PLC-5在CACT石油開采平臺中的應用

背景：
惠州（HZ）21是4-樁結構的海上石油鉆探平臺，位于中國南海的115米水下。惠州 21具有浮動式儲油裝置(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年開始生產作業(yè)，使其成為第一個開采惠州油田的作業(yè)平臺。
HZ 21石油鉆探平臺歸CACT經營集團所有。CACT經營集團是一個勘探和開發(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經營集團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經營集團是中國最大的海洋石油開采合作伙伴，原油日產量可達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的平臺上采用控制技術。尤其是緊急關閉系統(tǒng)(ESD)，緊急關閉系統(tǒng)可以在發(fā)生設備危害或者人身傷害的情況下對所有的機械設備或者系統(tǒng)采取保護措施。石油生產系統(tǒng)常常為異常關閉所困擾，系統(tǒng)每次關閉都會導致嚴重的石油生產中斷。
ESD最初的控制結構體系包括一個連接到兩個第三方的網絡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)的設置卻為每次更換控制器時所發(fā)生的問題所困擾。大約每月一次，在更換控制器時總會發(fā)生無法解釋的通信錯誤，并且會導致平臺上的設備異常關閉。每次在系統(tǒng)關閉而工作人員查找問題原因和試圖進行糾正時，都要耽誤一到兩個小時的時間。更糟糕的是，每次并不能明確找出問題的原因，因此根本無法預測系統(tǒng)異常關閉發(fā)生的頻率。
由于石油市場對不斷變化的經濟環(huán)境極其敏感，因而，如果要達到最佳生產狀況，必須盡可能降低運營成本和停工時間。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的ESD控制系統(tǒng)，以消除停工時間。
解決方案：
在2001年2月，CACT對羅克韋爾自動化ESD控制系統(tǒng)項目進行了決標。中標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的工作經驗以及其公認的可靠性。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絡，采用PLC-5和第三方報警設備。
羅克韋爾自動化全球制造解決方案集團提供了整體系統(tǒng)設計方案和正在進行的工程支持。在方案設計的早期，已經花了大量的時間來確保解決方案能夠符合開采平臺的要求并且減少設備的停工時間。系統(tǒng)集成（包括PLC重新編碼）由石油工業(yè)設備供應商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PLC應該具有相同的配置，一個用作工作的主控制器，另一個作為處于“監(jiān)聽模式”的副控制器。兩個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，而且生產作業(yè)不會中斷。
高級應用工程師Alex Ng 在羅克韋爾自動化香港公司說：“我們提出的控制解決方案可以確保系統(tǒng)不會因為任何故障而中斷。這樣就可以在PLC發(fā)生故障的情況下保證石油開采平臺持續(xù)運行，而不需要停止生產作業(yè)。”為了實現(xiàn)人機界面功能，專門安裝了兩臺羅克韋爾軟件RSView32 SCADA 工作站，以監(jiān)控熱備份PLC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“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上實現(xiàn)多項功能，如遠程數據監(jiān)測、報警控制以及數據記錄等等。
成果：
2002年4月成功安裝了ESD系統(tǒng)。盡管新的系統(tǒng)僅僅運行了很短一段時間，在升級ESD控制器時尚未發(fā)生過故障。最重要的是，系統(tǒng)沒有發(fā)生過異常關閉，因而沒有造成由于停工而引起的慘重損失。維護工作的減少已經使每月的生產時間增加了兩個小時。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。
實踐表明，在可靠性提高的同時，系統(tǒng)還具有易于維護的特性。而且，由于系統(tǒng)備件與油田中使用羅克韋爾自動化控制設備的其他CACT開采平臺具有通用性，ESD系統(tǒng)將具有更加長遠的益處。