CN107583224B - 海上石油火气系统检测评估实验平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上石油火气系统检测评估实验平台，包括火气控制系统，火气控制系统采用艾默生的DeltaV SIS系统，火气控制系统通过总线控制器和串口通讯卡连接有SLS1508逻辑控制器、两台PLUS、可寻址火灾控制盘、现场探测设备、现场消防设施、信号仿真系统和报警设备；火气控制系统接收现场探测设备的输入信号，执行预设的火气报警和动作逻辑，通过输出点对现场消防设施进行控制，根据火情的探测情况，设置报警设备的状态，在确认险情发生时，发出二级关断的指令。本发明中，以信号仿真系统模拟探测设备及模拟消防设施的仿真；包括：燃气探测器功能仿真、火焰探测器功能仿真、FM200系统功能仿真、消防水系统功能仿真、火气系统控制台功能仿真。

Description

海上石油火气系统检测评估实验平台及方法

技术领域

本发明涉及一种海洋石油生产的检测系统，尤其涉及一种海洋石油火气系统检测评估实验台。

背景技术

海洋石油生产装置常年矗立于海洋环境中，长期处于高腐蚀、高风险的环境中，受工程造价及生产环境的限制，一般情况下，具有设备排布紧密、生活区域与生产区域距离较近，逃生空间受限等高风险特点。对火灾和气体泄漏两项化工生产中常见险情的探测和控制显得尤为重要，所以在长期的海洋石油生产中，形成了一整套的安全仪表配置模式，在独立配置ESD作为安全仪表系统，直接对生产装置进行干预的同时，配置同等规模的FGS系统对火灾和气体泄漏进行探测，并启动消防设施对险情后果进行削减，同时配置了平台特有的二级关断机制，来应付已经发生火气险情，可以说海洋石油生产装置中所配置的火气系统远比陆地类似场合要复杂的多，功能也更为强大。

由于处于运行状态的火气系统，感知较为敏感，维护人员在不经意间就可能导致大规模的系统关断，所以许多初入自控行业的技术人员很难认识和理解该类系统，另外针对火气系统的研究试验也无从进行。

发明内容

针对现有技术，本发明提供一种集系统仿真和研究试验于一体的海洋石油火气系统检测评估实验台。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种海上石油火气系统检测评估实验平台，包括火气控制系统、可寻址火灾控制盘、现场探测设备、报警设备、现场消防设施和信号仿真系统；所述现场探测设备包括室内现场设备和室外现场设备；所述可寻址火灾控制盘与所述室内现场探测设备相连；所述火气控制系统采用艾默生的DeltaV SIS系统，所述艾默生的DeltaV SIS系统包括通过冗余以太网和交换机连接的多台工程师站、多台操作员站、DeltaV控制器和控制机柜，所述艾默生的DeltaV SIS系统通过串口通讯卡与所述可寻址火灾控制盘、室外现场探测设备以及信号仿真系统相连，所述报警设备以标准信号的型式接入所述艾默生的DeltaV SIS系统；所述艾默生的DeltaV SIS系统接收现场探测设备的输入信号，执行预设的火气报警和动作逻辑，通过输出点对现场消防设施进行控制，根据火情的探测情况，设置报警设备的状态，在确认险情发生时，发出二级关断的指令；所述可寻址火灾控制盘包括数字量输入模块、数字量输出模块、寻址控制面板、供电模块和外接通讯接口，其中，回路驱动模块与现场探测设备连接，所述数字量输入模块用于接收现场探测设备的DI信号或来自安全仪表系统ESD或生产过程控制系统PCS的输出信号；所述数字量输出模块用于对现场消防设施的控制和电气设备的关断控制；所述寻址控制面板用于逻辑算法的执行和计算，以及系统的设置和操作；所述供电模块为上述回路驱动模块、数字量输入模块和数字量输出模块提供电源；外接通讯接口用于将内置的以太网通讯数据流转换为RS-485格式通讯数据，实现与火气控制系统进行数据交换；所述室内现场探测设备至少包括感烟探测器和感温探测器，所述室外现场探测设备至少包括有毒气体探测器、火焰探测器、手动报警站、可燃气体探测器、易熔塞消防设施、门控单元；所述感烟探测器、感温探测器、手动报警站和门控单元均与所述回路驱动模块相连；所述可寻址火灾控制盘通过RS-485的通讯协议与所述火气控制系统中的串口驱动模块进行通信；所述信号仿真系统至少包括有燃气探测器信号仿真模块、消防水系统信号仿真模块和FM200灭火系统信号仿真模块；所述报警设备至少包括有平台状态灯和声光报警装置；所述现场消防设施至少包括有消防泵、消防水喷淋系统、FM200灭火系统和防火风闸，所述消防泵包括电动消防泵、应急消防泵和消防水增压泵。

