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安全關(guān)斷系統(tǒng)在油氣處理裝置中的應(yīng)用

文檔作者：王宏濤鄭磊文檔來源：中國石油玉門油田a．乍得項(xiàng)目采油廠．b．青西作業(yè)區(qū)聯(lián)合站		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月03日
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226 化工自動化及儀表第4l卷
安全關(guān)斷系統(tǒng)在油氣處理裝置中的應(yīng)用
王宏濤4鄭磊“
(中國石油玉門油田a．乍得項(xiàng)目采油廠．b．青西作業(yè)區(qū)聯(lián)合站，甘肅酒泉735000)
摘要以安全關(guān)斷系統(tǒng)在乍得ROINER油田的應(yīng)用為背景。介紹其硬件配置和軟件組態(tài)。以及Tricon
安全關(guān)斷控制器容錯結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞安全關(guān)斷系統(tǒng)油氣處理裝置硬件軟件
中圖分類號TH862+．7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼B 文章編號1000一3932(2014)02旬226m3
ROINER油田位于非洲乍得共和國，2011年
5月正式投產(chǎn)，為了應(yīng)對裝置意外事故和突發(fā)的
社會安保事件，ROINER油田特別設(shè)計(jì)使用了兩
套安全關(guān)斷被系統(tǒng)(safety Shutdown System，
sss)，分別安裝在轉(zhuǎn)油站和聯(lián)合站。sss是能夠
對突發(fā)意外事件，生產(chǎn)過程中可能發(fā)生的危險，以
及不采取措施將會繼續(xù)惡化的狀態(tài)，迅速響應(yīng)并
關(guān)斷保護(hù)的系統(tǒng)，對保證裝置平穩(wěn)且長周期安全
生產(chǎn)，特別是消除重大的和災(zāi)難性的事故，或保證
安保時間是至關(guān)重要的。sss是適用于高溫、高
壓、易燃及易爆等連續(xù)性生產(chǎn)裝置的安全保護(hù)系
統(tǒng)。在此，筆者以中國石油在非洲乍得共和國的
ROINER油田建設(shè)項(xiàng)目為背景，介紹sss在油氣
處理裝置中的應(yīng)用，給出其硬件結(jié)構(gòu)與軟件組態(tài)。
1 ROINER油田采油廠控制系統(tǒng)簡介
如圖1所示，ROINER油田采油廠控制系統(tǒng)
由4套RTu、兩套SSS、兩套DCS和一套scADA
構(gòu)成，4套RTU分別安裝在4個計(jì)量站(OGM)，
兩套SSs和兩套DCS分別安裝在轉(zhuǎn)油站和聯(lián)合
站，一套scADA安裝在聯(lián)合站?？刂葡到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)生
產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集與傳輸、生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)視與控
制，歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警記錄的實(shí)時存儲與打印，生產(chǎn)
數(shù)據(jù)庫和生產(chǎn)報(bào)表的自動采集、錄入及生成等功
能。在轉(zhuǎn)油站和聯(lián)合站分別安裝了一套SSS，實(shí)
現(xiàn)整個采油廠的停產(chǎn)(包括停井)一級關(guān)斷，轉(zhuǎn)油
站停運(yùn)和停輸或聯(lián)合站停運(yùn)和停輸二級關(guān)斷，單
體設(shè)備緊急停車三級關(guān)斷。
一一黼黹黹晶囂
圖l ROINER油田采油廠控制系統(tǒng)架構(gòu)
2 SSS硬件配置
ROINER油田采油廠轉(zhuǎn)油站和聯(lián)合站的sss
由主機(jī)(控制器控制站)、工程師站／操作站、輔操
臺和SOE打印機(jī)組成，如圖2所示。
輔操臺
笪呈墮些至望塹I(控制器控制站)L堡堡皇絲重I—i群。F
圖2 SSS硬件組成框圖
sss主機(jī)即Tricon控制器，包括主處理器卡、
輸入／輸出卡、電源卡及通信卡等，所有卡件安裝
在主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架中，這些機(jī)架同電源單元、輔
助儀表和接線端子排集成安裝于機(jī)柜中。SSS控
制器由高可靠性硬件組成，其特點(diǎn)是容錯功能
(Hardware Implemented Fault T01erance，HIFT)和
收稿日期：2013_06_02
萬方數(shù)據(jù)
