GMR系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)

1、GE Fanuc GMR在海上石油平臺(tái)的應(yīng)用GMR是一套基基于Geniius總線模模塊式冗余容容錯(cuò)系統(tǒng)，為為石油平臺(tái)的的緊急停車系系統(tǒng)和火災(zāi)氣氣體保護(hù)系統(tǒng)統(tǒng)提供了完善善的解決方案案。本文詳述述了GMR 系統(tǒng)的三重重表決機(jī)制，輸輸入輸出I/O子系統(tǒng)的的連接方式，全全局監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。GE FFanuc公公司使用標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的PLC系系統(tǒng)，面向緊緊急停車系統(tǒng)統(tǒng)ESD和火火災(zāi)氣體保護(hù)護(hù)系統(tǒng)F&GG開發(fā)了一套套三重化的冗冗余控制系統(tǒng)統(tǒng)解決方案，被被稱為Gennius模塊塊式冗余容錯(cuò)錯(cuò)系統(tǒng)（GMMR）。它有有90-700系列CPUU和Geniius輸入輸輸出模塊及其其他系列的部部分模塊構(gòu)成成。其配置方方案可

2、根據(jù)系系統(tǒng)規(guī)模，進(jìn)進(jìn)行靈活的擴(kuò)擴(kuò)展，它允許許用戶根據(jù)希希望得到的流流程風(fēng)險(xiǎn)降低低的程度來改改變系統(tǒng)的冗冗余級(jí)別。TTUV根據(jù)DDIN192250/DIINVVDEE0801標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，給予了了GMR系統(tǒng)統(tǒng)三取二系統(tǒng)統(tǒng)，二選一系系統(tǒng)，六級(jí)認(rèn)認(rèn)證。所以海海洋石油鉆井井平臺(tái)選擇了了GMR系統(tǒng)統(tǒng)作為整個(gè)平平臺(tái)的緊急停停車系統(tǒng)和火火災(zāi)氣體保護(hù)護(hù)系統(tǒng)。1 Faanuc GGeniuss模塊式冗余余容錯(cuò)系統(tǒng)（GGMR）GMR系統(tǒng)統(tǒng)的靈活性體體現(xiàn)在，它可可以提供從輸輸入模塊通過過兩個(gè)或三個(gè)個(gè)CPU處理理器到輸出模模塊的各種冗冗余組合。這這種靈活性意意味著當(dāng)單重重化系統(tǒng)或雙雙重化系統(tǒng)操操作時(shí)，可以以配置使用較較少的

3、輸入和和輸出信號(hào)但但同時(shí)保證系系統(tǒng)的三重化化配置特性。以GMR系統(tǒng)的三重化配置TMR為例（見圖1）。它包含了三個(gè)獨(dú)立的PLC以及運(yùn)行在每個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)中的診斷程序。 在TMR配配置中，三個(gè)個(gè)CPU 中中的每一個(gè)CCPU通過三三重化的Geenius總總線將邏輯狀狀態(tài)送至輸出出子系統(tǒng)，GGeniuss輸出模塊對(duì)對(duì)三重化的輸輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行行表決。開關(guān)關(guān)輸出電路集集成提供輸出出和負(fù)載狀態(tài)態(tài)診斷的電流流、電壓傳感感器信號(hào)，并并做出綜合分分析。目目前90-770系列支持持表決機(jī)制的的CPU有7789、7990。他們才才能用于GMMR系統(tǒng)中，且且支持高達(dá)22000個(gè)表表決點(diǎn)。Geenius網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)具有如下下的特點(diǎn)：

4、 三個(gè)CCPU之間有有三條總線并并行互連，保保持通訊的安安全。 有三三組不同的輸輸入，可接到到不同的現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)設(shè)備上，或或接到一個(gè)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上。 三組輸入數(shù)據(jù)都傳到同一個(gè)CPU上，有系統(tǒng)的表決機(jī)制。 GMR系統(tǒng)中采用標(biāo)準(zhǔn)的“H”型輸出系統(tǒng)。 四個(gè)輸出模塊中，兩個(gè)采用正邏輯輸出，另外兩個(gè)采用負(fù)邏輯輸出模塊。 每個(gè)輸出模塊均接受來自三個(gè)PLC的輸出數(shù)據(jù)，在輸出子系統(tǒng)中進(jìn)行三取二表決。 GMR系統(tǒng)通過TUV認(rèn)證，Class6，可以滿足真正的無單點(diǎn)故障的系統(tǒng)。2 GMR系統(tǒng)擴(kuò)展與I/O模塊連接對(duì)于GMR系統(tǒng)而言，BTM/BRM模塊可提供本地?cái)U(kuò)展方式，它能夠提供機(jī)架之間的高速數(shù)據(jù)通訊，最大通訊速率500KB

