專利名稱：用于測試海洋石油處理設(shè)備控制系統(tǒng)的半實物方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于海上石油處理設(shè)備的控制系統(tǒng)的測試，所述海上石油處理 設(shè)備如圖1所示的設(shè)備。所述石油處理設(shè)備可以位于固定式采油平臺或者 浮式采油平臺、單獨的處理平臺上，或者可被布置為海底石油處理設(shè)備，
并且可以包括岸上石油處理設(shè)備。在圖6a中，顯示了一種組合系統(tǒng)，該組 合系統(tǒng)包括具有石油處理設(shè)備、海底采油處理設(shè)備的采油平臺和陸地石油 開釆處理設(shè)備，它們可以被單獨的控制系統(tǒng)所控制。本專利說明書中所提 到的石油處理設(shè)備包括 一般在一定壓力和高溫下從油井接收所開采的石 油流體；將該石油流體分離成水、油、燃氣以及沙；冷卻所述油；燃燒掉 所述燃氣部分；壓縮所述燃氣部分；產(chǎn)生液化天然氣(LNG)以進行輸出 或者儲存、產(chǎn)生電能或者回灌；凈化所產(chǎn)生的水和沙以進行傾倒或者回灌； 以及輸出或儲存所述油。
由于采油平臺的甲板上或者海底采油設(shè)備艙上的有限且昂貴的空間， 因此只能進行最小水平的處理以分離所述產(chǎn)品，從而經(jīng)由管道或者船運進 行輸出，而應(yīng)該不包括裂化、精煉、或者產(chǎn)生諸如汽油、柴油、重油等不 同石油產(chǎn)品。用于采集和處理來自油井或者天然氣井的石油和燃氣的處理 設(shè)備由復(fù)雜的集成控制系統(tǒng)來控制，該集成控制系統(tǒng)具有大量來自傳感器 的輸入信號，以及大量的致動器命令形式的輸出。這種集成控制系統(tǒng)一般 包括幾個控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)，它們以緊密集成的方式進行工作。所述集 成控制系統(tǒng)的安全操作將取決于控制系統(tǒng)上的軟件。軟件或者信號錯誤可 能產(chǎn)生導(dǎo)致設(shè)備低效運行的拙劣性能、非期望的關(guān)閉或者無法進行緊急關(guān) 閉，這可能導(dǎo)致?lián)p害設(shè)備和環(huán)境。為了確保所述控制和安全系統(tǒng)適當?shù)剡\ 行，必須在安裝所述集成控制系統(tǒng)期間或之前對所述控制和安全系統(tǒng)進行 嚴格地測試。通常使用模擬器來進行所述測試。這可以在單元測試中進行， 在單元測試中，單獨的控制系統(tǒng)通過連接到配置中的模擬器而被測試，該 測試可以被稱之為半實物(HIL)測試。如圖2所示，所述模擬器被布置為
模擬由控制系統(tǒng)控制的過程。利用相同的方式，利用模擬器進行控制系統(tǒng) 的集成測試已人所公知，其中多個或者所有的控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)被集成 到一起并且被連接到模擬器。用于集成控制系統(tǒng)的測試中的模擬器通常為 獨立的系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過對利用給定輸入信號所產(chǎn)生的輸出信號進行計算 來準確地表示石油處理設(shè)備的不斷變化。然而，這樣的模擬器通常不允許 引入石油設(shè)備中的具體故障情況，例如有關(guān)傳感器故障、由于所述模擬器 可能是專賣的并且以編譯的或者非公開的軟件狀態(tài)而被提供的事實所導(dǎo)致 的致動器中的信號傳輸錯誤故障。該問題是由于集成控制系統(tǒng)的最難且易 于出錯的部分為故障情況的處理和檢測所導(dǎo)致的。而且，存在各種情況， 其中多個不同的模擬器在網(wǎng)絡(luò)中相互連接，以及其中不同的模擬器由不同 的廠商所制造，以及其中不可能測試不同模擬器之間的相互影響。雖然可 以針對各個單獨的模擬模塊來進行某些故障模擬，但是測試整個系統(tǒng)的錯 誤是不可能的或可能性很低的。所述模擬器通常以預(yù)編譯且封閉的方式被 交付，此方式的優(yōu)點在于該模擬器可以被校驗和認證，但是在該方式中， 不可能修改所述模擬器，并且在該方式中，所述模擬器當作"黑盒"。在這 些系統(tǒng)中，除非廠商關(guān)注的情況，否則不可能進行故障測試。
上述問題可以通過本發(fā)明來解決。本發(fā)明公開了一種用于測試集成或 單個過程控制系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法，其中信號模擬器被引入到一個或者多個 過程模擬器和集成過程控制系統(tǒng)之間，從而可以對在所述模擬器和集成過 程控制系統(tǒng)之間傳輸?shù)男盘栠M行修改以模擬設(shè)備、傳感器、計算機、信號 傳輸、以及致動器中的故障的影響。本發(fā)明進一步公開了一種用于測試集 成控制系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法，其中所述控制系統(tǒng)將控制信號輸出到一系列相 互連接的"黑盒"模擬器中。本發(fā)明的又一目的在于修改來自所述集成控 制系統(tǒng)的控制信號，從而能夠測試相互作用的模擬器的校正功能。通過使 用在此公開的系統(tǒng)和方法，可以進行廣泛且詳細的測試以判斷所述集成控 制和安全系統(tǒng)是否能夠適當?shù)貦z測和處理石油處理設(shè)備中的故障情況。
背景技術(shù)：
單元測試的半實物模擬
石油處理設(shè)備的集成控制和安全系統(tǒng)可以包括多個用于不同的石油設(shè)
備子系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)。目前，在控制系統(tǒng)的單元測試中，包括 集成控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)一次一個地被測試。
根據(jù)背景技術(shù)，通過在半實物模擬中布置測試對象控制系統(tǒng)來在單元 測試中測試各個單獨的控制系統(tǒng)。在正常操作中，控制系統(tǒng)可以輸出傳輸 給設(shè)備中的致動器的致動器信號，并且該控制系統(tǒng)可以輸入來自所述設(shè)備 中的傳感器的傳感器信號。所述控制系統(tǒng)包括至少一個計算機，其中算法 基于來自所述設(shè)備中的傳感器的輸入信號和操作員輸入的命令信號來計算
去往致動器的輸出信號。如圖2所示，在半實物測試中，所述控制系統(tǒng)被 從設(shè)備中斷開，并且被更換為連接到模擬器。在該結(jié)構(gòu)中，控制系統(tǒng)所輸 出的致動器信號被傳輸?shù)侥M器。該模擬器包括至少一個執(zhí)行算法的計算 機，所述算法對根據(jù)被給定適當初始條件的實際設(shè)備所產(chǎn)生的傳感器信號 進行計算，以及對從所述測試對象控制系統(tǒng)輸出的致動器信號進行計算。 半實物測試的目的在于調(diào)查設(shè)備子系統(tǒng)是否按要求運行，例如具有足夠的 精度、魯棒性以及帶寬，以及該控制系統(tǒng)在所述設(shè)備子系統(tǒng)由該控制系統(tǒng) 控制時的具體功能是否符合他們的功能描述。此外，可以使用半實物測試 來檢查控制系統(tǒng)是否能夠在它控制所述設(shè)備子系統(tǒng)時適當?shù)貦z測和處理故 障情況。
這種測試方法的一個實例由dSPACE GMBH (2005年9月31日， http:〃www.dspaceinc.com/shared/data/pd旅atalog2005/dspace一catalog2005一ec utesting.pdf)所提供，其中描述了用于測試ECU (電子控制單元)的系統(tǒng) 和方法，所述ECU主要是用于諸如客車和卡車等陸地車輛的ECU單元。 可以針對電子信號線纜的完整性、該線纜的斷裂或者斷開狀態(tài)、或者線纜 被接地到零電勢或者被非期望地連接到最大正蓄電池電壓，來模擬不同的 故障模式，并且記錄各個單獨的ECU或者ECU的集成系統(tǒng)的響應(yīng)以確保 一個所述控制系統(tǒng)或者多個系統(tǒng)的校正功能。然而，該系統(tǒng)要求所述模擬 器可以被編程以模擬所需要的故障情況。而且在操作員想要將不同的模擬 器(如模擬器子系統(tǒng))用于處理設(shè)備的不同部分情況下，無法以此種方式 進行測試，該方式為模擬器的一個模擬器子系統(tǒng)中的故障情況影響石油處 理設(shè)備的整個模擬器的不同模擬器子系統(tǒng)中的工作狀態(tài)。例如一個廠商可 以提供油/水/燃氣3相分離器子系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)模擬器，而另一個廠商可以提供
