梁吉松

摘要：X平臺(tái)臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)在避臺(tái)風(fēng)期間是UPS和火氣系統(tǒng)電力供應(yīng)的關(guān)鍵，配套的CO2滅火系統(tǒng)能自主監(jiān)控發(fā)電機(jī)內(nèi)部環(huán)境，確保發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行。然而，維保測(cè)試中發(fā)現(xiàn)滅火系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)缺陷，主瓶釋放失敗時(shí)備瓶無法自動(dòng)釋放，需人工操作，增加了滅火風(fēng)險(xiǎn)。此外，臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)原設(shè)計(jì)獨(dú)立且中控監(jiān)控不足，不符合遠(yuǎn)程操作要求。鑒于臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)CO2滅火系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，需全面升級(jí)軟硬件，尤其是已停產(chǎn)的西門子PLC S7-200控制器，以滿足生產(chǎn)需求并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。

關(guān)鍵詞：CO2滅火系統(tǒng)；PLC控制；邏輯優(yōu)化；遠(yuǎn)程監(jiān)控、軟硬件升級(jí)

一、前言

隨著海洋油氣開發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步與安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的日益提升，海上平臺(tái)設(shè)施的安全保障體系越發(fā)顯得至關(guān)重要。臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)作為關(guān)鍵的備用電力設(shè)備，在極端天氣條件下對(duì)整個(gè)平臺(tái)的正常運(yùn)作起著決定性作用。臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)CO2滅火系統(tǒng)是專門為中海石油（中國(guó)）有限公司設(shè)計(jì)和研發(fā)的，具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，在國(guó)際上應(yīng)用較為廣泛的一種現(xiàn)代化消防裝備，它除了繼承了氣體滅火系統(tǒng)所具有的滅火劑毒性低、不污染設(shè)備和絕緣性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)外，為了適應(yīng)船舶消防設(shè)施配套的需要還進(jìn)行了多項(xiàng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中包含兩個(gè)CO2釋放氣瓶、兩個(gè)氮?dú)鈿鈩?dòng)氣瓶、兩個(gè)釋放電磁閥，但是電磁閥釋放邏輯存在缺陷，無法再釋放氣瓶主瓶釋放失敗后，自動(dòng)通過信號(hào)，釋放備瓶。臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)為臺(tái)風(fēng)期間供電設(shè)備，撤臺(tái)時(shí)，平臺(tái)處于無人值守狀態(tài)，若滅火邏輯不完善導(dǎo)致火情無法抑制，可能導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)整體財(cái)產(chǎn)損失，甚至火情蔓延，造成更嚴(yán)重的后果。在維保邏輯測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)此邏輯缺陷，通過資料整理和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，決定班組自主完成臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)CO2滅火系統(tǒng)滅火邏輯優(yōu)化工作。

為適應(yīng)自控遠(yuǎn)程操作新模式，在?？叵到y(tǒng)內(nèi)新增臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)CO2滅火系統(tǒng)火氣探頭監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)攝像頭監(jiān)控點(diǎn)?？梢栽谧钥啬Ｊ较?，在陸地操控中心對(duì)CO2滅火系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，發(fā)生火災(zāi)時(shí)及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。

同時(shí)，為確?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的穩(wěn)定性，以及后續(xù)的維保和備件采購(gòu)工作，公司將進(jìn)行硬件和軟件的升級(jí)，將原有的PLC S7-200控制器更換為PLC S7-1200控制器，并根據(jù)現(xiàn)有需要對(duì)原程序進(jìn)行升級(jí)。

此項(xiàng)目在2021年下半年創(chuàng)新創(chuàng)效技術(shù)革新活動(dòng)中獲獎(jiǎng)，并參與2022年QC活動(dòng)小組項(xiàng)目。

