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案例頻道 基于控制網(wǎng)的PLC-5‘熱備份’成為了CACT石油開采平臺惠州 21 的緊急關(guān)閉系統(tǒng)的新核心，每月節(jié)省2個(gè)小時(shí)的平臺停工時(shí)間。
背景：
惠州（HZ）21是4-樁結(jié)構(gòu)的海上石油鉆探平臺，位于中國南海的115米水下?；葜?21具有浮動(dòng)式儲油裝置(FPSO)，從位于香港東南部160公里處的惠州油田16/ 08區(qū)中的六個(gè)水下油田之一開采原油。自從1984年第一口油井完成之后，HZ 21從1990年開始生產(chǎn)作業(yè)，使其成為第一個(gè)開采惠州油田的作業(yè)平臺。
HZ 21石油鉆探平臺歸CACT經(jīng)營集團(tuán)所有。CACT經(jīng)營集團(tuán)是一個(gè)勘探和開發(fā)中國珠江三角洲炭氫化合物儲存資源的國際性公司聯(lián)盟。CACT經(jīng)營集團(tuán)的成員加盟公司有中國海洋石油有限公司、阿吉普中國公司、美國伽夫隆石油公司以及德士古中國公司。CACT經(jīng)營集團(tuán)是中國最大的海洋石油開采合作伙伴，原油日產(chǎn)量可達(dá)100,0000桶。
挑戰(zhàn):
作為惠州油田中最早的開采平臺，HZ 21至今仍未在后來建設(shè)的平臺上采用控制技術(shù)。尤其是緊急關(guān)閉系統(tǒng)(ESD)，緊急關(guān)閉系統(tǒng)可以在發(fā)生設(shè)備危害或者人身傷害的情況下對所有的機(jī)械設(shè)備或者系統(tǒng)采取保護(hù)措施。石油生產(chǎn)系統(tǒng)常常為異常關(guān)閉所困擾，系統(tǒng)每次關(guān)閉都會導(dǎo)致嚴(yán)重的石油生產(chǎn)中斷。
ESD最初的控制結(jié)構(gòu)體系包括一個(gè)連接到兩個(gè)第三方的網(wǎng)絡(luò)以及遺留下來的可編程邏輯控制（PLC），用作“工作”和“備用”功能。然而，系統(tǒng)的設(shè)置卻為每次更換控制器時(shí)所發(fā)生的問題所困擾。
大約每月一次，在更換控制器時(shí)總會發(fā)生無法解釋的通信錯(cuò)誤，并且會導(dǎo)致平臺上的設(shè)備異常關(guān)閉。每次在系統(tǒng)關(guān)閉而工作人員查找問題原因和試圖進(jìn)行糾正時(shí)，都要耽誤一到兩個(gè)小時(shí)的時(shí)間。更糟糕的是，每次并不能明確找出問題的原因，因此根本無法預(yù)測系統(tǒng)異常關(guān)閉發(fā)生的頻率。
由于石油市場對不斷變化的經(jīng)濟(jì)環(huán)境極其敏感，因而，如果要達(dá)到最佳生產(chǎn)狀況，必須盡可能降低運(yùn)營成本和停工時(shí)間。目前HZ 21 所面臨的挑戰(zhàn)就是安裝一套可靠高效并且易于操作和維護(hù)的ESD控制系統(tǒng)，以消除停工時(shí)間。
解決方案：
在2001年2月，CACT對羅克韋爾自動(dòng)化ESD控制系統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)行了決標(biāo)。中標(biāo)者的選擇是基于公司在其他CACT石油開采平臺中使用Allen-Bradley PLC-5的工作經(jīng)驗(yàn)以及其公認(rèn)的可靠性。解決方案就是開發(fā)出一套完全集成的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)必須具有冗余的處理器和媒體網(wǎng)絡(luò)，采用PLC-5和第三方報(bào)警設(shè)備。
羅克韋爾自動(dòng)化全球制造解決方案集團(tuán)提供了整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和正在進(jìn)行的工程支持。在方案設(shè)計(jì)的早期，已經(jīng)花了大量的時(shí)間來確保解決方案能夠符合開采平臺的要求并且減少設(shè)備的停工時(shí)間。系統(tǒng)集成（包括PLC重新編碼）由石油工業(yè)設(shè)備供應(yīng)商Petrotec來完成。所有的硬件都安裝在現(xiàn)有的控制面板上，以節(jié)省空間。