優(yōu)良的壓縮機模擬器，第三個廠商可以提供燃氣輪機的模擬器，但所述三
個廠商中沒有一個廠商具有所需的時間、其它資源或者權(quán)利來集成和預(yù)編
譯所述三個子系統(tǒng)模擬器以進行組合所述三個子系統(tǒng)模擬器的使用的處
理，并且僅用于所述控制系統(tǒng)測試的所述子系統(tǒng)模擬器的校驗和認證就可
能驚人的昂貴。
安全系統(tǒng)
個別類型的控制系統(tǒng)包括安全系統(tǒng)，該安全系統(tǒng)具有來自設(shè)備子系統(tǒng) 的輸入傳感器信號和狀態(tài)信號以及來自一個或者多個控制系統(tǒng)的致動器信 號和狀態(tài)信號。所述安全系統(tǒng)基于所述輸入信號來輸出邏輯控制信號。邏 輯控制信號的實例可以是用于關(guān)閉設(shè)備子系統(tǒng)或者整個設(shè)備的信號。通常 使用具有輸入信號產(chǎn)生器的功能性測試來測試安全系統(tǒng)。這涉及到將信號 輸入到安全系統(tǒng)并且觀測邏輯輸出信號是否與規(guī)范相符。
集成測試
根據(jù)背景技術(shù)，用于石油處理設(shè)備的集成控制系統(tǒng)的集成測試可以通 過半實物模擬器來進行。在集成測試中，集成控制系統(tǒng)的所有控制系統(tǒng)或 者所選控制系統(tǒng)被集成或者組裝以被測試。集成控制系統(tǒng)輸出一個或者多 個致動器信號到模擬器，該驅(qū)動器信號作為模擬器所產(chǎn)生的模擬傳感器信 號的響應(yīng)。所述模擬器包括具有一個或者多個算法的一個或者多個計算機， 所述算法對由實際設(shè)備在具有給定的控制信號且在預(yù)定初始條件下所產(chǎn)生 的傳感器信號進行計算。另外， 一個或者多個安全系統(tǒng)可以被包括在集成 測試中以測試進行處理的適當安全關(guān)閉的能力。模擬器對要被輸入到安全 系統(tǒng)的傳感器信號和狀態(tài)信號進行計算，而所述安全系統(tǒng)輸出邏輯信號， 該邏輯信號被傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)或者被直接傳輸?shù)揭豢刂频倪^程。集成測 試比單元測試進行起來更加復(fù)雜，因為與在單元測試中相比，模擬器將具 有更多的輸入和輸出，并且將被執(zhí)行的算法更加復(fù)雜。
可以模擬整個石油處理設(shè)備的普通大型模擬系統(tǒng)是可獲得的，并且可 被用于半實物測試中。而且，這種普通大型模擬系統(tǒng)可以具有進行故障測 試的可能性，其中可以調(diào)査所述控制系統(tǒng)的檢測和處理石油設(shè)備中的故障 的能力，并且其中可以測試所述安全系統(tǒng)的功能。這種系統(tǒng)的一個實例己
經(jīng)由工業(yè)公司Kongsberg Gruppen所提供，即他們的ASSETT⑧模擬器。
然而，石油設(shè)備公司可能需要針對石油處理設(shè)備的各個部分使用專用 的模擬器。這種模擬系統(tǒng)可以由不同的設(shè)計團隊專門針對特定類型的處理 單元以及設(shè)備中處理單元的集合來開發(fā)，并且與普通大型模擬系統(tǒng)相比， 這種專用的模擬器更加精確或者提供了更多的功能。因此，石油設(shè)備公司 需要能夠確定在使用半實物模擬的集成測試中針對石油設(shè)備中的單個部分 使用哪種模擬器。傳統(tǒng)上，已經(jīng)采用了這樣的方案，其中使用針對石油設(shè) 備的不同部分的不同模擬器的集合來對集成控制系統(tǒng)進行集成測試。然而， 這種系統(tǒng)的嚴重缺陷在于不能進行大量的故障測試。這種情況的一種實例 是如果壓縮機制造商提供高度細化且運行良好的壓縮機模擬器，而不同的 廠商為電力管理系統(tǒng)提供了同等的精心設(shè)計的模擬器，并且這兩種模擬器 未被設(shè)計成未相互連接或者不能交換信息，那么可能無法進行整個壓縮機/ 電力管理系統(tǒng)的模擬。
因此，調(diào)節(jié)計算機的信號可以被用來在被模擬的系統(tǒng)上施加故障或者 不利情況，其中所述故障情況并未被廠商所關(guān)注，或者在多個不同的模擬 器的相互連接導(dǎo)致不可能強加故障測試的情況下。通過使用根據(jù)本發(fā)明的 系統(tǒng)和方法，可以測試更大范圍的故障情況，并且可以測試更寬范圍的控 制系統(tǒng)或者集成控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
可以通過使用根據(jù)本發(fā)明的方法來克服上述問題，所述方法用于測試 控制系統(tǒng)是否能夠?qū)κ吞幚碓O(shè)備中的不足、故障或者故障模式進行檢測
和處理，所述控制系統(tǒng)被布置為
*與輸入信號線連接，以從所述石油處理設(shè)備接收傳感器信號和其它輸入 信號，以及
*與控制信號線連接，以將控制信號傳輸?shù)剿鍪吞幚碓O(shè)備， 所述方法包括以下步驟
a) 使用所述輸入信號線來連接所述控制系統(tǒng)，以從模擬的石油處理設(shè) 備接收模擬的傳感器信號或者其它輸入信號，以及
b) 使用所述控制信號線來連接所述控制系統(tǒng)，以將控制信號傳輸?shù)剿?br> 述模擬的石油處理設(shè)備，
所述方法的特征在于，
C)將輸入信號調(diào)節(jié)器連接到所述輸入信號線，所述輸入信號調(diào)節(jié)器調(diào) 節(jié)一個或者多個所述輸入信號以將一個或者多個經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入信號和剩余 的未被調(diào)節(jié)的輸入信號傳輸?shù)剿隹刂葡到y(tǒng)。由本發(fā)明所定義的方法的進 一步的步驟將在所附從屬權(quán)利要求中定義。
本發(fā)明進一步包括被布置為測試控制系統(tǒng)是否能夠檢測和處理石油處
理設(shè)備中的不足、故障、或者故障模式的系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)被布置為；
*與輸入信號線連接，用于從所述石油處理設(shè)備接收傳感器和其它輸入信 號，以及
*與控制信號線連接，用于將控制信號傳輸?shù)剿鍪吞幚碓O(shè)備， 該系統(tǒng)包括以下特征
*所述控制系統(tǒng)被布置為通過所述輸入信號線從模擬的石油處理設(shè)備接 收模擬的傳感器信號或者其它輸入信號，
*所述控制系統(tǒng)被進一步地布置為通過所述控制信號線將控制信號傳輸 到所述石油處理設(shè)備。
所述系統(tǒng)的特征在于，
輸入信號調(diào)節(jié)器被布置為連接到所述輸入信號線并且所述輸入信號調(diào) 節(jié)器被布置為將一個或者多個所述輸入信號調(diào)節(jié)成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入信號，所 述輸入信號調(diào)節(jié)器被布置為將一個或者多個所述經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入信號和剩余 的未被調(diào)節(jié)的輸入信號傳輸?shù)剿隹刂葡到y(tǒng)。
本發(fā)明的其它有利特征將在所附從屬權(quán)利要求中定義。


附圖僅旨在進行說明的目的，而不應(yīng)該被解釋為以任何方式來限制本 發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍應(yīng)僅由所附權(quán)利要求來定義。
圖1描述了普通背景技術(shù)，其中集成控制和安全系統(tǒng)被連接到石油處 理設(shè)備。所述控制和安全系統(tǒng)被布置為進行所述處理設(shè)備的安全操作。在 正常操作中，所述控制系統(tǒng)提供控制信號到所述處理設(shè)備，并且所述處理 設(shè)備響應(yīng)于所述控制信號而作出動作，并且進一步提供表示所述過程變量的狀態(tài)的傳感器信號。所述石油處理設(shè)備受故障和干擾的影響，例如壓力 的突然降低、過程流中的化學(xué)成分改變、流體或者固體的輸入量的降低或 者突然改變、以及其它干擾、機械部件故障、能量供應(yīng)中的波動、管中非 期望的蠟狀物或者水垢的沉淀、滲漏、以及其它干擾。
