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西门子全集成自动化(TIA)控制系统PCS7在胜利油田埕岛海上中心平台的应用

供稿:James-0070 2005/9/29 9:56:00

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摘要:  西门子全集成自动化控制系统PCS7具有过程控制系统的所有特性和功能,过程控制简单而安全、方便信息网络和现场总线及仪表的集成,设计模块化,系统的扩展性强,是企业实现管控一体化的理想集成运行平台 .关键词:  全集成自动化控制系统PCS7, 管控一体化, 现场总线,WEB服务器Abstract :  This paper introduces siemens total integration automation control system that has all the speciallity and function in the process control field, the process control is simple and safety, it is convenient for the information network, fieldbus and instrument to intergration, it is the perfect intergratin,running flat roof because of mordularization of the Design and the expansibility of the system .Key Words:   total integration automation control system PCS7, fieldbus,web-server
一. 项目简介 1. 胜利油田埕岛CB30A中心平台SCADA系统由中心平台站控系统和所属井组平台(一期7座,将来扩展到20座)远程控制站(简称RTU)组成,完成CB30A中心平台和所属井组平台的生产监视及控制,并将数据通过扩频微波系统传往原有的陆地中心站。CB30A中心平台和所属井组平台采用主、备数据通信方案,主、备数据通信自动切换,主数据通信采用海底光缆(光缆与动力电缆在同一根电缆内),备数据通信采用数传电台。系统结构为“两级控制、三级网络”,两级控制即井组平台遥测遥控和中心平台控制,三级网络指的是自动化系统网络结构延伸到海洋石油开发公司和管理局综合信息网。中心平台为有人值守站,井组平台为无人值守站。将SCADA系统和工业数字电视监视系统融为一个监控系统,实现CB30A中心平台和所属井组平台的工业电视监视;在SCADA系统操作控制时,电视监视到相应部位,达到操作直观方便;同时,电视监视井组平台安全运行和防止人为的破坏及盗窃。 2. 埕岛油田CB30A中心平台SCADA系统总体结构如下:


二.工艺介绍1. CB30A中心平台站控系统
  CB30A中心平台站控系统由过程控制系统(简称PCS)、紧急关断系统(ESD)和火气监控系统(F&G)三部分组成,负责中心平台自身的生产管理和过程控制。(1)过程控制系统(简称PCS)  过程控制系统(简称PCS)完成中心平台原油处理系统、辅助系统等工艺过程的测量和控制,保障工艺系统可靠、平稳的运行,实现工艺系统参数的显示、数据处理、报警和数据归档。(2)紧急关断系统(ESD)  紧急关断系统(ESD)完成工艺系统的紧急关断,保障生产和生活的安全,紧急关断分为四级。
· 一级关断:全站关断。在重大事故发生时,手动启动该级关断,该级关断全站所有工艺、公共设施,以确保操作人员及设施的安全。一级关断信号启动广播系统。
· 二级关断:火气关断。火灾发生时,手动关断生产系统,仪表风系统不关断,二级关断信号启动广播系统。为了减少火灾造成的损失,火气关断为泄压关断。
· 三级关断:工艺系统关断。工艺系统故障时,手动关断生产系统,,三级关断信号启动广播系统。为了关断后利于生产恢复,工艺系统关断为不泄压关断。
· 四级关断:单元联锁关断。由单元故障引起的关断,该级关断仅关断故障单元,其它系统不受影响。(3)火气监控系统(F&G)  火气监控系统(F&G)由现场探测设备和中控室火气控制柜组成,现场火气探测设备探测到可燃气体泄漏或火灾时,发出信号给火气监控系统,以声光形式报警,提示操作人员确认火情,启动全厂报警和消防系统,完成有关的紧急关断。2. 井组平台远程控制站(简称RTU)  CB30A中心平台所属井组平台为:已建的CB302、CB303单井平台,新建CB30B、CB306井组平台,二期工程待建的CB30C井组平台、CB305井组平台和CB301单井平台,以及充分考虑将来的扩建,扩展容量预计达20座井组平台。井组平台由远程控制站完成采油平台的数据采集、处理、判断、控制、关断, 并将数据通过光缆信道传往CB30A中心平台SCADA系统, 同时接收CB30A中心平台SCADA系统发来的控制命令, 实现井组平台的遥测遥控。3. 工业数字电视监视系统  CB30A中心平台和所属井组平台工艺装置区、井口及无人值班的操作间和设备间设置工业数字电视监视系统。