进一步讲，本发明海上石油火气系统检测评估实验平台，其中，所述可燃气体探测器包括DETRONIC的PIREC红外型气体探测器、GENERAL MONITORS的IR2100型可燃气体探测器、Honeywell的Optima Plus型可燃气体探测器、艾默生的Net-safety，MILLENNIUM II型可燃气体探头和GENERAL MONITORS的S4000TH型可燃气体探头。

所述火焰探测器包括DETRONIC的X3301型火焰探测器和GENERAL MONITORS的FL4000H型火焰探测器。

利用上述海上石油火气系统检测评估实验平台的控制方法，包括：

1)以感烟探测器、感温探测器、有毒气体探测器、手动报警站、火焰探测器、可燃气体探测器和易熔塞消防设施为主的真实逻辑仿真；按照信号的来源设置有三个火区，分别为FZ-101、FZ-201和FZ-301，各火区针对不同类型的报警信号，产生各自的控制输出；具体如下：

FZ-101火区针对的保护环境为某一房间内配置的两台感温探测器、两台感烟探测器、一台手动报警站、平台状态灯和声光报警装置，以可寻址火灾控制盘为主的室内火灾探测，由可寻址火灾控制盘负责执行既定火气逻辑，向火气控制系统发出DO信号、现场触发信号和来自火气控制系统控制台的远程释放/抑制信号；如果发生火灾或确认有现场FM200触发信号释放，则发出声光报警，将平台状态灯设置为红色闪烁，并开始30s的计时；如果在30s内未收到抑制信号，则发出FM200释放执行指令，进入FM200触发信号释放执行程序；

FZ-201火区的保护场景是具有火灾和燃气泄漏风险的封闭性区域，该区域内配置了两台可燃气体探测器、两台火焰探测器、平台状态灯和声光报警装置，直接通过信号电缆接入火气控制系统,再加上远程释放信号由火气控制系统执行相关逻辑，控制火气输出；对燃气探测器和火焰探测器、远程释放信号和本地释放信号进行监测；如果有1台火焰探测器报警，相关现场报警指示灯亮起；如果有1台燃气探测器报警，相关现场报警指示灯亮起；如果有两台火焰探测器报警或远程释放信号触发或本地释放信号触发，则发出声光报警，火灾报警指示灯亮起，平台状态灯进入红色闪烁状态，FM20O灭火系统进入触发进程；若有两台燃气探测器报警，则发出声光报警，燃气泄漏指示灯亮起，平台进入黄色闪烁状态；

FZ-301火区的保护对象是露天情况下具有火灾或燃气泄漏高风险的区域，设有12台火焰探测器、12台燃气探测器、消防水喷淋系统、平台状态灯和声光报警装置，对燃气探测器信号、火灾探测器信号及远程释放按钮信号进行监测；如果有两台火焰探测器报警或远程释放信号触发，则会触发火灾报警，平台状态灯进入红色闪烁状态，并进入消防水系统启动进程；若有两台燃气探测器报警，则会触发燃气泄漏报警，平台状态灯进入黄色闪烁状态；

2)以信号仿真系统模拟探测设备及模拟消防设施的仿真；包括：燃气探测器功能仿真、火焰探测器功能仿真、FM200系统功能仿真、消防水系统功能仿真、火气系统控制台功能仿真；

所述燃气探测器功能仿真包括针对单个探测器信号的通道值进行设置，以便触发单探测器报警和任意几个探测器的触发报警；一键按照气体泄漏的速度和趋势，逐步触发火区内所有的燃气探测器；探测器的复位功能；

所述火焰探测器功能仿真是通过组态画面，对任意火焰探测器的数值进行设置，将设置的内容传送至火气控制系统，并激发火气控制系统预设的火气保护逻辑；

所述FM200系统功能仿真中将控制信号分为三类，其中，第一类为设置信号，包括FM2OO灭火系统的手/自动切换、FM200主/备切换、驱动N₂瓶主/备切换；第二类为控制信号，包括N₂瓶控制电磁阀信号、主备FM200释放通道控制电磁阀信号、FM200区域控制电磁阀信号；第三类为状态反馈信号，包括N₂驱动回路压力开关信号、FM200释放回路压力开关信号、FM200区域控制电磁阀下游压力开关信号；