圖2描述了與圖1相同的情況，只是其中所述處理設(shè)備被模擬的石油 處理設(shè)備所替代，并且所述模擬的處理設(shè)備及其初始熱力學(xué)狀態(tài)被布置為 盡可能地接近于類似實際的石油處理設(shè)備。由所述集成控制和安全系統(tǒng)所 提供的控制信號被提供給石油處理設(shè)備模擬器并且所述模擬的石油處理設(shè) 備提供模擬的傳感器信號作為所述控制信號的響應(yīng)。所述石油處理設(shè)備模 擬器可能受到與上述實際設(shè)備所受到的故障和干擾類似的模擬故障和干 擾，并且可以進一步包括故障測試模塊，其中可以針對特定的模擬器模擬 各種故障模式。所述模擬的故障測試模塊能夠?qū)λ黾煽刂坪桶踩到y(tǒng)
檢測和處理所述石油處理設(shè)備中的故障的能力進行測試，并且還可以測試 安全系統(tǒng)。
圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，其中輸入信號調(diào)節(jié)器被布置 在處理設(shè)備子系統(tǒng)模擬器和控制系統(tǒng)模塊之間。所述輸入信號調(diào)節(jié)器被布 置為接收由石油處理設(shè)備子系統(tǒng)模擬器提供的模擬傳感器信號并且調(diào)節(jié)某 些或者所有所述模擬傳感器信號，以便模擬可能發(fā)生在所述石油處理設(shè)備 子系統(tǒng)中(或者子系統(tǒng)模擬器中)的故障和干擾。來自所述輸入信號調(diào)節(jié) 器的經(jīng)調(diào)節(jié)的傳感器信號以及未被調(diào)節(jié)的傳感器信號被傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)模 塊，以便測試該控制系統(tǒng)模塊是否能夠針對所述經(jīng)調(diào)節(jié)的信號和剩余的未 被調(diào)節(jié)的信號來提供充分且適當?shù)捻憫?yīng)。該系統(tǒng)允許利用模擬器外部的輸 入信號模擬器來對控制模塊進行單元測試，以對輸入信號進行故障測試。 控制系統(tǒng)模塊通?？梢园▽θ绫景l(fā)明中所使用的單獨石油處理單元的控 制，所述單獨石油處理單元例如為油、燃氣、水分離器或者壓縮機。
圖3b大致描述了與圖3a中相同的情況，只是其中還允許對來自石油 處理設(shè)備子系統(tǒng)模擬器的傳感器信號進行調(diào)節(jié)、對來自所述控制系統(tǒng)模塊 的最終控制信號進行調(diào)節(jié)。因此，來自所述控制系統(tǒng)模塊的控制信號被提 供給輸出信號調(diào)節(jié)器，其中某些或者所有的所述控制信號被調(diào)節(jié)成經(jīng)調(diào)節(jié) 的控制信號，并且所述經(jīng)調(diào)節(jié)的信號和剩余的未被調(diào)節(jié)的信號可以被提供給所述石油處理設(shè)備子系統(tǒng)模擬器，以便驗證所述控制系統(tǒng)模塊的校正功 能。調(diào)節(jié)控制信號的一個實例可以為這樣的情況控制系統(tǒng)提供冗余控制 信號給相同的子過程，并且調(diào)節(jié)一個所述冗余信號可以檢査模擬過程是否 能夠檢測和處理所述冗余信號中的抵觸差異。
圖4a類似于圖3a，只是其中控制系統(tǒng)模塊由集成控制和安全系統(tǒng)所替 代，其中所述集成控制和安全系統(tǒng)可以包括大量冗余的或者不同的控制系 統(tǒng)模塊。在本發(fā)明的該實施例中，利用模擬器外部的輸入信號調(diào)節(jié)器來進 行集成測試，以使得針對模擬的輸入信號故障或者石油處理設(shè)備故障進行 測試是可行的。
圖4b非常類似于圖3b，只是其中控制系統(tǒng)模塊由集成控制和安全系統(tǒng) 所替代，其中所述集成控制和安全系統(tǒng)可以包括大量的控制系統(tǒng)模塊。因 此，可以利用模擬器外部的信號調(diào)節(jié)器來進行集成測試，從而也如上面一 樣能夠進行輸入信號故障測試或者石油處理設(shè)備故障測試，并且另外模擬 器外部的信號調(diào)節(jié)器還用于控制信號故障測試。
圖5a示出了一種系統(tǒng)，其中多個獨立的處理設(shè)備子系統(tǒng)模擬器獨立地 將模擬的傳感器信號傳輸?shù)捷斎胄盘栒{(diào)節(jié)器，并且其中所述輸入信號調(diào)節(jié) 器調(diào)節(jié)某些或者所有所述模擬的傳感器信號并且將經(jīng)調(diào)節(jié)的傳感器信號和 剩余的未調(diào)節(jié)的傳感器信號傳輸?shù)郊煽刂坪桶踩到y(tǒng)。所述信號被調(diào)節(jié)， 從而能夠模擬子系統(tǒng)或者傳輸線中的故障和干擾。作為所述經(jīng)調(diào)節(jié)的傳感 器信號和剩余的未被調(diào)節(jié)的傳感器信號的響應(yīng)，所述集成控制和安全系統(tǒng) 提供控制系統(tǒng)到各個所述處理設(shè)備子系統(tǒng)。另外，某些所述控制信號或者 所有所述控制信號還可以由輸出信號調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)。對被調(diào)節(jié)的控制信號 進行調(diào)節(jié)，從而能夠模擬控制信號線中的故障，或者發(fā)現(xiàn)在區(qū)別冗余命令 之間的抵觸差異上的問題、或控制系統(tǒng)提供的控制信號的抵觸狀態(tài)或值上 的問題、或者由非期望傳輸影響所產(chǎn)生的抵觸值上的問題。所示的系統(tǒng)允 許利用多個信號調(diào)節(jié)器進行集成測試，以進行輸入信號和控制信號的故障 測試。
圖5b類似于圖5a，其中除了圖5a中所描述的特征以外，還描述了一 種調(diào)節(jié)方式，在該調(diào)節(jié)方式中，從一個石油處理設(shè)備子系統(tǒng)傳遞到另一石 油處理設(shè)備子系統(tǒng)的信號可以由信號調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)，而不必將所述信號傳
輸?shù)郊煽刂坪桶踩到y(tǒng)，從而測試所述控制系統(tǒng)在當信號的相互內(nèi)部傳 輸中存在錯誤時的校正功能，所述信號例如是所述石油處理設(shè)備子系統(tǒng)模 擬器之間的控制信號或者狀態(tài)信號。
圖5c類似于圖5b，其中除了圖5b中描述的特征以外，還描述了直接 從一個處理設(shè)備子系統(tǒng)模擬器傳遞到另一個單獨的處理設(shè)備子系統(tǒng)模擬器 的信號的調(diào)節(jié)。
圖5d類似于圖5c，其中除了圖5c中描述的特征以外，還描述了從一 個處理設(shè)備子系統(tǒng)控制系統(tǒng)傳遞到第二個單獨的處理設(shè)備子系統(tǒng)控制系統(tǒng) 的信號的調(diào)節(jié)。所述單獨的處理設(shè)備子系統(tǒng)控制系統(tǒng)可以結(jié)合形成為集成 控制和安全系統(tǒng)，其中例如緊急關(guān)閉系統(tǒng)被包括在所述控制系統(tǒng)中。
圖5e類似于圖5d，只是顯示了結(jié)合有實際部件的混合系統(tǒng)，這里集成 了電力系統(tǒng)以與剩余的子系統(tǒng)模擬器同時運行，并且接收用于表示所述子 系統(tǒng)模擬器所指定的瞬時電力需求的控制信號。所述電力系統(tǒng)可以設(shè)置有 受控可變電阻負載以仿真所述模擬子系統(tǒng)所支配的消耗功率，所述模擬子 系統(tǒng)可以為模擬壓縮機、模擬泵、模擬分離器。
圖6a示出了一種集成平臺，即海底和陸地設(shè)備系統(tǒng)，其用于對油井和 /或燃氣井的過程流進行處理，其中所述集成系統(tǒng)由集成操作控制系統(tǒng)所控 制。所述系統(tǒng)的一部分(例如，海底石油處理設(shè)備)可以直接從石油采井 的上游接收石油流，并且可以進行油、燃氣和水的單個分離以將燃氣經(jīng)由 管道輸出到陸地石油處理設(shè)備，并且在中壓下將所分離出的油輸出到附近 的組合的采油和處理設(shè)備平臺，以在所述平臺自身的高壓井內(nèi)液氣流的高 壓石油分離之后的后期石油處理中包括來自海底油井的中壓油。
