专利名称：一种深海半潜式钻井平台双冗余能量管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种海洋工程自动化设备，特别涉及一种深海半潜式钻井平台双冗余
能量管理系统。
背景技术：
现有的深海半潜式钻井平台双冗余能量管理系统主要具有以下几个缺点
a)控制器无备份冗余，系统可靠性低现有平台能量管理系统往往采用单一控制器控制，一旦控制器故障，系统将无法实现自动控制功能，在某些情况下，可能会造成严重后果，系统可靠性低。b)主要通讯网络缺少自检及恢复机制现有平台能量管理系统往往采用以太网或现场总线单网通讯，且没有实现网络监测与恢复。c)需人工实现不同工况下在网机组预配置现有平台能量管理系统对机组的配置往往是根据负载情况调整，在某些特定工况下，无法实现机组自动预配置。
发明内容
本发明是针对现在深海钻井控制自动化程度不够高的问题，提出了一种深海半潜式钻井平台双冗余能量管理系统，此系统是对深海半潜式钻井平台电力系统能量综合调度的管理，包括电网参数采集、机组启停机控制、自动增减机、故障换机、调频调载、分级卸载、重载管理等功能，提高了整个深海半潜式钻井的自动化控制水平。本发明的技术方案为一种深海半潜式钻井平台双冗余能量管理系统，包括控制从站，控制主站，人机界面，两台发电机组组成一个电站，各电站独立运行，每个电站配置三个控制从站，其中两个控制从站分别采集对应发电机组的参数信息，并控制该机组；另一个控制从站采集电网参数信息，三个控制从站之间串联连接，两个电站配置一个双冗余CPU控制主站，控制主站与控制从站之间采用CS31现场总线通讯，人机界面与控制主站CPU之间采用以太网通讯，各控制主站CPU之间通过以太网通讯，所有以太网端口均汇总到以太网交换机，最终数据送监测报警系统。所述控制主站采用双冗余CPU作为主要控制设备，每一个CPU控制器分别通过CS31现场总线与控制从站通讯，互为冗余的CPU之间通过以太网完成软件同步，主CPU输出控制信号到控制从站，当主CPU发生故障时，冗余CPU无法收到主CPU的信号时，冗余CPU输出控制到控制从站，接管主CPU的控制程序。本发明的有益效果在于本发明深海半潜式钻井平台双冗余能量管理系统，可以实现深海半潜式钻井平台电站的能量管理与调度；模块化设计，系统结构不复杂，接口标准规范，且成本较以往没有太多提高；相比以往的平台能量管理系统，本系统通过简单的硬件配置及软件改动可显著提高系统的可靠性。
图I为本发明深海半潜式钻井平台双冗余能量管理系统结构示意图。
具体实施例方式如图I所示深海半潜式钻井平台双冗余能量管理系统结构示意图，图示系统由8台柴油发电机组构成，具体实施方案如下
一、系统构成
每两台发电机组I组成一个电站3，各电站独立运行(动力定位DP3要求)，每个电站3配置三个控制从站2，其中两个控制从站分别采集对应发电机组的参数信息，并控制该机组；另一个控制从站采集电网参数信息，三个控制从站之间串联连接。两个电站3设置双冗余CPU作为控制主站5，人机界面6可以显示平台电站运行情况，并可执行某些控制操作。控制主站5与控制从站3之间采用CS31现场总线4通讯；人机界面6与控制主站5CPU之间采用以太网8通讯，各控制主站5CPU之间通过以太网8通讯，所有以太网端口均汇总到以太网交换机7，最终数据送监测报警系统9。控制主站5用于实现控制策略，控制从站3用于监测电网及机组I的状态，并执行控制主站5的控制指令。CPU可以监测CS31现场总线的中断故障，在故障信息收到后，看门狗复位；若总线中断，看门狗会在4个CS31周期后发出报警，处理器认定总线中断，总线中断也会启用备用CPU控制。二、冗余控制系统
采用双冗余CPU作为两个电站的主要控制设备，完成系统控制策略的实施，每一个CPU控制器分别通过CS31现场总线与控制从站通讯，从而保证了系统的可靠运行。互为冗余的CPU之间通过以太网完成软件同步，正常情况下由主CPU完成控制功能，当主CPU发生故障时，冗余CPU无法收到主CPU的“生命位”，接管主CPU的控制程序。三、接口信号