所述消防水系统功能仿真包括电动消防泵、应急消防泵、消防水增压泵、消防水管线和喷淋控制阀及末端的喷头；所述消防水系统功能仿真中将控制信号分为四类，其中，第一类是控制信号，包括电动消防泵的启动信号、应急消防泵的启动信号、消防水增压泵的启动信号和喷淋阀的释放信号；第二类是状态反馈信号，包括各种泵的运转状态信号、喷淋阀的阀位状态信号以及消防水的压力信号，包括消防管网压力和喷淋阀下游压力；第三类是故障信号，各种泵运转的故障信号，喷淋阀的故障信号；

所述火气系统控制台功能仿真用于对设置于中控室的火气控制台的功能进行仿真，包括各火区的远程释放按钮功能，包括FM200或消防水喷淋；各火区的报警状态显示包括火灾报警和燃气泄漏报警；消防设施的状态包括FM200的释放和抑制状态显示、喷淋阀的状态显示和消防泵的状态显示；系统报警的响应和复位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)具有完善和强大的系统仿真功能，可以为人员的培训提供有力的帮助。本发明既有真实的火气探测设备、报警设备，又有PLC模拟的FM200、消防水控制系统等复杂消防设备，对于相关作业人员的培训具有很大的帮助，相比于以前“纸上谈兵”的培训模式，该系统从实质上揭示了火气系统的运行机制，具有很强的优越性。

(2)本发明为火气逻辑的研究和优化提供可靠的试验平台。火气逻辑表决机制的设计对于系统可用性及可靠性有着非常重要的作用，该系统可以根据需要进行系统组态和编程，设置成想要的逻辑结构，从而实现逻辑的仿真优化研究，再与深入的安全评估分析算法相结合，相对于传统的纯理论研究和测算更具直观性和有效性。

附图说明

图1是本发明海上石油火气系统检测评估实验平台的结构框图；

图2是本发明中信号仿真系统的结构框图；

图3是本发明中火气控制针对火区FZ-101的控制流程图；

图4是本发明中火气控制针对火区FZ-201的控制流程图；

图5是本发明中火气控制针对火区FZ-301的控制流程图；

图6是本发明中火气控制的主流程图；

图7是本发明中燃气探测器信号仿真流程图；

图8是本发明中消防水系统信号仿真流程图；

图9是本发明中FM200灭火系统信号仿真流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

本发明海上石油火气系统检测评估实验平台，包括火气控制系统、可寻址火灾控制盘、现场探测设备、报警设备、现场消防设施和信号仿真系统；所述现场探测设备包括室内现场探测设备和室外现场探测设备；所述可寻址火灾控制盘与所述室内现场探测设备相连；所述火气控制系统采用艾默生的DeltaV SIS系统，如图1所示，所述艾默生的DeltaVSIS系统包括通过冗余以太网和交换机连接的多台工程师站、多台操作员站、DeltaV控制器和控制机柜，所述艾默生的DeltaV SIS系统通过串口通讯卡与所述可寻址火灾控制盘、室外现场探测设备以及信号仿真系统相连，所述报警设备以标准信号的型式接入所述艾默生的DeltaV SIS系统；所述艾默生的DeltaV SIS系统接收现场探测设备的输入信号，执行预设的火气报警和动作逻辑，通过输出点对现场消防设施进行控制，根据火情的探测情况，设置报警设备的状态，在确认险情发生时，发出二级关断的指令。

所述可寻址火灾控制盘包括数字量输入模块、数字量输出模块、寻址控制面板、供电模块和外接通讯接口，其中，回路驱动模块与现场探测设备连接，所述数字量输入模块用于接收现场探测设备的DI信号或来自安全仪表系统ESD或生产过程控制系统PCS的输出信号；所述数字量输出模块用于对现场消防设施的控制和电气设备的关断控制；所述寻址控制面板用于逻辑算法的执行和计算，以及系统的设置和操作；所述供电模块为上述回路驱动模块、数字量输入模块和数字量输出模块提供电源；外接通讯接口用于将内置的以太网通讯数据流转换为RS-485格式通讯数据，实现与火气控制系统进行数据交换。如图1所示，可寻址火灾控制盘通过RS-485的通讯协议与DeltaV系统中的串口驱动模块进行通信，从而可以使DeltaV系统比较便捷的读入和读出数据，从而可以使操作人员可以通过操作站对火灾盘系统内的设备进行信号旁通、报警复位等操作，但是出于系统安全性、可靠性的考虑，对于火灾盘的报警输出或者报警输入，需要参与逻辑运算，则要通过硬线信号直接连接，而不能通过通信关断数据的交互。

