[发明专利]油田过程控制系统

说明书

相关申请

本申请要求2013年3月12日提交的美国临时专利申请第61/777,142号的权益，其公开的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及经由高速数字通信网络将多路复用的过程控制和安全信号从石油化工厂或气/油分离站的中央控制室路由到现场装置；以及本发明还涉及现场安装控制接口，该现场安装控制接口提供用于一套多样化的油田控制装置的现场控制或现场逻辑。

背景技术

传统的设计实践是将各个过程控制和安全信号从过程接口建筑物(PIB)和/或中央控制室(CCR)路由到包括传感器和最终元件的现场装置。传感器可包括压力开关和传输器、液位(level)开关和传输器、温度开关和传输器、位置和限位开关、振动监测器，还有其它仪器。最终元件可包括电磁螺线管、致动器和定位器，用于控制电动机的起动和停止、这样的电动机的速度、阀完全打开和关闭或者阀打开和关闭到特定位置等等。在现场装置需要单独电力的情况下，传统上还从PIB或CCR提供该单独电力。这些现有技术的设计需要在PIB或CCR处的众多控制系统输入/输出(I/O)机架、和进出油田的大量的电缆和导管。现场总线基础(Fieldbus Foundation，FF)H1技术的引入提供了现场级别的“多点(multi-drop)”仪器的能力。然而，由于31.25千比特/秒的通信速度，导致由于在用FF H1系统时现场布线的减少而使通过主石油化工项目实现的净成本节省有限，这限制了可有效共享公共FF H1段的现场装置的数量。另外，FF H1系统和其它传统控制系统需要在CCR或PIB内有大系统机架，以提供现场控制系统接口。现有的传统“远程I/O”技术达不到提供完全独立式端子、电源、基于状态的逻辑和信号转换能力。

需要一种系统，该系统使得能够转换仪器和控制信号，以将其转换成“现场”而非CCR或PIB中的售卖方I/O机架内的高速数字通信。这样的系统将大大减少当前必须在现场安装的接线盒与PIB或CCR之间路由的互连的硬连线电缆、导管、电缆托架和其它管道的数量，以及减少CCR或PIB内所需的机架机柜的数量。工厂硬件和基础设施要求的这种显著减少将提供大量的成本节省。

这样的系统将向终端用户提供更大的灵活性以通过公共的高速数字通信网络与一套多样化的现场装置进行通信。

另外包含一种现场安装控制接口，其中，安装在智能接线盒(SJB)内的现场多功能控制网关(field versatile control gateway，FVCG)允许在一套多样化的油田控制装置(诸如，部署在油/气井位处的传感器和阀)的单个外壳内的连接。FVCG/SJB提供了监测关键输入、针对可允许的限制来检查参数、并且执行所需动作以提供安全且可靠的油/气井位操作的现场完全控制功能。FVCG/SJB包括对于在工业中使用的众多现场通信协议的转换的规定、识别装置级别的“健康”诊断指示符并且应用基于本地状态的逻辑以基于用户定义的标准(考虑到诸如所需的风险降低、对故障的适当响应和安装的装置冗余之类的标准)来增强整体安全仪表功能(SIF)的可靠性和安全性的能力。经由通过FVCG/SJB启用的高速通信来进行返回到中央控制室的通信。

为了方便起见，下面是在讨论现有技术和描述本发明时使用的术语缩写的列表：

CCR：中央控制室

CPU：中央处理单元

DCS：分布式控制系统

EI：以太网接口

ESD：紧急停机

FF：现场总线基础

FVCG：现场多功能控制网关

I/O：输入/输出

ISA100：国际自动化协会(ISA)的无线协议

HSL：使用单模光纤、多模光纤和以太网的高速链路

ISCI：智能安全和控制积分器

JB：接线盒

PIB：过程接口建筑物

PRC：工厂路由控制器

SIF：安全仪表功能

SJB：智能接线盒

发明内容