冯向利1 王莉菲2
1天津秦康船舶工程有限公司 天津 300457
2天津裕泽能源科技发展有限公司 天津 300457
摘要：在我国进入21世纪的新时期，市场经济在快速发展，社会在不断进步，提出海洋石油平台智能化系统架构，以建立大数据系统为基础，以开发专家系统为核心，发展工艺流程管理系统、设备信息管理系统和设备故障诊断系统，实现海洋石油平台从自动化、数字化过渡转型发展为信息化、智能化。
关键词：海洋石油平台；智能化；专家系统；大数据
引言
由于海上采油作业的特殊性,一旦发生事故,海上逃生和救援的难度均比陆地大很多。因此,在海洋油气田的工程设施中,安全仪表系统(SIS)是不可缺少的最重要的系统之一,主要目的是在事故发生时,通过紧急关断系统,使工艺系统关断以保护平台人员和工程设施的安全,防止环境污染,将事故的损失降到最小。
1研究背景
传统的P&ID图纸常用工程绘图软件AUTOCAD绘制，存在表达不全面、设备功能无法直接显示、返工的可能性高而且无法及时修改、设计人员和施工人员沟通有困难等问题。设计人员在增加新设备或者增加产量扩大规模的时候无法借助以前的图纸，或者之前的图纸显示的功能不齐全，表达不直接明白而带来的设计困难。企业设计、施工、操作和维修等各部门之间信息交流有困难的局面。这些状况对于企业的运作都会带来直接的负面影响。智能P&ID是指使用专用的软件（如SMARTPLANTP&ID）绘制的P&ID图，其表观上与传统的P&ID图相同，但其组成结构与传统P&ID不同。智能P&ID软件以数据库储存数据为基础，利用设定好的规则驱动P&ID图纸设计，增强了智能化，图中的符号或图形都具有属性信息，图纸经过软件处理后可与相应的工程数据或文件进行关联，实现了P&ID图形元素信息与工程数据信息的结合，成为了一种可被计算机识别并利用的信息集合。P&ID中的工程位号信息是与DCS、MAXIMO等其他系统衔接的关键数据。
2海洋石油平台智能化转型升级关键技术分析
2.1实际钻井设备在SZMS中模型构建方法
SZMS会根据每个具体的设备创建一个虚拟的盒子，而这个虚拟的盒子最多可以包含5个长方形模块，这个每个矩形模块互相垂直而且组成主要的轴。这些矩形是动态的，它会在SZMS中根据实际位置而变化。如果这个虚拟的盒子反映的不同设备是冲突的，这说明一个碰撞已经发生了。所有的设备都遵从于同样的纵坐标一致的直角坐标系统。由于几乎很难做到让代表不同设备的两个盒子精确的停止在它们彼此贴近的时候，所以设备都在直角坐标系统中都有一个安全距离和一个停止距离。安全距离就是在建模过程中在虚拟盒子基础上人为的设置的一个阻止其他设备进入的防撞区域，每个设备必须停止在其安全距离激活之前。而且各设备之间建模时的安全距离是不相同的。这就使得控制系统更加健全，避免因为测控数据的微小偏差和干扰信号导致设备发生碰撞。所谓停止距离就是通过控制器来保证设备完全停止的。这个停止距离是设备在当前既定方向、速度和负荷下实际停止的距离。当这个距离被送到SZMS的大脑——PLC中之后，经过一定的逻辑运行，计算出当前设备允许的最大操作值，然后这个操作值又被送回到所要停止的设备的PLC中在碰撞发生之前用来降低设备速度和停止设备。设备的PLC会同时执行一个功能去确保设备内部的命令值不会超过SZMS给出的最大允许值。
从而从根本上避免碰撞的发生。
2.2建立海洋石油平台工艺、设备的模型及运行规则
