1、油田自動化知識,目次,一、什么是自動化 二、自動化系統(tǒng)分類 三、自動化系統(tǒng)構(gòu)成 四、自動化系統(tǒng)工作原理 五、彩南油田自動化系統(tǒng) 六、小結(jié),一、什么是自動化,1、自動化定義 在無人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動進(jìn)行操作或控制的過程。 研究內(nèi)容： 自動化是一門涉及學(xué)科較多應(yīng)用廣泛的綜合性科學(xué)技術(shù)。 它的研究內(nèi)容主要有自動控制和信息處理兩個方面包括理論方法硬件和軟件等。,一、什么是自動化,2、什么是工業(yè)自動化技術(shù) 綜合運(yùn)用控制理論、電子裝備、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和相關(guān)工藝技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、節(jié)省能耗、降低消耗、減少污染、確保安全等目的的

2、一種綜合性技術(shù)。,一、什么是自動化,自動化技術(shù)廣泛用于工業(yè)農(nóng)業(yè)軍事科學(xué)研究交通運(yùn)輸商業(yè)醫(yī)療服務(wù)和家庭等方面。 采用自動化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動部分腦力勞動以及惡劣危險的工作環(huán)境中解放出來而且能擴(kuò)展人的器官功能極大地提高勞動生產(chǎn)率增強(qiáng)人類認(rèn)識世界和改造世界的能力。因此自動化是工業(yè)農(nóng)業(yè)國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要條件和顯著標(biāo)志。,一、什么是自動化,自動控制： 所謂自動控制，是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。 自動控制系統(tǒng)： 實(shí)現(xiàn)上述控制目的，由相互制約的各

3、部分按一定規(guī)律組成的具有特定功能的整體.,二、自動化系統(tǒng)分類,1、從應(yīng)用角度分 a、過程自動化 石油煉制和化工等工業(yè)中流體或粉體的化學(xué)處理自動化。 一般采用由檢測儀表調(diào)節(jié)器和計(jì)算器等組成的過程控制系統(tǒng)對加熱爐精餾塔等設(shè)備或整個工廠進(jìn)行最優(yōu)控制。,二、自動化系統(tǒng)分類,b、機(jī)械制造自動化 這是機(jī)械化電氣化與自動控制相結(jié)合的結(jié)果處理的對象是離散工件。 c、管理自動化 工廠或事業(yè)單位的人財(cái)物生產(chǎn)辦公等業(yè)務(wù)管理自動化是以信息處理為核心的綜合性技術(shù)涉及電子計(jì)算器通信系統(tǒng)與控制等學(xué)科。 d、其它：實(shí)驗(yàn)室自動化、家庭自動化、商業(yè)自動化,二、自動化系統(tǒng)分類,2、按測控形式分 a、SCADA（Supervisor

4、 Control And Data Acquisition）系統(tǒng) 監(jiān)測控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它可以實(shí)時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程的自動控制，對工藝流程進(jìn)行全面、實(shí)時的監(jiān)視，并為生產(chǎn)、調(diào)度和管理提供必要的數(shù)據(jù)。 SCADA系統(tǒng)的主要功能包括數(shù)據(jù)采集、本地和遠(yuǎn)程控制、多種通訊介質(zhì)聯(lián)接、易于重新配置及本地和遠(yuǎn)程診斷。,二、自動化系統(tǒng)分類,b、DCS（Distributed Control System）系統(tǒng) 是分布式控制系統(tǒng)，在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。 DCS是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。DCS通常采用若干個控制器（過程站）對一個生產(chǎn)過程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制，

5、各控制器間通過網(wǎng)絡(luò)連接并可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。操作采用計(jì)算機(jī)操作站，通過網(wǎng)絡(luò)與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達(dá)操作指令。,二、自動化系統(tǒng)分類,DCS系統(tǒng)的基本思想是：利用分散控制、集中操作、分而自制、綜合協(xié)調(diào)的原則，將測控系統(tǒng)分為分散過程控制級、集中操作監(jiān)控級和綜合信息管理級，構(gòu)成一分級分布式控制系統(tǒng)。因此，DCS的主要特點(diǎn)歸結(jié)為一句話就是：分散控制集中管理。,二、自動化系統(tǒng)分類,c、直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng) d、監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制（簡稱SCC）系統(tǒng) e、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（簡稱FCS）系統(tǒng) 其結(jié)構(gòu)模式為“工作 站現(xiàn)場總線智能儀 表”二層結(jié)構(gòu)，成本低， 可靠性高，可實(shí)現(xiàn)真正 的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。,FCS