二、設(shè)備現(xiàn)狀

目前，平臺(tái)上臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)CO2滅火系統(tǒng)主要由接線箱、氣控管路、電控管路、控制閥組、滅火劑瓶組、支架、集流管、集流管壓力表、泄放管、液體單向閥、連接軟管、排氣閥、壓力開關(guān)、吹洗閥、稱重裝置以及噴頭等零部件組成。

平臺(tái)臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)CO2滅火系統(tǒng)有三種釋放方式：自動(dòng)釋放、手動(dòng)釋放、機(jī)械應(yīng)急釋放。除機(jī)械應(yīng)急釋放外，其他兩種系統(tǒng)釋放方式均通過電磁閥釋放。

系統(tǒng)通過現(xiàn)場(chǎng)PLC邏輯控制電磁閥釋放啟動(dòng)氣瓶，從而驅(qū)動(dòng)CO2滅火。但是，在操作面板上只能操作主備瓶的切換，無法在主瓶釋放失敗后自動(dòng)激活備瓶電磁閥，無法監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)火氣系統(tǒng)狀態(tài)。設(shè)備老舊且配件已經(jīng)完全升級(jí)，當(dāng)前設(shè)備型號(hào)已經(jīng)停產(chǎn)。本次整體升級(jí)改造方案主要針對(duì)上述問題進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，解決安全隱患、自控模式新需求、設(shè)備穩(wěn)定性問題[1]。

原程序主要功能有主程序、初始化功能、火氣探頭故障邏輯、火氣探頭觸發(fā)邏輯、CO2釋放邏輯、指示燈測(cè)試、聲光報(bào)警控制、聲光報(bào)警實(shí)驗(yàn)、觸摸屏功能組成?，F(xiàn)有的臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)CO2滅火系統(tǒng)在觸發(fā)邏輯釋放選擇的主瓶后，如釋放管線上的壓力開關(guān)未檢測(cè)到CO2釋放壓力信號(hào)，則在120秒后復(fù)位兩組氮?dú)怛?qū)動(dòng)瓶瓶頭閥的電磁閥。

臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)CO2滅火系統(tǒng)PLC型號(hào)為西門子S7-200系列CPU266CN，通過EM223CN模塊拓展數(shù)字量輸入輸出通道、EM231CN模塊拓展模擬量輸入通道。數(shù)字量輸入信號(hào)包括控制盤的手自動(dòng)模式、CO2手動(dòng)釋放按鈕、主備瓶的選擇開關(guān)、燈測(cè)試按鈕、釋放管線上的壓力開關(guān)、臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)撬內(nèi)溫度探頭等。數(shù)字量有源輸出用于驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警裝置、氮?dú)怛?qū)動(dòng)瓶電磁閥、面板指示燈等的控制繼電器，以及向臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的停機(jī)指令。模擬量輸入信號(hào)為臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)撬內(nèi)火焰探頭及可燃?xì)馓筋^的電流信號(hào)[2]。

中控原設(shè)計(jì)只顯示臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)啟停提示報(bào)警，沒有臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)CO2滅火系統(tǒng)探頭狀態(tài)相關(guān)設(shè)置。

三、臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)CO2滅火系統(tǒng)整體優(yōu)化升級(jí)方案

（一）邏輯優(yōu)化程序分析及升級(jí)計(jì)劃

通過現(xiàn)場(chǎng)功能測(cè)試反饋結(jié)果，發(fā)現(xiàn)編譯缺陷。在對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化前需要全方位了解原程序功能。原程序主要功能由主程序、初始化功能、火氣探頭故障邏輯、火氣探頭觸發(fā)邏輯、CO2釋放邏輯、指示燈測(cè)試、聲光報(bào)警控制、聲光報(bào)警實(shí)驗(yàn)、觸摸屏功能組成[3]。

優(yōu)化改造將涉及的主要程序段位于“CO2施放控制”子程序內(nèi)，需要對(duì)“CO2施放控制”子程序逐步分析，避免優(yōu)化改造后出現(xiàn)點(diǎn)位沖突、邏輯錯(cuò)亂等現(xiàn)象。

