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【摘要】文章主要介紹了儀表控制系統(tǒng)的發(fā)展及在海洋油氣田上的應(yīng)用，講述了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是未來(lái)儀表控制系統(tǒng)發(fā)展的主流，海洋油氣田廣泛使用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)場(chǎng)智能儀表；集散控制系統(tǒng)（DCS）；現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）

1引言

儀表控制系統(tǒng)作為油氣田的神經(jīng)中樞、檢測(cè)中心和安全屏障，其地位越來(lái)越不容忽視，利用好儀表控制系統(tǒng)成為海洋油氣田快速發(fā)展迫切需求。

2儀表控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和方向

20世紀(jì)60年代，石油化工等企業(yè)主要使用模擬式儀表。傳統(tǒng)的模擬儀表控制功能單一，在一些復(fù)雜的工藝生產(chǎn)過(guò)程中常常采用大量的傳統(tǒng)模擬儀表實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制功能，所以控制室內(nèi)的儀表越來(lái)越多，儀表盤(pán)面越來(lái)越大，導(dǎo)致人機(jī)聯(lián)系差，操作不及時(shí)，也不利于人員對(duì)工藝過(guò)程的監(jiān)控和操作。為了使儀表控制系統(tǒng)能適應(yīng)更復(fù)雜的控制功能，在中央控制室內(nèi)采用單一的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC）或者監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制（SCC），構(gòu)成了集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。然而，集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用的是高度集中控制，所以危險(xiǎn)性也高度集中，如果出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)停止甚至發(fā)生更危險(xiǎn)的惡性事故。因此，如何把計(jì)算機(jī)的故障所造成的危害和經(jīng)濟(jì)損失減小，使危險(xiǎn)分散，成為儀表控制系統(tǒng)首要解決的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)儀表研究人員刻苦鉆研和實(shí)踐，在1975年Honeywell公司推出了世界上第一代集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，簡(jiǎn)稱DCS），又稱分散控制系統(tǒng)，是以微處理器為基礎(chǔ)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中管理和分散控制的分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。隨著控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和軟件技術(shù)等的迅速發(fā)展，集散控制系統(tǒng)進(jìn)入了第二代。20世紀(jì)80年代，綜合信息管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成功標(biāo)志著DCS的迅速發(fā)展進(jìn)入了第三代，新的系統(tǒng)在原有的過(guò)程控制層和過(guò)程管理層上增加了第三層---綜合信息管理層，更多的關(guān)心高層信息的傳輸、處理和共享。為了打破“信息孤島”系統(tǒng)封閉的格局，就必須設(shè)計(jì)出一種適用與工業(yè)化環(huán)境、性能可靠、協(xié)議公開(kāi)、成本較低的數(shù)字通信系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)出遵循同一通信標(biāo)準(zhǔn)的多功能現(xiàn)場(chǎng)智能儀表，使不同廠家的現(xiàn)場(chǎng)儀表可以在開(kāi)放系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)互聯(lián)和互操作，這樣就消除了傳統(tǒng)DCS采用專用通信網(wǎng)絡(luò)所造成的系統(tǒng)封閉的缺陷，才能滿足用戶的需要。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)就是在這種實(shí)際需求的驅(qū)動(dòng)下應(yīng)運(yùn)而生的。

3現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

現(xiàn)行總線實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)，使自動(dòng)控制系統(tǒng)與設(shè)備之間具有了通信能力，把現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表等設(shè)備連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，徹底打破了儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)的信息孤島。由現(xiàn)場(chǎng)總線組成的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)，成為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem，簡(jiǎn)稱FCS）。FCS是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)飛速發(fā)展的基礎(chǔ)上，與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是繼模擬式儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字儀表控制系統(tǒng)、DCS后的新一代控制系統(tǒng)，在石油化工企業(yè)的儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)中，得到廣泛的應(yīng)用。

3.1FCS的結(jié)構(gòu)

FCS包括現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和電纜，以及網(wǎng)絡(luò)管理、通信軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件。

3.1.1現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表

現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表內(nèi)部自帶了一個(gè)微處理器，具備了相互通信的能力，具有豐富的控制功能、靈活方便的操作手段，比模擬式儀表更有效的控制和管理生產(chǎn)過(guò)程。例如，海洋石油115設(shè)施上的Fisher—Rosemount公司的3051壓力、差壓、液位變送器以及溫度變送器、智能調(diào)節(jié)閥是FF現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)場(chǎng)儀表，具有各種功能模塊，可實(shí)現(xiàn)多種控制策略和功能。

3.1.2監(jiān)控計(jì)算機(jī)

FCS需要一臺(tái)或多臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，這類計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用、工作可靠、抗干擾能力好，能滿足智能儀表的組態(tài)、診斷、運(yùn)行和操作的要求。

