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摘 要：本文从海上井口的中央控制系统、现场控制盘和现场仪表三个方面介绍了海洋井口平台仪表的应用，总结了该类技术的应用水平。
关键词：海洋；井口平台；仪表；PLC；应用
中图分类号：P634.3+6 文献标识码：A 文章编号：
随着开采规模的扩大，海上平台的结构也越来越庞大，将所有的油气生产、处理和人员起居都集中在一个平台结构上。对于大型平台构造的控制，工业上的趋势是应用分布式过程控制系统，以便所有必需的显示和操作反应集中在一个中央控制台上。因此，对海洋石油的平台控制系统设计上的可靠性提出了更高的要求。本文着重从海上井口的中央控制系统、现场控制盘和现场仪表三个方面分析现代海洋石油平台控制的组成及其应用。
1.中央控制系统
系统主要用于工艺流程的监控、紧急事故状态下的安全保护、发生火灾以及天然气泄漏情况下的报警、保护的功能。中央控制系统一般由过程控制系统、集散控制系统以及应急关断系统组成。
1.1过程控制系统（PLC）
PLC的功能主要有：a、顺序／控制、逻辑、定时、记数；b、模拟控制功能，PID；c、算术运算；d、信息处理，计算机接口[1]。PLC应用广泛，在海洋石油中主要有如下应用：a、原油生产过程监视与控制；b、天然气初加工过程监视与控制；c、注水系统过程监视和控制；d、公用系统监视和控制；e、火气探测和安全系统等。
1.2集散控制系统（DCS）
DCS系统的主要由系统硬件、系统软件和系统寻址组成。其优点主要是能与计算机及常规仪表相兼容，系统构成方便灵活，不仅易于扩展，且维护简单。并具有多种故障自诊断功能，可在线修理和随时更换故障电路板，从而大大减少故障造成的停机情况。
1.3应急关断系统（ESD）
ESD系统是为了保护人员安全、保护平台工艺设备和防止环境污染而设置的。ESD系统控制安全关断阀、井下安全阀、地面安全阀和放空阀在不超过工艺管线操作极限的状态下，实施平台的安全关闭。
2.现场控制盘
在海上平台，一个大的处理系统，经常包含有多个子系统。子系统常采用现场控制PLC-主系统-ESD系统的联合控制方式实现整个控制系统的集中管理与监视。下面主要介绍比较常用的SLC500系列控制器的现场控制系统[2]。
2.1结构
SLC500系列控制器是为小规模应用而设计的可编程控制器，该系列有两种硬件结构：一种是用于固定式控制器，电源、CPU、I/O卡等都连为一体，不能随意配置；另一种用于模块式控制器，由于该系列可提供各种各样I/O模块，可以随意地、很经济地配置其控制系统。一个SLC500系列的现场控制系统包括SLC硬件、显示终端、寻址、软件等。
2.2硬件
SLC硬件包括安装框架、处理器模块、I/O模块、电源块等。SLC安装框架均需要电源向处理器,CPU及每个I/O槽供电。处理器模块是现场控制系统的核心部分，它负责整个控制系统的数据处理、通讯、工作方式等。在处理器模块上有一个钥匙开关，使用钥匙开关可以改变处理器的操作方式。
2.3I/O模块
I/O模块将对从现场输入和输出到现场的信号进行隔离和转换，并通过数据通讯接口与处理器之间进行数据传送。I/O模块可分为六种类型：离散输入模块和块I/O模块、离散输出模块和块I/O模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、特种I/O模块和电源模块。
2.4显示终端
显示终端通常用RS-232/485口与SLC500系列处理器相连，进行数据通讯。通过对显示终端的组态，在显示终端上可以显示报警信息、参数数据，并能从面板上输入参数值，修改处理器中的某些参数值。显示终端是一种人机界面设备，便于控制系统的监视和管理。
2.5寻址
由于可编程控制器的主要目的是控制诸如开关、阀门、热电偶等现场设备的输入和输出，这些输入和输出必须在处理器内存中占空间，以便在控制器中可以对它们进行寻址。可连接到现场设备的输入和输出模块上的每一个端子都占用处理器内存中的一位。存放I/O地址的这一部分处理器存储器就是输入映像表和输出映像表。
3.现场仪表
现场仪表有很多，包括压力表、温度计、温度变送器、液位计、超声波流量计、电磁流量计等等。这里对几个主要的现场仪表进行论述。
3.1液位变送器