圖6b描述了平臺設(shè)備控制系統(tǒng)、海底設(shè)備控制系統(tǒng)和陸地設(shè)備控制系 統(tǒng)的集成測試，它們用于對應(yīng)的平臺石油處理設(shè)備、海底石油處理設(shè)備和 陸地石油處理設(shè)備，其中彼此相距相當大距離的單獨集成控制系統(tǒng)由單獨 的集成操作控制系統(tǒng)來控制，并且其中用于一個或者多個所述集成控制系 統(tǒng)的高級監(jiān)控輸入和高級監(jiān)控控制信號可以以類似于上述用于釆油設(shè)備控 制系統(tǒng)所描述的方式來調(diào)節(jié)。
具體實施例方式
本發(fā)明是用于測試控制系統(tǒng)(2)是否能夠檢測和處理石油處理設(shè)備(1) 中的不足、故障或者故障模式(8)的方法和系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)(2)被 布置成與輸入信號線(30)連接，以從所述石油處理設(shè)備(1)接收傳感器 信號以及其它輸入信號(3r)，并且與控制信號線(40)連接，以將控制信 號(4)傳輸?shù)剿鍪吞幚碓O(shè)備(1)。根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟
a) 使用所述輸入信號線(30)來連接所述控制系統(tǒng)(2)，以從模擬的 石油處理設(shè)備(10)接收模擬的傳感器信號或者其它輸入信號(3s)，以及
b) 使用所述控制信號線(40)來連接所述控制系統(tǒng)(2)，以將控制信 號(4)傳輸?shù)剿瞿M的石油處理設(shè)備(10)，以及本發(fā)明的特征部分在 于以下步驟
c) 將輸入信號調(diào)節(jié)器(9)連接到所述輸入信號線(30)，所述輸入信 號調(diào)節(jié)器(9)調(diào)節(jié)一個或者多個所述輸入信號(3)，以將一個或者多個經(jīng) 調(diào)節(jié)的輸入信號(13)和剩余的未被調(diào)節(jié)的輸入信號(3)傳輸?shù)剿隹刂?系統(tǒng)(2)。這允許調(diào)節(jié)由模擬的石油處理設(shè)備(10)所提供的傳感器信號
(3)和其它信號，從而提供了用于引入錯誤的裝置，所述錯誤很可能在實 際的石油處理設(shè)備(1)中發(fā)生，但該錯誤由于在本專利說明書的介紹部分 中所描述的各種原因而很難在石油處理模擬器中實現(xiàn)。如果要求由多個廠 商或者供應(yīng)者提供的多個石油子過程模擬器(100)來模擬整個石油處理設(shè) 備(1)，則該優(yōu)點是很顯然的。本發(fā)明的其它優(yōu)點將在下文描述。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述方法包括將輸出或者控制信號調(diào)節(jié)器
(12)連接到所述輸出控制線(30)。所述輸出控制信號調(diào)節(jié)器(12)將一 個或者多個所述控制信號(4)調(diào)節(jié)成經(jīng)調(diào)節(jié)的控制信號(14)，并且將這 些經(jīng)調(diào)節(jié)的控制信號(14)和剩余的未被調(diào)節(jié)的控制信號(4)傳輸?shù)剿?模擬的石油處理設(shè)備(1)。利用該方式，實際上可以對所述模擬器處理由 控制系統(tǒng)發(fā)送不正確的控制信號所引起的某些錯誤的能力進行測試，例如， 被假定為在數(shù)值或者電壓上大致相等但其中一個已受到干擾的冗余控制信 號之間的偏差。這可以可替換地被用來對不同品牌和型號的模擬器的精度 和魯棒性進行基準檢查。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可以包括輸入信號線(30)和控制信號線(40)，它 們是一個或者多個固定信號線，例如，以太網(wǎng)、RS442、 RS232、模擬線路、 數(shù)字線路、光線路、或者無線通信線路，并且其中所述信號根據(jù)一個或者
多個通信協(xié)議來傳輸，所述通信協(xié)議例如是現(xiàn)場總線協(xié)議、CAN總線協(xié)議、 現(xiàn)場總線基礎(chǔ)協(xié)議、廠商專有的總線協(xié)議、藍牙協(xié)議。
在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)選實施例中，所述控制系統(tǒng)(2)包括一個或 者多個安全系統(tǒng)(20)，該安全系統(tǒng)被(20)被布置為命令關(guān)閉所述模擬的 石油處理設(shè)備(10)。
進行交互的模擬的設(shè)備子過程
根據(jù)本發(fā)明的方法可以包括所述石油處理設(shè)備(10)模擬器內(nèi)的兩個 或者多個進行交互的石油設(shè)備子過程模擬器(100)之間的交互。兩個或者 多個這些石油設(shè)備子過程模擬器(100)可以相互傳輸用于表示質(zhì)量、溫度 T、壓力P、動量、密度、成分或者其它狀態(tài)參數(shù)、或者能量轉(zhuǎn)移的模擬的 測量信號(23)。例如， 一個模擬的子過程可以是油/燃氣/水分離器，該分 離器具有被動態(tài)計算出的油量的外向通量、密度、溫度、成分和壓力、燃 氣量、密度、溫度、成分和壓力、以及水量、溫度和純度。這些被計算出 的參數(shù)可以被轉(zhuǎn)發(fā)到用于模擬接收上述產(chǎn)品的子過程模擬器，例如用于模 擬的燃氣量的壓縮機模擬器，以及另一個用于所計算出的油量的分離器模 擬器。所述過程還可以通過使用信號線(143， 144)上的模擬的控制信號 (24)(狀態(tài)變量、諸如關(guān)閉或打開閥門的邏輯狀態(tài)、或者功能模式)來交 互。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所述方法包括過程信號調(diào)節(jié)器(22)調(diào) 節(jié)所述石油設(shè)備子過程模擬器(100)之間的所述模擬的測量信號(23)或 者所述控制信號(24)。利用這種方式，可以模擬很有可能在實際的石油處 理設(shè)備(1)的部件之間出現(xiàn)的引入錯誤，例如管或者閥門的滲漏，該滲漏 導(dǎo)致一個子過程輸出的量或者壓力與到達下游子過程的流體的量或者壓力 不一致。這些錯誤不太可能在子過程模擬器中實現(xiàn)，但是對其進行測試是 很重要的。
根據(jù)本發(fā)明的4選實施例，所述方法包括輸入信號調(diào)節(jié)器(9)調(diào)節(jié) 一個或者多個所述輸入信號(3)，以基于所述設(shè)備(1)的數(shù)學(xué)模型來形成 一個或者多個經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入信號(13)。所述數(shù)學(xué)模型基于包括熱力學(xué)原理 在內(nèi)的物理定律，所述數(shù)學(xué)模型包括連續(xù)變量和/或布爾變量。由輸入信號
調(diào)節(jié)器(9)輸入的模擬的故障和干擾(18)可以基于所述設(shè)備(1)中的 物理過程以及所述信號傳輸線(30)上可能的錯誤和干擾。
所述輸入信號調(diào)節(jié)器(9)所輸入的所述模擬的故障和千擾由操作員根 據(jù)所述操作員的期望來預(yù)先定義或者定義，或者由歷史記錄事件自動生成 或定義。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以使用混合系統(tǒng)來構(gòu)成組合的容易模擬的模擬子 過程，并且集成實際的石油設(shè)備子過程(100R)，例如發(fā)電機或者其它具有 模擬的實際電力負載的供電系統(tǒng)。所述發(fā)電機可以具有難以建模的快速波 動的電壓瞬變，并且可以更實際地包括在它們的物理實施中的測試中?？?替換地，可以在具有模擬的石油設(shè)備子過程(100)的模擬過程中進行測試， 該測試包括測試實際閥門、致動器、水力設(shè)備、傳感器等的適當動作。利 用這種方式，根據(jù)本發(fā)明的方法可以用作對裝配的處理系統(tǒng)內(nèi)的部件進行 測試的FAT (工廠驗收試驗)/CAT (客戶驗收試驗)，但在任何流體包含在 系統(tǒng)之前。
故障模式
