国产中控系统在海上平台的应用分析

国产中控系统在海上平台的应用分析

陈建玲许晓英高阳金秋马金喜

中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院天津300452

摘要：本文介绍了海上平台中控系统的应用现状，进行了国内外中控产品性能对比，并结合了实际案例评估了应用效果，最后对国产中控系统在海上平台的应用给予展望。

关键词：安全仪表系统；冗余配置；故障诊断

0引言

海上平台因其高风险、高复杂、高难度的特点，中控系统一直被国外产品所垄断。国外中控系统存在系统软硬件运行稳定，安全性高的优势，但具有服务响应时间慢，供货周期长，改造费用和备件费用高、维护人员费用高的弊端，随着国家对公民人身安全越来越重视，对生产过程可能对环境造成的伤害越来越严格，政府出台了一系列政策强制相关企业在常规控制系统的基础上配套安全仪表系统，这些政策导向及用户对安全认识提高也为安全仪表系统在国内的产业化应用提供了极大的空间，目前，国产中控系统逐渐成熟，国内的中控厂商主要有两家，和利时和浙大中控。且都具有符合IEC61508和IEC61511国际标准，并取得TUVRheinlandSIL3安全等级认证的安全仪表系统[1]。具备了海上平台中控系统的应用条件。

1国产中控系统简介

针对和利时中控产品，DCS系统控制器采用K-02系列产品，全冗余的设计理念，系统网络、控制网络、控制器、电源模块、I/O模块均可冗余配置，无单点故障；防腐能力满足ISAS71.04标准G3等级要求；系统网络采用实时以太网，配备带防火墙的交换机，控制器CPU内置防网络风暴组件；具备全面的诊断功能，控制器和I/O模块均带有智能诊断单元，每个模块可进行通讯状态、开路、短路、超量程等自诊断。安全仪表系统采用Hiaguard系统，具有时间序列（SOE）记录功能，DI模块可缓存1000多条SOE记录，控制器可缓存1000条SOE记录，SOE精度可达1ms，最快系统扫描时间10ms，最快响应时间小于30ms；Hiaguard系统通过以太网与HOLLIAS-MACS系统无缝集成，共享HMI界面，支持通过Modbus接口与第三方DCS集成；Hiaguard系统结构从输入模块经控制器到输出模块均完全三重化，三重化控制器是采用三个独立的控制器模块进行配置并同步运行，在每个IO模块上配置三重化的IO通道，IO模块独立配置即达到SIL3的要求，，IO模块还可以冗余配置。另外具备全面的诊断功能包括模块的开路、断路、短路、超限等故障诊断[2]。

2国产中控性能分析

和利时DCS系统和国外厂商一样采用基于PC架构，选用更高级的MPC8308芯片，主频较高，在330-400MHZ可选。内存更大128M；带模块能力100个，采用星型+串行的总线结构，可以实现系统更稳定的网络架构；CPU扫描周期都可达到50ms；100M的冗余网络，支持现场固件升级、卡件冗余和热插拔。SIS系统的性能，满足TUV的SIL3认证。控制器采用三重化冗余架构，系统响应时间较快约30ms；单组控制器可带1184个点，都有远程IO扩展能力。SOE精度可达到1ms，主频333MHZ，系统供电220V和24V冗余架构；满足G3防腐要求与DCS可以在以太网层面无缝集成，可以在DCS操作员站直接调用SIS数据。

产品供货周期最快小于2个月。国内生产，长期保证库存，2-3天内到货。国外厂商国内不具备生产能力，供货周期长，价格偏高，我们得出结论，DCS和SIS产品的功能与国外中控系统的主流产品持平；国产中控的优势在于，安全性高、开放性高、应急响应快、费用低，节约成本。

3应用案例

渤海某平台于2000年投产，平台采用ABB400控制系统作为平台生产过程系统（PCS）、应急关断系统（ESD）及火气探测系统（FGS），系统配置已经严重落后，现场设备老化严重，上位机采用研华中控机作为冗余操作站，长时间运行后，电脑卡顿明显，且关机后启动极为困难，后期流程改造后，新增的控制系统无法和原控制系统兼容，给操作人员带来很大的不便，需对平台中控系统进行全面改造。特采用国产化中控系统作为本平台中控系统改造的主要解决方案，

PCS系统，方案采用和利时公司高性能的KM系列控制器，负责平台各流程的生产过程控制，作为控制器中核心的KM02主控单元，具有效率高、主频高、负荷率低、功耗低等特点，具体功能及相关参数为：

1）低功耗32位工业级CPU，主频400MHZ；

2）128MB在板直接表面贴DRAM；

3）按美国军标（MIL-HDBK-217F）MTBF20万小时无故障运行；

本套方案中PCS系统配置为：共支持DI信号289点，DO信号16点，AI信号48点，AO信号8点，PI信号6点，实际使用通道211点。

ESD和FGS系统采用HiaGuard控制系统，该系列CPU（SGM201）的最快系统响应时间小于30ms，站内或站间SOE精度可达1ms，控制器中可存储10，000条SOE记录，属于高速率、高可靠性的控制单元。

本套方案中平台ESD控制系统的具体配置为：共支持DI信号128点，DO信号128点，AI信号16点，共计272点，实际使用195点。

FGS控制系统的具体配置为：共支持DI信号128点，DO信128点，AI信号80点，共计336点，实际使用282点。

中控系统的上位监控环境采用与和利时KM02及Hiaguard控制器相匹配的MACS6.5.2监控系统。工程师站负责平台PCS、ESD、FGS的组态、下装及调试工作，操作员站实现对相关流程的监视及操作功能，历史站负责处理报警、趋势等数据，并且存储历史数据，以供后期查阅。

4应用效果

平台中控系统信号近800点，PCS的系统负荷在10%左右，SIS的系统负荷在30%以下，经过近三个月的观察，系统总体运行稳定。中控系统CPU运行流畅，扫描周期短，逻辑判断准确，冗余效果良好。网络模块运行稳定，双网切换流畅，冗余效果良好。经过测试，系统均符合其厂内运行标准（该标准要求高于平台应用标准）；卡件运行情况良好。支持热插拔，在长时间运行期间，控制器各卡件温度比较理想，可以保证其工作效果。

系统软件运行稳定、逻辑清晰、可操作性强。功能可满足编程组态要求。全中文的编程组态环境以及更为符合中国人思维的操作方法提高了工程师工作效率，降低了操作风险。存在的问题，软件运行初期出现了卡顿，重启后恢复正常；监控软件和SIS通讯速率过慢；报警抑制等不常用的功能不够完善。以上情况总体上对系统的正常运行影响不大，有待进一步完善。

5应用前景

项目的顺利实施更加坚定了行业内部对海上平台中控系统国产化的信心，该项目的规模，在海上平台具备了一定的代表性，证明了在较多点的系统中，国产中控系统仍然保持着良好的负载能力和稳定性。因此国产中控系统在海上平台的应用具有良好的发展前景。

参考文献：

[1]《海洋石油工程设计指南》编委会编著.海洋石油工程电气、仪控、通信设计[M]．北京：石油工业出版社，2007.6

[2]陆德民、石油化工自动控制设计手册（第三版）[M].北京；化学工业出版社2000

第一作者简介：

陈建玲（1981-），女，高级工程师，现主要从事海上油气田开发工程仪控研究设计。