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1 引言

    PLC（可編程邏輯控制器）由于其可靠性高、功能強、可擴展性好等特點，而被廣泛應用于油氣田各類生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中。在海上天然氣平臺的生產(chǎn)過程中，被處理介質(zhì)往往是高溫高壓、易燃易爆的氣體或液體，故生產(chǎn)安全性問題尤為突出。在這種情況下，須將控制生產(chǎn)處理流程的生產(chǎn)控制系統(tǒng)與專職實現(xiàn)保護功能的設施保護系統(tǒng)分開設計與安裝。這樣，就確保了當生產(chǎn)控制系統(tǒng)出現(xiàn)掉電、系統(tǒng)失控等故障時，設施保護系統(tǒng)仍能將泵、壓縮機、壓力容器等生產(chǎn)設備切換到安全狀態(tài)，從而實現(xiàn)生產(chǎn)設施的安全保護。

    2 系統(tǒng)結構

    由于設施保護系統(tǒng)運行在現(xiàn)場，各種電磁干擾大，工作環(huán)境惡劣，因此選用抗干擾能力強的PLC作為系統(tǒng)控制主體。系統(tǒng)由主從處理器、遠程I/O以及人機界面等構成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

    由于I/O點數(shù)較多、數(shù)據(jù)處理量大，故在美國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?？紤]到設施保護系統(tǒng)本身負責生產(chǎn)處理設備的安全保護功能，其自身可靠性非常重要，將處理器部分設計為冗余配置。兩臺處理通過DH+通信同步工作，但只有主處理器從遠程I/O中讀寫數(shù)據(jù)。當主處理器發(fā)生故障時，從處理器立即接管遠程I/O，同時升級為主處理器。

    遠程I/O部分選用A-B公司的1771遠程I/O適配器。該適配器通過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點狀態(tài)。與遠程I/O相連的現(xiàn)場設備，不僅包括各類傳感器、執(zhí)行器，還包括一些分散在現(xiàn)場的本地控制器，例如儀表氣空壓縮機控制器、干氣壓透平壓縮機控制器，均為PLC5系列可編程控制器。考慮到設施保護系統(tǒng)對通信的高可靠性與實時性的要求，這些現(xiàn)場本地控制器不采用串行方式與設施保護系統(tǒng)通信，而使用0/24V開關信號直接受設施保護系統(tǒng)的控制。

    人機界面，則由美國費舍爾-羅斯蒙特（Fisher-Rosemount）公司的RS3集散控制系統(tǒng)完成。該集散控制系統(tǒng)既是設施保護系統(tǒng)的人機界面，又是控制處理流程的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。出于安全性方面的考慮，生產(chǎn)控制系統(tǒng)不對設施保護系統(tǒng)進行任何控制，僅對設施保系統(tǒng)監(jiān)視。

    為了達到企業(yè)管理和生產(chǎn)自動化的緊密結合，系統(tǒng)報表功能由一臺與企業(yè)局域網(wǎng)相連的報表服務器完成。該服務器定時從生產(chǎn)控制系統(tǒng)與設施保護系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，再自動調(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、生產(chǎn)監(jiān)督等管理人員的電子信箱中。

    3 設施保護功能的實現(xiàn)

    為了達到保護生產(chǎn)設備的目的，需要通過梯形圖程序?qū)υO備參數(shù)進判斷并產(chǎn)生相應的關停指令。關停指令共有四種級別，依次是：Fire ESD（Fire Emergency Shut Down，火警緊急關停）、ESD（Emergency Shut Down緊急關停）、PSD（Process Shut Down，處理流程關停）以及USD（Unit Shut Down，生產(chǎn)單元關停）。

    Fire ESD指令級別最高，由火災報警盤報告火警信號產(chǎn)生。其動作是，關停生產(chǎn)平臺的一切設備，同時啟動海水消防泵與海水噴淋系統(tǒng)。ESD指令由一些表示嚴重生產(chǎn)事故的信號產(chǎn)生，例如，檢測到天然氣泄漏。其動作是，除應急發(fā)電機以外，關停其他一切設備。PSD指令由一些重要設備的非正常狀態(tài)產(chǎn)生，例如壓縮機喘震，儀表氣壓力低等。其動作是，關停3整個生產(chǎn)處理流程，但保持發(fā)電機、儀表氣壓縮機的運行。USD則是由局部非正常生產(chǎn)狀態(tài)產(chǎn)生，例如PID控制回路大幅度震蕩、分離器液位高等。其動作是，關停發(fā)生故障的生產(chǎn)設備。