液位变送器采用间接测量，将液位信号转化为其它相关信号进行测量，是对压力变送器技术的延伸和发展，根据不同比重的液体在不同高度所产生压力成线性关系的原理，实现对水、油及糊状物的体积、液高、重量的准确测量和传送。方法有压力法、浮力法、电学法、热学法等，是对压力变送器技术的延伸和发展。液位变送器的使用及维护时应注意：首先，应每日检查仪表及附件无渗漏、保温伴热是否良好、截止阀是否打开、指示是否正常等；其次视介质情况定期清洁液位变送器内桶，每半年对截止阀和放空阀的阀杆加黄油；再者，每年对液位变送器进行校验，对有引起关停逻辑的信号进行旁通，检查接线盒的电气密封情况等。
3.2超声波流量计
超声流量计和电磁流量计一样，因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计，是适于解决流量测量困难问题的一类流量计，特别在大口径流量测量方面有较突出的优点，近年来它是发展迅速的一类流量计之一。超声测量仪表有很强的优点，流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，能够有效地解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。
3.3轉子流量计
转子流量计是工业上和实验室最常用的一种流量计。它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。常用转子流量计有玻璃管转子流量计与金属管浮子流量计，是生产与科研实验用量较大的一种流量计。但其不能在易碎及高温高压场所使用，且不能远传。金属管子流量计与玻璃管子流量计相比，还有耐高压高温、结构牢固、不会破碎的特点。它可以适应恶劣的工作条件，并且可以远传，有标准信号输出。
3.4质量流量计
质量流量计直接测量通过流量计的介质的质量流量，还可测量介质的密度及间接测量介质的温度。质量流量计组态灵活，功能强大，性能价格比高，是新一代流量仪表。在工业生产中，由于物料平衡，热平衡以及储存、经济核算等所需要的都是质量，所以常需将测出的体积流量，乘以密度换算成质量流量。但是密度随温度、压力而变化，所以在测量流体体积流量时，要同时测量流体的压力和密度，进而求出质量流量。如果在温度、压力变化比较频繁的话，不容易测量。这时如果用质量流量计，就无需再人工进行上述换算。质量流量计能够直接、实时得测量介质质量、密度、温度和精度高。
3.5液位计
液位计能够反向保护、限流保护电路，在安装时正负极接反不会损坏变送器，异常时送器会自动限流在 35MA 以内；并且是固态结构，无可动部件，高可靠性，使用寿命长；另外，安装方便、结构简单、经济耐用。目前项目中一般使用磁性浮子液位计，磁性浮子式液位计是广泛应用的一种液位指示仪表[3]，可替代玻璃板或玻璃管液位计，用来测量有压容器或闭口容器内的液位。
4.国产仪表的测量控制现状与国外产品的差距
（1）我国仪器仪表产业规模小，产值低，企业同样是规模小，产值低。2007年我国仪器仪表产业总产值3000亿元人民币，只占工业总产值2.5%。10年前，美国仪器仪表产业总产值已达到4000亿美元，占工业总产值4％。目前，美国仪器仪表企业年产值超过20亿美元不少于50家，我国最大的仪器仪表企业，京仪集团年产值80亿元人民币，川仪集团60亿元人民币。两相比较，差距实在太大。产业和企业的规模和产值直接影响到产业的活力与发展。要缩小和消除这个差距，需要我们努力奋斗10年至20年。
（2）国产仪表质量和品种上存在不少问题。产品的可靠性和稳定性，长期以来没有得到根本解决，严重影响到市场销售和正常使用。许多大型精密仪器我们还生产不出来，国内需求几乎全部依赖进口。2007年我国仪器仪表产品出口创下了88亿美元，可是进口却达到了172亿美元，逆差84亿美元，成为装备制造业之最。这个问题很大程度决定了国产仪表应用的被动局面。
（3）国产仪表产业创新能力不强，还无法承担起科技创新主体的责任。国外的仪器仪表科技创新发展极快，产品更新换代的周期大约只需2至4年，多数企业销售额一半以上几乎都来自5年内上市的新产品。而国产仪器仪表产品不少还沿自于20世纪80年代技术引进的产物，相当多企业产品是10年一贯制，靠吃老本为生。因此，企业提升科技创新能力，已经成为刻不容缓的历史使命，这将很大程度决定了国产仪表的应用能力。
5.结束语
总之，通过对海洋石油平台控制系统技术的学习和应用，总结国产仪表的应用方面的不足，将为海洋石油工程提供更加有力的支持，满足日益增加的安全控制、自动控制、智能化管理的要求。
参考文献
[1] 吴晓青. PLC在自来水厂滤池控制系统中的应用[J]. 中国仪器仪表，2002，S1:48-53.
[2] 李凤阁，林景波，佟为明. 罗克韦尔SLC500系列可编程序控制器及其应用[J]. 低压电器，2005，08:171-174.