第2期王宏濤等．安全關(guān)斷系統(tǒng)在油氣處理裝置中的應(yīng)用227
三重化模塊冗余結(jié)構(gòu)(Triple Modular Redundancy，
TMR)。HIFT是通過硬件電路來實(shí)現(xiàn)故障的
檢測和冗余管理功能的，與軟件實(shí)現(xiàn)容錯相比，減
少了處理器的工作負(fù)荷，使得過程控制功能速度
更快，可靠性更高。TMR即SSS的關(guān)鍵電路均實(shí)
現(xiàn)了三重化，每個支路都能獨(dú)立完成控制功能，并
能夠與其他兩個支路并行工作。3個獨(dú)立支路的
輸出信號在輸出前要經(jīng)過三取二表決，如果任何
一個支路出現(xiàn)故障，表決器會自動屏蔽從故障支
路來的信號并輸出經(jīng)過表決后的正確信號，同時
發(fā)生故障的模塊會被自動檢測出來，進(jìn)行在線修
理或更換。確保了SSS運(yùn)行的安全性和可靠性。
Tricon SSS的三重化硬件容錯結(jié)構(gòu)如圖l所示。
如圖3所示，現(xiàn)場傳感器的輸入信號經(jīng)過接
線端子板(ETP)進(jìn)入SSS的輸入模塊后，分成3
個支路，支路彼此之間進(jìn)行光電隔離，再通過3條
獨(dú)立的通信線路I／O Bus分別送到3個主處理器
參與控制程序運(yùn)算。主處理器在TriBus總線上
對信號進(jìn)行傳輸表決，保證每個主處理器使用同
樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制運(yùn)算。當(dāng)控制程序執(zhí)行后，主
處理器分別將處理結(jié)果輸出至輸出模塊，在輸出
模塊上再對輸出信號進(jìn)行三取二表決，以保證輸
出信號的準(zhǔn)確性。最后，輸出信號經(jīng)過接線端子
板輸出到現(xiàn)場。由于SSS的每個支路之間是完全
隔離的，任何一條支路出現(xiàn)故障都不會影響到其
他兩個支路的工作，拆卸和更換失效支路內(nèi)的失
效模件都可以在在線狀態(tài)下進(jìn)行，而不必中斷系
統(tǒng)運(yùn)行。這樣的硬件結(jié)構(gòu)保證了Tricon SSS具有
較高的可靠性和安全性。
剖雨喲日：：
一匝馬罵囂取
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主處理器卜I，o總線．-- 日二
一l衛(wèi)三重化f
表
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決
罔I，0總線l c l
圖3 SSS控制器的三重化容錯結(jié)構(gòu)
工程師站(操作站)選用工業(yè)PC機(jī)，配有系
統(tǒng)組態(tài)和監(jiān)控軟件，兼具儀表工程組態(tài)維護(hù)和生
產(chǎn)過程監(jiān)控功能，并采用口令登錄方式實(shí)現(xiàn)兩種
操作環(huán)境的轉(zhuǎn)換。工程師站配有以太網(wǎng)卡，通過
基于TcP／IP的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)與EsD通信卡建
立雙向數(shù)據(jù)通信，用于監(jiān)控和組態(tài)數(shù)據(jù)的上傳和
下裝。
輔助操作臺用于緊急關(guān)斷(ESD)和緊急關(guān)斷
閥的手動操作，緊急關(guān)斷、火災(zāi)和可燃?xì)怏w運(yùn)行狀
態(tài)指示，輔操臺上裝有SSS邏輯投用／切除轉(zhuǎn)換開
關(guān)、手動操作鑰匙開關(guān)和信號狀態(tài)指示燈。輔操
臺的操作面板與sss主機(jī)通過硬線連接進(jìn)行信號
傳輸。
事件順序(Sequence of Event，SOE)是指在每
次掃描期間，SSS主處理器檢查所指定的，被稱為
事件的離散變量的狀態(tài)改變，當(dāng)一個事件發(fā)生時，
主處理器將變量的當(dāng)前狀態(tài)和時間作為SOE記
錄存儲在緩沖區(qū)內(nèi)，SOE記錄由打印機(jī)輸出或轉(zhuǎn)
換為SOE．LOG文件存儲于操作站硬盤。SOE記
錄按變量狀態(tài)改變時間的先后順序排列，這有利
于聯(lián)鎖動作后的分析診斷。
3 SSS控制網(wǎng)絡(luò)與組態(tài)應(yīng)用
3．1 SSS控制網(wǎng)絡(luò)
如圖4所示，系統(tǒng)通過通信卡件(NcM)NETl
通信口將多個控制器連接在一起，控制網(wǎng)絡(luò)采用
Triconex·proprietary協(xié)議。使用NE，I’2通信口，采
用星形網(wǎng)絡(luò)通過交換機(jī)或集線器(HUB)將工程
師站、多個操作員站和控制站用Ethernet網(wǎng)絡(luò)連
接在一起，完成站與站之間的數(shù)據(jù)交換。Ethernet
圖4 SSS控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖
