng)的應(yīng)用要求。

3 I/O 柜和現(xiàn)場(chǎng)儀表變送器

現(xiàn)場(chǎng)儀表與中控之間的數(shù)據(jù)傳輸主要依靠 I/O 柜作為接口部分來實(shí)現(xiàn)。一方面可隔離中控和現(xiàn)場(chǎng)儀表，達(dá) 到 保 護(hù) 效 果 ；另 一 方 面，PCS（Processing Control System，過程控制系統(tǒng)）、ESD（Emergence Shutdown，緊急關(guān)機(jī)）和 FGS（Fire&Gas system，消防系統(tǒng)）共同組成了 I/O 柜。

在現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)確認(rèn)中，以其即插即用、自動(dòng)識(shí)別、帶電插拔的通訊效能實(shí)現(xiàn)了中控系統(tǒng)的智能化應(yīng)用。

4 海洋石油平臺(tái)中控儀表系統(tǒng)檢驗(yàn)要點(diǎn)

海洋石油平臺(tái)中控儀表系統(tǒng)檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，主要就其工作流程跟蹤、實(shí)際檢驗(yàn)要求需求、I/O 柜本身檢測(cè)等內(nèi)容進(jìn)行分析。具體為以下幾方面。

4.1 中央系統(tǒng)工作站

中央系統(tǒng)工作站的管理，承擔(dān)著采油現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)模擬、傳輸、邏輯分析和判斷等任務(wù) ；在日常信息工作處理實(shí)踐中，常因系統(tǒng)故障而對(duì)設(shè)備運(yùn)維造成不良影響。基于此，從中央系統(tǒng)工作站的檢驗(yàn)環(huán)節(jié)出發(fā)，以專業(yè)性、技術(shù)性、實(shí)際參與檢驗(yàn)維護(hù)等檢驗(yàn)要求，整體上提升維修檢驗(yàn)人員的素養(yǎng)，從系統(tǒng)檢驗(yàn)工作平臺(tái)建設(shè)實(shí)際出發(fā)，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)檢驗(yàn)記錄工作邏輯編輯價(jià)值。在檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，日常檢驗(yàn)和維護(hù)具體檢驗(yàn)細(xì)則可從系統(tǒng)維護(hù)、項(xiàng)目參數(shù)設(shè)定、固定板型設(shè)定、檢測(cè)、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)查詢和處理、綜合報(bào)告、質(zhì)控功能、報(bào)告格式、輸出設(shè)備等重點(diǎn)項(xiàng)目上進(jìn)行有序運(yùn)行。

4.2 I/O 柜

儀表回路調(diào)試和 I/O 口調(diào)試定額參數(shù)為回路調(diào)試 ：10-301~310，I/O 調(diào)試：10-544~549。以西門子SIMATIC PLC 分布式 I/O 為例，主要設(shè)計(jì)模塊為電源模塊 +simatic 300 cpu315-2pn/dp +AI 模塊 +AI 模塊 +AI模塊 +AI 模塊 ；分布式IO 模塊 ET200M/Link +AI 模 塊 +AI 模塊 +AI 模塊 +DI 模塊 +DI 模塊 +DI 模塊 +DO模塊。該配置用 Profibus-dp擴(kuò)展了一個(gè)分布式 IO 模塊ET200M/Link ；在 cpu 模塊上面繼續(xù)擴(kuò)展 AI、DI、AO、DO 功能模塊。該部分作為海上石油儀表系統(tǒng)控制的重點(diǎn)，是檢驗(yàn)環(huán)節(jié)的著重關(guān)注對(duì)象，需要從電源卡、接線部分、排列位置、密封性、線路、接地等方面嚴(yán)格控制。

4.3 儀表

日常檢驗(yàn)中，壓力表校驗(yàn)器，即通過手搖壓力發(fā)生器（常稱為校驗(yàn)泵）和連通管路、供油裝置、操控閥門等著手檢測(cè)。壓力標(biāo)準(zhǔn)器配用可構(gòu)成壓力檢定裝置或承壓試驗(yàn)裝置、壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置。壓力表校驗(yàn)器可提供十分靈活的標(biāo)準(zhǔn)器配置，其精度、測(cè)量范圍、類型均可選。選擇精密壓力表作為標(biāo)準(zhǔn)器、選擇精密數(shù)顯壓力表或其他類型的標(biāo)準(zhǔn)器。作為精度衡量指標(biāo)。如 ：0.4 級(jí)、0.25 級(jí)、0.16 級(jí)、0.1 級(jí)或更高。以液體作為其工作介質(zhì)為實(shí)踐應(yīng)用重點(diǎn)，如 ：6 MPa（包括 6 MPa）以下一般選用變壓器油，6 MPa（不包括6 MPa）。檢驗(yàn)具體流程為 ：線路檢查工作——銘牌檢查——安全區(qū)域管理——日常記錄與標(biāo)記——系統(tǒng)儀表管正確安裝等。

5 結(jié)語

綜上所述，上海上儀股份公司海洋石油平臺(tái)中控儀表系統(tǒng)工作中受中央系統(tǒng)工作站、I/O 柜、儀表等檢驗(yàn)要點(diǎn)影響，成為其使用中精度的重要衡量指標(biāo)。上文概述了中控儀表系統(tǒng)的工作原理，并在檢驗(yàn)要點(diǎn)中加以控制，以為其順利運(yùn)行和有序工作提供依據(jù)。