3.1.3網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備是現(xiàn)場(chǎng)總線之間及總線與節(jié)點(diǎn)之間連接的橋梁，現(xiàn)場(chǎng)總線與監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間一般用通信控制器或通訊接口卡連接，它可連接多個(gè)智能節(jié)點(diǎn)或多條通信鏈路。一臺(tái)帶有通信接口卡的PC機(jī)及若干現(xiàn)場(chǎng)智能儀表與通信電纜，就構(gòu)成了最基本的FCS硬件系統(tǒng)。

3.1.4監(jiān)控系統(tǒng)軟件

監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理、通信和組態(tài)軟件。操作系統(tǒng)一般都是Windows操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)管理軟件的作用是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的安裝、刪除、測(cè)試，以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建、維護(hù)等。

3.2FCS的優(yōu)點(diǎn)

3.2.1FCS實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制

傳統(tǒng)的模擬式儀表控制系統(tǒng)采用一對(duì)一的設(shè)備連接，而FCS采用了具有DCS系統(tǒng)中處于控制室內(nèi)的控制模塊、各類智能儀表設(shè)備，智能儀表具有相互通信的能力，智能測(cè)量變送儀表可以與調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行器直接進(jìn)行信息傳遞，使生產(chǎn)更加安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

3.2.2FCS簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

FCS采用數(shù)字信號(hào)替代模擬信號(hào)，不再需要模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換部件，可實(shí)現(xiàn)一條信號(hào)線上傳輸多個(gè)信號(hào)，可以為多個(gè)設(shè)備提供電源，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)省了連接電纜和安裝費(fèi)用。

3.2.3FCS實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的開(kāi)放性

FCS以網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，而現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158）是統(tǒng)一的，各個(gè)廠家生產(chǎn)的控制系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)必須滿足此國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，才能受到用戶和各大企業(yè)的青睞，才能滿足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求，所以各個(gè)廠家的設(shè)備可以自由通信，用戶可以按自己的習(xí)慣、需求和考慮，不用限定廠家、機(jī)型，實(shí)現(xiàn)儀表控制系統(tǒng)的開(kāi)放性。

3.2.4FCS的互可操作性和互用性

互可操作性是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳輸和溝通；互用性是指不同廠家的性能類似的設(shè)備產(chǎn)品能夠互相替代。3.2.5FCS采用全數(shù)字通信方式FCS與傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)不同，它采用全數(shù)字通信方式，可以進(jìn)行雙向通信，提高了通信速度、傳輸精度。

3.2.6FCS節(jié)省硬件數(shù)量與投資，節(jié)省了安裝費(fèi)用

FCS掛接的都是現(xiàn)場(chǎng)智能儀表，一根現(xiàn)場(chǎng)總線可以連接多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)智能儀表，能直接傳輸和執(zhí)行多種測(cè)量、控制、報(bào)警和計(jì)算功能，減少了變送器數(shù)量，也不再需要模擬信號(hào)傳輸過(guò)程中大量的A/D、D/A轉(zhuǎn)換與處理部件，從而節(jié)省了一大筆硬件費(fèi)用、安裝費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用，提高了石油化工等企業(yè)的效益。

4儀表控制系統(tǒng)在海洋油氣田的應(yīng)用前景

海洋石油的生產(chǎn)平臺(tái)（DPP）或者油氣處理儲(chǔ)存裝置（FPSO）有許多系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備的供銷商是不同的，其控制功能和實(shí)現(xiàn)方式也存在差異，那么怎樣才能把它們有效的結(jié)合起來(lái)？怎樣才能更好的利用它們的信息來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制？已經(jīng)成為儀表專業(yè)人員首要解決的問(wèn)題。雖然DCS已經(jīng)霸占了儀表控制系統(tǒng)30多年，也在不斷的進(jìn)步，但是它仍然有它的局限性。通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的比較，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)飛速發(fā)展，DCS必將讓位于FCS。FCS已經(jīng)成為我們海洋石油儀表控制系統(tǒng)發(fā)展的主要方向，有一些新的設(shè)施DPP或者FPSO已經(jīng)使用FCS，海洋石油115（FPSO）的上部模塊就已經(jīng)采用了FCS，就目前使用情況來(lái)看，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，投產(chǎn)使用十多年以來(lái)，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)大的故障，大大降低了維護(hù)費(fèi)用，從來(lái)沒(méi)有因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備問(wèn)題影響正常生產(chǎn)。FCS的問(wèn)世標(biāo)志著儀表控制系統(tǒng)進(jìn)入了一個(gè)新的歷史時(shí)期，不僅滿足了海洋油氣田快速發(fā)展的需要，也滿足了海洋油氣田技術(shù)不斷進(jìn)步、更新的需要。

5結(jié)語(yǔ)

儀表控制系統(tǒng)作為海洋油氣田生產(chǎn)裝置的“神經(jīng)中樞與大腦”，逐漸向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、微型化方向發(fā)展，而FCS的問(wèn)世，大大降低了成本費(fèi)用，并能夠大大的提高海洋油氣田生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)性和安全性，為海洋油氣田進(jìn)一步向深水進(jìn)軍提供了技術(shù)保證。

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作者：徐從成 單位：中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司西江油田惠州25-8平臺(tái)