海洋石油開發中新型DCS 系統建構及應用分析

張志華

（中海石油（中國）有限公司秦皇島32-6 作業公司，天津 300459）

海洋石油113 的安全生產影響著周邊10 余座平臺的正常生產，他作為BZ25-1，BZ26-3，BZ19-4 和BZ19-6 油田的生產儲油中心，其上中控系統也是周邊油田群的主控制中心。“海洋石油113”中控系統的安全、可靠十分重要，但其投產已有16 年，中控系統已處在設備生命周期的末期，同時其部分卡件已停產。預計未來1 ～2 年內將是故障高發期，因此，對其控制系統進行預防性更新改造十分必要。隨著DCS 的更新換代，新型的DCS 系統已經具有高可靠性、協調性、靈活性、開放性、控制算法齊全以及易維護等眾多優勢，并且開始廣泛應用在工業生產領域，為自動化的實現奠定了基礎。近幾年來，海洋石油開發的規模逐漸擴大，傳統的人工管理與維護方式已經不再適合當前發展了 。而新型DCS 通過操作站可以對整個運行過程實現集中監視、操作以及管理，利用控制站能夠對于工藝過程中的各個部分采取分散控制。

1 新型DCS 系統在海洋石油開發中存在的問題

當前，開展石油開發中使用的控制系統通常是DCS，而普遍應用的設計方案則是采用中央控制室的方式，將控制管理級、生產管理級以及過程控制級統一放置在中控室內，然后，利用網絡系統來將各級進行連接，從而構成一套控制系統。但是，這一控制方案卻存在許多問題。

（1）無法發揮DCS 的系統網絡優勢。新型DCS 的系統網絡通常是使用冗余光纖以外網結構，具有傳輸距離遠，速度快等特點，并且對于整個系統的可擴充性、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 的分布式結構與網絡的遠距離傳輸的優勢將蕩然無存。

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

（3）施工難度大，成本上升。因為DCS 需要將施工現場設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 系統的特征

集散控制系統最早是出現在20 世紀的70 年代，它是由通訊技術、CRT 顯示技術、控制技術以及計算機技術等進行結合的一種產物，通過以未處理機為核心，將數據通訊系統、計算機、工業控制系統、模擬儀表、過程通道以及顯示操作裝置等進行結合，并采用組合裝式組成一個完整系統，從而實現系統的自動化目的。所以，在當前的工業自動化系統中，以PLC 為基礎的集散控制系統已經成為主流。而在進行海洋石油的開發中，由于作業條件非常艱苦，工作環境非常惡劣，并且隨著海上石油的開發規模在不斷的擴大，因此，在海洋石油的開發中應用DCS 具有十分明顯的作用。

在DCS 系統的開發過程中，廠家十分重視系統網路與現場控制站的設計開發工作。系統網絡在最初階段，是應用在高速數據總線的封閉中，而如今已經成了應用現場總線技術與以外網技術的先進網絡，將現場控制站的功能進行了一定程度上的完善。新型DCS 系統的出現，將以往的信息控制轉變為綜合信息管理。隨著系統的規模住進擴大，產品集成與功能集成能力得到了明顯 提升，同時，還實現了企業網絡和控制網絡的集成。新型DCS 系統具有信息化、集成化等顯著特征。另外，新型DCS 系統的突出優點表現為系統功能的開發性、分散化。因為在新型DCS 系統中應用了FCS 技術，所以不僅可以控制單元現場化，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 系統所具有的開發性，能夠與第三方產品實現互操作性。

對上述特點進行總結，新型DCS 系統的特點主要體現在：（1）擴展十分靈活。新型DCS 系統采用的模塊式結構，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、復雜的控制系統。同時，還可以根據生產工藝、生產流程，隨時修改控制方案，不需要改變硬件配置，只需要在系統容量的允許范圍內，進行組態就可以構成新的控制方案。在整體設計方面，新型DCS 系統由于留有大量的可擴展性結構，所以可以非常方便地進行系統擴展和外接。（2）安全可靠。因為DCS 屬于集中監視，控制分散，所以出現故障之后所造成的影響面積會相對較小，同時，在設計過程中就具有了自診斷功能、聯鎖保護功能、系統故障人工手動控制操作措施以及冗余措施等，大大提升了系統的可靠性。（3）維護簡單快捷。DCS 設計是基于系列化、積木化以及標準化所開展的。因為積木式的模板功能十分單一，因此在進行裝配和維修方面同樣非常方便，而因為系統自身具有故障自動檢查診斷程序和再啟動功能，因此，在進行維修的時候同樣非常方便。

3 新型DCS 系統構建

（1）DCS 系統結構。新型控制系統在系統結構方面，主要可以包括工程師站、現場控制站、操作員站以及過程控制網絡等。其中，現場控制站在DCS 中屬于核心關鍵，具有現場測量單元、存儲器、執行單元的I/O 以及CPU 等；工程師站則主要是對DCS 進行應用組態；操作員站則是為了實現人機界面的功能，從而使操作員可以開展日常操作和監視工作；過程控制網絡站可以連接工程師站、控制站以及操作站等，從而實現信息和控制命令的傳輸和發送，使信息的傳輸更加高速安全。

（2）平臺監控與管理層。新型DCS 系統的網絡結構主要是采用工業以外網，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，還可以通過智能設備等技收集、整合設備的運行故障信息、狀態信息以及診斷信息等，并將信息與歷史數據進行分析對比，可以實現提前預警設備、裝置的故障和性能退化，最終為海上石油開發的監控管理工作提供有效的決策信息。另外，平臺的監控和管理工作中要包平臺資產管理，定對整個平臺的監控情況進行報告，能夠提高平臺資源的分配與生產調度能力。

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

三甘醇脫水系統、分離系統、中控系統等眾多系統中的變送器、壓力以及溫度等都會以采集到的數據為依據。以此來計算PID 調節，從而實現對加熱器調節閥、壓力以及液位等方面精準控制的目的。將控制鍵盤設置在液氣外輸泵、應急發電機系統以及伴生氣處理系統中，此時，平臺中的中控系統會通過控制鍵盤來實現信息交換，從而滿足監控線上設備參數的需求。

4 結語

綜上所述，隨著當前對于海上石油開采不斷的深入，由于其工藝的復雜性與魂晶的惡劣性，在此基礎上通過與新興DCS 系統所自帶的優勢相結合，并利用Rockwell RSView32組態軟件來對于石油平臺DCS 系統進行研究，同時，還實現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，對于海上石油生產來說，該系統是DCS 技術的關鍵部分，并且系統還具備較好的可靠性和穩定性，能夠有效地提高海上石油的開發效率。