油田自动化知识.ppt

一、什么是自动化二、自动化系统分类三、自动化系统构成四、自动化系统工作原理五、彩南油田自动化系统六、小结1、自动化定义在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程。研究内容：研究内容：自动化是一门涉及学科较多应用广泛的综合性科学技术。它的研究内容主要有自动控制和信息处理两个方面包括理论方法硬件和软件等。 2、什么什么是是工业自动化技术工业自动化技术综合运用控制理论、电子装备、仪器仪表、计算机和相关工艺技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、节省能耗、降低消耗、减少污染、确保安全等目的的一种综合性技术。 自动化技术广泛用于工业农业军事科学研究交通运输商业医疗服务和家庭等方面。 采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动部分脑力劳动以及恶劣危险的工作环境中解放出来而且能扩展人的器官功能极大地提高劳动生产率增强人类认识世界和改造世界的能力。因此自动化是工业农业国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。 自动控制： 所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。1、从应用角度分、从应用角度分a、过程自动化、过程自动化 石油炼制和化工等工业中流体或粉体的化学处理自动化。一般采用由检测仪表调节器和计算器等组成的过程控制系统对加热炉精馏塔等设备或整个工厂进行最优控制。b、机械制造自动化、机械制造自动化 这是机械化电气化与自动控制相结合的结果处理的对象是离散工件。c、管理自动化、管理自动化 工厂或事业单位的人财物生产办公等业务管理自动化是以信息处理为核心的综合性技术涉及电子计算器通信系统与控制等学科。d、其它：、其它：实验室自动化、家庭自动化、商业自动化2、按测控形式分a、SCADA（Supervisor Control And Data Acquisition）系统 监测控制和数据采集系统。它可以实时采集现场数据，对工业现场进行本地或远程的自动控制，对工艺流程进行全面、实时的监视，并为生产、调度和管理提供必要的数据。 SCADA系统的主要功能包括数据采集、本地和远程控制、多种通讯介质联接、易于重新配置及本地和远程诊断。b、DCS（Distributed Control System）系统 是分布式控制系统，在国内自控行业又称之为集散控制系统。 DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。 DCS系统的基本思想是：利用分散控制、集中操作、分而自制、综合协调的原则，将测控系统分为分散过程控制级、集中操作监控级和综合信息管理级，构成一分级分布式控制系统。因此，DCS的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。c、直接数字控制（DDC）系统d、监督计算机控制（简称SCC）系统e、现场总线控制系统（简称FCS）系统 其结构模式为“工作站现场总线智能仪表”二层结构，成本低，可靠性高，可实现真正的开放式互连系统结构。 操作站 服务器 H2 现场总线 现场设备 124 网桥 32 32 H1 现场总线 H1 现场总线 H1 H1 H1 H1 现场设备 现场设备 LAN FCS控制层原理图 1、SCADA系统 SCADA系统主要应用于水利、石油、供电等行业中，用于地理环境恶劣无人值守的环境下进行远程控制。它的主要结构包括远程控制单元RTU（Remote Terminal Unit）（包括RPC（Remote Pump controller）、通讯网络及中心站。1) 远程终端RTU（包括RPC） RTU 主要作用是进行数据采集及本地控制，进行本地控制时作为系统中一个独立的工作站，这时RTU可以独立的完成连锁控制、前馈控制、反馈控制、PID(比例、微分、积分）控制等工业上常用的控制调节功能；进行数据采集时作为一个远程数据通讯单元，完成或响应本站与中心站或其它站的通讯和遥控任务。2) 系统的通讯网络 主要用于RTU与中心站通讯及与其它RTU通讯。通讯链路种类有无线、有线、微波、光纤。RTU可支持的通讯方式有中心站触发的通讯方式和RTU触发的通讯方式。 中心站触发的通讯方式包括： 轮询方式 由系统设置一个时间周期，每隔一个时间段系统进行一次查询，接收中心站所需要的现场数据。 广播方式 由中心站向所有RTU或某分组内的RTU下发命令。 控制命令下发方式 如下发开、关控制命 令，修改报警及控制权限。 RTU触发的通讯方式 RTU可以在程序中 根据现场情况设置条件，以便在非常情况下向 中心站发送数据。3）中心站 它可包含多个工作站和支持网络功能的设备，以完成不同的工作。它通过中心站软件管理系统数据库，每个工作站通过组态画面监测现场站点，下发控制命令进行控制，并完成工况图、统计曲线、报表等功能。 2、DCS系统 从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。1） 过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。2）操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。3）管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。 