摘要：本文介紹了PLC在海上天然氣生產(chǎn)平臺(tái)設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用。主要討論了系統(tǒng)的應(yīng)用背景、系統(tǒng)構(gòu)成、人機(jī)界面以及相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)。同時(shí)，針對(duì)海上天然氣平臺(tái)的生產(chǎn)特點(diǎn)，闡明了生產(chǎn)設(shè)備的保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：可編程控制器 設(shè)施保護(hù)系統(tǒng) 生產(chǎn)控制系統(tǒng) 人機(jī)界面

1 引言
PLC（可編程邏輯控制器）由于其可靠性高、功能強(qiáng)、可擴(kuò)展性好等特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于油氣田各類生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中。在海上天然氣平臺(tái)的生產(chǎn)過(guò)程中，被處理介質(zhì)往往是高溫高壓、易燃易爆的氣體或液體，故生產(chǎn)安全性問(wèn)題尤為突出。在這種情況下，須將控制生產(chǎn)處理流程的生產(chǎn)控制系統(tǒng)與專職實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能的設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)分開(kāi)設(shè)計(jì)與安裝。這樣，就確保了當(dāng)生產(chǎn)控制系統(tǒng)出現(xiàn)掉電、系統(tǒng)失控等故障時(shí)，設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)仍能將泵、壓縮機(jī)、壓力容器等生產(chǎn)設(shè)備切換到安全狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)施的安全保護(hù)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
由于設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行在現(xiàn)場(chǎng)，各種電磁干擾大，工作環(huán)境惡劣，因此選用抗干擾能力強(qiáng)的PLC作為系統(tǒng)控制主體。系統(tǒng)由主從處理器、遠(yuǎn)程I/O以及人機(jī)界面等構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

由于I/O點(diǎn)數(shù)較多、數(shù)據(jù)處理量大，故在美國(guó)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。考慮到設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)本身負(fù)責(zé)生產(chǎn)處理設(shè)備的安全保護(hù)功能，其自身可靠性非常重要，將處理器部分設(shè)計(jì)為冗余配置。兩臺(tái)處理通過(guò)DH+通信同步工作，但只有主處理器從遠(yuǎn)程I/O中讀寫數(shù)據(jù)。當(dāng)主處理器發(fā)生故障時(shí)，從處理器立即接管遠(yuǎn)程I/O，同時(shí)升級(jí)為主處理器。
遠(yuǎn)程I/O部分選用A-B公司的1771遠(yuǎn)程I/O適配器。該適配器通過(guò)A-B公司的DH+數(shù)據(jù)總線與主處理器通訊，并刷新各輸入/輸出模塊的I/O點(diǎn)狀態(tài)。與遠(yuǎn)程I/O相連的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，不僅包括各類傳感器、執(zhí)行器，還包括一些分散在現(xiàn)場(chǎng)的本地控制器，例如儀表氣空壓縮機(jī)控制器、干氣壓透平壓縮機(jī)控制器，均為PLC5系列可編程控制器?？紤]到設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)對(duì)通信的高可靠性與實(shí)時(shí)性的要求，這些現(xiàn)場(chǎng)本地控制器不采用串行方式與設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)通信，而使用0/24V開(kāi)關(guān)信號(hào)直接受設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)的控制。
人機(jī)界面，則由美國(guó)費(fèi)舍爾-羅斯蒙特（Fisher-Rosemount）公司的RS3集散控制系統(tǒng)完成。該集散控制系統(tǒng)既是設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)的人機(jī)界面，又是控制處理流程的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。出于安全性方面的考慮，生產(chǎn)控制系統(tǒng)不對(duì)設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行任何控制，僅對(duì)設(shè)施保系統(tǒng)監(jiān)視。
為了達(dá)到企業(yè)管理和生產(chǎn)自動(dòng)化的緊密結(jié)合，系統(tǒng)報(bào)表功能由一臺(tái)與企業(yè)局域網(wǎng)相連的報(bào)表服務(wù)器完成。該服務(wù)器定時(shí)從生產(chǎn)控制系統(tǒng)與設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，再自動(dòng)調(diào)用Lotus Notes，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)以電子郵件的形式投送到生產(chǎn)經(jīng)理、生產(chǎn)監(jiān)督等管理人員的電子信箱中。

3 設(shè)施保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)
為了達(dá)到保護(hù)生產(chǎn)設(shè)備的目的，需要通過(guò)梯形圖程序對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)判斷并產(chǎn)生相應(yīng)的關(guān)停指令。關(guān)停指令共有四種級(jí)別，依次是：Fire ESD（Fire Emergency Shut Down，火警緊急關(guān)停）、ESD（Emergency Shut Down緊急關(guān)停）、PSD（Process Shut Down，處理流程關(guān)停）以及USD（Unit Shut Down，生產(chǎn)單元關(guān)停）。
Fire ESD指令級(jí)別最高，由火災(zāi)報(bào)警盤報(bào)告火警信號(hào)產(chǎn)生。其動(dòng)作是，關(guān)停生產(chǎn)平臺(tái)的一切設(shè)備，同時(shí)啟動(dòng)海水消防泵與海水噴淋系統(tǒng)。ESD指令由一些表示嚴(yán)重生產(chǎn)事故的信號(hào)產(chǎn)生，例如，檢測(cè)到天然氣泄漏。其動(dòng)作是，除應(yīng)急發(fā)電機(jī)以外，關(guān)停其他一切設(shè)備。PSD指令由一些重要設(shè)備的非正常狀態(tài)產(chǎn)生，例如壓縮機(jī)喘震，儀表氣壓力低等。其動(dòng)作是，關(guān)停3整個(gè)生產(chǎn)處理流程，但保持發(fā)電機(jī)、儀表氣壓縮機(jī)的運(yùn)行。USD則是由局部非正常生產(chǎn)狀態(tài)產(chǎn)生，例如PID控制回路大幅度震蕩、分離器液位高等。其動(dòng)作是，關(guān)停發(fā)生故障的生產(chǎn)設(shè)備。
整個(gè)設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)的工作過(guò)程是：PLC處理器通過(guò)遠(yuǎn)程I/O對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的壓力、溫度、流量、轉(zhuǎn)速等狀態(tài)進(jìn)行判斷。一旦檢測(cè)到非正常工作情況，則立即將生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行全部或局部關(guān)停，同時(shí)通過(guò)人機(jī)界面向操作員報(bào)警。
除了由傳感器檢測(cè)到的非正常生產(chǎn)狀態(tài)可產(chǎn)生關(guān)停止指令以外，設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)同時(shí)提供了手動(dòng)按鈕用以產(chǎn)生手動(dòng)關(guān)停止指令。手動(dòng)按鈕散布在生產(chǎn)區(qū)各處，由操作人員根據(jù)具體事故情況決定是否發(fā)出關(guān)停指令。
設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)還提供了旁通（Bypass）功能。當(dāng)維修人員對(duì)傳感器進(jìn)行檢測(cè)或維修時(shí)，為了防止設(shè)施保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)作，需要在梯形圖程序中設(shè)置旁通位，以便將被維護(hù)儀表產(chǎn)生的誤關(guān)停信號(hào)進(jìn)暫時(shí)屏蔽處理。
整個(gè)關(guān)停過(guò)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(jī)提供6200系列編程軟件，但在實(shí)際編程中采用了Rockwell軟件公司的Logic 5軟件對(duì)PLC進(jìn)行編程。Logic 5是基于Windows的應(yīng)用程序，相對(duì)于