在本發(fā)明的更進一步的優(yōu)選實施例中，基于故障模式來調(diào)節(jié)所述輸入 信號(3)或者所述輸出信號(4)，其中所述故障模式是故障的功能表現(xiàn)， 其中所述故障是部件由于不足而無法執(zhí)行它們的功能，其中所述不足可以 是所述部件中的缺陷。從而，可以對部件中的缺陷的物理表現(xiàn)以及它們的 結(jié)果進行模擬和測試。在本發(fā)明的一個實施例中，可以引入一個或者多個 下列對所述輸入信號(3)的信號調(diào)節(jié)以形成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入信號(13)。
*被誤校準的輸入信號，
*超出范圍的輸入信號，
*輸入信號上的干擾，
*替換輸入信號，
*相互交換輸入信號，
*移除或者丟失輸入信號，
*延遲的輸入信號，
*鎖閥或者鎖閥信號， *受阻部件或者受阻部件信號，
*缺少(油、能量、水…)供應(yīng)或者缺少用于表示缺少供應(yīng)的信號， *缺少壓力或者缺少用于表示缺少壓力的信號， *示出抵觸測量的冗余傳感器， *其它故障，或由不足引起的故障。
這樣，可以模擬和測試不同的不足和它們的對應(yīng)故障。 控制子系統(tǒng)
在本發(fā)明的另一個實施例中，所述控制系統(tǒng)(2)可以包括兩個或者多 個用于控制石油處理設(shè)備子系統(tǒng)或者相應(yīng)的模擬器(100a， 100b，…100n) 的控制子系統(tǒng)(200a， 200b，…200m)。所述兩個或者多個控制子系統(tǒng)(200) 可以通過用于在所述控制子系統(tǒng)(200a， 200b，…)之間傳輸測量信號(203) 和/或控制信號(204)的信號線(230， 240)來相互連接。在本發(fā)明的優(yōu)選 實施例中，信號調(diào)節(jié)器(209， 212)被連接在所述控制子系統(tǒng)(200a， 200b，…) 之間的所述信號線(230， 240)上，并且所述信號調(diào)節(jié)器(209， 212)可 以調(diào)節(jié)往來于所述控制子系統(tǒng)(200a， 200b)之間的所述測量信號(203) 和/或控制信號(204)。
實際過程模擬
在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施例中，所述石油設(shè)備子系統(tǒng)模擬器(100a， 100b，…100n)可以提供下列實際過程中的一個或者多個
*在壓力下經(jīng)由采油管線從一個或者多個油井接收石油流體 *在壓力下將所述石油流體分離成液體油、水、燃氣以及可能的沙子，
石油處理
*冷卻所述石油
*將所述油儲存到油罐或者將所述油輸出到船上或者經(jīng)由管道輸出，
燃氣處理
*壓縮所述燃氣和/或冷卻所述燃氣 *燃燒掉部分所述燃氣，
*使用管道或者船來輸出所述燃氣， *回灌部分所述燃氣，
*使用運行可能由電力管理系統(tǒng)控制的發(fā)電機的燃氣輪機來產(chǎn)生電能。 水處理
*凈化所述水，以便傾倒 *傾倒或者回灌所述水
以及其它可能在石油處理設(shè)備(1)內(nèi)執(zhí)行的過程操作。 集成操作控制系統(tǒng)
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，兩個或者多個處理設(shè)備控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)被連接到集成操作控制系統(tǒng)(50)，各個處理設(shè)備控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，)控制一個或者多個石油處理設(shè)備(la， lb， lc，…)，所述一 個或者多個石油處理設(shè)備(la， lb， lc，…)是海上平臺處理設(shè)備(la)、 海底處理設(shè)備(lb)或者任選的陸地石油處理設(shè)備(lc)中的一個或多個。 通過使用來自所述控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)的輸入信號線(60a， 60b， 60c，…)來進行所述連接，所述輸入信號線(60a， 60b， 60c，…)分別將 監(jiān)控信號(63)從設(shè)備控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)輸入到所述集成操作控 制系統(tǒng)(50)，并且使用控制信號線(70)來將輸出監(jiān)控信號(73)從所述 集成操作控制系統(tǒng)(50)傳輸?shù)剿鎏幚碓O(shè)備控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)。 這種控制上層結(jié)構(gòu)在由集成操作系統(tǒng)(50)控制的系統(tǒng)中是很普遍的，其 中指揮中心實時地控制多個石油處理設(shè)備(1)的操作，其中所述石油處理 設(shè)備可以彼此相距遠的遠離，也可以遠離所述指揮中心。海底系統(tǒng)也可以 被遠程控制，因此重要的是能夠針那些假設(shè)發(fā)生在多個石油處理設(shè)備(10) 的遠程控制中的但直接對其進行測試昂貴和危險的錯誤來測試集成操作控 制系統(tǒng)(50)。從而，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，可以在所述設(shè)備控制系統(tǒng) (2a， 2b， 2c，…)和所述集成操作控制系統(tǒng)(50)之間的所述輸入信號線 (60a， 60b， 60c，…)上布置一個或者多個輸入信號調(diào)節(jié)器(39)。所述輸 入信號調(diào)節(jié)器(39)可以調(diào)節(jié)一個或者多個監(jiān)控信號(63)并且將所述一 個或者多個經(jīng)調(diào)節(jié)的監(jiān)控信號(64)和剩余的未被調(diào)節(jié)的監(jiān)控信號(63) 輸入到所述設(shè)備控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)。在本發(fā)明的進一步的優(yōu)選實
施例中， 一個或者多個控制信號調(diào)節(jié)器(32)被布置在從所述集成操作控 制系統(tǒng)(50)到所述設(shè)備控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，)的所述監(jiān)控輸出信號 線(70a， 70b， 70c，)上。監(jiān)控輸出信號調(diào)節(jié)器(39)將一個或者多個 所述輸出監(jiān)控信號(73)調(diào)節(jié)成經(jīng)調(diào)節(jié)的監(jiān)控輸出信號(74)并且將所述 一個或者多個經(jīng)調(diào)節(jié)的監(jiān)控輸出信號(74)和剩余的未被調(diào)節(jié)的監(jiān)控輸出 信號(73)輸入到所述設(shè)備控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)中。
所述集成操作控制系統(tǒng)(50)通常可以位于遙遠的位置，例如在遠程 平臺或者岸上，并且從所述控制系統(tǒng)(2)傳輸?shù)剿黾刹僮飨到y(tǒng)(50) 的監(jiān)控信號(63)可以包括狀態(tài)信號、測量信號(3)和控制信號(4)。
教導(dǎo)
在本發(fā)明的有利實施例中，所述方法可以被用于創(chuàng)建測試方案，包括 初始的物理和化學(xué)條件、輸入命令設(shè)置、狀態(tài)信號、以及可能的一系列的 一個或者多個缺陷和相關(guān)故障，并且可被用于訓(xùn)練控制系統(tǒng)操作員來指揮 所述控制系統(tǒng)(2)控制所述模擬的石油處理設(shè)備(10)。這樣，可以訓(xùn)練 控制系統(tǒng)操作員來處理在控制石油處理設(shè)備(1)或者集成操作控制系統(tǒng)控 制多個處理設(shè)備(1)時可能出現(xiàn)的假想困難情況。由于本發(fā)明允許將來自 不同廠商的不同模擬器集成在石油處理設(shè)備的復(fù)雜模擬中，因此可以模擬 出盡可能精確的系統(tǒng)模擬，并由此實現(xiàn)了操作員的有效訓(xùn)練。
HIL連接備選方案