原程序?qū)崿F(xiàn)功能如下：

手動(dòng)啟動(dòng)釋放邏輯。主要實(shí)現(xiàn)的功能為：當(dāng)兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制面板其中之一選擇為手動(dòng)模式后，可通過現(xiàn)場(chǎng)釋放按鈕啟動(dòng)CO2釋放流程；在手動(dòng)釋放啟動(dòng)后，30秒內(nèi)可通過按下釋放抑制按鈕，或者通過將現(xiàn)場(chǎng)兩個(gè)控制面板模式開關(guān)均選擇為自動(dòng)模式終止釋放；手動(dòng)釋放啟動(dòng)后，發(fā)出臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)停機(jī)指令。

自動(dòng)啟動(dòng)釋放邏輯。主要實(shí)現(xiàn)的功能為：當(dāng)兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制面板均選擇為自動(dòng)模式后，滿足熱探和火探2選2邏輯（M0.4）觸發(fā)CO2釋放流程；在自動(dòng)模式下釋放啟動(dòng)后，40秒內(nèi)可通過按下釋放抑制按鈕終止釋放，或者在20秒內(nèi)通過將現(xiàn)場(chǎng)兩個(gè)控制面板模式開關(guān)其中一個(gè)選擇為手動(dòng)模式終止釋放。

主備瓶選擇切換邏輯。主要實(shí)現(xiàn)的功能為：當(dāng)兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制面板其中一個(gè)選擇氮?dú)怛?qū)動(dòng)瓶A為主瓶時(shí)，氮?dú)怛?qū)動(dòng)瓶A被設(shè)置為主瓶。當(dāng)兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制面板都選擇氮?dú)怛?qū)動(dòng)瓶B為主瓶時(shí)，氮?dú)怛?qū)動(dòng)瓶B被設(shè)置為主瓶。滿足手動(dòng)或自動(dòng)釋放條件并延時(shí)，被選擇的主瓶電磁閥得電，氮?dú)獗会尫拧?/p>

氮?dú)怛?qū)動(dòng)瓶電磁閥復(fù)位邏輯。主要實(shí)現(xiàn)的功能為：當(dāng)釋放抑制按鈕被按下時(shí)，復(fù)位兩個(gè)氮?dú)怛?qū)動(dòng)氣瓶的電磁閥。當(dāng)其中一瓶氮?dú)怛?qū)動(dòng)瓶電磁閥動(dòng)作時(shí)，而釋放管線壓力開關(guān)未動(dòng)作或已恢復(fù)時(shí)，延時(shí)120秒，復(fù)位兩個(gè)氮?dú)怛?qū)動(dòng)氣瓶的電磁閥。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)邏輯測(cè)試、硬件設(shè)備排查、程序分析等工作，確定現(xiàn)場(chǎng)臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)CO2滅火系統(tǒng)滅火邏輯存在編譯缺陷，當(dāng)主瓶壓力不足或者PLC給出釋放信號(hào)，但電磁未響應(yīng)時(shí)，無法識(shí)別主瓶未釋放成功的狀況，沒有相關(guān)程序段在此種情況下通過邏輯釋放備瓶，則不能通過備瓶實(shí)現(xiàn)釋放要求。

利用現(xiàn)有的設(shè)備和信號(hào)對(duì)釋放邏輯精心改進(jìn)。在現(xiàn)有PLC釋放系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)CO2釋放程序。程序應(yīng)該盡可能簡(jiǎn)潔，減少邏輯漏洞與非必要的動(dòng)作。經(jīng)多方案比較后，確定了如下設(shè)計(jì)方案，在觸發(fā)CO2氣瓶釋放邏輯時(shí)且未滿足判定釋放條件（M0.3）時(shí)，進(jìn)行計(jì)時(shí)。達(dá)到10秒后，如仍未觸發(fā)釋放判定條件，則觸發(fā)備瓶氮?dú)怛?qū)動(dòng)瓶電磁閥，釋放備用CO2氣瓶。當(dāng)CO2滅火劑釋放完（釋放管線壓力開關(guān)恢復(fù)）后，倒計(jì)時(shí)2分鐘，復(fù)位兩個(gè)氮?dú)怛?qū)動(dòng)瓶電磁閥。