所述室内现场探测设备至少包括感烟探测器和感温探测器，所述室外现场探测设备至少包括有毒气体探测器、火焰探测器、手动报警站、可燃气体探测器、易熔塞消防设施、门控单元；所述感烟探测器、感温探测器、手动报警站和门控单元均与所述回路驱动模块相连。本发明中，所述可燃气体探测器包括：

DETRONIC的PIREC红外型气体探测器，支持智能HART协议，具备较高的自诊断功能，可以作为自诊断算法研究的底层研究对象，是海洋石油系统能应用最广泛的气体探测器之一。

GENERAL MONITORS的IR2100型可燃气体探测器，支持HART协议，实现较为可靠的自诊断维护，性能稳定，能够大幅提升设备的诊断覆盖率。

Honeywell的Optima Plus型可燃气体探测器，性能稳定，其可靠性数据与前两种型号探测器相近。

艾默生的Net-safety，MILLENNIUM II型可燃气体探头，该型号探头具有反应速度快，易于校验的特点，但是设备的可靠性稍逊，在对逻辑回路的可靠性计中，可以作为探测器可靠性数据对安全仪表功能平均要求故障概率影响因素的分析素材。

GENERAL MONITORS的S4000TH型可燃气体探头，海洋石油生产装置的常用探测器，具备较高的诊断覆盖率以及安全可靠性参数，具有一定的代表性。

所述火焰探测器包括：

DETRONIC的X3301型火焰探测器，已通过可靠性认证，具备完整的可靠性数据，具有很强的自诊断功能，可以有力的提升回路的安全完整性等级。

GENERAL MONITORS的FL4000H型火焰探测器，支持HART协议，可以实现较为广泛的诊断测试，具有较高的可靠性。

本发明中，所述可寻址火灾控制盘通过RS-485的通讯协议与所述火气控制系统中的串口驱动模块进行通信。

本发明中，所述信号仿真系统至少包括有燃气探测器信号仿真模块、消防水系统信号仿真模块和FM200灭火系统信号仿真模块。

本发明中，所述报警设备至少包括有平台状态灯和声光报警装置。平台状态灯根据平台的报警状况，分别展现出四中不同的状态：正常(绿)、火灾(红)、气体泄漏(黄)及弃平台(蓝)。声光报警装置在险情发生时，发出声光报警，引起人员注意，并采取相关的安全措施。

本发明中，所述现场消防设施至少包括有消防泵、消防水喷淋系统、FM200灭火系统和防火风闸，所述消防泵包括电动消防泵、应急消防泵和消防水增压泵。

本发明中，所述信号仿真系统的一个实施例，如图2所示。

受试验室空间和造价的限制，不可能购置于平台消防系统同等规模的火气探测装置及大型消防设备，但是为了最大程度上对现役系统进行仿真，本装置引入了信号仿真系统，对现探测器的各种报警信号进行仿真，然后对各种大型消防设备(如FM200灭火器系统、消防水系统及火气操作台等装置)建立数学模型，较为深入的对真实现场进行模拟，信号仿真系统内部的硬件构成如图2所示。

如图2所示，为了更好的对现场火气信号及消防设备进行仿真，系统引入ALLENBRANDLEY的ControlLogix5000系列PLC，为了保证系统的可靠性和安全性，CPU及CONTROLNET网络采用冗余配置，具体配置情况如下：

(1)CPU机架。

CUP机架冗余配置，由两个7槽机架构成，机架内配置的模块有：

CPU：型号1756-L75，用户内存：32M，1个USB内置端口，负责整个仿真装置的运转的逻辑控制，是整个系统的核心；

冗余通讯卡：型号1756-RM2，以及连接两个模块之间的通讯尾纤，该模块的配置实现了两台CPU机架之间的热冗余；

CONTROLNET通信模块，型号1756-CN2R/B，以及相关附件包括终端电阻(1786-XT)4个，同轴电缆T型连接头(1786-TPS)6个，同轴电缆连接线若干，该模块及附件的配置主要用于建立CPU机架与IO机架之间的数据交换，是影响系统性能的重要部件之一；