5、PS。而通過基于Genius網(wǎng)絡(luò)的總線控制器GBC，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程機(jī)架擴(kuò)展，在這個(gè)Genius網(wǎng)絡(luò)上可以帶多至30個(gè)遠(yuǎn)程機(jī)架，最大速率為153.6KBPS，最大距離2286米。遠(yuǎn)程機(jī)架可以直接掛Genius的I/O 模塊，或者通過遠(yuǎn)程掃描模板與VersaMax I/O模塊或FieldControl系列I/O模塊相連。在鉆井平臺(tái)的井頭控制柜中，都采用了遠(yuǎn)程+本地機(jī)架混合方式進(jìn)行擴(kuò)展，因?yàn)槠脚_(tái)控制裝置非常分散，采用GMR的靈活擴(kuò)展方式可以在保證足夠安全的同時(shí)，降低集成成本。下面來介紹I/O的具體連接方式，（1）數(shù)字量輸出子系統(tǒng)：Genius的數(shù)字量輸出模塊DO直接可以掛在Genius網(wǎng)絡(luò)上，即直接和

6、總線控制器模塊GBC相連，DO模塊提供了一類特有的輸出組方式，其典型的一種為“H”型接法，連接方式如下， A、B、CC三條Gennius網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，如果在CC網(wǎng)因故障斷斷掉后，其他他的Geniius網(wǎng)絡(luò)正正常仍能保證證指令的有效效輸出1，系系統(tǒng)自動(dòng)診斷斷故障并記錄錄下來，提供供故障解決的的依據(jù)。上圖圖的H型接法法，每路輸出出需要四個(gè)輸輸出模塊，分分別是兩塊正正邏輯輸出模模塊（Souurce模塊塊，輸出+112V），兩兩塊負(fù)邏輯輸輸出模塊（SSink模塊塊，輸出-112V）。從從節(jié)省成本的的角度出發(fā)，系系統(tǒng)輸出還提提供另外兩種種簡(jiǎn)化的輸出出方式，分別別是：（1）II型接法，需需要一塊正邏邏輯輸出模塊

7、塊，一塊負(fù)邏邏輯輸出模塊塊。（2）TT型接法，需需要兩個(gè)正邏邏輯模塊，一一個(gè)負(fù)邏輯輸輸出模塊。根根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備備的重要性可可選擇相應(yīng)的的輸出方式，在在平臺(tái)輸出模模塊中，這幾幾種連接方式式混合采用，且且都能滿足TTUV的認(rèn)證證。（22）數(shù)字量輸輸入子系統(tǒng)：和其它它的連鎖系統(tǒng)統(tǒng)一樣，采用用三路Gennius DDI模塊接入入，通過Geenius網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將每路采采集信號(hào)傳送送到每個(gè)CPPU，然后由由CPU進(jìn)行行表決，按照照3-2-00原則決定系系統(tǒng)輸入，即即在三路信號(hào)號(hào)均有效情況況下，至少需需保證兩路輸輸入信號(hào)一致致，輸出按其其一致輸出。若若一路信號(hào)故故障或者僅有有兩路輸入時(shí)時(shí)，系統(tǒng)將引引入一路Duup

8、lex狀狀態(tài)信號(hào)，然然后再對(duì)這三三種信號(hào)進(jìn)行行三取二表決決。如果僅一一路信號(hào)有效效，則系統(tǒng)取取默認(rèn)狀態(tài)輸輸入。其其三取二的表表決機(jī)制示意意圖： （3）模擬擬量輸入子系系統(tǒng)：GGMR系統(tǒng)的的模擬量輸入入模塊，可以以采用多種FFanuc公公司旗下的產(chǎn)產(chǎn)品系列，如如Geniuus的AI模模塊、VerrsaMaxx AI模塊塊、FielldConttrol AAI模塊。三三個(gè)系列的產(chǎn)產(chǎn)品根據(jù)一系系列與PESS技術(shù)相關(guān)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，如：AANSI/IISA，IEEC615008，DINN V195520，DIIN/VDEE 801，均均能滿足SIIL3和DIIN5/6級(jí)級(jí)認(rèn)證。充分分體現(xiàn)了GMMR系統(tǒng)的配配置