針對(duì)遠(yuǎn)程控制功能，利用新鋪設(shè)的通信線纜與專控系統(tǒng)建立通信。在專控系統(tǒng)中加入臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)CO2滅火系統(tǒng)的火氣探頭狀態(tài)顯示，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)火情，再利用陸地操控中心與中控建立的遠(yuǎn)程操控畫面應(yīng)急操作。

S7-200硬件設(shè)備已經(jīng)停產(chǎn)，為后續(xù)的維保工作和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的穩(wěn)定性考慮，計(jì)劃對(duì)現(xiàn)場(chǎng)軟硬件進(jìn)行升級(jí)，更換為S7-1200軟硬件。對(duì)原S7-200控制器的機(jī)架、電源、CPU、IO卡等配套設(shè)備進(jìn)行更換，升級(jí)為S7-1200控制器，新增控制信號(hào)通信線纜，并編寫適合于S7-1200的程序，進(jìn)行下裝，軟硬件升級(jí)結(jié)束后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。

（二）升級(jí)改造過程

1.對(duì)CO2氣瓶瓶頭閥進(jìn)行隔離操作，將氮?dú)怛?qū)動(dòng)瓶電磁閥從瓶頭閥上拆下，保證CO2釋放瓶組被獨(dú)立出來。

2.預(yù)先鋪設(shè)通信線纜，從中控?？叵到y(tǒng)機(jī)柜到現(xiàn)場(chǎng)CO2控制系統(tǒng)機(jī)柜，核對(duì)兩邊機(jī)柜接入點(diǎn)、端子、線號(hào)等。準(zhǔn)備編程電纜、編程電腦及功能測(cè)試用的氣源軟管、熱風(fēng)槍、火焰探頭測(cè)試燈等工具[4]。

3.對(duì)臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)CO2控制系統(tǒng)PLC原程序進(jìn)行一次系統(tǒng)備份，核對(duì)S7-1200新編程序與源程序邏輯。

4.對(duì)現(xiàn)場(chǎng)24V電源進(jìn)行斷電，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)架、電源、CPU、IO卡等配套設(shè)備進(jìn)行更換，重新接線，升級(jí)為S7-1200控制器。更換后送電查看硬件狀態(tài)，確認(rèn)良好后進(jìn)行下一步。

5.下裝已修改完成的程序，確認(rèn)下裝后卡件及程序正常運(yùn)行。

6.在手動(dòng)釋放30秒內(nèi)按下抑制按鈕，確認(rèn)釋放取消。

7.在手動(dòng)釋放30秒后，確認(rèn)主瓶電磁閥動(dòng)作，10秒內(nèi)觸發(fā)壓力開關(guān)，備用瓶電磁閥不動(dòng)作。壓力開關(guān)恢復(fù)后120秒，主瓶電磁閥失電。

8.在手動(dòng)釋放30秒后，不觸發(fā)壓力開關(guān)，備用瓶電磁閥在10秒后動(dòng)作。壓力開關(guān)恢復(fù)后120秒，主備瓶電磁閥失電。

9.自動(dòng)狀態(tài)下參考手動(dòng)釋放流程6-8進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)功能測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)作均符合預(yù)期，并未產(chǎn)生其他意外的動(dòng)作。

10.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)束后，保持氣瓶隔離狀態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)火氣探頭逐個(gè)進(jìn)行測(cè)試，保證現(xiàn)場(chǎng)位號(hào)、觸摸屏顯示位號(hào)、?？厣衔伙@示信號(hào)觸發(fā)狀態(tài)一致，并在兩個(gè)火探或者兩個(gè)熱探同時(shí)觸發(fā)時(shí)，上位機(jī)顯示火警報(bào)警提示。

