現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)在海洋石油事業(yè)中的應(yīng)用

1、引言

隨著3C技術(shù)即計(jì)算機(jī)（Computer）、控制（Control）、通信（CommunicatiON）迅速發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在制造業(yè)和流程工業(yè)中的應(yīng)用正在持續(xù)的快速增長(zhǎng)，由全數(shù)字化的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，中國(guó)海洋石油總公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中海油）相關(guān)技術(shù)人員持續(xù)跟蹤關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)這一標(biāo)志自控領(lǐng)域一場(chǎng)革命的技術(shù)，并于2002年首次提出將現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用于旅大油田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，獲得了上級(jí)批準(zhǔn)并進(jìn)行實(shí)施。其中旅大10-1平臺(tái)于2005年1月28日正式投產(chǎn)，旅大5-2平臺(tái)正在建設(shè)中，這項(xiàng)新技術(shù)的實(shí)施標(biāo)志著海洋石油自動(dòng)化新時(shí)代的開(kāi)始。

旅大項(xiàng)目能夠提前62天投產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用功不可沒(méi)。在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試階段，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的優(yōu)越性，人們已有了初步體會(huì)。由于采用了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，使得設(shè)計(jì)、繪圖的工作量簡(jiǎn)化，布線(xiàn)及調(diào)試時(shí)間大大縮短，安裝成本得以降低。不僅如此，油田投產(chǎn)后，在其運(yùn)行應(yīng)用過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)所帶來(lái)的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益還將會(huì)進(jìn)一步顯現(xiàn)，如：出色的診斷能力；檢修、維護(hù)的方便性；提高資產(chǎn)效率、降低運(yùn)轉(zhuǎn)成本等。

旅大油田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)應(yīng)用于過(guò)程控制領(lǐng)域，在該領(lǐng)域占主導(dǎo)地位的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)主要有基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)FF（H1，HSE）和Profibus PA?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)FF應(yīng)用領(lǐng)域主要是石化、電力、冶金等連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程控制，在公開(kāi)性、公正性、互操作性等方面也具有明顯特點(diǎn)。而旅大油田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目是一個(gè)快馬加鞭的項(xiàng)目，工程進(jìn)度的要求超越常規(guī)，基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)FF具有專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)工程軟件（FF Design Tool）使得設(shè)計(jì)工作、計(jì)算工作變得簡(jiǎn)單，對(duì)于縮短設(shè)計(jì)工期起到至關(guān)重要的作用。所以最終選擇基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)FF作為中海油首個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的信息傳輸載體。

2、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在旅大油田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中的應(yīng)用

（1） 項(xiàng)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(tái)（已建）的西南方向，該油田原油產(chǎn)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(tái)（DPP）；在旅大10-1油田建一座8腿中心平臺(tái)（CEP）和一座4腿井口平臺(tái)（WHPA）其間由棧橋連接；在旅大4-2油田建一座4腿井口平臺(tái)（WHPB），如圖1所示。

（2） 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到大型綜合性平臺(tái)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)效益更明顯因此決定在旅大5-2和旅大10-1平臺(tái)采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)，旅大4-2平臺(tái)仍采用傳統(tǒng)系統(tǒng)。

LD5-2/LD10-1平臺(tái)的控制系統(tǒng)包括：過(guò)程控制系統(tǒng)（PCS）、緊急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD）和火/氣探測(cè)系統(tǒng)（F&G）。其PCS采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)（Fisher-Rosemount DELTA V），H1采用FF現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，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(zhuān)用的火/氣控制系統(tǒng)。

（3） 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)段設(shè)計(jì)

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

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

考慮到現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是首次在海上油（氣）田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中獲得應(yīng)用，因此設(shè)計(jì)中留有較多的余量，在正常情況下一個(gè)FF網(wǎng)段接16個(gè)FF裝置，1個(gè)FISCO本安網(wǎng)段可接12 FF裝置。但在本項(xiàng)目中一個(gè)FF網(wǎng)段只連接了9個(gè)FF裝置，1個(gè)FISCO本安網(wǎng)段只連接了10個(gè)FF裝置。

（4） 端子及接線(xiàn)設(shè)計(jì)

由于采用了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(jī)架底板、電源等。

旅大10-1油田CEP/WHPA平臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)，還采用了模塊化快速連接電纜接線(xiàn)方式。這種接線(xiàn)方式具有的優(yōu)勢(shì)是，減少安裝時(shí)間，避免錯(cuò)誤接線(xiàn)，即使斷開(kāi)某一設(shè)備卻不影響網(wǎng)段其它設(shè)備工作，節(jié)省調(diào)試時(shí)間等，充分體現(xiàn)出總線(xiàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。

（5） 先進(jìn)技術(shù)在經(jīng)濟(jì)效益上的體現(xiàn)

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用給旅大油田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目帶來(lái)了直接的經(jīng)濟(jì)效益，具體表現(xiàn)如下：

· 簡(jiǎn)化工程設(shè)計(jì)，具有專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)工程軟件（FF Design Tool）自動(dòng)生成各類(lèi)圖紙，使得設(shè)計(jì)、繪圖工作簡(jiǎn)化，設(shè)計(jì)時(shí)間縮短，節(jié)省人力、物力，并為項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)度贏得寶貴的時(shí)間。

· 徹底分散的分布式結(jié)構(gòu)將1對(duì)1模擬信號(hào)傳輸方式變?yōu)?對(duì)N的數(shù)字信號(hào)傳輸方式，節(jié)省了模擬信號(hào)傳輸過(guò)程中大量的A/D、D/A轉(zhuǎn)換裝置。

· 控制功能下裝使危險(xiǎn)更分散，大大縮短控制周期。

· 各類(lèi)I/O卡件，端子等減少75%。

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

· 減少調(diào)試時(shí)間，縮短項(xiàng)目工期

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

· 回路測(cè)試簡(jiǎn)易、方便

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)需要兩個(gè)儀控人員進(jìn)行回路測(cè)試（一個(gè)在現(xiàn)場(chǎng)，一個(gè)在中控），現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)僅需一個(gè)儀控人員在中控進(jìn)行測(cè)試，旅大10-1油田CEP/WHPA平臺(tái)一個(gè)儀控人員僅用了一天就完成了31個(gè)網(wǎng)段/200 FF裝置的測(cè)試任務(wù)。

· 采用內(nèi)置AMS管理軟件，技術(shù)人員在控制室就能了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)及故障情況，大大減少現(xiàn)場(chǎng)巡檢。

3、結(jié)語(yǔ)

20多年來(lái)，海洋石油工業(yè)在海上石油和天然氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域不斷拓展，目前正在國(guó)內(nèi)外投入更多的資本尋求新的石油和天然氣儲(chǔ)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(shù)的不斷應(yīng)用正順應(yīng)了海洋石油事業(yè)不斷健康發(fā)展的趨勢(shì)。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展及其越來(lái)越多的應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、調(diào)試、組態(tài)、維護(hù)、智能資產(chǎn)管理、降低設(shè)備生命周期成本、防止災(zāi)難性的事故發(fā)生以及降低勞動(dòng)力成本等方面將為保持海洋石油的持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力做出貢獻(xiàn)。