深海海洋平台控制系统智能化研究

深海海洋平台控制系统智能化研究

刘红霞①

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(上海外高桥造船有限公司,上海２００１３７

)摘要㊀本文以在深海作业的F P S O 为实例,对深海海洋平台的控制系统智能化展开探索性研究.主要介绍了控制系统智能化的系统设计基本原则,控制级别划分,控制系统网络安全要求,以及控制系统智能化设计改造方案.目

的在于探索实现深海平台的智能化感知,增强平台故障判断分析和应急决策能力,进一步优化和提高海上油气生产的安全性㊁高效性㊁稳定性和可靠性.关键词㊀海洋平台;控制系统;智能化;网络安全中图分类号:P ７５㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:

２０９５Ｇ７２９７(２０１９)z １Ｇ０４０４Ｇ０５d o i :１０．１２０８７/o e e t ．２０９５Ｇ７２９７．２０１９．z １．７６

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s t e m d e s i g n ．M a i n l y i n t r o d u c e s t h e b a s i c p r i n c i p l e o f i n t e l l i g e n t s y s t e md e s i g n ,t h e d i v i s i o n o f c o n t r o l l e v e l ,a n d t h e c y

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o r d s ㊀F P S O ;I C C Ss y s t e m ;A I ;c y b e r s e c u r i t y ０㊀引㊀言

全球通信信息技术,计算机网络技术,智能控

制技术正在迅猛发展,工业领域从信息化到智能化的革新势不可挡.船舶与海洋工程领域也正在探索开展智慧海洋的信息体系建设,信息化智能化建设将是海洋事业高质量发展重要推动力,也将成为海洋石油工业的重要发展方向之一.

海洋石油工业高风险高回报,从２０世纪中后期

开始迅速发展,吸引着人们向更深更广阔的海域,开发更丰富的石油资源.因此深海海洋平台已然是研究的重点.本文将对深海海洋平台的控制系统智能化展开探索性研究,以主流深海作业F P S O

为实例.目的在于探索实现深海平台的智能化感知,增强平台故障判断分析和应急决策能力,进一步优化和提高海上油气生产的安全性㊁高效性㊁稳定性和可靠性.

１㊀海洋平台控制系统的基本概念

深海海洋平台是生产和生活为一体的 海上移动城市 ,自动化安全控制系统是保障 城市 安全和正常运营的基础.自动化控制是指安装自动化装置后,在无人操作的情况下,按照设定好的程序

完成自主运行,并保证运行的稳定性[

１

].控制系统基于计算机技术㊁通信技术以及物联网技术等,对海洋平台船体结构㊁设备以及人员实时监测㊁预警

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㊀㊀收稿日期:２０１９Ｇ８Ｇ３１;修回日期:２０１９Ｇ１１Ｇ１

㊀㊀作者简介:刘红霞(１９７９ ㊀)

,女,高级工程师,主要从事船舶与海洋工程电气㊁仪表㊁通信导航及自动化控制方面的设计研究.第６卷增刊

㊀２０１９年１１月

海洋工程装备与技术

O C E A NE N G I N E E R I N GE Q U I P M E N T A N DT E C HN O L O G Y

V o l ．６,S u p p l ．N o v ．,２０１９

增刊刘红霞:深海海洋平台控制系统智能化研究 ４０５㊀ ㊀

和管理,同时综合船岸等多维信息向操作者提供辅助决策支持,有效保证海洋平台地正常运行,保障平台㊁设备和运维工作人员的安全.

海洋平台的控制系统主要以中控系统为核心,中控系统拥有对整个平台各子系统过程控制的报警㊁监测和控制功能.中控系统全称是集成式中央控制与安全系统(i n t e g r a t e d c o n t r o la n d s a f e t y s y s t e m,I C S S).主要包括:人机界面系统,过程控

制系统,过程安全控制系统,火气系统和应急切断系统.由于海洋平台由于作业环境存在火灾㊁爆炸㊁油气泄露以及设备故障等多个方面危险隐患,其控制系统的设计以安全控制系统的设计为重点.

海洋平台控制系统设计还涉及现场设备和仪表的监测控制,需根据仪表或各程序工作原理,确定控制逻辑,例如油㊁气㊁消防水以及货油系统的过程控制设计,因此设计者除具备必要的控制理论知识外,还要有机㊁电和油气生产等专业设计经验,并熟悉各个被控系统及对象的目的和控制过程.控制系统应具有良好的控制品质.控制系统以及被控制的机电设备,在其全部运行工况范围内应能稳定工作,不会使机电设备受到有害的机械负荷和热负荷,并具有必要的控制精度[２].

除此之外,海洋平台上控制系统采集的数据,可以通过网络发送至岸上供客户或其他相关人员查看,实现平台上数据与岸上共享.

海洋平台智能化广义的控制系统还应包含与电站管理系统㊁通信导航系统互联互通的功能,即为平台提供集成一体化控制平台,期望实现在一处中央控制室操控监测全部设备系统的理想化控制.２㊀智能化控制系统设计的基本原则智能化通常指由现代通信与信息技术㊁计算机网络技术㊁智能控制技术等汇集而成的针对某个对象的应用,这些应用通常包括但不限于评估㊁诊断㊁预测和决策等[３].

２．１㊀智能化控制系统设计基本流程

深海平台控制系统的智能化是以中央控制系统智能化为核心,基于计算机网络技术,通信联络整个平台各个系统,利用智能控制技术,对整个平台的安全㊁压载㊁通风㊁油气生产及处理等系统功能进行分析,在功能分析的基础上,确定系统的主要控制策略,并对各系统的硬件平台及控制软件方案进行研究,确定系统架构㊁系统设备软硬件配置㊁网

络配置㊁数据库系统配置.目的在于使得深海平台具有采集信息的感知能力,具有存储信息的记忆和对信息进行分析㊁计算㊁比较㊁判断㊁联想㊁决策的思维能力,并通过大数据的积累分析具有学习和自适应能力,最终形成对信息反馈的行为决策能力

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图１㊀控制系统智能化设计流程图２．２㊀智能化控制系统的控制等级划分

深海平台控制系统的智能化设计,不能是没有限制的全部自动化.因为海工项目对安全性,可靠性和生产管理高效性需求越来越高,平台操作工作自然环境恶劣,存在不可预知性,现有技术限制,安全和应急响应处置原则要求,冗余控制要求等因素的影响,所以设计需要综合平衡考虑效率㊁安全和智能化程度的权重,并满足目前国际海事规范规则.以F P S O为例,可将控制系统相关的各子系统按重要程度㊁安全等级要和可操作性划分控制等

级,确定与中央控制系统的控制通信方式.

控制１级完全控制级:此类系统,其所有控制功能都集成在中央控制系统中,直接由中控系统提供控制功能软件编程和硬件接口.一般主要是平台的重要系统,一般包括氮气系统㊁主机系统㊁压载系统㊁压缩空气系统㊁液压动力系统㊁阀门遥控系统㊁海水系统㊁淡水冷却系统等;

控制２级监控控制级:此类系统,其控制功能由自身控制单元实现,控制单元直接连接到中央控制系统网络或通过软硬件接口通讯连接到中控网络中.在中控系统的显示控制单元的人机界面中,可以进行主要功能的监控和控制.一般包括应急