海洋石油平台属于易燃易爆危险环境，工艺过程既有物理变化也有化学反应，复杂多变，高温高压，工艺流程长，耦合度高，建模复杂。建立适合海洋石油平台工艺、设备的模型及运行规则是整个专家系统重点研究的部分。对于一些难以用数学模型建模的问题可以考虑用语义形式表达，能更有效地表达专家控制技能和经验，方便处理常规控制方法和故障处理方法难以解决的不确定对象的控制和故障解除问题。专家系统将各种监测方式获取的生产实时动态信息、工艺状态信息和各类设备运行信息经相应的信息分析方法处理后以数据结构的形式存储在数据库中，专家库中的模型自动调入需要分析的数据，根据模型的特征进行处理提取，并将提取的特征值存储在专家库中，对平台工艺、设备系统进行多状态多维度监测评定，通过特征信号的属性判断出当前的运行状态是否异常，出现特征值异常或警戒峰值时需分析判断生产工艺流程、设备是否出现问题，调用平台设计文件、案例库，结合模拟软件，自动选择出合适的处理流程，还可以模拟流程处理的过程，预见处理结果，进一步优化流程方法，找出最优的处理方案。每次处理的结果也存入案例库中，案例库是专家进行决策的数理参考和理论支撑，平台成功处理案例存储在专家系统内部一个专门的案例库中，提供给专家系统进行决策。针对平台数学模型复杂、多变、非线性及滞后等特点，可以采用最相邻算法、归纳引导策略、神经网络算法、模糊逻辑算法及遗传算法等检索匹配算法进行检索。参照相似案例选择解决该异常问题的处理方法。在分析、筛选的基础上，专家系统还可以建立预测模型进行预测分析，通过数据之间的相互关系、模型和先进算法，预测判断出设备、流程的变化，将分析的过程和结果可视化。每一次问题的处理都形成一个闭环知识库，对同类问题处理相关特征值进行比较，得到趋势图，再综合工艺流程、设备运行数据及维护检修记录等状态变化信息，反向修正运行模型，通过数据累积，不断优化模型。通过日积月累的数据不断自我学习对模型进行修正完善，升级调整优化，达到及时准确评判平台生产运行状态、设备运行状态和运行趋势的目的。随着模型处理存储越来越丰富，处理方法越来越成熟，专家系统对工艺设备、流程故障判断和处理会越来越准确，时间会越来越短。
2.3组态的简洁与高效
SIS与DCS共享组态环境,DCS所有方便易用的特点,如即插即用、拖放的组态方式、树状结构的浏览器等,都充分应用到了SIS软件中去。DCS提供了简单易用的组态工具既用于控制也用于安全,避免了两方都需要独立组态,然后还要进行数据通信的复杂步骤。这一优点在NP129平台项目当中体现得尤为突出,通过简单易用的组态工具,工程师浏览引用到他所需要的位号和参数,所有的SIS数据对基本过程控制系统BPCS来说都是可用并可直接引用的,充分满足了一个流程画面上对BPCS包括SIS数据同时显示的功能。
结语
建立智能化海洋石油平台是一个长期的系统工程，以物联网、移动互联网、云计算及大数据等信息网络技术的发展为支柱。海洋石油平台智能化也是一项需要四海平台参与，陆地终端支持，逐步推进，由一系列目标高度一致又相互独立执行的任务组成的系统工程，是既需要依靠专业知识又需要各类专家经验指导的综合性系统，既需要严谨的理论支撑，又需要参与人员的创造性和发散性思维。海洋石油平台在智能化过程中不仅要考虑系统的功能性、完整性，同时还要考虑系统的通用性、扩展性和兼容性。在不远的将来，海洋石油四海区域还可以借助广接入、大宽带、低时延5G网络覆盖操作控制与管理的全过程，实现办公室与现场装置语音、图像及视频等远程终端互联互通，实现海洋石油平台的智能操作与控制。
参考文献
［1］乔亚捷.探讨智慧油田下的无人值守技术［J］.信息系统工程，2019，（5）：34.
［2］杨叔子，丁洪，史铁林，等.基于知识的诊断推理［M］.北京：清华大学出版社，1993.