[3] 王倩，郑红燕，张英利. 磁性浮子液位计在鼓风机热井液位监测中的应用[J]. 冶金动力，2010，02:56-59.
关键词：海洋；井口平台；仪表；PLC；应用
中图分类号：P634.3+6 文献标识码：A 文章编号：
随着开采规模的扩大，海上平台的结构也越来越庞大，将所有的油气生产、处理和人员起居都集中在一个平台结构上。对于大型平台构造的控制，工业上的趋势是应用分布式过程控制系统，以便所有必需的显示和操作反应集中在一个中央控制台上。因此，对海洋石油的平台控制系统设计上的可靠性提出了更高的要求。本文着重从海上井口的中央控制系统、现场控制盘和现场仪表三个方面分析现代海洋石油平台控制的组成及其应用。
1.中央控制系统
系统主要用于工艺流程的监控、紧急事故状态下的安全保护、发生火灾以及天然气泄漏情况下的报警、保护的功能。中央控制系统一般由过程控制系统、集散控制系统以及应急关断系统组成。
1.1过程控制系统（PLC）
PLC的功能主要有：a、顺序／控制、逻辑、定时、记数；b、模拟控制功能，PID；c、算术运算；d、信息处理，计算机接口[1]。PLC应用广泛，在海洋石油中主要有如下应用：a、原油生产过程监视与控制；b、天然气初加工过程监视与控制；c、注水系统过程监视和控制；d、公用系统监视和控制；e、火气探测和安全系统等。
1.2集散控制系统（DCS）
DCS系统的主要由系统硬件、系统软件和系统寻址组成。其优点主要是能与计算机及常规仪表相兼容，系统构成方便灵活，不仅易于扩展，且维护简单。并具有多种故障自诊断功能，可在线修理和随时更换故障电路板，从而大大减少故障造成的停机情况。
1.3应急关断系统（ESD）
ESD系统是为了保护人员安全、保护平台工艺设备和防止环境污染而设置的。ESD系统控制安全关断阀、井下安全阀、地面安全阀和放空阀在不超过工艺管线操作极限的状态下，实施平台的安全关闭。
2.现场控制盘
在海上平台，一个大的处理系统，经常包含有多个子系统。子系统常采用现场控制PLC-主系统-ESD系统的联合控制方式实现整个控制系统的集中管理与监视。下面主要介绍比较常用的SLC500系列控制器的现场控制系统[2]。
2.1结构
SLC500系列控制器是为小规模应用而设计的可编程控制器，该系列有两种硬件结构：一种是用于固定式控制器，电源、CPU、I/O卡等都连为一体，不能随意配置；另一种用于模块式控制器，由于该系列可提供各种各样I/O模块，可以随意地、很经济地配置其控制系统。一个SLC500系列的现场控制系统包括SLC硬件、显示终端、寻址、软件等。
2.2硬件
SLC硬件包括安装框架、处理器模块、I/O模块、电源块等。SLC安装框架均需要电源向处理器,CPU及每个I/O槽供电。处理器模块是现场控制系统的核心部分，它负责整个控制系统的数据处理、通讯、工作方式等。在处理器模块上有一个钥匙开关，使用钥匙开关可以改变处理器的操作方式。
2.3I/O模块
I/O模块将对从现场输入和输出到现场的信号进行隔离和转换，并通过数据通讯接口与处理器之间进行数据传送。I/O模块可分为六种类型：离散输入模块和块I/O模块、离散输出模块和块I/O模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、特种I/O模块和电源模块。
2.4显示终端
显示终端通常用RS-232/485口与SLC500系列处理器相连，进行数据通讯。通过对显示终端的组态，在显示终端上可以显示报警信息、参数数据，并能从面板上输入参数值，修改处理器中的某些参数值。显示终端是一种人机界面设备，便于控制系统的监视和管理。
2.5寻址
由于可编程控制器的主要目的是控制诸如开关、阀门、热电偶等现场设备的输入和输出，这些输入和输出必须在处理器内存中占空间，以便在控制器中可以对它们进行寻址。可连接到现场设备的输入和输出模块上的每一个端子都占用处理器内存中的一位。存放I/O地址的这一部分处理器存储器就是输入映像表和输出映像表。
3.现场仪表
现场仪表有很多，包括压力表、温度计、温度变送器、液位计、超声波流量计、电磁流量计等等。这里对几个主要的现场仪表进行论述。
3.1液位变送器
液位变送器采用间接测量，将液位信号转化为其它相关信号进行测量，是对压力变送器技术的延伸和发展，根据不同比重的液体在不同高度所产生压力成线性关系的原理，实现对水、油及糊状物的体积、液高、重量的准确测量和传送。方法有压力法、浮力法、电学法、热学法等，是对压力变送器技术的延伸和发展。液位变送器的使用及维护时应注意：首先，应每日检查仪表及附件无渗漏、保温伴热是否良好、截止阀是否打开、指示是否正常等；其次视介质情况定期清洁液位变送器内桶，每半年对截止阀和放空阀的阀杆加黄油；再者，每年对液位变送器进行校验，对有引起关停逻辑的信号进行旁通，检查接线盒的电气密封情况等。