4. 数据通信系统  CB30A中心平台和所属井组平台采用主、备数据通信方案,主、备数据通信自动切换,主数据通信采用8芯海底光缆(光缆与动力电缆在同一根电缆内),备数据通信采用数传电台。其中,单井平台仅采用数传电台数据通信。海底光缆完成SCADA系统冗余主数据通信、工业数字电视监视系统冗余主数据通信、电力自动化冗余主数据通信。5. I/O数据表(1) CB30A中心平台PCS系统I/O数据表


(2) CB30A中心平台ESD系统I/O数据表


(3) 井组平台RTU I/O数据表

三. SCADA系统基本配置1. 调度控制中心  SCADA系统的调度控制中心安装在CB30A中心平台中心控制室(CCR),调度控制中心包括一套完整的带有标准的(非用户设计的)硬件与软件的计算机系统,详见SCADA系统配置图附图一。主要包括:
● 2台操作员工作站(双CRT)
● 1台PLC的远程维护及故障处理站
● 1台工程师站(带1台A4彩色激光打印机)
● 1台针式宽行打印机(打印报警及事件)和1台A3激光打印机(打印报告及报表)
● 2台互为冗余的SCADA系统服务器及磁盘阵列系统;
● 一部大屏幕投影仪(2mX2m),通讯采用局域网。
  上述的这些操作站、服务器及投影仪作为该局域网的节点,并通过工程师站(或具有工程师站功能的操作站)进行组态。调度控制中心还包括必要的接口硬件、软件及通讯协议。SCADA系统的通讯协议应是基于TCP/IP的工业以太网协议,如DNP 3.0、IEC 60870-5等。2. CB30A中心平台PCS系统PCS系统安装在CB30A中心平台中心控制室(CCR),主要包括:
● 2台操作员工作站,其中一台兼用作工程师站,用于系统组态,互为热备用。进行画面显示、数据处理、报警、数据归档及操作控制。
● PCS机柜(包括端子柜)由卖方根据系统的规模合理配置,并在报价中给出机柜的数量和规格。PCS系统控制网络1:1冗余,PCB30ACS系统的控制器处理模块、电源模块、通讯模块考虑1:1冗余,配置各PLC通讯接口模块,I/0模块的配置依据PCS系统I/O数据表。3. CB30A中心平台ESD系统  紧急关断系统采用冗余、容错的控制器,安全级别达TUV3-4级,确保紧急情况下关断系统实现关断,紧急关断系统的信号通过数据通讯在PCS操作站上显示。4. CB30A中心平台所属井组平台RTU  井组平台RTU控制器处理模块、电源模块、通讯模块考虑1:1冗余。紧急停车及安全联锁系统(ESD&SIS)由RTU内相对独立的特定卡件完成,与ESD有关的I/O点通道冗余,卡件冗余。5. 工业数字电视监视系统1)CB30A中心平台工业数字电视监视系统配置数字视频服务器、画面处理器、离线存储器、21“彩色监视器.
2)CB30A中心平台和所属井组平台工艺装置区、井口及无人值班的操作间和设备间设置数字摄象机具体参见下表:

四. SCADA系统基本功能1. 调度控制中心功能
SCADA系统调度控制中心完成以下功能:
● SCADA系统服务器将持续扫描所有的井组平台RTU的数据、状态、报警信息,检查数据的有效性,并更新SCADA系统数据库。
● SCADA系统调度控制中心完成对CB30A中心平台有关信息传送、接受和下达的执行命令。
● SCADA系统调度控制中心完成对埕岛油田陆地中心站有关信息传送、接受和下达的执行命令。
● 提供最新的报警状态及可选择的数天的历史报警记录。
● 生成小时及日报表包括:当前报警状态、当前设备状态、井口压力及温度、单井原油计量。
● 生成用户报表。
● 所有井组平台数据的实时及历史趋势,包括系统压力、温度、流量、阀状态、计算值等。
● SCADA系统服务器数据库应为各操作站提供持续的数据获取服务。
● 所有的操作站均应有运行任何一种应用软件的能力。
● 调度控制中心应具有0.9999的系统可靠性。
● 合适的冗余能力。
● CB30A中心平台所属井组平台油井启、停控制功能。
● 紧急关断指令下达;及时关断所属井组平台油井、安全阀、海管进出口关断阀等。
● 提供中文人机对话的窗口,可实现交接班日志的综合管理及生产指令发布的联机综合管理。
● 汉化功能。包括画面、报警提示、命令条、数据、报表等。2. CB30A中心平台站控系统的功能  站控制系统除完成对CB30A中心平台的监视控制及生产管理任务外,还作为将来SCADA系统的现场控制单元,负责将有关信息传送给调度控制中心并接受和执行其下达的命令。其主要功能(不限于此):
● 对现场的工艺变量进行数据采集和处理

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