存在不同的方式來將信號調(diào)節(jié)器連接到其中信號需要被調(diào)節(jié)的系統(tǒng)和 子系統(tǒng)。對于集成控制系統(tǒng)，所述信號調(diào)節(jié)器可以被連接在控制計算機系 統(tǒng)和實際設(shè)備之間的回路中。然后，適當?shù)男盘柨梢栽谒鼈兘?jīng)過所述信號 調(diào)節(jié)器時被處理，而剩下信號被旁路。作為一個選擇，如果存在信號測試 1/0接口，則將所述信號調(diào)節(jié)器連接到所述測試I/O。然后，將實際的反饋 信號經(jīng)由信號I/O重新路由到所述測試I/O,發(fā)送到所述信號調(diào)節(jié)器以進行 信號故障模式處理，并且然后經(jīng)由所述測試I/O返回以在控制內(nèi)核中進行處 理。
權(quán)利要求
1、一種用于測試控制系統(tǒng)(2)是否能夠處理石油處理設(shè)備(1)中的不足、故障、或者故障模式(8)的方法，所述控制系統(tǒng)(2)被布置為*與輸入信號線(30)連接，以從所述石油處理設(shè)備(1)接收傳感器信號和其它輸入信號(3r)，以及*與控制信號線(40)連接，以將控制信號(4)傳輸?shù)剿鍪吞幚碓O(shè)備(1)，該方法包括以下步驟a)使用所述輸入信號線(30)來連接所述控制系統(tǒng)(2)，以從模擬的石油處理設(shè)備(10)接收模擬的傳感器信號或者其它輸入信號(3s)，以及b)使用所述控制信號線(40)來連接所述控制系統(tǒng)(2)，以將控制信號(4)傳輸?shù)剿瞿M的石油處理設(shè)備(10)，該方法的特征在于，c)將輸入信號調(diào)節(jié)器(9)連接到所述輸入信號線(30)，所述輸入信號調(diào)節(jié)器(9)調(diào)節(jié)一個或者多個所述輸入信號(3)，以將一個或者多個經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入信號(13)和剩余的未被調(diào)節(jié)的輸入信號(3)傳輸?shù)剿隹刂葡到y(tǒng)(2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，將輸出或者控制信號調(diào)節(jié)器(12)連 接到所述輸出控制線(30)，所述輸出控制信號調(diào)節(jié)器(12)將一個或者多 個所述控制信號(4)調(diào)節(jié)成經(jīng)調(diào)節(jié)的控制信號(14)并將所述經(jīng)調(diào)節(jié)的控 制信號(14)和剩余的未被調(diào)節(jié)的控制信號(4)傳輸?shù)剿瞿M的石油處 理設(shè)備(1)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，包括在所述石油處理設(shè)備(10) 模擬器內(nèi)部的兩個或者多個相互作用的石油設(shè)備子過程模擬器(100)之間 的交互。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中兩個或者多個所述石油設(shè)備子過程模擬器(100)在信號線(143， 144)上相互傳輸表示質(zhì)量(T、 P、動量、 密度、成分或者其它狀態(tài)參數(shù))的模擬的測量信號(23)、或者能量轉(zhuǎn)移、 或者模擬的控制信號(24)(狀態(tài)變量、諸如關(guān)閉或打開閥門的邏輯狀態(tài)、 或者功能模式)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，包括過程信號調(diào)節(jié)器(22)對所述 石油設(shè)備子過程模擬器(100)之間的所述模擬的測量信號(23)或者所述 控制信號(24)進行調(diào)節(jié)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述輸入信號調(diào)節(jié)器(9)基于所述 設(shè)備(1)的數(shù)學(xué)模型來調(diào)節(jié)一個或者多個所述輸入信號(3)以形成一個 或者多個經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入信號(13)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，基于包括熱力學(xué)原理在內(nèi)的物理定律 的所述數(shù)學(xué)模型包括連續(xù)變量和/或布爾變量。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，由所述輸入信號調(diào)節(jié)器(9)輸入的 所述模擬的故障或者干擾(18)基于所述設(shè)備(1)中的物理過程以及所述 信號傳輸線(30)上可能的錯誤和干擾。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中由所述輸入信號調(diào)節(jié)器(9)輸 入的所述模擬的故障和干擾由操作員根據(jù)所述操作員的期望來預(yù)先定義或 者定義，或者由歷史記錄事件自動生成或定義。
10、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，將實際的石油設(shè)備子過程(100R) (例如，發(fā)電機或者其它具有難以建模的電力負載快速瞬變的供電系統(tǒng)，但在任何流體包含在系統(tǒng)內(nèi)之前，對裝配的處理系統(tǒng)內(nèi)部進行例如 FAT/CAT測試，并且其中希望測試閥門、致動器、水力設(shè)備、傳感器等的 適當動作等)集成到具有模擬的石油設(shè)備子過程(100)的模擬過程中。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，基于故障模式來調(diào)節(jié)所述輸入 信號(3)或者所述輸出信號(4)，其中所述故障模式是故障的功能表現(xiàn)， 其中所述故障是部件由于不足而無法執(zhí)行它們的功能，其中所述不足是所 述部件中的缺陷。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，引入一個或者多個下列對所述輸入 信號(3)的信號調(diào)節(jié)以形成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入信號(13)，所述故障包括下列 各項中的一項或者多項*被誤校準的輸入信號，*超出范圍的輸入信號，*輸入信號上的干擾，*替換輸入信號，*相互交換輸入信號，*移除或者丟失輸入信號，*延遲的輸入信號，*鎖閥或者鎖閥信號，*受阻部件或者受阻部件信號，*缺少(油、能量、水…)供應(yīng)或者缺少用于表示缺少供應(yīng)的信號，*缺少壓力或者缺少用于表示缺少壓力的信號，*示出抵觸測量的冗余傳感器
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述控制系統(tǒng)(2)包括兩個或者多 個用于控制石油處理設(shè)備子系統(tǒng)或者相應(yīng)的模擬器(100a， 100b，…，100n) 的控制子系統(tǒng)(200a， 200b，…，200m)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，所述兩個或者多個控制子系統(tǒng)(200) 通過用于在所述控制子系統(tǒng)(200a， 200b，…)之間傳輸測量信號(203) 和/或控制信號(204)的信號線(230， 240)而相互連接。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括將信號調(diào)節(jié)器(209、 212)連接在所述控制子系統(tǒng)(200a， 200b，...)之間的所述信號線(230， 240) 上，用于對往來于所述控制子系統(tǒng)(200a， 200b)之間的所述測量信號(203) 和/或控制信號(204)進行調(diào)節(jié)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述石油設(shè)備子系統(tǒng)模擬器(100a， 100b，…，100n)表示一個或者多個下列實際過程*在壓力下經(jīng)由采油管線從一個或者多個油井接收石油流體， *在壓力下將所述石油流體分離成液體油、水、燃氣以及可能的沙子， *冷卻所述油，*將所述油儲存到油罐或者將所述油輸出到船上或者經(jīng)由管道輸出，*壓縮所述燃氣和/或冷卻所述燃氣，*燃燒掉部分所述燃氣，*使用管道或者船來輸出所述燃氣，*回灌部分所述燃氣，*使用運行可能由電力管理系統(tǒng)控制的發(fā)電機的燃氣輪機來產(chǎn)生電能，*凈化所述水，以便傾倒*回灌或者傾倒所述水。
