西門子PCS7在勝利油田埕島海上中心平臺的應(yīng)用
摘要：西門子全集成自動化控制系統(tǒng)PCS7具有過程控制系統(tǒng)的所有特性和功能，過程控制簡單而安全、方便信息網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線及儀表的集成，設(shè)計模塊化，系統(tǒng)的擴展性強，是企業(yè)實現(xiàn)管控一體化的理想集成運行平臺 .
一. 項目簡介
1. 勝利油田埕島CB30A中心平臺SCADA系統(tǒng)由中心平臺站控系統(tǒng)和所屬井組平臺（一期7座，將來擴展到20座）遠程控制站（簡稱RTU）組成，完成CB30A中心平臺和所屬井組平臺的生產(chǎn)監(jiān)視及控制，并將數(shù)據(jù)通過擴頻微波系統(tǒng)傳往原有的陸地中心站。CB30A中心平臺和所屬井組平臺采用主、備數(shù)據(jù)通信方案，主、備數(shù)據(jù)通信自動切換，主數(shù)據(jù)通信采用海底光纜（光纜與動力電纜在同一根電纜內(nèi)），備數(shù)據(jù)通信采用數(shù)傳電臺。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為“兩級控制、三級網(wǎng)絡(luò)”，兩級控制即井組平臺遙測遙控和中心平臺控制，三級網(wǎng)絡(luò)指的是自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)延伸到海洋石油開發(fā)公司和管理局綜合信息網(wǎng)。中心平臺為有人值守站，井組平臺為無人值守站。將SCADA系統(tǒng)和工業(yè)數(shù)字電視監(jiān)視系統(tǒng)融為一個監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)CB30A中心平臺和所屬井組平臺的工業(yè)電視監(jiān)視；在SCADA系統(tǒng)操作控制時，電視監(jiān)視到相應(yīng)部位，達到操作直觀方便；同時，電視監(jiān)視井組平臺安全運行和防止人為的破壞及盜竊。
2. 埕島油田CB30A中心平臺SCADA系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如下：
二.工藝介紹
1. CB30A中心平臺站控系統(tǒng)
CB30A中心平臺站控系統(tǒng)由過程控制系統(tǒng)（簡稱PCS）、緊急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD）和火氣監(jiān)控系統(tǒng)（F&G）三部分組成，負責中心平臺自身的生產(chǎn)管理和過程控制。
?。?）過程控制系統(tǒng)（簡稱PCS）
過程控制系統(tǒng)（簡稱PCS）完成中心平臺原油處理系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等工藝過程的測量和控制，保障工藝系統(tǒng)可靠、平穩(wěn)的運行，實現(xiàn)工藝系統(tǒng)參數(shù)的顯示、數(shù)據(jù)處理、報警和數(shù)據(jù)歸檔。
（2）緊急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD）
緊急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD）完成工藝系統(tǒng)的緊急關(guān)斷，保障生產(chǎn)和生活的安全，緊急關(guān)斷分為四級。
· 一級關(guān)斷：全站關(guān)斷。在重大事故發(fā)生時，手動啟動該級關(guān)斷，該級關(guān)斷全站所有工藝、公共設(shè)施，以確保操作人員及設(shè)施的安全。一級關(guān)斷信號啟動廣播系統(tǒng)。
· 二級關(guān)斷：火氣關(guān)斷?；馂?zāi)發(fā)生時，手動關(guān)斷生產(chǎn)系統(tǒng)，儀表風系統(tǒng)不關(guān)斷，二級關(guān)斷信號啟動廣播系統(tǒng)。為了減少火災(zāi)造成的損失，火氣關(guān)斷為泄壓關(guān)斷。
