光纖延長器分屏技術(shù)在海上平臺(tái)的應(yīng)用

趙祥宇 張興龍

摘 要：隨著國家科技的進(jìn)步對(duì)海上石油勘探的發(fā)現(xiàn)，海上石油平臺(tái)建造數(shù)量逐漸增加，海上平臺(tái)中控使用的DCS系統(tǒng)大多是不同廠家不同品牌的過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)，而且平臺(tái)之間使用的控制系統(tǒng)基本上不兼容，無法直接實(shí)現(xiàn)中心平臺(tái)對(duì)井口平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)通訊和監(jiān)控，針對(duì)這個(gè)問題，利用光纖延長器分屏技術(shù)減少對(duì)操作站的配置提高系統(tǒng)的可操作性，提出了優(yōu)化控制措施。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程操作;光纖延長器;監(jiān)控

引言：海上采油平臺(tái)之間相距較遠(yuǎn)，中心平臺(tái)要管轄多個(gè)井口平臺(tái)，井口平臺(tái)多，人員配置少，因平臺(tái)與平臺(tái)之間系統(tǒng)兼容性較差，要實(shí)現(xiàn)中心對(duì)井口遠(yuǎn)程監(jiān)控操作需要分別在中心平臺(tái)增加一臺(tái)操作站，但增加遠(yuǎn)程操作站需要購買一臺(tái)新的工控電腦，還需購買相關(guān)配套工控監(jiān)控軟件，同時(shí)要請(qǐng)控制系統(tǒng)廠家對(duì)操作站進(jìn)行配置和調(diào)試，致使操作成本大大增加，同時(shí)在中控室增加操作站及服務(wù)器所占空間大。為了優(yōu)化海上平臺(tái)中控室操作空間以及提高控制系統(tǒng)的可操作性，需要遠(yuǎn)程監(jiān)控井口平臺(tái)操作畫面控制采用光纖延長器的分屏技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

1 研究背景

海上井口平臺(tái)操作人員少，如出現(xiàn)緊急情況時(shí)需要中心平臺(tái)操作員協(xié)助進(jìn)行監(jiān)控，但中心平臺(tái)和井口平臺(tái)出現(xiàn)兩套控制系統(tǒng)不兼容，很難實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊，存在一定的安全隱患。目前在井口平臺(tái)采用的MODBUS RTU轉(zhuǎn)TCP通訊來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵參數(shù)、火氣探頭狀態(tài)、井口區(qū)無線儀表以及三級(jí)關(guān)斷信號(hào)等參數(shù)傳輸?shù)街行钠脚_(tái)協(xié)助監(jiān)控，但是不能對(duì)工程師站進(jìn)行編程組態(tài)等操作，無法添加所需要的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，除了井口平臺(tái)關(guān)鍵參數(shù)的傳輸，中心平臺(tái)與井口平臺(tái)之間的關(guān)斷信號(hào)以及上游與下游之間存在的關(guān)斷信號(hào)通過每個(gè)平臺(tái)的SDH系統(tǒng)傳輸，但是SDH系統(tǒng)卡件存在信號(hào)閃斷的可能，會(huì)發(fā)生下游在生產(chǎn)處理時(shí)信號(hào)產(chǎn)生邏輯動(dòng)作造成其它上游平臺(tái)發(fā)生關(guān)斷的可能。

2 操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.1西門子PCS7系統(tǒng)簡(jiǎn)介

某海上中心平臺(tái)中控采用的是西門子PCS7過程自動(dòng)化系統(tǒng)，SIMATIC PCS 7 是西門子公司在TELEPPERM系列集散系統(tǒng)和S5，S7系列可編程邏輯控制器的基礎(chǔ)上，結(jié)合最先進(jìn)的電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、圖形及圖像處理技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和先進(jìn)自動(dòng)化控制理論，面向所有過程控制應(yīng)用場(chǎng)合的先進(jìn)過程控制系統(tǒng)。

PCS7系統(tǒng)可以任意采用集中的和分散的形式進(jìn)行組合，小從幾十點(diǎn)，大到上萬點(diǎn)I/O的系統(tǒng)可以根據(jù)不同的需求進(jìn)行組合。各種類型和大小的SIMATIC控制器（PCS，PLC，ESD）都可以通過工業(yè)以太網(wǎng)PROFIBUS等直接接入系統(tǒng)，各種類型的I/O（集中的、遠(yuǎn)程的、本安的、隔爆的）和現(xiàn)場(chǎng)總線裝置（常規(guī)儀表、分析儀、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、變頻器等）也都可以根據(jù)不同的需求通過PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA等直接接入系統(tǒng)。

2.2 ABB中控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

某海上井口平臺(tái)采用的是ABB 800xA控制系統(tǒng)，平臺(tái)中控系統(tǒng)上位機(jī)有1臺(tái)工程師站，2臺(tái)操作站組成，與控制柜內(nèi)的PCS控制器、ESD控制器、FGS控制器通過冗余配置的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，共同組成監(jiān)控管路網(wǎng)絡(luò)。

ABB中控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，由PCS系統(tǒng)和帶SIL3安全級(jí)別的ESD系統(tǒng)和FGS系統(tǒng)組成。PCS系統(tǒng)與卡件之間的通訊是采用PROFIBUS-DP線連接，PCS系統(tǒng)只作為監(jiān)控使用，對(duì)平臺(tái)的生產(chǎn)不產(chǎn)生關(guān)斷;ESD和FGS系統(tǒng)是具有SIL3級(jí)別安全控制系統(tǒng)，發(fā)生緊急情況產(chǎn)生相應(yīng)的關(guān)斷邏輯來保證現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和人員安全。