3.2超声波流量计
超声流量计和电磁流量计一样，因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计，是适于解决流量测量困难问题的一类流量计，特别在大口径流量测量方面有较突出的优点，近年来它是发展迅速的一类流量计之一。超声测量仪表有很强的优点，流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，能够有效地解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。
3.3轉子流量计
转子流量计是工业上和实验室最常用的一种流量计。它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。常用转子流量计有玻璃管转子流量计与金属管浮子流量计，是生产与科研实验用量较大的一种流量计。但其不能在易碎及高温高压场所使用，且不能远传。金属管子流量计与玻璃管子流量计相比，还有耐高压高温、结构牢固、不会破碎的特点。它可以适应恶劣的工作条件，并且可以远传，有标准信号输出。
3.4质量流量计
质量流量计直接测量通过流量计的介质的质量流量，还可测量介质的密度及间接测量介质的温度。质量流量计组态灵活，功能强大，性能价格比高，是新一代流量仪表。在工业生产中，由于物料平衡，热平衡以及储存、经济核算等所需要的都是质量，所以常需将测出的体积流量，乘以密度换算成质量流量。但是密度随温度、压力而变化，所以在测量流体体积流量时，要同时测量流体的压力和密度，进而求出质量流量。如果在温度、压力变化比较频繁的话，不容易测量。这时如果用质量流量计，就无需再人工进行上述换算。质量流量计能够直接、实时得测量介质质量、密度、温度和精度高。
3.5液位计
液位计能够反向保护、限流保护电路，在安装时正负极接反不会损坏变送器，异常时送器会自动限流在 35MA 以内；并且是固态结构，无可动部件，高可靠性，使用寿命长；另外，安装方便、结构简单、经济耐用。目前项目中一般使用磁性浮子液位计，磁性浮子式液位计是广泛应用的一种液位指示仪表[3]，可替代玻璃板或玻璃管液位计，用来测量有压容器或闭口容器内的液位。
4.国产仪表的测量控制现状与国外产品的差距
（1）我国仪器仪表产业规模小，产值低，企业同样是规模小，产值低。2007年我国仪器仪表产业总产值3000亿元人民币，只占工业总产值2.5%。10年前，美国仪器仪表产业总产值已达到4000亿美元，占工业总产值4％。目前，美国仪器仪表企业年产值超过20亿美元不少于50家，我国最大的仪器仪表企业，京仪集团年产值80亿元人民币，川仪集团60亿元人民币。两相比较，差距实在太大。产业和企业的规模和产值直接影响到产业的活力与发展。要缩小和消除这个差距，需要我们努力奋斗10年至20年。
（2）国产仪表质量和品种上存在不少问题。产品的可靠性和稳定性，长期以来没有得到根本解决，严重影响到市场销售和正常使用。许多大型精密仪器我们还生产不出来，国内需求几乎全部依赖进口。2007年我国仪器仪表产品出口创下了88亿美元，可是进口却达到了172亿美元，逆差84亿美元，成为装备制造业之最。这个问题很大程度决定了国产仪表应用的被动局面。
（3）国产仪表产业创新能力不强，还无法承担起科技创新主体的责任。国外的仪器仪表科技创新发展极快，产品更新换代的周期大约只需2至4年，多数企业销售额一半以上几乎都来自5年内上市的新产品。而国产仪器仪表产品不少还沿自于20世纪80年代技术引进的产物，相当多企业产品是10年一贯制，靠吃老本为生。因此，企业提升科技创新能力，已经成为刻不容缓的历史使命，这将很大程度决定了国产仪表的应用能力。
5.结束语
总之，通过对海洋石油平台控制系统技术的学习和应用，总结国产仪表的应用方面的不足，将为海洋石油工程提供更加有力的支持，满足日益增加的安全控制、自动控制、智能化管理的要求。
参考文献
[1] 吴晓青. PLC在自来水厂滤池控制系统中的应用[J]. 中国仪器仪表，2002，S1:48-53.
[2] 李凤阁，林景波，佟为明. 罗克韦尔SLC500系列可编程序控制器及其应用[J]. 低压电器，2005，08:171-174.
[3] 王倩，郑红燕，张英利. 磁性浮子液位计在鼓风机热井液位监测中的应用[J]. 冶金动力，2010，02:56-59.