6、控制層原理圖,三、自動化系統(tǒng)構(gòu)成,1、SCADA系統(tǒng) SCADA系統(tǒng)主要應(yīng)用于水利、石油、供電等行業(yè)中，用于地理環(huán)境惡劣無人值守的環(huán)境下進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。它的主要結(jié)構(gòu)包括遠(yuǎn)程控制單元RTU（Remote Terminal Unit）（包括RPC（Remote Pump controller）、通訊網(wǎng)絡(luò)及中心站。,三、自動化系統(tǒng)構(gòu)成,1) 遠(yuǎn)程終端RTU（包括RPC） RTU 主要作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及本地控制，進(jìn)行本地控制時作為系統(tǒng)中一個獨(dú)立的工作站，這時RTU可以獨(dú)立的完成連鎖控制、前饋控制、反饋控制、PID(比例、微分、積分）控制等工業(yè)上常用的控制調(diào)節(jié)功能；進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時作為一個遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊單元

7、，完成或響應(yīng)本站與中心站或其它站的通訊和遙控任務(wù)。,三、自動化系統(tǒng)構(gòu)成,2) 系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò) 主要用于RTU與中心站通訊及與其它RTU通訊。通訊鏈路種類有無線、有線、微波、光纖。RTU可支持的通訊方式有中心站觸發(fā)的通訊方式和RTU觸發(fā)的通訊方式。,三、自動化系統(tǒng)構(gòu)成,中心站觸發(fā)的通訊方式包括： 輪詢方式 由系統(tǒng)設(shè)置一個時間周期，每隔一個時間段系統(tǒng)進(jìn)行一次查詢，接收中心站所需要的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。 廣播方式 由中心站向所有RTU或某分組內(nèi)的RTU下發(fā)命令。 控制命令下發(fā)方式 如下發(fā)開、關(guān)控制命 令，修改報(bào)警及控制權(quán)限。 RTU觸發(fā)的通訊方式 RTU可以在程序中 根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置條件，以便在非常情況下向

8、中心站發(fā)送數(shù)據(jù)。,三、自動化系統(tǒng)構(gòu)成,3）中心站 它可包含多個工作站和支持網(wǎng)絡(luò)功能的設(shè)備，以完成不同的工作。它通過中心站軟件管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，每個工作站通過組態(tài)畫面監(jiān)測現(xiàn)場站點(diǎn)，下發(fā)控制命令進(jìn)行控制，并完成工況圖、統(tǒng)計(jì)曲線、報(bào)表等功能。,三、自動化系統(tǒng)構(gòu)成,2、DCS系統(tǒng) 從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過程級、操作級和管理級。 1） 過程級主要由過程控制站、I/O單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實(shí)施部分。 2）操作級包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。 3）管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)），作為DCS更高層次的應(yīng)用，目前國內(nèi)紙行業(yè)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少。,三、自動化系統(tǒng)

9、構(gòu)成,DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,四、自動控制系統(tǒng)工作原理,1、系統(tǒng)工作原理 簡易實(shí)驗(yàn) 1）現(xiàn)在作一個游戲，讓張三和李四分別去拿放在一張桌子上的杯子，張三把自己的雙眼蒙上，而李四卻不用蒙上雙眼?？纯此麄冋l能順利地拿到杯子？ 2）人打算拿桌子上的杯子時，首先要看一下杯子的位置與自己手的距離有多少，然后人的大腦會指揮自己的手做出動作，向減少這個距離的方向移動，同時不斷的觀察兩者之間的距離還有多少，直到人的手碰到了杯子，大腦就命令手停止運(yùn)動，杯子也就拿到了。這個過程可以用下邊的圖來表示。,由于沒有了眼睛所以 圖中的反饋就無法形 成人這個“機(jī)器”也就 工作不正常了,四、自動控制系統(tǒng)工作原理,自動控制系統(tǒng)工作的關(guān)

10、鍵就在于反饋系統(tǒng)的存在，正是有了反饋的存在，才使自動化成為可能。 反饋：反饋控制是這樣一種控制過程，它能夠在存在擾動的情況下，力圖減小系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量（也稱參據(jù)量）（或者任意變化的希望的狀態(tài)）之間的偏差，而且其工作正是基于這一偏差基礎(chǔ)之上的。 反饋控制系統(tǒng)是一種能對輸出量與參考輸入量進(jìn)行比較，并力圖保持兩者之間的既定關(guān)系的系統(tǒng)，它利用輸出量與輸入量的偏差來進(jìn)行控制。,四、自動控制系統(tǒng)工作原理,一個自動化系統(tǒng)無論結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜都是由下面幾部分組成 檢測比較裝置所起作用相當(dāng)于人眼在上面例子中的作用，主要是獲得反饋，并且計(jì)算我們要達(dá)到的目的與現(xiàn)在的實(shí)際情況之間的差值 控制器所起作用相當(dāng)于大腦在