9、是相當(dāng)靈靈活的，在這這里我們采用用了VerssaMax的的AI模塊提提供模擬輸入入信號(hào)。VersaaMax AAI通過一塊塊遠(yuǎn)程掃描模模塊（Gennius IInterfface UUnit）接接入Geniius總線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，表決機(jī)機(jī)制與DI模模塊相似，在在三路Gennius信號(hào)號(hào)正常情況下下，直接進(jìn)行行三選二表決決，如果其中中一路發(fā)生故故障，則引入入Dupleex狀態(tài)信號(hào)號(hào)參與三選二二表決，Duuplex信信號(hào)可以設(shè)為為保持、最大大或最小值。每個(gè)CPU 模塊執(zhí)行同樣的應(yīng)用程序，并送出輸出數(shù)據(jù)到Genius總線網(wǎng)上，從而控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。下圖是GMR 系統(tǒng)CPU處理機(jī)制示意圖， 在GMR系系統(tǒng)中，P

10、LLC之間借助助于Geniius網(wǎng)絡(luò)，可可以直接通過過全局?jǐn)?shù)據(jù)交交換（Gloobal ddada MMessagges）方式式傳輸64個(gè)個(gè)字長(zhǎng)的數(shù)據(jù)據(jù)，在系統(tǒng)邏邏輯需要時(shí)，采采用此種方式式可以實(shí)現(xiàn)跨跨石油平臺(tái)的的相關(guān)數(shù)據(jù)交交換。因?yàn)樵谠谑推脚_(tái)之之間的距離往往往是個(gè)問題題，Geniius 專用用OZD模塊塊實(shí)現(xiàn)Gennius信號(hào)號(hào)與光纖信號(hào)號(hào)的轉(zhuǎn)換，從從而利用光通通訊擴(kuò)大Geenius信信號(hào)傳輸?shù)木嗑嚯x。33 GMRR系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)實(shí)現(xiàn)3.1 與DeeltaV系系統(tǒng)通訊如圖5所示示，90-770系列CPPU可外掛CCMM 模塊塊，CMM提提供兩個(gè)4885的接口，其其支持四種串串行串行協(xié)議議，分別是

11、SSNP、SNNP-X、CCCM和RTTU。RTUU是一種支持持Modbuus的遠(yuǎn)程終終端單元協(xié)議議，GMR方方僅能作為從從方。DelltaV系統(tǒng)統(tǒng)作為主方，通通過一對(duì)冗余余的串卡和GGMR系統(tǒng)相相連。DDeltaVV系統(tǒng)通過兩兩臺(tái)控制站，分分別是工程師師站和應(yīng)用站站對(duì)GMR系系統(tǒng)傳輸過來來的數(shù)據(jù)進(jìn)行行監(jiān)視和控制制。 3.2 HHMI人機(jī)界界面通過過擴(kuò)展以太網(wǎng)網(wǎng)通訊模塊，將將GMR系統(tǒng)統(tǒng)與CIMPPLICITTY HMII人機(jī)接面相相連。HMII提供了對(duì)GGMR系統(tǒng)的的全面監(jiān)控。CCIMPLIICITY HMI支持持雙重化和三三重化配置，可可以處理來自自所有PLCC的數(shù)據(jù)，并并且仿真實(shí)際際的PLC執(zhí)執(zhí)行的表決過過程。44 總結(jié)GMR系系統(tǒng)為海上石石油平臺(tái)提供供了緊急停車車系統(tǒng)（ESSD）和火災(zāi)災(zāi)氣體保護(hù)系系統(tǒng)（F&GG）。ESDD系統(tǒng)需要常常使能信號(hào)，而而F&G系統(tǒng)統(tǒng)，通常是常常閉合信號(hào)。以F&G系統(tǒng)為例，GMR系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)控包括熱度，煙塵以及突變氣體警報(bào)在內(nèi)的環(huán)境變量還包括UV/IR火警探測(cè)器和易燃及有毒氣體探測(cè)器，可以提供失效安全或容錯(cuò)技術(shù)來采集報(bào)警信息，并通過表決機(jī)制來處理它。在任意一個(gè)可變的值輸出報(bào)警時(shí)，輸出子系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)斷操作閥門和風(fēng)門，切斷電源，釋放處理氣體并激活