EtherNet/IP通信模块：型号1756-ENBT，该模块主要用于建立控制PLC与操作站之间通讯渠道，实现操作人员与系统之间的数据交互。

(2)IO机架

如图2所示，IO机架有2台，一台为A7型7槽机架一台为A13型13槽机架。

其中A7型机架配置了1台ControlNet通信模块，3台模拟量输出模块，1台模拟量输入模块，1台数字量输入模块及1台数字量输出模块，模块类型描述如下：

ControlNet通讯模块：1756-CN2R，用于与CPU机架的数据通讯；

模拟量输入模块：1756-IF16H，16点差分电流输入，HART接口，分辨率：21位，误差要求小于等于测量范围的0.13％，配置1756-TBS6H可拆卸端子块，由于火气系统中基本上不需要模拟量输出点，所以该模块在本装置中基本没有用；

模拟量输出模块：1756-OF8H，8点电压或电流输入，HART接口，分辨率16位，误差要求小于等于输出范围的0.15％，配置1756-TBSH可拆卸端子块，该类型模块一般用于现场火气探测器及回路中的变送器等模拟信号(4～20mA)；

数字量输入模块1块：1756-IB16D，16点诊断输入，12/24VDC灌输型，配置1756-TBS6H可拆卸端子块，该类模块主要用于接收来自FGS的控制信号；

数字量输出模块：1756-OB16D，16点诊断输出，24V DC拉出型，配置1756-TBS6H可拆卸端子块，该类模块主要用于模拟消消防设备的输出信号。

A13机架式是为了弥补A7机架的IO点位不足而增置的，其具体的配置如下：

ControlNet通讯模块1台：1756-CNBR/E，用于与CPU机架进行数据通信；

数字量输入模块1台：1756-IB32/B，用于接收来自FGS的控制信号；

数字量输出模块2台：1756-OW16I/A，用于仿真消防设备的开关信号；

模拟量输入模块1台：1756-IF16/A，在本系统中基本没用；

模拟量输出模块1台：1756-OF8/A，用于模拟火气探测设备和消防设备的模拟量输入信号；

高速数据通讯模块1台：1756-DHRIO/D，为系统外接设备预留的通讯接口；

可配置流量采集模块2台：1756-CFM/A，在本系统中没有用到。

(3)信号模拟系统操作站

在引入PLC作为信号仿真的模拟装置后，经过PLC的组态和编程，可以实现各种火气装置的动作仿真，但是对于普通的操作人员来说，直接触及专业程序文件还是有一定的障碍的，所以为了该装置能够正常的实现功能运转，必须添置人机交互界面，装置中添置了服务器及相关的SCADA软件。

1)信号模拟系统操作站的硬件配置

在模拟装置中选择Dell的服务器，具体参数指标如下

型号：DELL,PowerEdge T3600 MiniTower；

显示器：DELL 22"宽屏显示器；

硬盘：4T

内存：8G

2)SCADA软件

选择GE的iFix5.8作为组态软件，以AllenBrandley公司提供的专为ContrilLogix提供的OPC为驱动，iFix可以从PLC的存储单元中读取数据，也可以向特定的单元写入数据，另外iFix具有强大的画面编辑功能，可以根据设备的具体结构和原理以及人员的操作习惯，建立友善的操作界面，并可以根据运行情况随时进行改进和完善。

利用本发明海上石油火气系统检测评估实验平台的控制方法，包括：

1)以感烟探测器、感温探测器、有毒气体探测器、手动报警站、火焰探测器、可燃气体探测器和易熔塞消防设施为主的真实逻辑仿真；如图6所示，按照信号的来源设置有三个火区，分别为FZ-101、FZ-201和FZ-301，各火区针对不同类型的报警信号，产生各自的控制输出；具体如下：

如图3所示，FZ-101火区针对的保护环境为某一房间内配置的两台感温探测器、两台感烟探测器、一台手动报警站、平台状态灯和声光报警装置，以可寻址火灾控制盘为主的室内火灾探测，由可寻址火灾控制盘负责执行既定火气逻辑，向火气控制系统发出DO信号、现场触发信号和来自火气控制系统控制台的远程释放/抑制信号；如果发生火灾或确认有现场FM200触发信号释放，则发出声光报警，将平台状态灯设置为红色闪烁，并开始30s的计时；如果在30s内未收到抑制信号，则发出FM200释放执行指令，进入FM200触发信号释放执行程序。

