專利名稱：一種深海半潛式鉆井平臺雙冗余能量管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋工程自動化設(shè)備，特別涉及一種深海半潛式鉆井平臺雙冗余
能量管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的深海半潛式鉆井平臺雙冗余能量管理系統(tǒng)主要具有以下幾個缺點
a)控制器無備份冗余，系統(tǒng)可靠性低現(xiàn)有平臺能量管理系統(tǒng)往往采用單一控制器控制，一旦控制器故障，系統(tǒng)將無法實現(xiàn)自動控制功能，在某些情況下，可能會造成嚴(yán)重后果，系統(tǒng)可靠性低。b)主要通訊網(wǎng)絡(luò)缺少自檢及恢復(fù)機(jī)制現(xiàn)有平臺能量管理系統(tǒng)往往采用以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線單網(wǎng)通訊，且沒有實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測與恢復(fù)。c)需人工實現(xiàn)不同工況下在網(wǎng)機(jī)組預(yù)配置現(xiàn)有平臺能量管理系統(tǒng)對機(jī)組的配置往往是根據(jù)負(fù)載情況調(diào)整，在某些特定工況下，無法實現(xiàn)機(jī)組自動預(yù)配置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)在深海鉆井控制自動化程度不夠高的問題，提出了一種深海半潛式鉆井平臺雙冗余能量管理系統(tǒng)，此系統(tǒng)是對深海半潛式鉆井平臺電力系統(tǒng)能量綜合調(diào)度的管理，包括電網(wǎng)參數(shù)采集、機(jī)組啟停機(jī)控制、自動增減機(jī)、故障換機(jī)、調(diào)頻調(diào)載、分級卸載、重載管理等功能，提高了整個深海半潛式鉆井的自動化控制水平。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種深海半潛式鉆井平臺雙冗余能量管理系統(tǒng)，包括控制從站，控制主站，人機(jī)界面，兩臺發(fā)電機(jī)組組成一個電站，各電站獨立運(yùn)行，每個電站配置三個控制從站，其中兩個控制從站分別采集對應(yīng)發(fā)電機(jī)組的參數(shù)信息，并控制該機(jī)組；另一個控制從站采集電網(wǎng)參數(shù)信息，三個控制從站之間串聯(lián)連接，兩個電站配置一個雙冗余CPU控制主站，控制主站與控制從站之間采用CS31現(xiàn)場總線通訊，人機(jī)界面與控制主站CPU之間采用以太網(wǎng)通訊，各控制主站CPU之間通過以太網(wǎng)通訊，所有以太網(wǎng)端口均匯總到以太網(wǎng)交換機(jī)，最終數(shù)據(jù)送監(jiān)測報警系統(tǒng)。所述控制主站采用雙冗余CPU作為主要控制設(shè)備，每一個CPU控制器分別通過CS31現(xiàn)場總線與控制從站通訊，互為冗余的CPU之間通過以太網(wǎng)完成軟件同步，主CPU輸出控制信號到控制從站，當(dāng)主CPU發(fā)生故障時，冗余CPU無法收到主CPU的信號時，冗余CPU輸出控制到控制從站，接管主CPU的控制程序。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明深海半潛式鉆井平臺雙冗余能量管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)深海半潛式鉆井平臺電站的能量管理與調(diào)度；模塊化設(shè)計，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，且成本較以往沒有太多提高；相比以往的平臺能量管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)通過簡單的硬件配置及軟件改動可顯著提高系統(tǒng)的可靠性。


圖I為本發(fā)明深海半潛式鉆井平臺雙冗余能量管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖I所示深海半潛式鉆井平臺雙冗余能量管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖示系統(tǒng)由8臺柴油發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，具體實施方案如下
一、系統(tǒng)構(gòu)成
每兩臺發(fā)電機(jī)組I組成一個電站3，各電站獨立運(yùn)行(動力定位DP3要求)，每個電站3配置三個控制從站2，其中兩個控制從站分別采集對應(yīng)發(fā)電機(jī)組的參數(shù)信息，并控制該機(jī)組；另一個控制從站采集電網(wǎng)參數(shù)信息，三個控制從站之間串聯(lián)連接。兩個電站3設(shè)置雙冗余CPU作為控制主站5，人機(jī)界面6可以顯示平臺電站運(yùn)行情況，并可執(zhí)行某些控制操作?？刂浦髡?與控制從站3之間采用CS31現(xiàn)場總線4通訊；人機(jī)界面6與控制主站5CPU之間采用以太網(wǎng)8通訊，各控制主站5CPU之間通過以太網(wǎng)8通訊，所有以太網(wǎng)端口均匯總到以太網(wǎng)交換機(jī)7，最終數(shù)據(jù)送監(jiān)測報警系統(tǒng)9?？刂浦髡?用于實現(xiàn)控制策略，控制從站3用于監(jiān)測電網(wǎng)及機(jī)組I的狀態(tài)，并執(zhí)行控制主站5的控制指令。CPU可以監(jiān)測CS31現(xiàn)場總線的中斷故障，在故障信息收到后，看門狗復(fù)位；若總線中斷，看門狗會在4個CS31周期后發(fā)出報警，處理器認(rèn)定總線中斷，總線中斷也會啟用備用CPU控制。二、冗余控制系統(tǒng)
采用雙冗余CPU作為兩個電站的主要控制設(shè)備，完成系統(tǒng)控制策略的實施，每一個CPU控制器分別通過CS31現(xiàn)場總線與控制從站通訊，從而保證了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行?；槿哂嗟腃PU之間通過以太網(wǎng)完成軟件同步，正常情況下由主CPU完成控制功能，當(dāng)主CPU發(fā)生故障時，冗余CPU無法收到主CPU的“生命位”，接管主CPU的控制程序。三、接口信號