系統(tǒng)升級項(xiàng)目于2001年5月開始。ESD控制系統(tǒng)所選擇的配置是基于控制網(wǎng)的“熱備份”，安裝了一對PLC-5/40C處理器。安裝熱備份元件就意味著兩個(gè)PLC應(yīng)該具有相同的配置，一個(gè)用作工作的主控制器，另一個(gè)作為處于“監(jiān)聽模式”的副控制器。兩個(gè)處理器都連接到相同的輸出端，并且讀取相同的現(xiàn)場輸入信息。如果主PLC控制出現(xiàn)任何問題，副PLC就會立即接替過來，而且生產(chǎn)作業(yè)不會中斷。
高級應(yīng)用工程師Alex Ng 在羅克韋爾自動(dòng)化香港公司說：“我們提出的控制解決方案可以確保系統(tǒng)不會因?yàn)槿魏喂收隙袛唷＿@樣就可以在PLC發(fā)生故障的情況下保證石油開采平臺持續(xù)運(yùn)行，而不需要停止生產(chǎn)作業(yè)?！睘榱藢?shí)現(xiàn)人機(jī)界面功能，專門安裝了兩臺羅克韋爾軟件RSView32 SCADA 工作站，以監(jiān)控?zé)醾浞軵LC的工作狀態(tài)。此外，在開采平臺21和附近的開采平臺26之間還安裝了控制網(wǎng)“同軸電纜到光纖”中繼器模塊。這樣，將來就可以在開采平臺26上實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)功能，如遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測、報(bào)警控制以及數(shù)據(jù)記錄等等。
成果：
2002年4月成功安裝了ESD系統(tǒng)。盡管新的系統(tǒng)僅僅運(yùn)行了很短一段時(shí)間，在升級ESD控制器時(shí)尚未發(fā)生過故障。最重要的是，系統(tǒng)沒有發(fā)生過異常關(guān)閉，因而沒有造成由于停工而引起的慘重?fù)p失。維護(hù)工作的減少已經(jīng)使每月的生產(chǎn)時(shí)間增加了兩個(gè)小時(shí)。最終，HZ 21 ESD控制系統(tǒng)升級每月可以為操作員節(jié)約US$80K。
實(shí)踐表明，在可靠性提高的同時(shí)，系統(tǒng)還具有易于維護(hù)的特性。而且，由于系統(tǒng)備件與油田中使用羅克韋爾自動(dòng)化控制設(shè)備的其他CACT開采平臺具有通用性，ESD系統(tǒng)將具有更加長遠(yuǎn)的益處。
背景：
惠州（HZ）21是4-樁結(jié)構(gòu)的海上石油鉆探平臺，位于中國南海的115米水下?；葜?21具有浮動(dòng)式儲油裝置(FPSO)，從位于香港東南部160公里處的惠州油田16/ 08區(qū)中的六個(gè)水下油田之一開采原油。自從1984年第一口油井完成之后，HZ 21從1990年開始生產(chǎn)作業(yè)，使其成為第一個(gè)開采惠州油田的作業(yè)平臺。
HZ 21石油鉆探平臺歸CACT經(jīng)營集團(tuán)所有。CACT經(jīng)營集團(tuán)是一個(gè)勘探和開發(fā)中國珠江三角洲炭氫化合物儲存資源的國際性公司聯(lián)盟。CACT經(jīng)營集團(tuán)的成員加盟公司有中國海洋石油有限公司、阿吉普中國公司、美國伽夫隆石油公司以及德士古中國公司。CACT經(jīng)營集團(tuán)是中國最大的海洋石油開采合作伙伴，原油日產(chǎn)量可達(dá)100,0000桶。
挑戰(zhàn):
作為惠州油田中最早的開采平臺，HZ 21至今仍未在后來建設(shè)的平臺上采用控制技術(shù)。尤其是緊急關(guān)閉系統(tǒng)(ESD)，緊急關(guān)閉系統(tǒng)可以在發(fā)生設(shè)備危害或者人身傷害的情況下對所有的機(jī)械設(shè)備或者系統(tǒng)采取保護(hù)措施。石油生產(chǎn)系統(tǒng)常常為異常關(guān)閉所困擾，系統(tǒng)每次關(guān)閉都會導(dǎo)致嚴(yán)重的石油生產(chǎn)中斷。
ESD最初的控制結(jié)構(gòu)體系包括一個(gè)連接到兩個(gè)第三方的網(wǎng)絡(luò)以及遺留下來的可編程邏輯控制（PLC），用作“工作”和“備用”功能。然而，系統(tǒng)的設(shè)置卻為每次更換控制器時(shí)所發(fā)生的問題所困擾。
大約每月一次，在更換控制器時(shí)總會發(fā)生無法解釋的通信錯(cuò)誤，并且會導(dǎo)致平臺上的設(shè)備異常關(guān)閉。每次在系統(tǒng)關(guān)閉而工作人員查找問題原因和試圖進(jìn)行糾正時(shí)，都要耽誤一到兩個(gè)小時(shí)的時(shí)間。更糟糕的是，每次并不能明確找出問題的原因，因此根本無法預(yù)測系統(tǒng)異常關(guān)閉發(fā)生的頻率。