17、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，使用來自所述控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)的輸入信號線(60a， 60b， 60c，…)來將兩個或者多個處理設(shè)備 控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，)連接到集成操作控制系統(tǒng)(50)，各個處理設(shè) 備控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)控制一個或者多個石油處理設(shè)備(la， lb， lc，…)，所述一個或者多個石油處理設(shè)備(la， lb， lc，…)是海上平臺 處理設(shè)備(la)、海底處理設(shè)備(lb)以及任選的陸地石油處理設(shè)備(lc) 中的一個或者多個，所述輸入信號線(60a， 60b， 60c，…)分別將監(jiān)控信 號(63)從所述設(shè)備控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)輸入到所述集成操作控制 系統(tǒng)(50)，并且使用控制信號線(70)來將高級控制信號(73)從所述集 成操作控制系統(tǒng)(50)傳輸?shù)剿鎏幚碓O(shè)備控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，在所述設(shè)備控制系統(tǒng)(2a， 2b，2c，…) 和所述集成操作控制系統(tǒng)(50)之間的所述輸入信號線(60a， 60b， 60c，)上布置一個或者多個輸入信號調(diào)節(jié)器(39)，所述輸入信號調(diào)節(jié)器(39)調(diào) 節(jié)一個或者多個所述監(jiān)控信號(63)并且將所述一個或者多個經(jīng)調(diào)節(jié)的監(jiān) 控信號(64)和剩余的未被調(diào)節(jié)的監(jiān)控信號(63)輸入到所述設(shè)備控制系 統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，在從所述集成操作控制系統(tǒng)(50) 到所述設(shè)備控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)的所述監(jiān)控輸出信號線(70a， 70b， 70c，…)上布置一個或者多個控制信號調(diào)節(jié)器(32)，所述監(jiān)控輸出信號 調(diào)節(jié)器(39)將一個或者多個所述輸出監(jiān)控信號(73)調(diào)節(jié)成經(jīng)調(diào)節(jié)的監(jiān) 控輸出信號(74)并且將所述一個或者多個經(jīng)調(diào)節(jié)的監(jiān)控信號(74)和剩 余的未被調(diào)節(jié)的監(jiān)控輸出信號(73)輸入到所述設(shè)備控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)中。
20、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，所述集成操作系統(tǒng)(50)位于遙遠 的位置，例如在遠程平臺或者岸上。
21、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，來自所述控制系統(tǒng)(2)的所述監(jiān) 控信號(63)包括狀態(tài)信號、測量信號(3)和控制信號(4)。
22、 根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，創(chuàng)建用于所述模擬器的測 試方案，該方案包括初始的物理和化學(xué)條件、輸入命令設(shè)置、狀態(tài)信號、 以及可能的一系列的一個或者多個缺陷和相關(guān)故障，以訓(xùn)練控制系統(tǒng)操作 員來指揮所述控制系統(tǒng)(2)控制所述模擬的石油處理設(shè)備(10)。
23、 一種用于測試控制系統(tǒng)(2)是否能夠檢測和處理石油處理設(shè)備(1 ) 中的不足、故障、或者故障模式(8)的系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)(2)被布置 為*與輸入信號線(30)連接，以從所述石油處理設(shè)備(1)接收傳感器 信號和其它輸入信號(30)，以及 *與控制信號線(40)連接，以將控制信號(4)傳輸?shù)剿鍪吞幚?設(shè)備(1)，該系統(tǒng)包括以下特征*所述控制系統(tǒng)(2)被布置為通過所述輸入信號線(30)從模擬的石 油處理設(shè)備(10)接收模擬的傳感器信號或者其它輸入信號(3s)，*所述控制系統(tǒng)(2)被布置為通過所述控制信號線(40)將控制信號 (4)傳輸?shù)剿鍪吞幚碓O(shè)備模擬器(10)， 該系統(tǒng)的特征在于，*輸入信號調(diào)節(jié)器(9)被布置為連接到所述輸入信號線(30)， *所述輸入信號調(diào)節(jié)器(9)被布置為將一個或者多個所述輸入信號(3)調(diào)節(jié)成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入信號(13)，*所述輸入信號調(diào)節(jié)器(9)被布置為將一個或者多個所述經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入信號(13)和剩余的未被調(diào)節(jié)的輸入信號(3)傳輸?shù)剿隹刂葡到y(tǒng)(2)。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，所述輸入信號線(30)和所述控制 信號線(40)是一個或者多個固定信號線，例如，以太網(wǎng)或RS442、 RS232、 模擬線路、數(shù)字線路、光線路、或者無線通信線路，并且其中所述信號根 據(jù)一個或者多個通信協(xié)議來傳輸，所述通信協(xié)議例如是現(xiàn)場總線協(xié)議、CAN 總線協(xié)議、現(xiàn)場總線基礎(chǔ)協(xié)議、專有的總線協(xié)議、藍牙協(xié)議。
25、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，包括輸出信號調(diào)節(jié)器(12)，其被 布置為連接到所述輸出控制線(30)，其中所述輸出信號調(diào)節(jié)器(12)被布 置為將一個或者多個所述控制信號(4)調(diào)節(jié)成經(jīng)調(diào)節(jié)的控制信號(14)， 并且進一步被布置為將所述經(jīng)調(diào)節(jié)的控制信號和剩余的未被調(diào)節(jié)的控制信 號(3)傳輸?shù)剿瞿M的石油處理設(shè)備(10)。
26、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)(2)包括一個或者 多個安全系統(tǒng)(20)，所述安全系統(tǒng)(20)被布置為命令關(guān)閉所述模擬的石 油處理設(shè)備(10)。
27、 根據(jù)權(quán)利要求23或25所述的系統(tǒng)，所述模擬的石油處理設(shè)備(10) 包括兩個或者多個進行交互的模擬的石油子過程(100)。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，所述兩個或者多個模擬的石油子過 程(100)被布置為在信號線(143， 144)上相互傳輸用于表示質(zhì)量、溫度、 壓力、動量、密度、成分或者其它狀態(tài)參數(shù)、或者能量轉(zhuǎn)移的模擬的測量 信號(23)、或者模擬的狀態(tài)變量(24)、連續(xù)狀態(tài)、變量、諸如關(guān)閉或打 開閥門的邏輯狀態(tài)、或者功能模式。
