本文介紹了PLC在海上天然氣生產(chǎn)平臺(tái)設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用追临。主要討論了系統(tǒng)的應(yīng)用背景优隔、系統(tǒng)構(gòu)成雾鸠、人機(jī)界面以及相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)限牢。同時(shí)，針對(duì)海上天然氣平臺(tái)的生產(chǎn)特點(diǎn)纪娄，闡明了生產(chǎn)設(shè)備的保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)

　　1 引言

　　PLC（可編程邏輯控制器）由于其可靠性高戈裳、功能強(qiáng)、可擴(kuò)展性好等特點(diǎn)启毁，而被廣泛應(yīng)用于油氣田各類(lèi)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中橘蹭。在海上天然氣平臺(tái)的生產(chǎn)過(guò)程中，被處理介質(zhì)往往是高溫高壓页衙、易燃易爆的氣體或液體摊滔，故生產(chǎn)安全性問(wèn)題尤為突出。在這種情況下店乐，須將控制生產(chǎn)處理流程的生產(chǎn)控制系統(tǒng)與專(zhuān)職實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能的設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)分開(kāi)設(shè)計(jì)與安裝艰躺。這樣，就確保了當(dāng)生產(chǎn)控制系統(tǒng)出現(xiàn)掉電眨八、系統(tǒng)失控等故障時(shí)腺兴，設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)仍能將泵、壓縮機(jī)廉侧、壓力容器等生產(chǎn)設(shè)備切換到安全狀態(tài)页响，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)施的安全保護(hù)。

　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　由于設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行在現(xiàn)場(chǎng)段誊，各種電磁干擾大闰蚕，工作環(huán)境惡劣，因此選用抗干擾能力強(qiáng)的PLC作為系統(tǒng)控制主體连舍。系統(tǒng)由主從處理器没陡、遠(yuǎn)程I/O以及人機(jī)界面等構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如圖1所示审亿。

　　由于I/O點(diǎn)數(shù)較多叼稍、數(shù)據(jù)處理量大，故在美國(guó)A-B公司的PLC5系列處理器中選用處理容量較大的PLC5/40處理挨∥跑考慮到設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)本身負(fù)責(zé)生產(chǎn)處理設(shè)備的安全保護(hù)功能，其自身可靠性非常重要徙祥，將處理器部分設(shè)計(jì)為冗余配置藻拟。兩臺(tái)處理通過(guò)DH+通信同步工作，但只有主處理器從遠(yuǎn)程I/O中讀寫(xiě)數(shù)據(jù)廉贤。當(dāng)主處理器發(fā)生故障時(shí)卑聚，從處理器立即接管遠(yuǎn)程I/O，同時(shí)升級(jí)為主處理器卧蒂。

　　遠(yuǎn)程I/O部分選用A-B公司的1771遠(yuǎn)程I/O適配器纽秽。該適配器通過(guò)A-B公司的DH+數(shù)據(jù)總線與主處理器通訊，并刷新各輸入/輸出模塊的I/O點(diǎn)狀態(tài)圆乡。與遠(yuǎn)程I/O相連的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備掰腌，不僅包括各類(lèi)傳感器、執(zhí)行器炸渡，還包括一些分散在現(xiàn)場(chǎng)的本地控制器娜亿，例如儀表氣空壓縮機(jī)控制器、干氣壓透平壓縮機(jī)控制器蚌堵，均為PLC5系列可編程控制器买决。考慮到設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)對(duì)通信的高可靠性與實(shí)時(shí)性的要求吼畏，這些現(xiàn)場(chǎng)本地控制器不采用串行方式與設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)通信督赤，而使用0/24V開(kāi)關(guān)信號(hào)直接受設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)的控制。

　　人機(jī)界面泻蚊，則由美國(guó)費(fèi)舍爾-羅斯蒙特（Fisher-Rosemount）公司的RS3集散控制系統(tǒng)完成躲舌。該集散控制系統(tǒng)既是設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)的人機(jī)界面，又是控制處理流程的生產(chǎn)控制系統(tǒng)藕夫。出于安全性方面的考慮孽糖，生產(chǎn)控制系統(tǒng)不對(duì)設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行任何控制，僅對(duì)設(shè)施保系統(tǒng)監(jiān)視毅贮。