· 三級關(guān)斷：工藝系統(tǒng)關(guān)斷。工藝系統(tǒng)故障時，手動關(guān)斷生產(chǎn)系統(tǒng)，，三級關(guān)斷信號啟動廣播系統(tǒng)。為了關(guān)斷后利于生產(chǎn)恢復(fù)，工藝系統(tǒng)關(guān)斷為不泄壓關(guān)斷。
· 四級關(guān)斷：單元聯(lián)鎖關(guān)斷。由單元故障引起的關(guān)斷，該級關(guān)斷僅關(guān)斷故障單元，其它系統(tǒng)不受影響。
?。?）火氣監(jiān)控系統(tǒng)（F&G）
火氣監(jiān)控系統(tǒng)（F&G）由現(xiàn)場探測設(shè)備和中控室火氣控制柜組成,現(xiàn)場火氣探測設(shè)備探測到可燃氣體泄漏或火災(zāi)時，發(fā)出信號給火氣監(jiān)控系統(tǒng)，以聲光形式報警，提示操作人員確認火情，啟動全廠報警和消防系統(tǒng)，完成有關(guān)的緊急關(guān)斷。
2. 井組平臺遠程控制站（簡稱RTU）
CB30A中心平臺所屬井組平臺為：已建的CB302、CB303單井平臺，新建CB30B、CB306井組平臺，二期工程待建的CB30C井組平臺、CB305井組平臺和CB301單井平臺，以及充分考慮將來的擴建，擴展容量預(yù)計達20座井組平臺。井組平臺由遠程控制站完成采油平臺的數(shù)據(jù)采集、處理、判斷、控制、關(guān)斷, 并將數(shù)據(jù)通過光纜信道傳往CB30A中心平臺SCADA系統(tǒng), 同時接收CB30A中心平臺SCADA系統(tǒng)發(fā)來的控制命令, 實現(xiàn)井組平臺的遙測遙控。
3. 工業(yè)數(shù)字電視監(jiān)視系統(tǒng)
CB30A中心平臺和所屬井組平臺工藝裝置區(qū)、井口及無人值班的操作間和設(shè)備間設(shè)置工業(yè)數(shù)字電視監(jiān)視系統(tǒng)。
4. 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)
CB30A中心平臺和所屬井組平臺采用主、備數(shù)據(jù)通信方案，主、備數(shù)據(jù)通信自動切換，主數(shù)據(jù)通信采用8芯海底光纜（光纜與動力電纜在同一根電纜內(nèi)），備數(shù)據(jù)通信采用數(shù)傳電臺。其中，單井平臺僅采用數(shù)傳電臺數(shù)據(jù)通信。海底光纜完成SCADA系統(tǒng)冗余主數(shù)據(jù)通信、工業(yè)數(shù)字電視監(jiān)視系統(tǒng)冗余主數(shù)據(jù)通信、電力自動化冗余主數(shù)據(jù)通信。
5. I/O數(shù)據(jù)表
?。?） CB30A中心平臺PCS系統(tǒng)I/O數(shù)據(jù)表
（2） CB30A中心平臺ESD系統(tǒng)I/O數(shù)據(jù)表
?。?） 井組平臺RTU I/O數(shù)據(jù)表
三. SCADA系統(tǒng)基本配置
1. 調(diào)度控制中心
SCADA系統(tǒng)的調(diào)度控制中心安裝在CB30A中心平臺中心控制室（CCR），調(diào)度控制中心包括一套完整的帶有標準的（非用戶設(shè)計的）硬件與軟件的計算機系統(tǒng)，詳見SCADA系統(tǒng)配置圖附圖一。主要包括：
2臺操作員工作站（雙CRT）
1臺PLC的遠程維護及故障處理站
1臺工程師站（帶1臺A4彩色激光打印機）
1臺針式寬行打印機（打印報警及事件）和1臺A3激光打印機（打印報告及報表）
2臺互為冗余的SCADA系統(tǒng)服務(wù)器及磁盤陣列系統(tǒng)；
一部大屏幕投影儀（2mX2m），通訊采用局域網(wǎng)。
上述的這些操作站、服務(wù)器及投影儀作為該局域網(wǎng)的節(jié)點，并通過工程師站（或具有工程師站功能的操作站）進行組態(tài)。調(diào)度控制中心還包括必要的接口硬件、軟件及通訊協(xié)議。SCADA系統(tǒng)的通訊協(xié)議應(yīng)是基于TCP/IP的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，如DNP 3.0、IEC 60870-5等。
2. CB30A中心平臺PCS系統(tǒng)
PCS系統(tǒng)安裝在CB30A中心平臺中心控制室（CCR），主要包括：