29、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，包括過程信號調(diào)節(jié)器(22)，該過 程信號調(diào)節(jié)器(22)被布置為調(diào)節(jié)模擬的石油設(shè)備子過程(100)之間的所 述模擬的測量信號(23)或者所述狀態(tài)或控制信號(24)。
30、 根據(jù)權(quán)利要求27、 28或29所述的系統(tǒng)，包括位于具有模擬的石 油設(shè)備子過程(100)的模擬過程中的實際的石油設(shè)備子過程(100R)(例 如，發(fā)電機或者其它具有難以建模的電力負載快速瞬變的供電系統(tǒng)，但在 任何流體包含在系統(tǒng)內(nèi)之前，對裝配的處理系統(tǒng)內(nèi)部進行例如FAT/CAT測 試，并且其中希望測試閥門、致動器、水力設(shè)備、傳感器等的適當動作等 等)。
31、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)(2)包括兩個或者 多個控制子系統(tǒng)(200a， 200b，…，200m)，所述控制子系統(tǒng)(200a， 200b，…， 200m)被布置為控制石油處理設(shè)備子系統(tǒng)或者相應(yīng)的模擬器(100a， 100b，…，畫n)。
32、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，所述兩個或者多個控制子系統(tǒng)(200) 通過信號線(230， 240)相互連接，所述信號線(230， 240)被配置為在 所述控制子系統(tǒng)(200a， 200b，…)之間傳輸測量信號(203)和/或控制信 號(204)。
33、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，包括信號調(diào)節(jié)器(209， 212)，該 信號調(diào)節(jié)器(209, 212)被布置為連接在所述控制子系統(tǒng)(200a， 200b，…) 之間的所述信號線(230， 240)上，且被布置為調(diào)節(jié)往來于所述控制子系 統(tǒng)(200a， 200b)之間的所述測量信號(203)和/或控制信號(204)。
34、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，包括兩個或者多個處理設(shè)備控制系 統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)，各個處理設(shè)備控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)用于控 制一個或者多個石油處理設(shè)備(la， lb， lc，…)，所述一個或者多個石油 處理設(shè)備(la， lb， lc，…)是海上平臺處理設(shè)備(la)、海底處理設(shè)備(lb) 或者任選的陸地石油處理設(shè)備(lc)中的一個或多個，所述處理設(shè)備控制 系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，)通過使用來自控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)的輸入 信號線(60a， 60b， 60c，)而連接到集成操作控制系統(tǒng)(50)，所述輸入 信號線(60a， 60b， 60c，)分別被布置為將監(jiān)控信號(63)從設(shè)備控制 系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)輸入到所述集成操作控制系統(tǒng)(50)，并且使用控 制信號線(70)將高級控制信號(73)從所述集成操作控制系統(tǒng)(50)傳 輸?shù)剿鎏幚碓O(shè)備控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)。
35、 根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，包括輸入信號調(diào)節(jié)器(39)，該輸 入信號調(diào)節(jié)器(39)被布置為連接在從所述設(shè)備控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…) 到所述集成操作控制系統(tǒng)(50)的所述輸入信號線(60a， 60b， 60c，) 上，所述輸入信號調(diào)節(jié)器(39)被布置為調(diào)節(jié)一個或者多個所述監(jiān)控信號(63)并將所述一個或者多個經(jīng)調(diào)節(jié)的監(jiān)控信號(64)和剩余的未被調(diào)節(jié) 的監(jiān)控信號(63)輸入到所述設(shè)備控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)。
36、 根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，包括位于從所述集成操作控制系統(tǒng) (50)到所述設(shè)備控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)的所述監(jiān)控輸出信號線(70a，70b， 70c，…)上的一個或者多個控制信號調(diào)節(jié)器(32)，所述監(jiān)控輸出信 號調(diào)節(jié)器(39)被布置為將一個或者多個所述輸出監(jiān)控信號(73)調(diào)節(jié)成 經(jīng)調(diào)節(jié)的監(jiān)控輸出信號(74)并且被布置為將所述一個或者多個經(jīng)調(diào)節(jié)的 監(jiān)控信號(74)和剩余的未被調(diào)節(jié)的監(jiān)控輸出信號(73)輸入到所述設(shè)備 控制系統(tǒng)(2a， 2b， 2c，…)。
37、根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，所述集成操作系統(tǒng)(50)位于遙遠 的位置，例如在遠程平臺或者位于遙遠的岸上。
全文摘要
一種用于測試控制系統(tǒng)(2)是否能夠檢測和處理石油處理設(shè)備(1)中的不足、故障、或者故障模式(8)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)(2)被布置為*與輸入信號線(30)連接，以從所述設(shè)備(1)接收傳感器信號和其它輸入信號(30)，*與控制信號線(40)連接，以將控制信號(4)傳輸?shù)剿鲈O(shè)備(1)，該系統(tǒng)包括以下特征*所述控制系統(tǒng)(2)被布置為通過所述線(30)從模擬的石油處理設(shè)備(10)接收模擬的傳感器信號或者其它輸入信號(3s)，*所述控制系統(tǒng)(2)被布置為通過所述線(40)將控制信號(4)傳輸?shù)剿瞿M器(10)，本發(fā)明包括特征*輸入信號調(diào)節(jié)器(9)被布置為連接到所述線(30)，*所述調(diào)節(jié)器(9)被布置為將一個或者多個所述輸入信號(3)調(diào)節(jié)成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入信號(13)，*所述調(diào)節(jié)器(9)被布置為將一個或者多個所述信號(13)和剩余的未被調(diào)節(jié)的輸入信號(3)傳輸?shù)剿鱿到y(tǒng)(2)。
文檔編號G05BGK101346677SQ200680048998
公開日2009年1月14日 申請日期2006年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月31日
發(fā)明者A·J·瑟倫森, O·埃格蘭, R·斯科杰特內(nèi), T·A·約翰森 申請人:海運控制公司