    整個設施保護系統(tǒng)的工作過程是：PLC處理器通過遠程I/O對生產(chǎn)設備的壓力、溫度、流量、轉(zhuǎn)速等狀態(tài)進行判斷。一旦檢測到非正常工作情況，則立即將生產(chǎn)設備進行全部或局部關停，同時通過人機界面向操作員報警。

    除了由傳感器檢測到的非正常生產(chǎn)狀態(tài)可產(chǎn)生關停止指令以外，設施保護系統(tǒng)同時提供了手動按鈕用以產(chǎn)生手動關停止指令。手動按鈕散布在生產(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)出關停指令。

    設施保護系統(tǒng)還提供了旁通（Bypass）功能。當維修人員對傳感器進行檢測或維修時，為了防止設施保護系統(tǒng)產(chǎn)生誤動作，需要在梯形圖程序中設置旁通位，以便將被維護儀表產(chǎn)生的誤關停信號進暫時屏蔽處理。

    整個關停過程的程序流程圖如圖2所示。

    4 PLC的軟件編程

    A-B PLC 5/40處理器隨機提供6200系列編程軟件，但在實際編程中采用了Rockwell軟件公司的Logic 5軟件對PLC進行編程。Logic 5是基于Windows的應用程序，相對于6200編程軟件具有直觀、易用、功能強大的特點。該軟件運行于PC機上，通過RS 232串行口對PLC進行編程。由于程序復雜，故將程序分為若干個子程序進行編程。這些子程序塊依次是，加電初始化模塊、主從處理器同步模塊、人機界面通信模塊、模擬量高/低報警判斷模塊、Fire ESD/ESD/PSD/USD信號產(chǎn)生模塊以及關停動作執(zhí)行模塊。經(jīng)后來的系統(tǒng)調(diào)試實踐證明，這種模塊化的編程方式對安裝調(diào)試提供了很大的方便，具體程序流程圖如圖3所示。

    5 人機界面功能的實現(xiàn)

    人機界面由RS3 DCS與報表服務器組成。

    由于RS3 DCS提供了與PLC 5系列處理器通信的子模塊，故人機界面與PLC 5處理器的通信設置相對較為簡單。只需將RS3 DCS的控制塊設置為PLC BLOCK，并將PLC型號設置為AB PLC 5即可建立與PLC的通信。通信建立后，便可在RS3 DCS的流程畫面、歷史曲線以及報警設置等組態(tài)畫面中引用PLC處理中的變量。借助RS3 DCS強大的組態(tài)功能，可方便地實現(xiàn)對設施保護系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)視與跟蹤。

    RS3 DCS提供了簡單的報表功能，但相對生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的要求還有很大的距離。因此，在RS3 DCS原有報表功能上重新開發(fā)了報表生成系統(tǒng)。報表服務器的報表軟件，采用Visual Basic進行編程。該程序共分為三部分，依次是，數(shù)據(jù)通信部分、數(shù)據(jù)庫讀寫部分以及報表生成部分。程序使用串行口通信控件從RS3 DCS中讀取數(shù)據(jù)，并通過ODBC使用SQL語言對數(shù)據(jù)庫進行讀寫操作，最后再調(diào)用Lotus Notes Script生成電子郵件格式的報表，并通過局域網(wǎng)將報表傳遞到生產(chǎn)管理者的信箱中。

    6 結束語

    該系統(tǒng)在應用實施后運行良好，并經(jīng)多次突發(fā)性事故證明了已達到保護生產(chǎn)設備的要求，從而確保了安全生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本。系統(tǒng)的報表系統(tǒng)自運行以來為企業(yè)的管理信息系統(tǒng)提供了大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，達到了為操作與管理人員提供及時、可靠的數(shù)據(jù)的要求。