如图4所示，FZ-201火区的保护场景是具有火灾和燃气泄漏风险的封闭性区域，该区域内配置了两台可燃气体探测器、两台火焰探测器、平台状态灯和声光报警装置，直接通过信号电缆接入火气控制系统,再加上远程释放信号由火气控制系统执行相关逻辑，控制火气输出；对燃气探测器和火焰探测器、远程释放信号和本地释放信号进行监测；如果有1台火焰探测器报警，相关现场报警指示灯亮起；如果有1台燃气探测器报警，相关现场报警指示灯亮起；如果有两台火焰探测器报警或远程释放信号触发或本地释放信号触发，则发出声光报警，火灾报警指示灯亮起，平台状态灯进入红色闪烁状态，FM20O灭火系统进入触发进程；若有两台燃气探测器报警，则发出声光报警，燃气泄漏指示灯亮起，平台进入黄色闪烁状态。

如图5所示，FZ-301火区的保护对象是露天情况下具有火灾或燃气泄漏高风险的区域，设有12台火焰探测器、12台燃气探测器、消防水喷淋系统、平台状态灯和声光报警装置，对燃气探测器信号、火灾探测器信号及远程释放按钮信号进行监测；如果有两台火焰探测器报警或远程释放信号触发，则会触发火灾报警，平台状态灯进入红色闪烁状态，并进入消防水系统启动进程；若有两台燃气探测器报警，则会触发燃气泄漏报警，平台状态灯进入黄色闪烁状态。

本发明中可寻址火灾控制盘配置的探测器数量较少，设计逻辑也相对简单，而且该设施的逻辑设置一般由厂家完成，逻辑设置包括：

(1)手动报警站触发，确认火灾发生；

(2)一台感温探测器触发，确认火灾发生；

(3)两台感烟探测器触发，确认火灾发生。

如图6所示，火气控制系统(FGS)的控制流程图如图6所示，在逻辑上可以分为三个火区，火区内的输入信号有的是实际现场设备、有的是来自可寻址火灾控制盘的输出信号、更多的是来自信号模拟系统的仿真信号。

先对各火区部分的信号来源梳理如表1、表2和表3所示。

表1 FZ-101的信号来源

表2 FZ-201的信号来源

表3 FZ-301信号来源

2)本发明中，信号仿真系统模块的设计是重点之一，该信号仿真系统具有完善的功能和精确的算法是本发明实验平台得以运行的重要保障，它通过向火气控制系统(FGS)提供输入信号，并接受FGS的输出，通过内部设定的算法展现出计算结果，最终形成了一套较为完善的信号仿真体系。该系统引入了大型PLC及操作站，并配置了功能强大的监控软件IFIX，主要功能模块包括燃气探测器仿真功能模块、火焰探测器仿真功能模块、FM200仿真功能模块、消防水系统功能仿真模块及火气系统控制台功能仿真模块。

以信号仿真系统模拟探测设备及模拟消防设施的仿真；包括：燃气探测器功能仿真、火焰探测器功能仿真、FM200系统功能仿真、消防水系统功能仿真、火气系统控制台功能仿真。

所述燃气探测器功能仿真包括针对单个探测器信号的通道值进行设置，以便触发单探测器报警和任意几个探测器的触发报警；一键按照气体泄漏的速度和趋势，逐步触发火区内所有的燃气探测器；探测器的复位功能，具体执行流程如图7所示。

所述火焰探测器功能仿真是通过组态画面，对任意火焰探测器的数值进行设置，将设置的内容传送至火气控制系统，并激发火气控制系统预设的火气保护逻辑。

所述FM200系统功能仿真中将控制信号分为三类，其中，第一类为设置信号，包括FM2OO灭火系统的手/自动切换、FM200主/备切换、驱动N₂瓶主/备切换；第二类为控制信号，包括N₂瓶控制电磁阀信号、主备FM200释放通道控制电磁阀信号、FM200区域控制电磁阀信号；第三类为状态反馈信号，包括N₂驱动回路压力开关信号、FM200释放回路压力开关信号、FM200区域控制电磁阀下游压力开关信号；以上信号，再加上人员手动给出的释放/抑制信号，只有这些信号有序的相互配合才能实现整个系统功能的协调运转，信号模拟系统中关于FM200功能仿真模块的运转流程如图8所示。

所述消防水系统功能仿真包括电动消防泵、应急消防泵、消防水增压泵、消防水管线和喷淋控制阀及末端的喷头；所述消防水系统功能仿真中将控制信号分为四类，其中，第一类是控制信号，包括电动消防泵的启动信号、应急消防泵的启动信号、消防水增压泵的启动信号和喷淋阀的释放信号；第二类是状态反馈信号，包括各种泵的运转状态信号、喷淋阀的阀位状态信号以及消防水的压力信号，包括消防管网压力和喷淋阀下游压力；第三类是故障信号，各种泵运转的故障信号，喷淋阀的故障信号；还可以包括第四类人为干预信号，由于本模块实质上是功能仿真模块，需要操作人员的干预来达到更好的仿真效果，比如设备故障设置、系统分为、报警相应等信号。消防水系统的程序执行逻辑图图9所示，通过逻辑判断可以较为顺利的实现消防水系统功能的仿真，除图9所示的执行流程之外，消防水系统还可以配置了消防水增压泵，用于平时消防水压力降低时进行适当的补压。