2臺操作員工作站，其中一臺兼用作工程師站,用于系統(tǒng)組態(tài),互為熱備用。進行畫面顯示、數(shù)據(jù)處理、報警、數(shù)據(jù)歸檔及操作控制。
PCS機柜（包括端子柜）由賣方根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模合理配置，并在報價中給出機柜的數(shù)量和規(guī)格。PCS系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)1：1冗余，PCB30ACS系統(tǒng)的控制器處理模塊、電源模塊、通訊模塊考慮1：1冗余，配置各PLC通訊接口模塊，I/0模塊的配置依據(jù)PCS系統(tǒng)I/O數(shù)據(jù)表。
3. CB30A中心平臺ESD系統(tǒng)
緊急關(guān)斷系統(tǒng)采用冗余、容錯的控制器，安全級別達TUV3-4級，確保緊急情況下關(guān)斷系統(tǒng)實現(xiàn)關(guān)斷，緊急關(guān)斷系統(tǒng)的信號通過數(shù)據(jù)通訊在PCS操作站上顯示。
4. CB30A中心平臺所屬井組平臺RTU
井組平臺RTU控制器處理模塊、電源模塊、通訊模塊考慮1：1冗余。緊急停車及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（ESD&SIS）由RTU內(nèi)相對獨立的特定卡件完成，與ESD有關(guān)的I/O點通道冗余，卡件冗余。
5. 工業(yè)數(shù)字電視監(jiān)視系統(tǒng)
1）CB30A中心平臺工業(yè)數(shù)字電視監(jiān)視系統(tǒng)配置數(shù)字視頻服務(wù)器、畫面處理器、離線存儲器、21“彩色監(jiān)視器.
2）CB30A中心平臺和所屬井組平臺工藝裝置區(qū)、井口及無人值班的操作間和設(shè)備間設(shè)置數(shù)字攝象機具體參見下表：
四. SCADA系統(tǒng)基本功能
1. 調(diào)度控制中心功能
SCADA系統(tǒng)調(diào)度控制中心完成以下功能：
SCADA系統(tǒng)服務(wù)器將持續(xù)掃描所有的井組平臺RTU的數(shù)據(jù)、狀態(tài)、報警信息，檢查數(shù)據(jù)的有效性，并更新SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。
SCADA系統(tǒng)調(diào)度控制中心完成對CB30A中心平臺有關(guān)信息傳送、接受和下達的執(zhí)行命令。
SCADA系統(tǒng)調(diào)度控制中心完成對埕島油田陸地中心站有關(guān)信息傳送、接受和下達的執(zhí)行命令。
提供最新的報警狀態(tài)及可選擇的數(shù)天的歷史報警記錄。
生成小時及日報表包括：當前報警狀態(tài)、當前設(shè)備狀態(tài)、井口壓力及溫度、單井原油計量。
生成用戶報表。
所有井組平臺數(shù)據(jù)的實時及歷史趨勢，包括系統(tǒng)壓力、溫度、流量、閥狀態(tài)、計算值等。
SCADA系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫應(yīng)為各操作站提供持續(xù)的數(shù)據(jù)獲取服務(wù)。
所有的操作站均應(yīng)配置相同的硬件及操作系統(tǒng)軟件。
所有的操作站均應(yīng)有運行任何一種應(yīng)用軟件的能力。
調(diào)度控制中心應(yīng)具有0.9999的系統(tǒng)可靠性。
合適的冗余能力。
CB30A中心平臺所屬井組平臺油井啟、?？刂乒δ?。
緊急關(guān)斷指令下達；及時關(guān)斷所屬井組平臺油井、安全閥、海管進出口關(guān)斷閥等。
提供中文人機對話的窗口，可實現(xiàn)交接班日志的綜合管理及生產(chǎn)指令發(fā)布的聯(lián)機綜合管理。
漢化功能。包括畫面、報警提示、命令條、數(shù)據(jù)、報表等。
2. CB30A中心平臺站控系統(tǒng)的功能
站控制系統(tǒng)除完成對CB30A中心平臺的監(jiān)視控制及生產(chǎn)管理任務(wù)外，還作為將來SCADA系統(tǒng)的現(xiàn)場控制單元，負責將有關(guān)信息傳送給調(diào)度控制中心并接受和執(zhí)行其下達的命令。其主要功能（不限于此）：
