光纤延长器分屏技术在海上平台的应用

赵祥宇 张兴龙

摘 要：随着国家科技的进步对海上石油勘探的发现，海上石油平台建造数量逐渐增加，海上平台中控使用的DCS系统大多是不同厂家不同品牌的过程自动化控制系统，而且平台之间使用的控制系统基本上不兼容，无法直接实现中心平台对井口平台之间的数据通讯和监控，针对这个问题，利用光纤延长器分屏技术减少对操作站的配置提高系统的可操作性，提出了优化控制措施。

关键词：远程操作;光纤延长器;监控

引言：海上采油平台之间相距较远，中心平台要管辖多个井口平台，井口平台多，人员配置少，因平台与平台之间系统兼容性较差，要实现中心对井口远程监控操作需要分别在中心平台增加一台操作站，但增加远程操作站需要购买一台新的工控电脑，还需购买相关配套工控监控软件，同时要请控制系统厂家对操作站进行配置和调试，致使操作成本大大增加，同时在中控室增加操作站及服务器所占空间大。为了优化海上平台中控室操作空间以及提高控制系统的可操作性，需要远程监控井口平台操作画面控制采用光纤延长器的分屏技术进行优化。

1 研究背景

海上井口平台操作人员少，如出现紧急情况时需要中心平台操作员协助进行监控，但中心平台和井口平台出现两套控制系统不兼容，很难实现系统之间的数据通讯，存在一定的安全隐患。目前在井口平台采用的MODBUS RTU转TCP通讯来实现远程传输现场关键参数、火气探头状态、井口区无线仪表以及三级关断信号等参数传输到中心平台协助监控，但是不能对工程师站进行编程组态等操作，无法添加所需要的监控数据，除了井口平台关键参数的传输，中心平台与井口平台之间的关断信号以及上游与下游之间存在的关断信号通过每个平台的SDH系统传输，但是SDH系统卡件存在信号闪断的可能，会发生下游在生产处理时信号产生逻辑动作造成其它上游平台发生关断的可能。

2 操作系统简介

2.1西门子PCS7系统简介

某海上中心平台中控采用的是西门子PCS7过程自动化系统，SIMATIC PCS 7 是西门子公司在TELEPPERM系列集散系统和S5，S7系列可编程逻辑控制器的基础上，结合最先进的电子技术、网络通讯技术、图形及图像处理技术、现场总线技术、计算机技术和先进自动化控制理论，面向所有过程控制应用场合的先进过程控制系统。

PCS7系统可以任意采用集中的和分散的形式进行组合，小从几十点，大到上万点I/O的系统可以根据不同的需求进行组合。各种类型和大小的SIMATIC控制器（PCS，PLC，ESD）都可以通过工业以太网PROFIBUS等直接接入系统，各种类型的I/O（集中的、远程的、本安的、隔爆的）和现场总线装置（常规仪表、分析仪、马达驱动、变频器等）也都可以根据不同的需求通过PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA等直接接入系统。

2.2 ABB中控系统简介

某海上井口平台采用的是ABB 800xA控制系统，平台中控系统上位机有1台工程师站，2台操作站组成，与控制柜内的PCS控制器、ESD控制器、FGS控制器通过冗余配置的网络交换机，共同组成监控管路网络。

ABB中控系统的网络架构，由PCS系统和带SIL3安全级别的ESD系统和FGS系统组成。PCS系统与卡件之间的通讯是采用PROFIBUS-DP线连接，PCS系统只作为监控使用，对平台的生产不产生关断;ESD和FGS系统是具有SIL3级别安全控制系统，发生紧急情况产生相应的关断逻辑来保证现场设备和人员安全。

2.3 SDH系统简介

SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）同步光传输系统是一个将复接、线路传输、交叉连接及交换功能融为一体的，并由统一的网管系统进行管理的综合业务传送网络。实现了网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护等功能，提高了网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护。1986年CCITT开始审议SONET标准，并于1988年通过了第一批SDH建议。經过20多年的发展，已经很成熟，并得到了广泛的应用。

3 改造方案的可行性研究及实施

3.1光纤延长器的原理及组成

光传输系统由三部分组成：光源（光发送机）、传输介质、检测器（光接收机）其中光源和检测器的工作都是由前端设备完成的。光纤延长器就是将 （一种线路的数据传输标准，通常速率为2.048Mbps，此标准为中国和欧洲采用）信号变成光信号并传输的设备（它的作用主要就是实现电-光和光-电转换）。

3.2可行性研究

由于大多中心平台与井口平台所使用操作系统的不兼容，不能远程对工程师站进行编程组态及操作，在现场出现紧急情况无法看到井口平台中控上位机监控画面，存在一定的安全隐患，若采用之前增加远程操作站的方法，不仅费用成本增加，而且会占用一定空间，既达不到降本增效的目的，又增加操作人员的工作量，所以通过增加光纤延长器来实现对井平台的远程监控，降低成本实现安全可靠操作，使用光纤延长器有以下几个优点：

①单芯光纤实现远距离传输

②支持自适应均衡和信号增强处理

③高品质的芯片模块，提供良好的电气特性，是数据传输更可靠

④抗干扰性性强，安全性能高，适用范围广

⑤分辨率高、系统兼容性强，性价比高

3.2方案实施

光纤延长器是一个发射端，一个接收端配合使用。因为要实现中心平台对井口平台的远程监控，要将发射端安装在井口平台，将接收端安装在中心平台。

①井口平台光纤延长器的安装及接线：光纤延长器的发射端安装在井口平台，使用两端都是DP接头的数据线，一端连接在光纤延长器发射端的DP口上，另一端连接在井口平台中控操作站的显示器上，中间采用单模SC接口光纤连接，将光纤线一端插在发射端，另一端安装在光纤熔线盒上，中心平台与井口平台依靠海底光缆进行通讯连接。

②中心平台光纤延长器的安装及接线：光纤延长器的发射端安装在中心平台，将光纤线一端插入中心平台中控光纤熔线盒上，另一端插在光纤延长器的接收端的端口，再将HDMI线插入光纤延长器的HDMI口，另一端连接在中心操作站画面操作，通过对井口所连接操作站的画面进行分屏设置，光纤延长器接收端配置一套键盘、鼠标和显示器即可实现中心对井口远程画面的监控以及操作。

4 项目成效及推广

本改造通过可以采用性价比高的光纤延长器利用其分屏技术，即可实现增加一台远程操作站的所有功能，节约单次服务器设备采购和调试费用5万元，将该技术应用到其它井口平台，可以将原来的远程操作站转化成备用的工控操作站，节约订购新的备用操作站费用，达到了很好的降本增效效果和示范作用，该应用值得在海上平台各油气田推广。

5 结束语

经过对光纤延长器分屏项目的可行性研究和方案实施，结合平台现场的实际问题，对中心平台远程监控井口操作画面控制策略优化和调试，提高了系统操作的可靠性、可维护性和实用性，降低生产操作成本。本次中心对井口远程操作画面监控实施的优化改造，为其它油气田类似问题的解决提供技术借鉴，也是降本增效、技术创新一个可以值得借鉴的实例，为以后在降本增效方面的工作提供了更加开阔的思路。

参考文献：

[1] Modbus协议RTU模式与TCP模式的通信转换设计.科学技术与工程.2013

[2]海上油气田SDH光纤通信网的设计应用.海洋工程装备与技术.2015