所述火气系统控制台功能仿真用于对设置于中控室的火气控制台的功能进行仿真，包括各火区的远程释放按钮功能，包括FM200或消防水喷淋；各火区的报警状态显示包括火灾报警和燃气泄漏报警；消防设施的状态包括FM200的释放和抑制状态显示、喷淋阀的状态显示和消防泵的状态显示；系统报警的响应和复位。该部分功能比较直接，无复杂的执行逻辑。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种海上石油火气系统检测评估实验平台，包括火气控制系统，其特征在于，该实验平台还包括可寻址火灾控制盘、现场探测设备、报警设备、现场消防设施和信号仿真系统；所述现场探测设备包括室内现场探测设备和室外现场探测设备；所述可寻址火灾控制盘与所述室内现场探测设备相连；所述火气控制系统采用艾默生的DeltaV SIS系统，所述艾默生的DeltaV SIS系统包括通过冗余以太网和交换机连接的多台工程师站、多台操作员站、DeltaV控制器和控制机柜，所述艾默生的DeltaV SIS系统通过串口通讯卡与所述可寻址火灾控制盘、室外现场探测设备以及信号仿真系统相连，所述报警设备以标准信号的型式接入所述艾默生的DeltaV SIS系统；所述艾默生的DeltaV SIS系统接收现场探测设备的输入信号，执行预设的火气报警和动作逻辑，通过输出点对所述现场消防设施进行控制，根据火情的探测情况，设置报警设备的状态，在确认险情发生时，发出二级关断的指令；

所述可寻址火灾控制盘包括数字量输入模块、数字量输出模块、寻址控制面板、供电模块和外接通讯接口，其中，回路驱动模块与现场探测设备连接，所述数字量输入模块用于接收现场探测设备的DI信号或来自安全仪表系统ESD或生产过程控制系统PCS的输出信号；所述数字量输出模块用于对现场消防设施的控制和电气设备的关断控制；所述寻址控制面板用于逻辑算法的执行和计算，以及系统的设置和操作；所述供电模块为上述回路驱动模块、数字量输入模块和数字量输出模块提供电源；外接通讯接口用于将内置的以太网通讯数据流转换为RS-485格式通讯数据，实现与火气控制系统进行数据交换；

所述室内现场探测设备至少包括感烟探测器和感温探测器，所述室外现场探测设备至少包括有毒气体探测器、火焰探测器、手动报警站、可燃气体探测器、易熔塞消防设施、门控单元；所述感烟探测器、感温探测器、手动报警站和门控单元均与所述回路驱动模块相连；

所述可寻址火灾控制盘通过RS-485的通讯协议与所述火气控制系统中的串口驱动模块进行通信；

所述信号仿真系统至少包括有燃气探测器信号仿真模块、消防水系统信号仿真模块和FM200灭火系统信号仿真模块；

所述报警设备至少包括有平台状态灯和声光报警装置；

所述现场消防设施至少包括有消防泵、消防水喷淋系统、FM200灭火系统和防火风闸，所述消防泵包括电动消防泵、应急消防泵和消防水增压泵。

2.根据权利要求1所述海上石油火气系统检测评估实验平台，其特征在于，所述可燃气体探测器包括DETRONIC的PIREC红外型气体探测器、GENERAL MONITORS的IR2100型可燃气体探测器、Honeywell的Optima Plus型可燃气体探测器、艾默生的Net-safety，MILLENNIUMII型可燃气体探头和GENERAL MONITORS的S4000TH型可燃气体探头。

3.根据权利要求1所述海上石油火气系统检测评估实验平台，其特征在于，所述火焰探测器包括DETRONIC的X3301型火焰探测器和GENERAL MONITORS的FL4000H型火焰探测器。

4.一种海上石油火气系统检测评估实验平台的控制方法，其特征在于，利用如权利要求1-3中任一海上石油火气系统检测评估实验平台，并包括：

1)以感烟探测器、感温探测器、有毒气体探测器、手动报警站、火焰探测器、可燃气体探测器和易熔塞消防设施为主的真实逻辑仿真；按照信号的来源设置有三个火区，分别为FZ-101、FZ-201和FZ-301，各火区针对不同类型的报警信号，产生各自的控制输出；具体如下：