對現(xiàn)場的工藝變量進行數(shù)據(jù)采集和處理；
對發(fā)電機及電力設(shè)備相關(guān)變量的監(jiān)控
壓力、流量控制
流量計量
中心平臺可燃氣體的監(jiān)視和報警；
火災(zāi)系統(tǒng)的監(jiān)視和報警
邏輯控制
連鎖保護
顯示動態(tài)工藝流程
顯示各種工藝參數(shù)和其他有關(guān)參數(shù)；
顯示報警一覽表
顯示實時趨勢曲線和歷史曲線
打印報警和事件報告
打印生產(chǎn)報表
數(shù)據(jù)通信管理
3. CB30A中心平臺井組平臺RTU的功能
井組平臺RTU除完成對井組平臺的測量和控制外，還作為將來SCADA系統(tǒng)的現(xiàn)場控制單元，負責將有關(guān)信息傳送給調(diào)度控制中心并接受和執(zhí)行其下達的命令。其主要功能（不限于此）：
對現(xiàn)場的工藝變量進行數(shù)據(jù)采集和處理；
對電力設(shè)備相關(guān)變量的監(jiān)控
流量計量
可燃氣體的監(jiān)視和報警；
火災(zāi)系統(tǒng)的監(jiān)視和報警
邏輯控制
連鎖保護
緊急關(guān)斷控制
五. 基于全集成自動化思想的新一代過程控制系統(tǒng)PCS7
隨著工業(yè)自動化過程控制理論和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及對工業(yè)自動化過程控制系統(tǒng)的可靠性、復(fù)雜性、功能的完善性、系統(tǒng)的可維護性、人機界面的友好性、數(shù)據(jù)的可分析可管理性等各個方面都提出了愈來愈高的要求, 同時也為工業(yè)自動化過程控制系統(tǒng)的發(fā)展指明了方向:
系統(tǒng)之間的橫向數(shù)據(jù)交換日益增加
系統(tǒng)與管理層和現(xiàn)場儀表級的數(shù)據(jù)交換日益增加
現(xiàn)場總線的應(yīng)用越來越廣泛
廠商的產(chǎn)品日益開放，通過OPC、SQL等技術(shù)使得不同系統(tǒng)之間的準確、高速、大量的數(shù)據(jù)交換得以實現(xiàn)
全集成，一體化的解決方案
因此，傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足90年代自動化過程控制系統(tǒng)的設(shè)計標準和要求，SIMATIC PCS7過程控制系統(tǒng)就是在這種形勢下開發(fā)的新一代過程控制系統(tǒng)，它是一個全集成的、結(jié)構(gòu)完整、功能完善、面向整個生產(chǎn)過程的過程控制系統(tǒng)。
SIMATIC PCS7是西門子公司結(jié)合最先進的計算機軟、硬件技術(shù)，在西門子公司S5，S7系列可編程控制器及TELEPERM系列集散系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，面向所有過程控制應(yīng)用場合的先進過程控制系統(tǒng)。
SIMATIC PCS7采用優(yōu)秀的上位機軟件WinCC作為操作和監(jiān)控的人機界面，利用開放的現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)現(xiàn)場信息采集和系統(tǒng)通訊，采用S7自動化系統(tǒng)作為現(xiàn)場控制單元實現(xiàn)過程控制，以靈活多樣的分布式I/O接收現(xiàn)場傳感檢測信號。
SIMATIC PCS7是基于全集成自動化思想的系統(tǒng)，其集成的核心是統(tǒng)一的過程數(shù)據(jù)庫和唯一的數(shù)據(jù)庫管理軟件，所有的系統(tǒng)信息都存儲于一個數(shù)據(jù)庫中而且只需輸入一次，這樣就大大增強了系統(tǒng)的整體性和信息的準確性。
