张 淼

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）

关键字：自升式钻井平台；船舶监控系统；应急切断

0 引言

VMS和 ESD系统是在船用机舱检测系统（AMS）基础上的升级[1-2]，具有更强大的功能处理器和逻辑运算能力，为海洋钻井平台上的复杂工况保驾护航，同时也能保证海上操作人员的生命安全。

1 VMS和ESD系统的设计原则

1.1 VMS介绍

传统船舶上使用的AMS系统已经不能满足海上作业钻井平台的要求了，将工业上使用的可编程逻辑控制器（PLC，Power Logic Controller）和分布式控制系统（DCS，Distributed Control System）成功应用到海上平台监控系统中，主要负责监控各种生产过程中所有对象的状况，在控制屏界面上显示重要参数，并可以在界面上直接修改参数达到控制的目的，当发生故障时可以发出报警到广播系统中实现全船广播。它的主要工作内容是：

1）基本上每个生产子系统都有自己的动态显示可视化编译器（MINIC）流程图，可以显示主要设备的参数及运行状态；

2）通过监控界面调整主要设备的运行参数和启停设备；

3）生产状态异常时，通过内通系统的广播通用报警系统（PAGA，Public Alarm & General Alarm）向全船发出声光报警；

4）MINIC流程图界面可以根据船东喜好进行调整修改。

1.2 ESD介绍

由于海上钻井平台在海上作业时处于易燃易爆的危险环境中，同时操作人员以及运行的设备高度集中，因此对人员和设备的安全性能要求很高，需要在发生报警时系统通过事先预定好的逻辑运算切断相应的设备，而传统的电源开关脱扣的方式已经不能满足要求，这也是海上平台使用ESD与传统船用AMS系统的重要区别。主要保障海上作业的顺利进行，保护平台上船员的安全，避免事故扩大化，将危害降到最低。

下面以经成功交付的ZP10-1585 300FT“振海一”号自升式钻井平台项目为例，详细介绍实船项目中的设计过程。

ZP10-1585“振海一”号项目的 VMS和 ESD系统是由EMERSON船用过程控制系统厂商提供。图1是VMS和ESD系统的结构拓扑图，从图1中可以看出，所有设备都是双冗余的互为备用，这样保证在日常使用时的安全可靠性。该系统是靠网络构架起来的，这样确保系统的高效性能[3]。

图1 VMS和ESD系统结构拓扑图

1.3 VMS系统

VMS根据设计要求[4-5]，将全船报警点集中在VMS控制柜中，报警主要包括：

1）通风故障报警。

2）发电机报警箱，所有的主柴油发电机均应安装包括下述报警信息在内的报警箱。比如：主柴油机过热、超速、油位过低、油压高、曲轴箱压力高、油温过高、油温过低、配有数字或者模拟显示的发电机轴承温度。

3）其他报警系统。

本船还将安装船级社和管理当局要求的其他报警系统以及属于设备特殊要求的报警系统。在一直有人值班的控制室内安装各类报警控制面板，在无线电控制室和钻台面将安装各类辅助的远程报警面板。

1.4 ESD系统

根据所检测到的情况的严重性有多级关断。以下对事件和事件响应的描述是对系统功能的指示性描述。关于每层关断的具体信息要在详细设计中形成。表1为具体关断等级。

表1 具体关断等级

本钻井平台有14个不同的手动应急关断按钮站位于以下各处所，见表2，以符合ABS要求。

2 VMS系统设计

2.1 设计方案

VMS设计方案的具体要求如下：

1）需要在MINIC图上动态显示生产流程、过程参数及设备状态；

2）可以对生产过程进行实时监控；

表2 手动应急关断按钮站

3）发生异常工况时，在MINIC图上自动弹出报警界面，并输出报警信号至PAGA系统；

4）可以在线在MINIC图纸上设置重要设备运行状态和修改参数；

5）可以在线在MINIC图纸上实现手动/自动操作的手动切换；

6）需要有实时保存功能，包括：设备参数、运行状态和报警关断等工况；

7）定期打印生产报表；

8）系统自诊断功能；

9）与应急关断系统之间进行通信；

10）接受火气报警系统信号，当有火气报警信号时进行动态报警。

2.2 硬件配置

在抬升控制室和钻井队长办公室各放置1台工作站，一方面可以从使用功能区分2台工作站的作用，另一方面又可以互为备用。为了提高系统安全可靠性，VMS的CPU模块、电源模块、通信模块都为冗余配置，当主部件出现故障时，系统自动切换到备用部分，不影响整个系统的稳定运行。