1)輸入信號控制方式、各斷路器狀態(tài)、重載請求、重載運(yùn)行、消聲、應(yīng)答、電流、電壓、頻率、有功功率等信號。2)輸出信號機(jī)組啟動、停機(jī)、斷路器合閘、分?jǐn)?、機(jī)組加速、減速、重載允許信號、蜂鳴器、報警指示燈、功率裕量。四、系統(tǒng)功能
控制方式切換通過配電板控制方式切換開關(guān)轉(zhuǎn)換手動、半自動、自動控制方式。手動控制方式優(yōu)先級最高，自動控制方式優(yōu)先級最低?；竟δ苁謩涌刂品绞较?，PMS僅可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、顯示、報警等基本功能，但不參與控制操作，所有控制指令由配電板、機(jī)旁控制箱發(fā)出。機(jī)組及其斷路器控制半自動或自動控制方式下，可通過人機(jī)界面完成啟動、停機(jī)、合閘、分?jǐn)?、同步、解列等操作。調(diào)頻調(diào)載半自動或自動控制方式下，能量管理系統(tǒng)可對在網(wǎng)機(jī)組進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)和負(fù)載分配。頻率調(diào)節(jié)范圍為額定頻率±0. 25Hz，有功功率調(diào)節(jié)范圍為額定功率的±5%。功率原則增、減機(jī)當(dāng)系統(tǒng)功率裕量過低或過高時，能量管理系統(tǒng)可實現(xiàn)自動增減機(jī)。
分級卸載當(dāng)流經(jīng)機(jī)組斷路器的電流超過一定限度時，能量管理系統(tǒng)可根據(jù)情況自動卸掉非重要負(fù)載。重載控制當(dāng)平臺需要啟動大容量負(fù)載時，向能量管理系統(tǒng)發(fā)出重載問詢，能量管理系統(tǒng)根據(jù)功率裕量判斷是否需要增機(jī)來滿足重載啟動要求。故障換機(jī)當(dāng)在網(wǎng)機(jī)組發(fā)生頻率越限、電壓越限等故障時，功率管理系統(tǒng)將自動啟動備用機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，然后將故障機(jī)組解列。推進(jìn)功率輔助限制能量管理系統(tǒng)將系統(tǒng)功率裕量通過4 20mA電流信號實時傳遞給推進(jìn)控制系統(tǒng)，推進(jìn)控制系統(tǒng)可根據(jù)功率裕量結(jié)合機(jī)組斷路器狀態(tài)，實現(xiàn)推進(jìn)負(fù)載功 率限制。機(jī)組優(yōu)先級設(shè)定能量管理系統(tǒng)可對平臺機(jī)組啟停優(yōu)先級進(jìn)行設(shè)定。工況設(shè)定在不同工況下，平臺電力需求往往具有預(yù)知性，能量管理系統(tǒng)可以根據(jù)不同工況配置最小在網(wǎng)機(jī)組數(shù)。當(dāng)平臺即將在某種工況下運(yùn)行時，操作人員可預(yù)先進(jìn)行工況設(shè)定，能量管理系統(tǒng)將自動完成電網(wǎng)配置。
權(quán)利要求
1.一種深海半潛式鉆井平臺雙冗余能量管理系統(tǒng)，其特征在于，包括控制從站，控制主站，人機(jī)界面，兩臺發(fā)電機(jī)組組成一個電站，各電站獨立運(yùn)行，每個電站配置三個控制從站，其中兩個控制從站分別采集對應(yīng)發(fā)電機(jī)組的參數(shù)信息，并控制該機(jī)組；另一個控制從站采集電網(wǎng)參數(shù)信息，三個控制從站之間串聯(lián)連接，兩個電站配置一個雙冗余CPU控制主站，控制主站與控制從站之間采用CS31現(xiàn)場總線通訊，人機(jī)界面與控制主站CPU之間采用以太網(wǎng)通訊，各控制主站CPU之間通過以太網(wǎng)通訊，所有以太網(wǎng)端口均匯總到以太網(wǎng)交換機(jī)，最終數(shù)據(jù)送監(jiān)測報警系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述深海半潛式鉆井平臺雙冗余能量管理系統(tǒng)，其特征在于，所述控制主站采用雙冗余CPU作為主要控制設(shè)備，每一個CPU控制器分別通過CS31現(xiàn)場總線與控制從站通訊，互為冗余的CPU之間通過以太網(wǎng)完成軟件同步，主CPU輸出控制信號到控制從站，當(dāng)主CPU發(fā)生故障時，冗余CPU無法收到主CPU的信號時，冗余CPU輸出控制到控制從站，接管主CPU的控制程序。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種深海半潛式鉆井平臺雙冗余能量管理系統(tǒng)，兩臺發(fā)電機(jī)組組成一個電站，各電站獨立運(yùn)行，每個電站配置三個控制從站，兩個電站配置一個雙冗余CPU控制主站，控制主站與控制從站之間采用CS31現(xiàn)場總線通訊，人機(jī)界面與控制主站CPU之間采用以太網(wǎng)通訊，各控制主站CPU之間通過以太網(wǎng)通訊，所有以太網(wǎng)端口均匯總到以太網(wǎng)交換機(jī)，最終數(shù)據(jù)送監(jiān)測報警系統(tǒng)?？梢詫崿F(xiàn)深海半潛式鉆井平臺電站的能量管理與調(diào)度；模塊化設(shè)計，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，且成本較以往沒有太多提高；相比以往的平臺能量管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)通過簡單的硬件配置及軟件改動可顯著提高系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號G05B19/418GK102621973SQ20121011647
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者劉莉飛, 楊帆, 畢劉新, 王碩豐, 陳次祥, 陳琳 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七0四研究所