SIMATIC PCS7的通訊系統(tǒng)采用的是工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS現(xiàn)場總線。工業(yè)以太網(wǎng) 用于系統(tǒng)站之間的數(shù)據(jù)通訊， SIMATIC PCS7采用符合IEC－1131－3國際標準的編程軟件和現(xiàn)場設(shè)備庫，提供連續(xù)控制、順序控制及高級編程語言?，F(xiàn)場設(shè)備庫提供大量的常用的現(xiàn)場設(shè)備信息及功能塊，可大大簡化組態(tài)工作，縮短工程周期。SIMATIC PCS7具有ODBC、OLE等標準接口，并且應(yīng)用以太網(wǎng)、PROFIBUS現(xiàn)場總線等開放網(wǎng)絡(luò)，從而具有很強的開放性，可以很容易地連接上位機管理系統(tǒng)和其它廠廠商的控制系統(tǒng)。
全集成自動化系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)總圖操作員站和服務(wù)器采用客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，客戶機與服務(wù)器之間通過100MHz以太網(wǎng)通訊。服務(wù)器與AS417H自動化系統(tǒng)的CPU之間采用光纜介質(zhì)連接，通過100MHz的工業(yè)以太網(wǎng)來交換數(shù)據(jù).
PCS7系統(tǒng)的工程師站同時掛在兩個網(wǎng)絡(luò)上，即連接客戶機/服務(wù)器的100MHz以太網(wǎng)和連接自動化系統(tǒng)的CPU的100MHz工業(yè)以太網(wǎng)。工程師站可以完成控制畫面和控制策略的組態(tài)。
AS417H自動化系統(tǒng)與遠程I/O子站的通訊采用PROFIBUS-DP。AS417H通過PROFIBUS-DP的專用雙絞線直接與遠程I/O子站相連接。其它AS417H將通過冗余的光纜和冗余的接口模塊與各自的遠程I/O子站進行通訊，滿足分散控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范書中(1.5工廠及裝置簡況)提出的要求。
六.生產(chǎn)實時系統(tǒng)
生產(chǎn)實時系統(tǒng)采用WinCC MULTI-CLIENT方式，主服務(wù)器作為WinCC CLIENT 并作為WEB SERVER，與辦公室標準以太網(wǎng)相連。網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議采用TCP/IP。在工程師站上進行工藝操作畫面、報警畫面、歷史趨勢、報表等功能的組態(tài)（這些都是WINCC的基本功能），然后在SERVER和CLIENT上運行組態(tài)的項目。由于實時系統(tǒng)的工位號容量為2000個，所以選用64K點的WINCC運行系統(tǒng)。
WinCC SERVER完成與DCS之間的數(shù)據(jù)交換。服務(wù)器位于各DCS控制室，由局域網(wǎng)相連， 通過WINDOWS共享機制實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。為了與WINCC CLIENT通訊, WINCC SERVER端運 行于WINDOWS NT4.0 SERVER或WINDOWS 2000 SERVER操作系統(tǒng),并安裝WinCC 和 WinCC SERVER選件軟件包。WINCC SERVER向WINCC CLIENT提供數(shù)據(jù)。每臺SERVER 最多可以帶 16臺CLIENT站， 在本系統(tǒng)中，連接5臺WINCC CLIENT。
WinCC Web Navigator選件包：
WinCC可選軟件包Web Navigator使用戶可以通過Internet、LAN或公司局域網(wǎng)瀏覽或操作 WinCC過程畫面。根據(jù)系統(tǒng)需要，設(shè)置可以通過WEB瀏覽生產(chǎn)過程畫面的用戶，并分配不同的權(quán)限，以進一步提高安全性。
軟件配置：
1. Server端：WinCC V6+Web Navigator Server
2. Client端：IE+Web Navigator Clien
七. 項目中的難點:
1. CB30A中心平臺: 泵,閥的時間聯(lián)鎖控制關(guān)系.倒泵計量程序控制.
2. 緊急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD）:S7400FH故障安全系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試.