　　為了達(dá)到企業(yè)管理和生產(chǎn)自動(dòng)化的緊密結(jié)合办悟，系統(tǒng)報(bào)表功能由一臺(tái)與企業(yè)局域網(wǎng)相連的報(bào)表服務(wù)器完成。該服務(wù)器定時(shí)從生產(chǎn)控制系統(tǒng)與設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)炊捻，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)鸦呆，再自動(dòng)調(diào)用Lotus Notes，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)以電子郵件的形式投送到生產(chǎn)經(jīng)理眨捶、生產(chǎn)監(jiān)督等管理人員的電子信箱中畔香。

　　3 設(shè)施保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)

　　為了達(dá)到保護(hù)生產(chǎn)設(shè)備的目的，需要通過(guò)梯形圖程序?qū)υO(shè)備參數(shù)進(jìn)判斷并產(chǎn)生相應(yīng)的關(guān)停指令履字。關(guān)停指令共有四種級(jí)別猪褐，依次是：Fire ESD（Fire Emergency Shut Down鼓辈，火警緊急關(guān)停）、ESD（Emergency Shut Down緊急關(guān)停）和蛀、PSD（Process Shut Down失跷，處理流程關(guān)停）以及USD（Unit Shut Down，生產(chǎn)單元關(guān)停）搂棱。

　　Fire ESD指令級(jí)別最高叔梆，由火災(zāi)報(bào)警盤(pán)報(bào)告火警信號(hào)產(chǎn)生。其動(dòng)作是偏控，關(guān)停生產(chǎn)平臺(tái)的一切設(shè)備筑凫，同時(shí)啟動(dòng)海水消防泵與海水噴淋系統(tǒng)。ESD指令由一些表示嚴(yán)重生產(chǎn)事故的信號(hào)產(chǎn)生并村，例如巍实，檢測(cè)到天然氣泄漏。其動(dòng)作是橘霎，除應(yīng)急發(fā)電機(jī)以外蔫浆，關(guān)停其他一切設(shè)備。PSD指令由一些重要設(shè)備的非正常狀態(tài)產(chǎn)生姐叁，例如壓縮機(jī)喘震瓦盛，儀表氣壓力低等。其動(dòng)作是外潜，關(guān)停3整個(gè)生產(chǎn)處理流程原环，但保持發(fā)電機(jī)、儀表氣壓縮機(jī)的運(yùn)行处窥。USD則是由局部非正常生產(chǎn)狀態(tài)產(chǎn)生嘱吗，例如PID控制回路大幅度震蕩、分離器液位高等滔驾。其動(dòng)作是谒麦，關(guān)停發(fā)生故障的生產(chǎn)設(shè)備。

　　整個(gè)設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)的工作過(guò)程是：PLC處理器通過(guò)遠(yuǎn)程I/O對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的壓力采冕、溫度援愁、流量、轉(zhuǎn)速等狀態(tài)進(jìn)行判斷孩青。一旦檢測(cè)到非正常工作情況径揭，則立即將生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行全部或局部關(guān)停，同時(shí)通過(guò)人機(jī)界面向操作員報(bào)警森肉。

　　除了由傳感器檢測(cè)到的非正常生產(chǎn)狀態(tài)可產(chǎn)生關(guān)停止指令以外雌夕，設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)同時(shí)提供了手動(dòng)按鈕用以產(chǎn)生手動(dòng)關(guān)停止指令。手動(dòng)按鈕散布在生產(chǎn)區(qū)各處，由操作人員根據(jù)具體事故情況決定是否發(fā)出關(guān)停指令派憨。

