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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監(jiān)控系統中。在海上天然氣平臺的生產過程中，被處理介質往往是高溫高壓、易燃易爆的氣體或液體，故生產安全性問題尤為突出。在這種情況下，須將控制生產處理流程的生產控制系統與專職實現保護功能的設施保護系統分開設計與安裝。這樣，就確保了當生產控制系統出現掉電、系統失控等故障時，設施保護系統仍能將泵、壓縮機、壓力容器等生產設備切換到安全狀態(tài)，從而實現生產設施的安全保護。

    2 系統結構

    由于設施保護系統運行在現場，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作為系統控制主體。系統由主從處理器、遠程I/O以及人機界面等構成。系統框圖如圖1所示。

    由于I/O點數較多、數據處理量大，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]到設施保護系統本身負責生產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中讀寫數據。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+數據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?？紤]到設施保護系統對通信的高可靠性與實時性的要求，這些現場本地控制器不采用串行方式與設施保護系統通信，而使用0/24V開關信號直接受設施保護系統的控制。

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

    為了達到企業(yè)管理和生產自動化的緊密結合，系統報表功能由一臺與企業(yè)局域網相連的報表服務器完成。該服務器定時從生產控制系統與設施保護系統中讀取數據，并將數據存入數據庫，再自動調用Lotus Notes，將生產數據以電子郵件的形式投送到生產經理、生產監(jiān)督等管理人員的電子信箱中。

    3 設施保護功能的實現

    為了達到保護生產設備的目的，需要通過梯形圖程序對設備參數進判斷并產生相應的關停指令。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生。其動作是，關停生產平臺的一切設備，同時啟動海水消防泵與海水噴淋系統。ESD指令由一些表示嚴重生產事故的信號產生，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狀態(tài)產生，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)生故障的生產設備。

    整個設施保護系統的工作過程是：PLC處理器通過遠程I/O對生產設備的壓力、溫度、流量、轉速等狀態(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狀態(tài)可產生關停止指令以外，設施保護系統同時提供了手動按鈕用以產生手動關停止指令。手動按鈕散布在生產區(qū)各處，由操作人員根據具體事故情況決定是否發(fā)出關停指令。

    設施保護系統還提供了旁通（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產生誤動作，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信號產生模塊以及關停動作執(zhí)行模塊。經后來的系統調試實踐證明，這種模塊化的編程方式對安裝調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

    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，可方便地實現對設施保護系統狀態(tài)的監(jiān)視與跟蹤。

    RS3 DCS提供了簡單的報表功能，但相對生產管理信息系統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。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，數據通信部分、數據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中讀取數據，并通過ODBC使用SQL語言對數據庫進行讀寫操作，最后再調用Lotus Notes Script生成電子郵件格式的報表，并通過局域網將報表傳遞到生產管理者的信箱中。

    6 結束語

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