中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300452
摘要：本文介绍了电子布线技术，分析了该技术的优势以及在海上平台应用效果。通过评估和研究，该技术可以节省施工时间、人力、材料和维护成本，具有良好的经济性，适用于平台中控新建和改造项目的应用，
关键词：电子布线技术；特性模块；控制网；安全网
0 引言
鉴于目前海上平台中控系统的接线非常复杂，中控室内布置较多的控制机柜，占据较大的平台空间，增加了平台规模和重量，由于大量的信号线缆由现场接至中控室内，现场的敷线的工作量巨大，耗费了大量的施工、人力和材料成本。在系统调试期间，由于接线点太多，容易出现接线故障等问题，现场人员花费大量的时间在现场进行线缆校准工作，影响调试工作效率。基于以上考虑，研究应用一种新的电子布线技术替代传统的接线形式，打破了传统的接线形式，将传统控制元件设备进行技术革新，采用了新的控制元件CHARM替代了传统的输入输出卡件，并可全部放置于现场防爆接线箱进行布线，仅将控制器和上位机等监控设备布置于中控室内，现场设备将线缆接入到布置于现场接线箱内的CHARMS I/O上，再通过冗余的网线或光纤将信号由现场传输到布置于中控室的控制器内进行处理和监控。取消了原来由现场接至中控室的大量电缆布线。
1 电子布线技术介绍
硬件系统主要由机柜、SZ控制器、交换机、CHARM I/O卡（CIOC）/CSLS（CHARMs Smart Logic Solver）逻辑控制器以及I/O特性模块（CHARM）所组成。
特性模块（CHARM）是电子布线的关键部件，单通道配置，可支持现场任何类型的I/O信号（AI、AO/DI/DO/RTD等），CHARM嵌入到通用的端子模块及底板中，通过冗余总线与位于顶部的冗余（CIOC/CSLS）卡连接，CIOC/CSLS支持标准工业以太网协议，将IO信号传送至控制器单元实现监控。现场电缆可接到任何位置的CHARM端子上，无需考虑I/O类型和特定顺序，系统自动识别任意通道的CHARM类型，并直接检测到CHARM连接的现场智能设备。
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CIOC/CSLS最多支持8个CHARMS底板，即96个信号通道，每个控制器支持16个CIOC/CSLS模块。模拟量输入输出CHARM内置HART调制解调器，支持最新的HART7协议，支持二线制与四线制仪表，无需跳线。
传统的布线方式，通过线缆将现场设备的信号接至现场接线箱，然后从接线箱送至到控制室机柜的端子排，然后通过柜间线连接至相应类型的卡件，从而完成现场信号的传输过程，如果出现后期设计变更或者布线错误，将会导致时间和人力成本的追加，严重时会导致整个项目进度的滞后。电子布线技术只需将现场设备信号接至现场防爆接线箱的CHARMS模块，再由CIOC/CSLS卡采用冗余的光纤或网线连接至控制室控制器即可完成接线工作。消除接线箱至控制室及柜间线。如果出现设计变更或者布线错误，只需要将相应类型的CHARMS卡进行替换即可，节省人力和工期。
控制系统网络由控制网和安全网构成[1]，控制网连接过程控制系统，采用DeltaV系统和基于CHARM的电子布线布线技术实现过程控制；安全网连接SIS系统，采用DeltaV SIS系统和基于CHARM的电子布线技术实现安全控制。操作层网络共享工程师站和操作站。
2电子布线技术的优势
电缆布线形式的优化。电子布线技术将仪表信号由现场连接至现场防爆接线箱内的CHARM上，再由现场接线箱连接冗余的光纤或网线至中控室控制器即可。对于一个两线制的仪表信号来说，传统接线需要16个连接点，电子布线需要4个连接点。大量节省了由现场接线箱至中控室的电缆。
良好的系统可靠性。传统卡件多设计为8、16、32通道，一旦某一个卡件出现故障，同卡件连接的其它仪表信号会受到影响。电子布线使用单通道CHARM，无需考虑特定类型和特定顺序，单通道隔离，单个CHARMS卡出现故障不影响其他信号的正常运行。由于减少了线缆的连接节点，也减少了信号的故障点数量。
节省中控室面积。目前海上平台中控室系统柜数量较多，占据中控室较大的面积，电子布线可将原来的系统柜接线柜取消，只需布置一套机柜布置控制器和服务器即可，大约节省中控室面积一半左右，为平台节约空间。
3在实际项目中的应用情况
某平台2007年投产，该平台中控系统设备的老化，中控ESD/PSD系统采用的是90年代GE和日本Fanuc合资产品，后期日本Fanuc退出市场。该产品目前GE已经作为淘汰产品，而且从这些年使用情况来看硬件质量差，每年都发生几次因卡件故障引发的大小生产关断。迫切需要整体升级。为了能够尽可能的减少停产时间，减少改造工作量，快速完成ESD&PSD系统的升级改造，采用艾默生的DeltaV SIS系统和电子布线技术来替代原有的GE GMR PLC系统。
原控制系统规模：ESD系统有9个机柜，共788个点；PSD系统有9个机柜，共1073个点；SIS系统有1个工程师站，1个SOE报警站；ESD及PSD系统使用MODBUS与PCS系统通讯
新系统设计根据实际I/O点数以及PSD和ESD两个系统的数据通信，建立GSN和LSN需要应用GSN进行系统连接。利用原机柜安装31套CSLS取代原ESD及PSD 使用网桥在ESD及PSD中传输安全参数；在RUP中安装一套CSLS以便传输安全参数；使用光纤将现场防爆柜和控制室及机柜间连接起来；将SIS系统和PCS系统集成在一起，共享工程师站和操作员站。
停产前后共用10天时间完成了所有的改造工作。最后停产时间仅为24小时就完成了改造工作，按照传统技术海上施工调试时间近一个月，停产需要近一周时间，长时间停产带来的经济损失是巨大的，因此采用电子布线技术最大化缩短了停产时间，体现了很大的优势，保证了油田的经济效益，改造完成后，系统稳定可靠运行，改造后的机柜布置，非常整齐干净，节省空间。
4应用效果和前景
改造完成后，系统稳定可靠运行，获得了作业方的认可和好评。电子布线技术在实施改造项目中，能够大大缩短停产时间，保证油田经济效益。与传统方案相比具有结构简单、安装方便、节省空间、节省工期等诸多优势。大大降低了未来技术提升过程中的成本。通过改造项目的稳定运行，说明电子布线技术的先进性和稳定性，对于新建项目，该技术可发挥更大的优势，包括：优化电缆布线、减少故障率、节省平台面积、便于安装、操作和维护、节省施工、安装、调试及维护成本，缩短工期等。对实现平台降本增效具有深远的意义。
参考文献
[1]《海洋石油工程设计指南》编委会编著.海洋石油工程电气、仪控、通信设计[M]．北京：石油工业出版社，2007.6
论文作者:陈建玲,许晓英,金秋,马金喜,王万旭
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/26
标签：接线论文; 系统论文; 现场论文; 技术论文; 电子论文; 机柜论文; 信号论文; 《建筑学研究前沿》2018年第13期论文;