由于石油市場對不斷變化的經(jīng)濟(jì)環(huán)境極其敏感，因而，如果要達(dá)到最佳生產(chǎn)狀況，必須盡可能降低運(yùn)營成本和停工時(shí)間。目前HZ 21 所面臨的挑戰(zhàn)就是安裝一套可靠高效并且易于操作和維護(hù)的ESD控制系統(tǒng)，以消除停工時(shí)間。
解決方案：
在2001年2月，CACT對羅克韋爾自動(dòng)化ESD控制系統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)行了決標(biāo)。中標(biāo)者的選擇是基于公司在其他CACT石油開采平臺中使用Allen-Bradley PLC-5的工作經(jīng)驗(yàn)以及其公認(rèn)的可靠性。解決方案就是開發(fā)出一套完全集成的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)必須具有冗余的處理器和媒體網(wǎng)絡(luò)，采用PLC-5和第三方報(bào)警設(shè)備。
羅克韋爾自動(dòng)化全球制造解決方案集團(tuán)提供了整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和正在進(jìn)行的工程支持。在方案設(shè)計(jì)的早期，已經(jīng)花了大量的時(shí)間來確保解決方案能夠符合開采平臺的要求并且減少設(shè)備的停工時(shí)間。系統(tǒng)集成（包括PLC重新編碼）由石油工業(yè)設(shè)備供應(yīng)商Petrotec來完成。所有的硬件都安裝在現(xiàn)有的控制面板上，以節(jié)省空間。
系統(tǒng)升級項(xiàng)目于2001年5月開始。ESD控制系統(tǒng)所選擇的配置是基于控制網(wǎng)的“熱備份”，安裝了一對PLC-5/40C處理器。安裝熱備份元件就意味著兩個(gè)PLC應(yīng)該具有相同的配置，一個(gè)用作工作的主控制器，另一個(gè)作為處于“監(jiān)聽模式”的副控制器。兩個(gè)處理器都連接到相同的輸出端，并且讀取相同的現(xiàn)場輸入信息。如果主PLC控制出現(xiàn)任何問題，副PLC就會立即接替過來，而且生產(chǎn)作業(yè)不會中斷。
高級應(yīng)用工程師Alex Ng 在羅克韋爾自動(dòng)化香港公司說：“我們提出的控制解決方案可以確保系統(tǒng)不會因?yàn)槿魏喂收隙袛唷＿@樣就可以在PLC發(fā)生故障的情況下保證石油開采平臺持續(xù)運(yùn)行，而不需要停止生產(chǎn)作業(yè)?！睘榱藢?shí)現(xiàn)人機(jī)界面功能，專門安裝了兩臺羅克韋爾軟件RSView32 SCADA 工作站，以監(jiān)控?zé)醾浞軵LC的工作狀態(tài)。此外，在開采平臺21和附近的開采平臺26之間還安裝了控制網(wǎng)“同軸電纜到光纖”中繼器模塊。這樣，將來就可以在開采平臺26上實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)功能，如遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測、報(bào)警控制以及數(shù)據(jù)記錄等等。
成果：
2002年4月成功安裝了ESD系統(tǒng)。盡管新的系統(tǒng)僅僅運(yùn)行了很短一段時(shí)間，在升級ESD控制器時(shí)尚未發(fā)生過故障。最重要的是，系統(tǒng)沒有發(fā)生過異常關(guān)閉，因而沒有造成由于停工而引起的慘重?fù)p失。維護(hù)工作的減少已經(jīng)使每月的生產(chǎn)時(shí)間增加了兩個(gè)小時(shí)。最終，HZ 21 ESD控制系統(tǒng)升級每月可以為操作員節(jié)約US$80K。
實(shí)踐表明，在可靠性提高的同時(shí)，系統(tǒng)還具有易于維護(hù)的特性。而且，由于系統(tǒng)備件與油田中使用羅克韋爾自動(dòng)化控制設(shè)備的其他CACT開采平臺具有通用性，ESD系統(tǒng)將具有更加長遠(yuǎn)的益處。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號