萬方數(shù)據(jù)
化工自一動億及儀表第4l卷
可以連接多個Et如met子網(wǎng)成為組合結(jié)構(gòu)。一個
控制區(qū)域可以連接多個控制站和多個操作站或工
程師站。工程師站和控制器問采用點(diǎn)對點(diǎn)通信模
式，也可以采用廣播式通信模式。
硬件網(wǎng)絡(luò)的最上層為信息管理網(wǎng)，采用TCP／
IP協(xié)議，用于工廠級信息的傳送和管理；中間層
為過程控制網(wǎng)，采用雙高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)作為
其過程控制網(wǎng)，連接操作員站、工程師站和控制
站，傳輸實(shí)時信息；底層為控制站內(nèi)部主處理器
(Main Processo璐)網(wǎng)絡(luò)通信，采用高速通信系統(tǒng)
TriBus，通信速率375kb／m8，是控制站各處理器進(jìn)
行信息交換的通道。
系統(tǒng)通過過程控制網(wǎng)Ethemet連接工程師
站、操作員站和控制站，完成站與站之間的數(shù)據(jù)交
換。過程控制網(wǎng)Etllemet可以連接多個Etll唧et
子網(wǎng)成為組合結(jié)構(gòu)；每個控制站的容量也可以滿
足一般裝置的需要，以機(jī)籠為單位，一個主機(jī)可以
擴(kuò)展到15只機(jī)籠和115個I／O卡件。具體是否
給卡件配置為冗余方式很靈活；通過Eth唧et網(wǎng)
絡(luò)構(gòu)成分散控制結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性。系
統(tǒng)每一塊卡件均帶有專用微處理器，可以對卡件
進(jìn)行控制、運(yùn)算、監(jiān)測、處理與診斷，使系統(tǒng)的安全
性得以提高。
3．2軟件組態(tài)
每套sSs都提供了基于windows的系統(tǒng)組態(tài)
軟件TriStation 1131，該軟件裝在工程師站中，用
戶可以利用它進(jìn)行系統(tǒng)硬件配置、定義輸入／輸出
點(diǎn)，還可以調(diào)用各種功能模塊進(jìn)行控制程序組態(tài)。
用戶的組態(tài)程序經(jīng)過編譯后再下裝到矚con控制
器的主處理器中執(zhí)行。該軟件還具有硬件運(yùn)行狀
態(tài)監(jiān)視和仿真功能，可以用來進(jìn)行系統(tǒng)硬件的故
障診斷、在線維護(hù)以及控制程序的調(diào)試和模擬試
驗(yàn)。
3．3人機(jī)界面
Intouch組態(tài)軟件具有全中文顯示、界面友好
和易于操作的特點(diǎn)。軟件操作畫面的設(shè)計(jì)采用主
菜單形式，在每幅畫面下方設(shè)按鈕可以進(jìn)行切換，
主要包括主菜單、工藝流程、總貌、報(bào)表、報(bào)警、歷
史趨勢及組態(tài)等畫面。根據(jù)監(jiān)測、觀察和維護(hù)的
需要，在每個畫面中都設(shè)置有按鈕，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊
即可進(jìn)入相應(yīng)畫面，主菜單畫面中匯總了各個畫
面的按鈕，操作人員根據(jù)維護(hù)系統(tǒng)的實(shí)際需要進(jìn)
入各個畫面進(jìn)行監(jiān)護(hù)并操作。對關(guān)鍵參數(shù)的修
改，采用分級授權(quán)制，如果操作人員的訪問級別不
夠，系統(tǒng)拒絕執(zhí)行。基于中文windows系列操作
系統(tǒng)，大量采用Windows標(biāo)準(zhǔn)控件，使得操作保持
了一致性。同時提供了大量在線幫助功能。Intollch
與sss通信后，sSs中的數(shù)據(jù)可以在Intouch
組態(tài)畫面中顯示，操作人員也可以通過IntouclI修
改SSS中的部分操作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)過程的
監(jiān)視與控制。
4結(jié)束語
ROINER油田采油廠的轉(zhuǎn)油站和聯(lián)合站分別
設(shè)計(jì)安裝了安全關(guān)斷系統(tǒng)后，對防止和杜絕生產(chǎn)
裝置發(fā)生重大或?yàn)?zāi)難性的事故，在人員的安全、健
康和裝置安全生產(chǎn)方面起到至關(guān)重要的作用，對
同類油氣處理裝置的設(shè)計(jì)或改造有一定的借鑒意
義。但是ROlNER采油廠的相關(guān)裝置使用SsS
后，對操作、控制和維修的要求也越來越嚴(yán)格，任
何影響到裝置安全的誤操作或維修失誤都可能引
起關(guān)斷停產(chǎn)，因而對操作和維護(hù)人員素質(zhì)的要求
也就更高了。
(上接第225頁)
參考文獻(xiàn)
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03-11