3. 遠程井組平臺控制器S7300H軟冗余程序的調(diào)試,投運.遠程無線通訊調(diào)試.
不過,SIMATIC PCS7采用符合IEC－1131－3國際標準的編程軟件和現(xiàn)場設(shè)備庫，提供連續(xù)控制、順序控制及高級編程語言SCL。SCL是一種類PASCAL的高級語言，它采用IEC－1131的標準。利用SCL可以很方便地編制用戶功能塊。用SCL生成的功能塊可在CFC中被多次調(diào)用。用戶可以把過程的數(shù)學模型和優(yōu)化控制策略用SCL編成功能塊，直接下載到控制器中運行。這樣，可以把過程的優(yōu)化控制放在控制器中，全面實現(xiàn)對工藝過程的優(yōu)化控制。如能熟練使用連續(xù)控制、順序控制及高級編程語言SCL就可大大簡化組態(tài)工作，縮短工程周期。許多工藝控制上的難點就會迎刃而解.
八. 結(jié)束語
系統(tǒng)的投入時間:2004/11/20
運行情況:良好.
九.應(yīng)用體會
項進行當中，使用西門子自動化產(chǎn)品的體會:
1. 具有過程控制系統(tǒng)的所有特性和功能,過程控制簡單而安全、方便信息網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線及儀表的集成，設(shè)計模塊化，系統(tǒng)的擴展性強.
2. 現(xiàn)場總線技術(shù),大量節(jié)省了電纜的費用，也相應(yīng)節(jié)省了施工調(diào)試以及系統(tǒng)投運后的維護時間和費用.
3. SIMATIC PCS7采用符合IEC－1131－3國際標準的編程軟件和現(xiàn)場設(shè)備庫，提供連續(xù)控制、順序控制及高級編程語言。現(xiàn)場設(shè)備庫提供大量的常用的現(xiàn)場設(shè)備信息及功能塊，可大大簡化組態(tài)工作, 縮短工程周期.
4. SIMATIC PCS7具有ODBC、DDE、OPC、OLE等標準接口，并且應(yīng)用以太網(wǎng)、PROFIBUS現(xiàn)場總線等開放網(wǎng)絡(luò)，從而具有很強的開放性，可以很容易地連接上位機管理系統(tǒng)和其它廠廠商的控制系統(tǒng)。
5. S7400FH故障安全系統(tǒng)是第一次在中國應(yīng)用,其軟件編程和硬件的接線調(diào)試方式都有別于S7400H系統(tǒng),約束條件較多,故障安全理念比較復(fù)雜.但真正了解后,系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性還是很不錯的.
6. S7-300軟冗余系統(tǒng)在七個遠程無人職守油井平臺得到應(yīng)用,此系統(tǒng)剛調(diào)試階段,很不穩(wěn)定,但了解和掌握其規(guī)律后,系統(tǒng)運行一年多非常穩(wěn)定.
7. 西門子的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)非常穩(wěn)定強大,特別是在中心平臺通過無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對遠程幾公里外的S7300H系統(tǒng)進行軟件參數(shù)修改,調(diào)試,下載,非常安全,順利.此性能得到用戶的高度贊賞.
8. 西門子的Web Navigator功能安裝調(diào)試非常簡單方便. 此性能也得到用戶的高度贊賞
9. 西門子的Wincc Server-Client結(jié)構(gòu)在對歸檔數(shù)據(jù),和歷史趨勢時間同步的實施過程比較復(fù)雜,且容易出錯,需要改進.
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