某大型油气田DCS系统升级改造的探索与实践.pdf

口检修维护与解决方案口 Do i l 0 ． 3 9 6 9 4 ． i s s n ． 1 6 7 1 - 1 0 4 1 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 2 9 某大型油气田D C S 系统升级改造的探索与实践 置 麦旦 刘武 ，齐友，赵榕 ，赵军，钱树成 中国石油塔里木油田公司天然气事业部， 新疆库尔勒，8 4 1 0 0 0 摘要某大型油气田D CS 系统自2 0 0 4 年投入运行以来，陆续发生过DC S 控制器、I O L I N K通讯故障、DC S 系统上位机无法 监控等多次故障，不能满足现场安全运行的要求。2 0 1 3 年通过对系统的升级改造，为该油气 田安全平稳运行清除了障碍， 同时也为P KS C2 0 0 控制器等D CS 大型控制系统升级改造探索出了一条新路。 关键词大型油气田 D CS 系统； P KS ； 升级改造 中图分类号 T P 2 7 3 文献标志码 B An Ex p l o r a t i o n a nd P r a c tic e o f DCS S y s t e m u p g r a d i ng i n t h e l a r g e o i l an d g a s fie l d s L I U W u ， QI Yo u ， Z HAO Ro n g ，Z HAO J u n ， QI AN S h u c h e n g Na t u r a l Ga s De p a r t me n t ， T a r i m Oi l fi e l d Co mp a n y ， P e t r o C h i n a ， Ko r l a ， Xi n J i a n g ， 8 4 1 0 0 0 Ab s t r a c t A l a r g e o i l a n d g a s fi e l d s DCS s y s t e m p u t i n t o o p e r a t i o n s i n c e 2 0 0 4 ， a fte r a n o t h e r h a p p e n e d DCS c o n t r o l l e r , 1 0 L I NK c o mmu n i c a t i o n f a i l u r e ， DCS s y s t e m P C c a n n o t b e mo n i t o r e d a n d S O ma n y f a i l u r e s ， c a n n o t me e t t h e r e q u i r e me n t s o f s a f e o p e r a t i o n s i t e ， y o u n e e d t o u p g r a d e t h e e n t i r e s y s t e m t r a n s f o r m a t i o n ． By u p g r a d i n g ， f o r t h e s a f e o p e r a t i o n o f o i l a n d g a s fie l d s c l e a r e d t h e o b s t a c l e ， b ut a l s o for th e P KS C2 0 0 c o n t r o l l e r an d o t h e r l a r g e s c a l e DCS c o n t r o l s y s t e m u p g r a d e t o e x p l o r e a n e w p a t h ． Ke y wo r d s t h e l a r g e o i l a n d g a s fi e l d s ；DCS s y s t e m；P KS；u p g r a d i n g 0 引言 某大型油气田单井天然气产量大 、井 口压力高 ，是 西气东输的大型主力气源地。为了实现油气田内部井场装 置、处理厂、输气首站的平稳操作和科学管理 ，该油气田 采用了一套监控与数据采集系统 以下简称为 “ S C A D A系 统” ，其中该系统的D C S 系统使用了H o n e y w e l l 公司的P K S 系统⋯，系统由冗余服务器 、操作站和4 对冗余C 2 0 0 控制器 构成。