2.3 SDH系統(tǒng)簡(jiǎn)介

SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字體系）同步光傳輸系統(tǒng)是一個(gè)將復(fù)接、線路傳輸、交叉連接及交換功能融為一體的，并由統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行管理的綜合業(yè)務(wù)傳送網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)有效管理、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)監(jiān)控、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等功能，提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率、降低管理及維護(hù)費(fèi)用、實(shí)現(xiàn)靈活可靠和高效的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行與維護(hù)。1986年CCITT開始審議SONET標(biāo)準(zhǔn)，并于1988年通過了第一批SDH建議。經(jīng)過20多年的發(fā)展，已經(jīng)很成熟，并得到了廣泛的應(yīng)用。

3 改造方案的可行性研究及實(shí)施

3.1光纖延長器的原理及組成

光傳輸系統(tǒng)由三部分組成：光源（光發(fā)送機(jī)）、傳輸介質(zhì)、檢測(cè)器（光接收機(jī)）其中光源和檢測(cè)器的工作都是由前端設(shè)備完成的。光纖延長器就是將 （一種線路的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，通常速率為2.048Mbps，此標(biāo)準(zhǔn)為中國和歐洲采用）信號(hào)變成光信號(hào)并傳輸?shù)脑O(shè)備（它的作用主要就是實(shí)現(xiàn)電-光和光-電轉(zhuǎn)換）。

3.2可行性研究

由于大多中心平臺(tái)與井口平臺(tái)所使用操作系統(tǒng)的不兼容，不能遠(yuǎn)程對(duì)工程師站進(jìn)行編程組態(tài)及操作，在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)緊急情況無法看到井口平臺(tái)中控上位機(jī)監(jiān)控畫面，存在一定的安全隱患，若采用之前增加遠(yuǎn)程操作站的方法，不僅費(fèi)用成本增加，而且會(huì)占用一定空間，既達(dá)不到降本增效的目的，又增加操作人員的工作量，所以通過增加光纖延長器來實(shí)現(xiàn)對(duì)井平臺(tái)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，降低成本實(shí)現(xiàn)安全可靠操作，使用光纖延長器有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

①單芯光纖實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸

②支持自適應(yīng)均衡和信號(hào)增強(qiáng)處理

③高品質(zhì)的芯片模塊，提供良好的電氣特性，是數(shù)據(jù)傳輸更可靠

④抗干擾性性強(qiáng)，安全性能高，適用范圍廣

⑤分辨率高、系統(tǒng)兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高

3.2方案實(shí)施

光纖延長器是一個(gè)發(fā)射端，一個(gè)接收端配合使用。因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)中心平臺(tái)對(duì)井口平臺(tái)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，要將發(fā)射端安裝在井口平臺(tái)，將接收端安裝在中心平臺(tái)。

①井口平臺(tái)光纖延長器的安裝及接線：光纖延長器的發(fā)射端安裝在井口平臺(tái)，使用兩端都是DP接頭的數(shù)據(jù)線，一端連接在光纖延長器發(fā)射端的DP口上，另一端連接在井口平臺(tái)中控操作站的顯示器上，中間采用單模SC接口光纖連接，將光纖線一端插在發(fā)射端，另一端安裝在光纖熔線盒上，中心平臺(tái)與井口平臺(tái)依靠海底光纜進(jìn)行通訊連接。

②中心平臺(tái)光纖延長器的安裝及接線：光纖延長器的發(fā)射端安裝在中心平臺(tái)，將光纖線一端插入中心平臺(tái)中控光纖熔線盒上，另一端插在光纖延長器的接收端的端口，再將HDMI線插入光纖延長器的HDMI口，另一端連接在中心操作站畫面操作，通過對(duì)井口所連接操作站的畫面進(jìn)行分屏設(shè)置，光纖延長器接收端配置一套鍵盤、鼠標(biāo)和顯示器即可實(shí)現(xiàn)中心對(duì)井口遠(yuǎn)程畫面的監(jiān)控以及操作。

4 項(xiàng)目成效及推廣

本改造通過可以采用性價(jià)比高的光纖延長器利用其分屏技術(shù)，即可實(shí)現(xiàn)增加一臺(tái)遠(yuǎn)程操作站的所有功能，節(jié)約單次服務(wù)器設(shè)備采購和調(diào)試費(fèi)用5萬元，將該技術(shù)應(yīng)用到其它井口平臺(tái)，可以將原來的遠(yuǎn)程操作站轉(zhuǎn)化成備用的工控操作站，節(jié)約訂購新的備用操作站費(fèi)用，達(dá)到了很好的降本增效效果和示范作用，該應(yīng)用值得在海上平臺(tái)各油氣田推廣。

5 結(jié)束語

經(jīng)過對(duì)光纖延長器分屏項(xiàng)目的可行性研究和方案實(shí)施，結(jié)合平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際問題，對(duì)中心平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控井口操作畫面控制策略優(yōu)化和調(diào)試，提高了系統(tǒng)操作的可靠性、可維護(hù)性和實(shí)用性，降低生產(chǎn)操作成本。本次中心對(duì)井口遠(yuǎn)程操作畫面監(jiān)控實(shí)施的優(yōu)化改造，為其它油氣田類似問題的解決提供技術(shù)借鑒，也是降本增效、技術(shù)創(chuàng)新一個(gè)可以值得借鑒的實(shí)例，為以后在降本增效方面的工作提供了更加開闊的思路。

參考文獻(xiàn)：

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