　　設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)還提供了旁通（Bypass）功能购廊。當(dāng)維修人員對(duì)傳感器進(jìn)行檢測(cè)或維修時(shí)，為了防止設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)作笔碌，需要在梯形圖程序中設(shè)置旁通位更启，以便將被維護(hù)儀表產(chǎn)生的誤關(guān)停信號(hào)進(jìn)暫時(shí)屏蔽處理。

　　整個(gè)關(guān)停過(guò)程的程序流程圖如圖2所示截型。

　　4 PLC的軟件編程

　　A-B PLC 5/40處理器隨機(jī)提供6200系列編程軟件，但在實(shí)際編程中采用了Rockwell軟件公司的Logic 5軟件對(duì)PLC進(jìn)行編程儒溉。Logic 5是基于Windows的應(yīng)用程序宦焦，相對(duì)于6200編程軟件具有直觀、易用顿涣、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)波闹。該軟件運(yùn)行于PC機(jī)上，通過(guò)RS 232串行口對(duì)PLC進(jìn)行編程涛碑。由于程序復(fù)雜精堕，故將程序分為若干個(gè)子程序進(jìn)行編程。這些子程序塊依次是蒲障，加電初始化模塊歹篓、主從處理器同步模塊、人機(jī)界面通信模塊揉阎、模擬量高/低報(bào)警判斷模塊庄撮、Fire ESD/ESD/PSD/USD信號(hào)產(chǎn)生模塊以及關(guān)停動(dòng)作執(zhí)行模塊。經(jīng)后來(lái)的系統(tǒng)調(diào)試實(shí)踐證明毙籽，這種模塊化的編程方式對(duì)安裝調(diào)試提供了很大的方便湘乐，具體程序流程圖如圖3所示。

　　5 人機(jī)界面功能的實(shí)現(xiàn)

　　人機(jī)界面由RS3 DCS與報(bào)表服務(wù)器組成北拌。

　　由于RS3 DCS提供了與PLC 5系列處理器通信的子模塊扇胀，故人機(jī)界面與PLC 5處理器的通信設(shè)置相對(duì)較為簡(jiǎn)單。只需將RS3 DCS的控制塊設(shè)置為PLC BLOCK稼崎，并將PLC型號(hào)設(shè)置為AB PLC 5即可建立與PLC的通信忌党。通信建立后，便可在RS3 DCS的流程畫(huà)面蓬肢、歷史曲線以及報(bào)警設(shè)置等組態(tài)畫(huà)面中引用PLC處理中的變量企著。借助RS3 DCS強(qiáng)大的組態(tài)功能，可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)視與跟蹤魂中。

　　RS3 DCS提供了簡(jiǎn)單的報(bào)表功能冒溜，但相對(duì)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的要求還有很大的距離。因此，在RS3 DCS原有報(bào)表功能上重新開(kāi)發(fā)了報(bào)表生成系統(tǒng)饶辆。報(bào)表服務(wù)器的報(bào)表軟件酪律，采用Visual Basic進(jìn)行編程。該程序共分為三部分翻默，依次是缸沃，數(shù)據(jù)通信部分、數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫(xiě)部分以及報(bào)表生成部分修械。程序使用串行口通信控件從RS3 DCS中讀取數(shù)據(jù)趾牧，并通過(guò)ODBC使用SQL語(yǔ)言對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，最后再調(diào)用Lotus Notes Script生成電子郵件格式的報(bào)表肯污，并通過(guò)局域網(wǎng)將報(bào)表傳遞到生產(chǎn)管理者的信箱中翘单。

　　6 結(jié)束語(yǔ)

　　該系統(tǒng)在應(yīng)用實(shí)施后運(yùn)行良好，并經(jīng)多次突發(fā)性事故證明了已達(dá)到保護(hù)生產(chǎn)設(shè)備的要求蹦渣，從而確保了安全生產(chǎn)哄芜，降低了生產(chǎn)成本。系統(tǒng)的報(bào)表系統(tǒng)自運(yùn)行以來(lái)為企業(yè)的管理信息系統(tǒng)提供了大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)柬唯，達(dá)到了為操作與管理人員提供及時(shí)认臊、可靠的數(shù)據(jù)的要求。

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