提高臺風模式下DCS數據傳輸的穩定性

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次臺風進入該海域，影響該平臺的日常生產，為了保證該平臺人員的安全，當臺風來臨時，該平臺啟動臺風模式生產，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。

在臺風模式生產時，中心控制系統監控數據將通過通信衛星網絡傳輸到陸地珠海終端，為了保證數據傳輸的穩定性，對該平臺相關設備進行了優化改造。

1 平臺與終端中心控制系統的網絡結構

該平臺中心控制系統是由分散控制系統(DCS)，緊急停車系統(ESD)、火災及氣體監測報警系統(FGS)組成。DCS對全平臺進行監控、操作，接收并顯示、記錄來自DCS，FGS和ESD三大系統的監控信息。ESD監控該平臺生產關鍵工藝參數，一旦工藝參數觸發關停設定值，將會引發相應級別的ESD關停。FGS負責全平臺火氣消防，如果發現火情將啟動平臺消防系統，并關斷信號傳送給ESD，觸發ESD關停，保證平臺安全。

該平臺與珠海終端中心控制系統通過衛星通信的方式進行服務器間的數據傳輸及通信，具體網絡拓撲結構如圖1所示。

圖1 平臺與珠海終端中心控制系統網絡拓撲示意

如圖1所示，該平臺與珠海終端各設置DCS服務器，通過各自的交換機接到各自的衛星貓上，衛星貓通過功放、衛星天線、衛星等進行通信。目前該平臺共有2條鏈路與珠海終端進行通信，按網絡優先級依次分別是平臺?珠海衛星鏈路專線?珠海終端；平臺?深圳衛星鏈路專線?珠海終端。

2 平臺與終端中心控制系統數據傳輸原理

珠海終端相當于該平臺服務器的遠程服務器，該平臺服務器將全部數據通過網絡方式實時傳輸到珠海終端。當該平臺中心控制系統臺風模式開關切換至“本地”時，該平臺與珠海終端的網絡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臺風模式開關切換至“珠海”時，且在終端中心控制系統服務器將通信腳本激活，此時該平臺與珠海終端的網絡斷開超過30 min時，該平臺將產生ESD1級關停，按邏輯將該平臺所有設備關停，平臺停止生產。檢測通信通斷的原理如下。

1)珠海終端DCS服務器建立通信點1(T-SOFT-STA-NEW1)，信號來源于終端DCS服務器的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服務器建立通信點2(DPP-TS_LT)。

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

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

當1)發出固定脈沖時，3)接收正常的話，也能產生同樣的固定脈沖，如果脈沖消失超過30 min，則判斷為通信中斷，該平臺啟動ESD1級關停聯鎖；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 提高數據傳輸穩定性的措施

由于該平臺與珠海終端中心控制系統之間是通過衛星通信，臺風模式時生產的穩定性取決于DCS遠程數據傳輸的穩定性，平臺針對DCS存在的數據傳輸問題提出了解決措施。

3.1 衛星通信不穩定

當臺風到來時，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象嚴重，網絡短時中斷嚴重，衛星通信不穩定。針對該類情況，該平臺采取了以下措施：

1)衛星天線增加球形保護罩，做防風處理，減小衛星天線受臺風吹襲而產生的晃動，保證衛星天線穩定性。

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

3)臺風模式生產時臨時調升快速速率由256 Kibit/s至512 Kibit/s，增加通信網絡帶寬。

4)將遠程視頻監控通信與中心控制系統數據通信分開，即原先與DCS共同走平臺珠海衛星專線更改為走平臺蛇口衛星線路后再轉到珠海橫琴終端，將珠海衛星專線專用于中心控制系統，避免視頻監控通信擠占網絡資源。

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，通信質量明顯提升。

3.2 存在較多無效的傳輸點

由于該平臺中心控制系統經過新系統加入及設備的更新等改造，有部分無效的點在數據傳輸中會影響整體數據的傳輸質量。針對該類情況，該平臺采取了以下措施：

1)排查DCS，ESD，FGS三大系統，刪除殘留無效通信點。

2)暫停臺風模式生產下未啟用的設備與中心控制系統的傳輸，如水下生產系統、虛擬計量系統等。

通過以上的改進，將系統海陸傳輸的數據點降低了5%，基本上杜絕了無效的傳輸點，避免在終端遠程監控時過多的無效點干擾正常的監控。

3.3 DCS硬件狀態不佳

該平臺中心控制系統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，并通過系統自帶的軟件進行檢測，及時對狀態不佳的系統卡件更新升級，避免由于卡件的老化而導致的故障，確保臺風模式生產時的穩定。

3.4 DCS服務器緩存數據過多

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

4 結束語

在臺風模式生產時，海上油氣平臺上無人值守，生產操作人員遠在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參數的遠程監控及操作，保證平臺生產的穩定及安全，提高中心控制系統數據傳輸的穩定性是關鍵。該平臺通過多方面的舉措，確保了中心控制系統硬件、軟件的運行速率，提高了衛星通信質量及數據傳輸效率，從而提高了臺風模式下中心控制系統數據傳輸的穩定性。