VMS通过自带的UPS供电，可以提供0.5 h独立供电，电源波动保持在正常值的±5%范围内。I/O输入输出模块、接线卡件、电源等都配置相应的余量。I/O模块配置带指示灯的熔断器。I/O输入输出模块包括如下几种数据类型：

1）开关量信号。压力开关和液位开关为常闭点；报警信号检测信号为开点；ESD和CO2释放按钮为常闭触点；马达启停信号为干触点。

2）拟输入信号：采用4 mA～20 mA。

3）脉冲信号等。

2.3 软件设计要求

1）显示工作流程的MINIC图中能够动态显示、自动弹出报警相关界面，以及实时和历史运行的操作记录等；

2）处理器使用率要有冗余，不宜超过60%；

3）系统自检和自诊断故障时发出报警；

4）配置一定容量的存储器，用于存储数据。

2.4 与其他系统的接口

VMS预留了与其他系统通信的输入输出接口，规定了通信协议等相关信息。比如，与PAGA系统之间的通信协议接口定为RS-485接口。

2.5 机械设备控制接口

通过硬线与控制柜连接，需要控制启动器连接。

3 ESD系统设计

ESD的主要功能是在事故或故障状态下（包括设备故障或者系统本身发生故障时），通过预先设置好的逻辑运算，有序地切断正在运行的设备，从而避免灾难的发生，即避免生产设备和人员受到伤害以及对环境造成不良影响等。ESD本身设计必须遵循故障安全（fail to safe）的原则，对整个系统的硬件和软件的可靠性要求也很高。

根据全船的工况确定关断级别数量，确定每一级别关断对应的需要关断的设备，绘制出图2全船火气系统因果图。

图2 全船火气系统因果图

关停信号通过电气开关输入到ESD系统，系统检测到关停信号后，所有去现场设备的关停信号则输出到现场的本地控制仪表中，控制该设备回路；去到电气设备（如风机、泵）的关停信号则通过干接点输出到配电柜（MCC），或作为启动许可直接控制该设备控制回路。

为保证ESD稳定可靠运行，整个系统设计时应充分考虑ESD本身故障安全，即ESD电源故障时也能切断设备，保证海上作业的安全。设计原则具体如下：

1）检测到现场设备开关信号不稳定，ESD紧急切断；

2）所有设备的输入信号带电为正常，当线路发生故障或连接有问题时触发相关报警和安全保护动作，避免因输入线路故障而造成隐患；

3）所有输出信号均采用常开触点（带电正常），当输出线路故障或系统本身发生故障时触发输出信号，立即切断该输出点所对应的设备；

4）I/O接口故障时复位，当ESD中央处理器发生故障时，清除所有输出切断控制设备；

5）报警输入信号设定为常开报警，当设备发生故障或从设备到ESD的线路发生故障时均能弹出报警界面及时通知操作人员处理。

目前使用过的ESD系统由EMERSON、霍尼韦尔和罗克韦尔这几家自动化设备厂家提供，处理器大体分为DCS和PLC两种不同处理方式，两者存在性能差异。在选择设备厂家时需要充分了解各个厂家产品的特点，配置最为理想的系统。

4 结论

随着现代仪表控制技术的高速发展，VMS和ESD系统可靠也会得到更大提高，避免人工操作造成的失误，降低人工劳动强度和可靠性的影响，以及遇到重大事故时人员逃生的自动应急操作。VMS和ESD在海上钻井平台上的使用，大大提高了海上作业的安全性和可靠性，对保障生命和财产安全，以及保障海上作业顺利进行有着重大意义。

船用柴油机氮氧化物排放试验及检验指南（2017）2018年第一次变更通告

《船用柴油机氮氧化物排放试验及检验指南（2017）》本次变更通告主要是将第3章检验发证中关于SCR系统后处理装置的检验要求指向了新通过的“2017年关于装有选择性催化还原（SCR）系统船用柴油机特殊要求的2008年NOX技术规则补充指南”（MEPC.291(71)）。

2017 SCR指南在2011 SCR指南基础上主要做了如下修订：

1）证书申请方应负责“装有SCR的发动机系统”的整个完整系统，可以是发动机制造厂，也可以是SCR系统供应商等。

2）进一步细化技术案卷中应包含的SCR系统的信息。

3）装有SCR发动机系统母型机的选择要求。

4）装有SCR发动机系统Scheme A/B的试验程序要求。

5）装有SCR发动机系统Scheme B的船上确认试验要求。

来源：中国船级社