11、上面例子中的作用，主要是用來決定應(yīng)該怎樣做 執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要所起作用相當(dāng)于人手在上面例子中的作用，完成控制器下達(dá)的決定 控制量也就是所要達(dá)到的目的，相當(dāng)于手和杯子之間的距離?？刂屏渴俏覀冏詣踊瘷C(jī)器所要達(dá)到的最終目的,四、自動控制系統(tǒng)工作原理,人體和機(jī)器的對應(yīng)關(guān)系,微機(jī)測控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖,四、自動控制系統(tǒng)工作原理,熱力系統(tǒng)人工控制,熱力系統(tǒng)自動控制,四、自動控制系統(tǒng)工作原理,2、自動化各構(gòu)成部分的作用及實(shí)現(xiàn) 1）檢測（測量）裝置 檢測（測量）裝置主要是傳感器。 傳感器是一種能把物理量化學(xué)量生物量等轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。 輸出的電信號有不同形式，如電壓電流頻率脈沖等，能滿足信息傳輸處理記錄顯

12、示控制的要求。,四、自動控制系統(tǒng)工作原理,通常傳感器由感應(yīng)組件和轉(zhuǎn)換組件組成。感應(yīng)組件(Sensing Element) 能直接感受被測量的的量;轉(zhuǎn)換組件(Transduction Element)則將感應(yīng)組件輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號。,四、自動控制系統(tǒng)工作原理,與人類五大感覺器官相比對應(yīng)的傳感器 眼睛（視覺）光傳感器影像傳感器等 耳朵（聽覺）壓力傳感器電容麥克風(fēng)等 皮膚（觸覺）力學(xué)傳感器溫度傳感器濕度傳感器等 舌頭（味覺）等離子傳感器化學(xué)傳感器等 鼻子（嗅覺）半導(dǎo)體氣體傳感器燃燒式氣體傳感器等,除了以上和五感相比擬的傳感器外 還有紅外線傳感器、接近傳感器 速度和加速度傳感器、磁性傳

13、感器等,四、自動控制系統(tǒng)工作原理,一般測量信號轉(zhuǎn)換為電量類型(根據(jù)采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后接入控制器的種類劃分）：,四、自動控制系統(tǒng)工作原理,2）控制器 控制器（一般是RTU、PLC等設(shè)備）的主要作用是進(jìn)行信號采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、處理、發(fā)送及本地控制。,四、自動控制系統(tǒng)工作原理,由傳感器測量的現(xiàn)場被測量被轉(zhuǎn)換為與其成比例的標(biāo)準(zhǔn)電信號后輸入到控制器，控制器將接收到的電流信號按相同的比例反算回被測量的現(xiàn)場實(shí)際值，同時將該數(shù)據(jù)應(yīng)用到其他相關(guān)的計(jì)算、控制過程并按需要將數(shù)據(jù)傳送至其他位置（如監(jiān)控機(jī)）。,四、自動控制系統(tǒng)工作原理,3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)（執(zhí)行器） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是按控制器輸出的指令驅(qū)動現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化，從

14、而達(dá)到控制被控設(shè)備的目的的裝置。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般有電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以電為動力源的儀表，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以壓縮空氣為動力源的儀表。,五、彩南油田自動化系統(tǒng),1、 彩南油田自動化系統(tǒng)構(gòu)成： 1）單井RPC、自動化儀表；計(jì)量站RTU、自動化儀表、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)；聯(lián)合站油、水系統(tǒng)RTU、自動化儀表；彩31集氣站RTU、自動化儀表；前線SCADA服務(wù)器等共同組成SCADA系統(tǒng)。 2）聯(lián)合站污水處理DCS系統(tǒng)（包括GS Manager系統(tǒng)、相關(guān)自動化儀表、監(jiān)控主機(jī)）；天然氣處理站DCS系統(tǒng)（包括MACS SmartPro系統(tǒng)、相關(guān)自動化儀表、調(diào)節(jié)閥、監(jiān)控主機(jī)）共同構(gòu)成彩南油田DCS系統(tǒng)。,五、彩南油田自動化系統(tǒng),彩南油田SCADA系統(tǒng)原理圖,五、彩南油田自動化系統(tǒng),兩站DCS系統(tǒng),五、彩南油田自動化系統(tǒng),2、功能實(shí)現(xiàn) 1）單井,五、彩南