FZ-101火区针对的保护环境为某一房间内配置的两台感温探测器、两台感烟探测器、一台手动报警站、平台状态灯和声光报警装置，以可寻址火灾控制盘为主的室内火灾探测，由可寻址火灾控制盘负责执行既定火气逻辑，向火气控制系统发出DO信号、现场触发信号和来自火气控制系统控制台的远程释放/抑制信号；如果发生火灾或确认有现场FM200触发信号释放，则发出声光报警，将平台状态灯设置为红色闪烁，并开始30s的计时；如果在30s内未收到抑制信号，则发出FM200释放执行指令，进入FM200触发信号释放执行程序；

FZ-201火区的保护场景是具有火灾和燃气泄漏风险的封闭性区域，该区域内配置了两台可燃气体探测器、两台火焰探测器、平台状态灯和声光报警装置，直接通过信号电缆接入火气控制系统,再加上远程释放信号由火气控制系统执行相关逻辑，控制火气输出；对燃气探测器和火焰探测器、远程释放信号和本地释放信号进行监测；如果有1台火焰探测器报警，相关现场报警指示灯亮起；如果有1台燃气探测器报警，相关现场报警指示灯亮起；如果有两台火焰探测器报警或远程释放信号触发或本地释放信号触发，则发出声光报警，火灾报警指示灯亮起，平台状态灯进入红色闪烁状态，FM20O灭火系统进入触发进程；若有两台燃气探测器报警，则发出声光报警，燃气泄漏指示灯亮起，平台进入黄色闪烁状态；

FZ-301火区的保护对象是露天情况下具有火灾或燃气泄漏高风险的区域，设有12台火焰探测器、12台燃气探测器、消防水喷淋系统、平台状态灯和声光报警装置，对燃气探测器信号、火灾探测器信号及远程释放按钮信号进行监测；如果有两台火焰探测器报警或远程释放信号触发，则会触发火灾报警，平台状态灯进入红色闪烁状态，并进入消防水系统启动进程；若有两台燃气探测器报警，则会触发燃气泄漏报警，平台状态灯进入黄色闪烁状态；

2)以信号仿真系统模拟探测设备及模拟消防设施的仿真；包括：燃气探测器功能仿真、火焰探测器功能仿真、FM200系统功能仿真、消防水系统功能仿真、火气系统控制台功能仿真；

所述燃气探测器功能仿真包括针对单个探测器信号的通道值进行设置，以便触发单探测器报警和任意几个探测器的触发报警；一键按照气体泄漏的速度和趋势，逐步触发火区内所有的燃气探测器；探测器的复位功能；

所述火焰探测器功能仿真是通过组态画面，对任意火焰探测器的数值进行设置，将设置的内容传送至火气控制系统，并激发火气控制系统预设的火气保护逻辑；

所述FM200系统功能仿真中将控制信号分为三类，其中，第一类为设置信号，包括FM2OO灭火系统的手/自动切换、FM200主/备切换、驱动N₂瓶主/备切换；第二类为控制信号，包括N₂瓶控制电磁阀信号、主备FM200释放通道控制电磁阀信号、FM200区域控制电磁阀信号；第三类为状态反馈信号，包括N₂驱动回路压力开关信号、FM200释放回路压力开关信号、FM200区域控制电磁阀下游压力开关信号；

所述消防水系统功能仿真包括电动消防泵、应急消防泵、消防水增压泵、消防水管线和喷淋控制阀及末端的喷头；所述消防水系统功能仿真中将控制信号分为四类，其中，第一类是控制信号，包括电动消防泵的启动信号、应急消防泵的启动信号、消防水增压泵的启动信号和喷淋阀的释放信号；第二类是状态反馈信号，包括各种泵的运转状态信号、喷淋阀的阀位状态信号以及消防水的压力信号，包括消防管网压力和喷淋阀下游压力；第三类是故障信号，各种泵运转的故障信号，喷淋阀的故障信号；

所述火气系统控制台功能仿真用于对设置于中控室的火气控制台的功能进行仿真，包括各火区的远程释放按钮功能，包括FM200或消防水喷淋；各火区的报警状态显示包括火灾报警和燃气泄漏报警；消防设施的状态包括FM200的释放和抑制状态显示、喷淋阀的状态显示和消防泵的状态显示；系统报警的响应和复位。

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