根據(jù)上述步驟現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行邏輯測(cè)試。在電磁閥脫開狀態(tài)下，分別測(cè)試手動(dòng)釋放、自動(dòng)釋放、遠(yuǎn)程監(jiān)視功能。在確認(rèn)原有功能完善的情況下，新增功能測(cè)試成功。在主瓶釋放失敗情況下能夠自動(dòng)釋放備用瓶，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)CO2火氣探頭狀態(tài)，達(dá)到預(yù)期優(yōu)化效果。提高了滅火系統(tǒng)臺(tái)風(fēng)撤離期間無人值守時(shí)的可靠性、設(shè)備的穩(wěn)定性、滅火的及時(shí)性[5]。

四、臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)CO2滅火系統(tǒng)整體升級(jí)優(yōu)化實(shí)際效果

項(xiàng)目實(shí)施改造以后，新版軟硬件運(yùn)行正常，CO2控制系統(tǒng)穩(wěn)定，成功實(shí)現(xiàn)了備用瓶組的補(bǔ)充釋放功能及遠(yuǎn)程監(jiān)控要求，在功能測(cè)試過程中及后續(xù)的維保測(cè)試過程中沒有出現(xiàn)因控制系統(tǒng)升級(jí)而產(chǎn)生的其他意外情況，達(dá)到了預(yù)期效果。

經(jīng)濟(jì)效益：現(xiàn)場(chǎng)儀表自檢自修，自主設(shè)計(jì)修改程序完成，節(jié)省調(diào)研以及一部分人員、服務(wù)外委費(fèi)用。

安全效益：邏輯優(yōu)化改造方案，可以提高臺(tái)風(fēng)發(fā)電機(jī)CO2滅火系統(tǒng)的可靠性，加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生火情時(shí)的滅火效果。降低火情發(fā)展擴(kuò)散的可能性，切實(shí)保護(hù)設(shè)備設(shè)施安全，減少設(shè)備安全隱患；新設(shè)備提高了設(shè)備穩(wěn)定性，降低意外釋放風(fēng)險(xiǎn)。

持續(xù)效益：為后期臺(tái)風(fēng)撤離期間平臺(tái)的設(shè)備穩(wěn)定性提供了安全保障，在無人值守時(shí)大大提高了發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全可靠性；可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，降低設(shè)備大范圍損傷的可能性。

推廣性：本次改造優(yōu)化工作，在員工具備自動(dòng)化設(shè)備施工技能的情況下，改造升級(jí)全面、符合安全和遠(yuǎn)程監(jiān)控要求，針對(duì)性強(qiáng)，是一個(gè)安全可行、全面、高效、高回報(bào)的設(shè)備全面升級(jí)優(yōu)化方案。

五、結(jié)語

該項(xiàng)目針對(duì)程序改造，是平臺(tái)儀控人員自主進(jìn)行優(yōu)化改造升級(jí)的典型例子。許多老舊設(shè)施在平臺(tái)建設(shè)之初，由于各種因素和新需求，如工期限制、設(shè)計(jì)欠缺或者是自控模式項(xiàng)目等，現(xiàn)場(chǎng)很多設(shè)備控制功能存在設(shè)備和邏輯的不完善。平臺(tái)儀控人員完全可以梳理控制需求，結(jié)合實(shí)際，不斷提高平臺(tái)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。目前，海上平臺(tái)獨(dú)立撬塊使用PLC小型獨(dú)立控制系統(tǒng)仍是主流，學(xué)習(xí)并掌握程序閱讀、查錯(cuò)并修正，與中控乃至陸地遠(yuǎn)程畫面進(jìn)行通信操作。對(duì)今后在平臺(tái)智能化、無人化升級(jí)背景下，提升儀控人員自動(dòng)化改造工程的把控大有益處。

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作者單位：中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司番禺作業(yè)公司

責(zé)任編輯：張津平