DCS系统结构图 管理 微机 网间链接 工程师操作站 操作员操作站 监控 计算机 网间 链接 现场 工作站 PLC 控制器 智能 调节器 其他 装置 综合信息管理级 集中操作监控级 分散过程控制级 到其它局域网 LAN 1、系统工作原理 简易实验1）现在作一个游戏，让张三和李四分别去拿放在一张桌子上的杯子，张三把自己的双眼蒙上，而李四却不用蒙上双眼。看看他们谁能顺利地拿到杯子？2）人打算拿桌子上的杯子时，首先要看一下杯子的位置与自己手的距离有多少，然后人的大脑会指挥自己的手做出动作，向减少这个距离的方向移动，同时不断的观察两者之间的距离还有多少，直到人的手碰到了杯子，大脑就命令手停止运动，杯子也就拿到了。这个过程可以用下边的图来表示。由于没有了眼睛所以图中的反馈就无法形成人这个“机器”也就工作不正常了 自动控制系统工作的关键就在于自动控制系统工作的关键就在于反馈反馈系统系统的存在，正是的存在，正是有了反馈的存在，才使自动化成为可能。有了反馈的存在，才使自动化成为可能。反馈：反馈控制是这样一种控制过程，它能够在存在扰动的情况下，力图减小系统的输出量与参考输入量（也称参据量）（或者任意变化的希望的状态）之间的偏差，而且其工作正是基于这一偏差基础之上的。反馈控制系统是一种能对输出量与参考输入量进行比较，并力图保持两者之间的既定关系的系统，它利用输出量与输入量的偏差来进行控制。 一个自动化系统无论结构多么复杂都是由下面几部分组成一个自动化系统无论结构多么复杂都是由下面几部分组成1.1. 检测比较装置检测比较装置所起作用相当于人眼在上面例子中的作用，主要是所起作用相当于人眼在上面例子中的作用，主要是获得反馈，并且计算我们要达到的目的与现在的实际情况之间的获得反馈，并且计算我们要达到的目的与现在的实际情况之间的差值差值 2.2. 控制器控制器所起作用相当于大脑在上面例子中的作用，主要是用来决所起作用相当于大脑在上面例子中的作用，主要是用来决定应该怎样做定应该怎样做 3.3. 执行机构执行机构主要所起作用相当于人手在上面例子中的作用，完成控主要所起作用相当于人手在上面例子中的作用，完成控制器下达的决定制器下达的决定 4.4. 控制量控制量也就是所要达到的目的，相当于手和杯子之间的距离。控也就是所要达到的目的，相当于手和杯子之间的距离。控制量是我们自动化机器所要达到的最终目的制量是我们自动化机器所要达到的最终目的外界信息五种感官人脑四肢传感器控制器执行器 人体和机器的对应关系 CPU 存储器 人机接口 系统支持板 内 部 总 线 模拟量输入通道 模拟量输出通道 数字量输入通道 数字量输出通道 测量变送 执行机构 电气开关 电气开关 被控对象 计算机系统 生产过程 微机测控系统组成结构框图 热力系统人工控制热力系统自动控制2、自动化各构成部分的作用及实现1）检测（测量）装置 检测（测量）装置主要是传感器。 传感器是一种能把物理量化学量生物量等转变成便于利用的电信号的器件。 输出的电信号有不同形式，如电压电流频率脉冲等，能满足信息传输处理记录显示控制的要求。 通常传感器由感应组件和转换组件组成。感应组件(Sensing Element) 能直接感受被测量的的量;转换组件(Transduction Element)则将感应组件输出量转换为适于传输和测量的电信号。 被测非电量敏感元件转换元件转换电路输出电量辅助电源感应组件转换组件与人类五大感觉器官相比对应的传感器与人类五大感觉器官相比对应的传感器1.1.眼睛（视觉）光传感器眼睛（视觉）光传感器影像传感器等影像传感器等2.2.耳朵（听觉）压力传感器耳朵（听觉）压力传感器电容麦克风等电容麦克风等3.3.皮肤（触觉）力学传感器皮肤（触觉）力学传感器温度传感器温度传感器湿度传湿度传感器等感器等4.4.舌头（味觉）等离子传感器舌头（味觉）等离子传感器化学传感器等化学传感器等5.5.鼻子（嗅觉）半导体气体传感器鼻子（嗅觉）半导体气体传感器燃烧式气体传燃烧式气体传感器等感器等除了以上和五感相比拟的传感器外除了以上和五感相比拟的传感器外还有红外线传感器还有红外线传感器、接近传感器接近传感器速度和加速度传感器、磁性传感器等速度和加速度传感器、磁性传感器等一般测量信号转换为电量类型(根据采集数据转换后接入控制器的种类划分）：被测量转换量举例图例模拟量（连续、不间断的量）05V，15V；020mA，420mA；电阻压力、液位，流量，温度脉冲量236V方波；油、气、水流量，开关量024V开关信号水位（点），阀位 xyk y x 0 2）控制器 控制器（一般是RTU、PLC等设备）的主要作用是进行信号采集、数据转换、运算、处理、发送及本地控制。 由传感器测量的现场被测量被转换为与其成比例的标准电信号后输入到控制器，控制器将接收到的电流信号按相同的比例反算回被测量的现场实际值，同时将该数据应用到其他相关的计算、控制过程并按需要将数据传送至其他位置（如监控机）。 CPU 存储器 人机接口 系统支持板 内 部 总 线 模拟量输入通道 模拟量输出通道 数字量输入通道 数字量输出通道 测量变送 执行机构 电气开关 电气开关 被控对象 计算机系统 生产过程 3）执行机构（执行器） 执行机构是按控制器输出的指令驱动现场设备运行状态发生变化，从而达到控制被控设备的目的的装置。 执行机构一般有电动执行机构和气动执行机构。电动执行机构是以电为动力源的仪表，气动执行机构是以压缩空气为动力源的仪表。1、 彩南油田自动化系统构成：1）单井RPC、自动化仪表；计量站RTU、自动化仪表、电动执行机构；联合站油、水系统RTU、自动化仪表；彩31集气站RTU、自动化仪表；前线SCADA服务器等共同组成SCADA系统。2）联合站污水处理DCS系统（包括GS Manager系统、相关自动化仪表、监控主机）；天然气处理站DCS系统（包括MACS SmartPro系统、相关自动化仪表、调节阀、监控主机）共同构成彩南油田DCS系统。彩南油田SCADA系统原理图两站DCS系统2、功能实现1）单井2）计量站3）联合站3）两站DCS