但随着 P K S系统使用年限的增长，系统上位系统 主要是服务器、操作站 进入更新周期，性能下降 ，稳 定性降低 ，特别是随着计算机技术的更新和发展，新的计 算机硬件 、软件平台无法兼容现有P KS 系统的软件 如新 计算机无法安装 MS Wi n d o w s 2 0 0 0操作系统 ，且无法购买 到可用的备品备件，一旦现P K S 系统上位设备出现故障， 将会对整个系统的安全平稳运行造成不良影响。为了保证 该气田的安全平稳运行，对其D C S 系统进行升级与改造 ] 。 l 系统存在问题 自2 0 0 4 年DC S 系统投入运行以来，陆续发生过第二处 理厂第 1 、2套装置及公共单元 D C S 系统 I O L I NK通讯故 障、处理厂D C S 系统上位机无法监控故障、D C S 控制器不同 步等故障，下面对发生的典型故障进行详细阐述。 1 ． 1 D C S 系统I O L I NK通讯故障 1 ． 1 ． 1 现象 在2 0 1 1 年2 月1 日在对某系统进行巡检中发现第1 、2 套 D C S 系统C 2 0 0 主控制器I O L I N K 一 0 1 模块硬件通道B 故障，在 S t a t i o n 中查看I O L I N K 一 0 1 卡件处于报警状态。 9 4 El C V o 1 ． 2 1 2 01 4 No ． 2 1 ． 1 ． 2 处理措施 通过C o n t r o l B u i l d e r 进入1 0 L I N K 属性页面，在MA I N主 页面对C O M通讯选项进行R E S E T 故障复位操作就可以解决 故障；如在第一种操作无效的情况下可以采用手动断开故 障控制器组 电源的方式将系统控制人 ___[ 切换到从控制器 组，从而通过控制器断电重启的方式对故障I O L I N K 进行复 位操作；如上述两种操作均不能解决该I O L I N K 故障，则应 考虑更换检查连接电缆及1 0 L I N K 模块。 1 ．2 DC S 系统上位机无法监控 1 ． 2 ． 1 现象 2 0 1 1 年3 月1 8日，主控室所有操作站的监控画面都无 法进行监控，操作站速度缓慢 ，所有数据都显示白框，无 历史曲线。维护人员立 即检查两台冗余服务器以及两套 D C S 控制器的运行情况，检查发现在D C S 控制组态监控环境 下，C 2 0 0 控制器运行正常，但是控制回路状态下所有卡件 的运行状态显示为故障。 1 ．2 ． 2 处理措施 对2 台冗余服务器按照先从后主的顺利进行重启、切换 操作后，D C S 系统监控恢复正常。 1 -3 处理厂2 D C S 控制器运行不同步 1 ．3 ． 1 现象 2 0 1 1 年1 0 月8 日，维护人员发现2 D C S 控制柜内主备控 制器不同步，随即维护人员对其在C o n t r o l B u i l d e r 中对R M模 块属性进行同步 ，在同步过程中进行到第2 步C P M同步时无 法同步，以至于手动同步无效。 口检修维 护与解决方案 口 以及P K S系统升级为R 4 0 0并增加防病毒服务器。 表1 技术经济对比表 、＼技术方案 使用 原有控制系统／ 家产品 使用其他控制厂家产 品 比较 ＼ H o n e y w e l l 公 司 S I E M E N S 公司 对 原有控制系统 对 原有控制系统影响小，各 拆除原有 系统 I ／ O 卡件，各 i ／ o 卡件可重复利用 不需要 重 卡件都需重新接线 ，需晕新 影响 新接线 、不需要新编程。 调试控制 系统 。 对各站场生产 的 升级 时各站场不需停厂、可 各处理， 需停产2 个月 以 利用系统维护时间完成新系 影响 上 、严重影 响各站场生产 。 统 的升级 。 系统稳定性 、可 系统 稳定 性 、可 靠 性 、安 新产品的稳定性 、可靠性 、 全 性 在各 站 场也 得 到充 分 安全还需在 实际运行 时花较 靠性 、安全性 验 证 。 长时间来验证 。 现场人员培训较为简单、只 现场人员需新系统各组成部 人员培训 需对新 的软件进行熟悉、培 分全面详细 的了解 ，培训时 训费用低。 间长 、费用大 。 只需更换工作站、服务器、 机柜 内各 I ／ O 卡件 均需更 升级费用 控制器及相应软件，费用相 换 、重新配置工作站、服务 对低 。 器 、控制器 ，费用高 。 3 优化及改造措施 3 ． 1 控 制机柜更新 将现有C 2 0 0控制器下对应有A系列I ／ O卡件升级为 C 3 0 0控制器对应的c 系 lJ I ／ O卡件。原系统3 面I O MC机柜将 被取消，替换为五面 8 0 0 c m* 8 0 O c m* 2 1 0 0 c m标准机柜， 其中两面为控制器及c系y t] I ／ O 机柜 ，三面为继电器、脉冲 变送器、端子机柜， 控制器组态将 由C 2 0 0 转换Nc 3 o o控制 器环境中来。 