1)输入信号控制方式、各断路器状态、重载请求、重载运行、消声、应答、电流、电压、频率、有功功率等信号。2)输出信号机组启动、停机、断路器合闸、分断、机组加速、减速、重载允许信号、蜂鸣器、报警指示灯、功率裕量。四、系统功能
控制方式切换通过配电板控制方式切换开关转换手动、半自动、自动控制方式。手动控制方式优先级最高，自动控制方式优先级最低。基本功能手动控制方式下，PMS仅可实现数据采集、显示、报警等基本功能，但不参与控制操作，所有控制指令由配电板、机旁控制箱发出。机组及其断路器控制半自动或自动控制方式下，可通过人机界面完成启动、停机、合闸、分断、同步、解列等操作。调频调载半自动或自动控制方式下，能量管理系统可对在网机组进行频率调节和负载分配。频率调节范围为额定频率±0. 25Hz，有功功率调节范围为额定功率的±5%。功率原则增、减机当系统功率裕量过低或过高时，能量管理系统可实现自动增减机。
分级卸载当流经机组断路器的电流超过一定限度时，能量管理系统可根据情况自动卸掉非重要负载。重载控制当平台需要启动大容量负载时，向能量管理系统发出重载问询，能量管理系统根据功率裕量判断是否需要增机来满足重载启动要求。故障换机当在网机组发生频率越限、电压越限等故障时，功率管理系统将自动启动备用机组并网运行，然后将故障机组解列。推进功率辅助限制能量管理系统将系统功率裕量通过4 20mA电流信号实时传递给推进控制系统，推进控制系统可根据功率裕量结合机组断路器状态，实现推进负载功 率限制。机组优先级设定能量管理系统可对平台机组启停优先级进行设定。工况设定在不同工况下，平台电力需求往往具有预知性，能量管理系统可以根据不同工况配置最小在网机组数。当平台即将在某种工况下运行时，操作人员可预先进行工况设定，能量管理系统将自动完成电网配置。
权利要求
1.一种深海半潜式钻井平台双冗余能量管理系统，其特征在于，包括控制从站，控制主站，人机界面，两台发电机组组成一个电站，各电站独立运行，每个电站配置三个控制从站，其中两个控制从站分别采集对应发电机组的参数信息，并控制该机组；另一个控制从站采集电网参数信息，三个控制从站之间串联连接，两个电站配置一个双冗余CPU控制主站，控制主站与控制从站之间采用CS31现场总线通讯，人机界面与控制主站CPU之间采用以太网通讯，各控制主站CPU之间通过以太网通讯，所有以太网端口均汇总到以太网交换机，最终数据送监测报警系统。
2.根据权利要求I所述深海半潜式钻井平台双冗余能量管理系统，其特征在于，所述控制主站采用双冗余CPU作为主要控制设备，每一个CPU控制器分别通过CS31现场总线与控制从站通讯，互为冗余的CPU之间通过以太网完成软件同步，主CPU输出控制信号到控制从站，当主CPU发生故障时，冗余CPU无法收到主CPU的信号时，冗余CPU输出控制到控制从站，接管主CPU的控制程序。
全文摘要
本发明涉及一种深海半潜式钻井平台双冗余能量管理系统，两台发电机组组成一个电站，各电站独立运行，每个电站配置三个控制从站，两个电站配置一个双冗余CPU控制主站，控制主站与控制从站之间采用CS31现场总线通讯，人机界面与控制主站CPU之间采用以太网通讯，各控制主站CPU之间通过以太网通讯，所有以太网端口均汇总到以太网交换机，最终数据送监测报警系统。可以实现深海半潜式钻井平台电站的能量管理与调度；模块化设计，系统结构不复杂，接口标准规范，且成本较以往没有太多提高；相比以往的平台能量管理系统，本系统通过简单的硬件配置及软件改动可显著提高系统的可靠性。
文档编号G05B19/418GK102621973SQ20121011647
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月20日 优先权日2012年4月20日
发明者刘莉飞, 杨帆, 毕刘新, 王硕丰, 陈次祥, 陈琳 申请人:中国船舶重工集团公司第七0四研究所