現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在海洋石油事業(yè)中的應用

1、引言

隨著3C技術即計算機（Computer）、控制（Control）、通信（CommunicatiON）迅速發(fā)展，現(xiàn)場總線技術在制造業(yè)和流程工業(yè)中的應用正在持續(xù)的快速增長，由全數(shù)字化的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)代替半數(shù)字化及模擬量控制系統(tǒng)已成為工業(yè)自動化控制系統(tǒng)結構發(fā)展的必然趨勢。

自20世紀90年代中期以來，中國海洋石油總公司（以下簡稱中海油）相關技術人員持續(xù)跟蹤關注現(xiàn)場總線這一標志自控領域一場革命的技術，并于2002年首次提出將現(xiàn)場總線技術應用于旅大油田開發(fā)項目，獲得了上級批準并進行實施。其中旅大10-1平臺于2005年1月28日正式投產，旅大5-2平臺正在建設中，這項新技術的實施標志著海洋石油自動化新時代的開始。

旅大項目能夠提前62天投產，現(xiàn)場總線技術的應用功不可沒。在項目的設計、安裝、調試階段，對于現(xiàn)場總線技術的優(yōu)越性，人們已有了初步體會。由于采用了現(xiàn)場總線技術，使得設計、繪圖的工作量簡化，布線及調試時間大大縮短，安裝成本得以降低。不僅如此，油田投產后，在其運行應用過程中，現(xiàn)場總線技術所帶來的長遠利益還將會進一步顯現(xiàn)，如：出色的診斷能力；檢修、維護的方便性；提高資產效率、降低運轉成本等。

旅大油田開發(fā)項目的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)應用于過程控制領域，在該領域占主導地位的現(xiàn)場總線主要有基金會現(xiàn)場總線FF（H1，HSE）和Profibus PA?；饡F(xiàn)場總線FF應用領域主要是石化、電力、冶金等連續(xù)生產過程控制，在公開性、公正性、互操作性等方面也具有明顯特點。而旅大油田開發(fā)項目是一個快馬加鞭的項目，工程進度的要求超越常規(guī)，基金會現(xiàn)場總線FF具有專門的設計工程軟件（FF Design Tool）使得設計工作、計算工作變得簡單，對于縮短設計工期起到至關重要的作用。所以最終選擇基金會現(xiàn)場總線FF作為中海油首個現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的信息傳輸載體。

2、現(xiàn)場總線在旅大油田開發(fā)項目中的應用

（1） 項目概況

旅大4-2/5-2/10-1油田地處渤海遼東灣中部海域，位于SZ36-1油田CEP平臺（已建）的西南方向，該油田原油產能規(guī)模為208.2′104m3/a，在旅大5-2油田建一座8腿綜合平臺（DPP）；在旅大10-1油田建一座8腿中心平臺（CEP）和一座4腿井口平臺（WHPA）其間由棧橋連接；在旅大4-2油田建一座4腿井口平臺（WHPB），如圖1所示。

（2） 控制系統(tǒng)設計

考慮到大型綜合性平臺應用現(xiàn)場總線技術效益更明顯因此決定在旅大5-2和旅大10-1平臺采用現(xiàn)場總線系統(tǒng)，旅大4-2平臺仍采用傳統(tǒng)系統(tǒng)。

LD5-2/LD10-1平臺的控制系統(tǒng)包括：過程控制系統(tǒng)（PCS）、緊急關斷系統(tǒng)（ESD）和火/氣探測系統(tǒng)（F&G）。其PCS采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fisher-Rosemount DELTA V），H1采用FF現(xiàn)場總線，H2采用HSE 100M以太網(wǎng)。ESD采用安全儀表（SIS）控制系統(tǒng)，F(xiàn)&G采用專用的火/氣控制系統(tǒng)。

（3） 現(xiàn)場總線網(wǎng)段設計

旅大10-1油田CEP/WHPA平臺的現(xiàn)場具有208個FF裝置，23個模擬量輸入，總線上布有28個FF網(wǎng)段和6個FISCO本安網(wǎng)段。

