霍尼韦尔PKS系统在石油钻井平台上的应用

1.引言

中油海9/10升降式钻井平台中控系统采用PKS系统。这是霍尼韦尔公司的自动化系统第一次应用于钻井平台上。经由CCS（中国船级社）认证,符合认证标准。

2.系统介绍

PKS（Process Knowledge System） 是过程知识系统的简称。PKS控制系统是 Honeywell在2002年6月推出的新的中型控制系统。它集合了Plantscape系统组态方便的特点，又集合了TPS控制系统硬件上的优点而推出的一款全新的DCS控制系统。

2.1 本系统框架如下:

在本PKS系统中,含有2个FSC（FAIL SAFE CONTROLLER ）机柜,一个PCS机柜.FSC用于火气系统的逻辑关断,PCS柜用于船体状态的监测.系统之间采用FTE（容错以太网连接）.含有冗余的两台服务器,和两个监测用的STATION站.

（1）服务器冗余: PKS过程系统的服务器可以冗余配置，以提供更高等级的可靠性。采用一对配置相同的服务器，以主/备结构方式相互支持。当主服务器出现故障时，从服务器采集数据，并为操作站提供数据服务。主服务器通过冗余网络传送数据库中的所有数据处理信息到从服务器，使得主从服务器之间同步。

（2）网络冗余\交换机冗余: 设备之间用HONEYWELL的容错以太网连接 （即H型,保证有4条通讯路线）。

2.2 硬件配置

（1）FSC系统硬件由 Central Part 卡件和I/O卡件两部分组成。

Central Part简称CP,包括CPU、COM（通讯卡）、WD（系统状态监视卡、或称看门狗卡）、DBM（诊断和电池卡）、以及VBD（竖向总线驱动卡）。
　　
I/O卡包括DI卡、DO卡、AI卡、以及AO卡。
　　
Central part卡件和I/O卡件之间的通讯构成如下：
　　
VB连接VBUS（竖向总线），VBUS连接HBD（水平总线驱动卡），HBD连接HBUS（水平总线），HBUS再连接I/O卡件。
　　
柜内还有端子和继电器。

（2）PCS柜硬件配置

由一块FTEB（容错以太网桥）卡、一块C200（控制器）卡、两块CNI（CONTROL NET）卡和I/O组成。

上图为卡件状态监测页。

图中FTEB01：FTEB卡；
PRS021：C200卡；
CCN014：CNI卡；
IAH161：AI卡；
IDD321：DI卡；
ODD321：DO卡；

（3）网络结构

1）以太网（TCP/IP）
传输速率为：100M/10M波特率；
网络节点：server,station,priter（switch,hub）等；
传输介质：双绞线：接头（为RF45，网卡），距离为100m以内；
　　
2） I/O Controlnet
传输速度：5M波特率；
网络节点：PMIO（输入输出卡件）、SIM等；
传输介质：同轴电缆；网络终端需加75Ω电阻；
传输协议：IEEE8023，令牌方式；

2.3软件介绍

（1）control Builder——Control Builder是一种图形化的、面向对象的、基于窗口的工程工具，用于过程系统控制处理器的控制执行环境和应用控制环境的控制策略的设计、组态、和实施。用于组态硬件，如网络、I/O模件、控制器、和现场总线设备，以及组态控制点，如调节控制、设备（马达）控制、逻辑控制、顺序控制和特殊的用户定义的功能等。
　　
（2）QUICK BUilder——QUICK Builder使得用户可以组态第三方的控制器／RTU，以及它们的点、组态操作站和打印机。Quick Builder使用关系数据库引擎，提供筛选数据库的用户显示、多点编辑工具、和直观的窗口风格的用户界面，极大地提高了组态效率。关系数据库还捉供用户自定义的域，可以用来设置终止调度，记录接线编号等，同时还提供标准的报表。ExperiOn PKS过程系统数据库的添加和修改均可以在线进行。
　　
（3）HMIWeb Display Builder ——HMIWeb Display Builder是面向对象的，全集成化的用户画面组态工具，用于生成用户专用的显示图形画面。动态显示可以简单地通过鼠标点击迅速生成。系统还提供一个图形库含有如容器、管道、阀门、罐、马达等通用的工厂设备，帮助用户进一步加快图形设计的速度。此外，对于一些多处用到的相似的画面，可以用模板画面的功能减少组态时间。提供的过程对象和调色板功能可以帮助用户快速简便地创建用户对象，并可以带有三维效果。通过使用脚本程序（VBScript和Jscript）组件，可以显著地增强图形画面功能，如高速动画、工具提示、操作站程序执行的控制作用等都可以通过脚本程序完成。许多ActiveX的组件类型，如播放声音和视频图像等都可以插入在画面中被调用。
　　
（4）Knowledge Builder——Knowledge Builder,在线的电子资料，采用HTML结构的浏览器阅;内容全面，包括了FSC，PKS等详细的介绍。

2.4 系统开放性

[1] 集成Honeywell的先前产品：TDC2000, TDC3000, Plantscape, S9000,Logix60
[2] 与PLC通讯（如：SIMENSE,AB,ABB）
[3] 与现场总线技术的集成（Profibus-DP, Fieldbus, Modebus,HART等）
[4] 标准化的数据访问程序
[5] AEC：高性能服务器，直接与OPC服务器或客户机进行数据交换。

3．系统应用

系统应用于钻井平台上，主要有船体监测和逻辑关断两部分功能。

船体监测：包括发电机、泥浆池、水泥罐、重晶石罐、海水压载舱、风闸、风机、消防泵、公共设备等的状态监测。

逻辑关断：包括火气系统报警、手动报警等报警所产生的逻辑关断。

主界面：

（1）船体监测

船体监测通过硬点将船体设备的信号接入PCS柜。再通过上位机的画面监测设备的状态。

下面图为发电机和TANK的监测：

（2）逻辑关断：

探头形式如下:

上图中的火探头、烟探头、手动报警、热感探头是由现场探头采集数据，以WORD形式通过MODBUS协议进入FSC内的逻辑系统的。

硫化氢探头、可燃气探头则是硬点接入FSC系统的。

探头根据位置不同，被划分为各个火区，每个火区不同报警对应所关断的设备也不同。

具体的关断如下图所示：

4．结束语

霍尼韦尔的PKS系统，凭借其强大的性能进军了钻井平台制造业，并且取得了一定的成果。它在此行业的发展前景，让我们一同见证！