3 ． 2 系统软件升级 将 目前 的P KS系统软件升级到最新P KS 软件版本 R 4 0 0 ，升级后系统软件授权将和原系统授权保持一致，使 新版本软件和原有系统用户组态软件、控制器及I ／ 0 硬件具 有兼容性f 6 】 。 3 ． 3 服务器和操作站 主机设备更新 对2 台服务器 ，6 台操作站 ，2 台工程师站设备进行更 新。其中服务器更新为认证的D e l l 最新机型R 7 1 0 。 3 ． 4 控制器升级 将原有的冗余C 2 0 0 控制器全部更换为冗余的C 3 0 0 控制 器 ，C 3 0 0 控制器c 2 o o 控制器有更强大的运算能力，完全 兼容C 2 0 0 控制器I O 卡。 3 ． 5 增 加防病毒 系统 增加1 台专用的防病毒服务器R 7 1 0 ，并带1 套H o n e y w e l l 公司认证的防病毒软件M c a f e e 。 4 ，效 果评价 4 ． 1 可靠性 本次升级改造中，将原有的冗余C 2 0 0 控制器全部更换 为冗余的C 3 0 0 控制器 ，C 3 0 0 控制器硬件摆脱了传统的局 限，提高了控制品质 ，便于安装维护和节省空间，C 3 0 0 控 制器采用了垂直设计与垂直安装 ，更有利于控制器的散热 与现场接线方便 ，便于维护。 4 ． 2 安全性 由于C 3 0 0 的安装结构与C 2 0 0 不同，体积小 、安装简 9 6 El C V0 1 ． 2 1 2 01 4 N0 ． 2 器 麦用 便 ，只需将原C 2 0 0控制器机架拆除，在相同位置安装C 3 0 0 控制器 即可，新的C 3 0 0控制器仍采用原P M 冗余电源供 电。在测试 中可以看到3 台冗余C 3 0 0 控制器的空闲百分比 均在7 0 ％以上，内存达到1 4 8 5 2 K B，I O L I N K 的空闲带宽在 5 l ％以上，可靠性 L C 2 0 0 提高3 0 ％以上。C 3 0 0 直接由控制 器实现主备同步，自升级8 个月以来控制器不同步故障的发 生次数0 次，第三方通讯中断时间目前发生次数0 次。 4 ． 3 稳定性 升级后通过查看该油气田C 3 0 0 控制器 、服务器、操作 站 、交换机等巡检工作的记录及密切监控C 3 0 0 控制器运行 状态、服务器、操作站C P U 及内存使用率 ，可以看出D C S 系 统数据采集、监视控制功能正常 ；C 3 0 0 控制器运行正常， 自动切换、同步状态指示灯显示正常 ；服务器 、操作站各 项服务运行正常 ，服务器同步正常 ，打开组态软件C B、Q B 及流程图画面时均运行正常 ，通过监控运行 ，升级后D C S 系统稳定性较好 。 5 结束语 在本次升级改造中 ，升级改造设备的到货验收 、原 系统文件备份 、新系统软件的安装 、应用组态软件的转 换等工作在装置计划停产检修前实施完成 从而尽可能 缩短了DC S 系统离线时间，为后续工作的开展节省了大 量的时间。D C S 系统升级改造后C3 0 0 控制器 、服务器及 操作站等各项性能运行正常，系统无异常现象，系统各 项监控功能完好 ，满足现场安全生产所需 的数据采集 、 监控等要求 ，优化与改造后的D C S 系统整体达到了预期 效果 ，同时也为C 2 0 0 控制器等大型D C S 控制系统升级改 造探索出了一条新路。口 参考文献 【 1 】 周静，杨艳，蒋吉强等 DCS 系统应用技术回顾与展望卟石油与天然 气化工， 2 0 1 0 增t 1J 6 2 6 5 【 2 ]霍尼韦尔 中国 自动化学院， E x p e r i o n P K S 系统中文参考手册 【 Kl 第4 版， 2 0 1 2 【 3 ]高进， 郑民， 袁树海， 等． DC S ／ E S D 在天然气净化厂的设计优化卟 石 油与天然气化T， 2 0 1 1 , 4 0 5 5 3 9 - 5 4 2 【4 ]陈子华 提高 控 制系统 可 靠性 的方法 探析 【 J ]石油 化工 自动 化， 2 0 0 8 ， 4 4 1 2 3 2 6 [ 5 ] 朱凌云 霍尼韦尔E x p e r i o n P KS 系统在硝酸装置中的应用[／ 1 ． 自动化 仪表， 2 0 0 8 ， 2 9 1 2 4 4 4 8 【 6 ] 林德杰．过程控制仪表及控制系统[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 4 作者简介 刘武， 男， 高级工程 师， 现在塔 里木油田公 司天然气事、 l 部 工作 。 投稿 日期2 0 1 4 年1 月2 2 日