旅大5-2油田DPP平臺的現(xiàn)場具有178個FF裝置，28個模擬量輸入，總線上布有16個FF網(wǎng)段和7個FISCO本安網(wǎng)段。

考慮到現(xiàn)場總線技術是首次在海上油（氣）田開發(fā)項目中獲得應用，因此設計中留有較多的余量，在正常情況下一個FF網(wǎng)段接16個FF裝置，1個FISCO本安網(wǎng)段可接12 FF裝置。但在本項目中一個FF網(wǎng)段只連接了9個FF裝置，1個FISCO本安網(wǎng)段只連接了10個FF裝置。

（4） 端子及接線設計

由于采用了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，使得控制系統(tǒng)電纜、橋架、本安安全柵與端子柜，I/O模板等的使用量大大減少，并減少了機架底板、電源等。

旅大10-1油田CEP/WHPA平臺的現(xiàn)場，還采用了模塊化快速連接電纜接線方式。這種接線方式具有的優(yōu)勢是，減少安裝時間，避免錯誤接線，即使斷開某一設備卻不影響網(wǎng)段其它設備工作，節(jié)省調試時間等，充分體現(xiàn)出總線設計的優(yōu)越性。

（5） 先進技術在經濟效益上的體現(xiàn)

現(xiàn)場總線技術的應用給旅大油田開發(fā)項目帶來了直接的經濟效益，具體表現(xiàn)如下：

· 簡化工程設計，具有專門的設計工程軟件（FF Design Tool）自動生成各類圖紙，使得設計、繪圖工作簡化，設計時間縮短，節(jié)省人力、物力，并為項目設計進度贏得寶貴的時間。

· 徹底分散的分布式結構將1對1模擬信號傳輸方式變?yōu)?對N的數(shù)字信號傳輸方式，節(jié)省了模擬信號傳輸過程中大量的A/D、D/A轉換裝置。

· 控制功能下裝使危險更分散，大大縮短控制周期。

· 各類I/O卡件，端子等減少75%。

· 現(xiàn)場布線工作量減少，降低了安裝成本，如旅大10-1油田由中心平臺（CEP）和井口平臺（WHPA）構成，兩平臺之間由棧橋連接。如果應用普通控制系統(tǒng)兩平臺之間有大量電纜穿越，而采用現(xiàn)場總線系統(tǒng)，僅有幾根電纜穿越，大大節(jié)省電纜費用。

· 減少調試時間，縮短項目工期

旅大10-1油田CEP/WHPA平臺現(xiàn)場總線系統(tǒng)的調試啟動于2004年12月17日，調試工作僅用一周時間就全部完成。而通常，這樣規(guī)模的系統(tǒng)調試需要時間為30天左右。調試時間的大大縮短，為最終油田投產日期的提前，起到了不可忽視的積極作用。

· 回路測試簡易、方便

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)需要兩個儀控人員進行回路測試（一個在現(xiàn)場，一個在中控），現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)僅需一個儀控人員在中控進行測試，旅大10-1油田CEP/WHPA平臺一個儀控人員僅用了一天就完成了31個網(wǎng)段/200 FF裝置的測試任務。

· 采用內置AMS管理軟件，技術人員在控制室就能了解現(xiàn)場設備狀態(tài)及故障情況，大大減少現(xiàn)場巡檢。

3、結語

20多年來，海洋石油工業(yè)在海上石油和天然氣開發(fā)領域不斷拓展，目前正在國內外投入更多的資本尋求新的石油和天然氣儲備，如何使這些投資的效益最大化，需要各行各業(yè)不斷的努力。

新技術的不斷應用正順應了海洋石油事業(yè)不斷健康發(fā)展的趨勢。隨著現(xiàn)場總線技術的發(fā)展及其越來越多的應用，現(xiàn)場總線系統(tǒng)在設計、調試、組態(tài)、維護、智能資產管理、降低設備生命周期成本、防止災難性的事故發(fā)生以及降低勞動力成本等方面將為保持海洋石油的持續(xù)競爭力做出貢獻。

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