油田自動(dòng)化知識(shí)

1、 一、什么是自動(dòng)化 二、自動(dòng)化系統(tǒng)分類(lèi) 三、自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成 四、自動(dòng)化系統(tǒng)工作原理 五、彩南油田自動(dòng)化系統(tǒng) 六、小結(jié) 1、自動(dòng)化定義 在無(wú)人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)進(jìn) 行操作或控制的過(guò)程。 研究?jī)?nèi)容：研究?jī)?nèi)容： 自動(dòng)化是一門(mén)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?jī)?nèi)容主要有自動(dòng)控制和信息處理兩個(gè)方 面包括理論方法硬件和軟件等。 2、什么什么是是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)工業(yè)自動(dòng)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(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)檢 測(cè)、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、確保安全等目的的一種綜合性技

2、術(shù)。 自動(dòng)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(dòng)化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力 勞動(dòng)部分腦力勞動(dòng)以及惡劣危險(xiǎn)的工作環(huán)境 中解放出來(lái)而且能擴(kuò)展人的器官功能極大地 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率增強(qiáng)人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界和改造世界 的能力。因此自動(dòng)化是工業(yè)農(nóng)業(yè)國(guó)防和科 學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要條件和顯著標(biāo)志。 自動(dòng)控制： 所謂自動(dòng)控制，是指在沒(méi)有人直接參與的情 況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱(chēng)控制裝置或控 制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程（統(tǒng)稱(chēng)被控對(duì) 象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動(dòng)地 按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。 1、從應(yīng)用角度分、從應(yīng)用角度分 a、過(guò)程自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化 石油煉制和化工

3、等工業(yè)中流體或粉體的化學(xué)處理 自動(dòng)化。 一般采用由檢測(cè)儀表調(diào)節(jié)器和計(jì)算器等組成的 過(guò)程控制系統(tǒng)對(duì)加熱爐精餾塔等設(shè)備或整個(gè) 工廠進(jìn)行最優(yōu)控制。 b、機(jī)械制造自動(dòng)化、機(jī)械制造自動(dòng)化 這是機(jī)械化電氣化與自動(dòng)控制相結(jié)合的結(jié)果 處理的對(duì)象是離散工件。 c、管理自動(dòng)化、管理自動(dòng)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(dòng)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：、其它：實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、商業(yè)自 動(dòng)化 2、按測(cè)控形式分 a、scada（supervisor control and data acquisition）系統(tǒng) 監(jiān)測(cè)控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它可以實(shí)時(shí)

4、采集 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程的自動(dòng)控 制，對(duì)工藝流程進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)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。 b、dcs（distributed control system）系統(tǒng) 是分布式控制系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)自控行業(yè)又稱(chēng)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(gè)控制器（過(guò) 程站）對(duì)一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制， 各控制器間通過(guò)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(guò)網(wǎng)絡(luò)與控制器連接， 收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，

5、傳達(dá)操作指令。 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(cè)控系 統(tǒng)分為分散過(guò)程控制級(jí)、集中操作監(jiān)控級(jí)和綜合 信息管理級(jí)，構(gòu)成一分級(jí)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。 c、直接數(shù)字控制（ddc）系統(tǒng) d、監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制（簡(jiǎn)稱(chēng)scc）系統(tǒng) e、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)fcs）系統(tǒng) 其結(jié)構(gòu)模式為“工作 站現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 操作站 服務(wù)器 h2 現(xiàn)場(chǎng)總線 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 124 網(wǎng)橋 32 32 h1 現(xiàn)場(chǎng)總線 h1 現(xiàn)場(chǎng)總線 h1 h1 h1 h1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備

6、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 lan fcs控制層 原理圖 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(wú)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。 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(shí)作為系統(tǒng)中一個(gè)獨(dú)立的工作站， 這時(shí)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(shí)作為一 個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通

7、訊單元，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)。 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(lèi)有無(wú)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。 中心站觸發(fā)的通訊方式包括： 輪詢(xún)方式 由系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)時(shí)間周期，每隔一 個(gè)時(shí)間段系統(tǒng)進(jìn)行一次查詢(xún)，接收中心站所需要 的現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)、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(chǎng)情況設(shè)置條件，以便在非常情況下向 中心站發(fā)送數(shù)據(jù)。 3

8、）中心站 它可包含多個(gè)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(guò)中心站軟件管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫(kù)，每個(gè)工作站通過(guò)組態(tài)畫(huà)面監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)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。 2、dcs系統(tǒng) 從結(jié)構(gòu)上劃分，dcs包括過(guò)程級(jí)、操作級(jí)和 管理級(jí)。 1） 過(guò)程級(jí)主要由過(guò)程控制站、i/o單元和現(xiàn)場(chǎng)儀 表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實(shí)施部分。 2）操作級(jí)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(jí)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(guó)內(nèi)紙行 業(yè)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少。 dcs系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 管理 微機(jī) 網(wǎng)間 鏈接 工程師 操作站

9、 操作員 操作站 監(jiān)控 計(jì)算機(jī) 網(wǎng)間 鏈接 現(xiàn)場(chǎng) 工作站 plc 控制器 智能 調(diào)節(jié)器 其他 裝置 綜合信息管理級(jí) 集中操作監(jiān)控級(jí) 分散過(guò)程控制級(jí) 到其它局域網(wǎng) lan 1、系統(tǒng)工作原理 簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn) 1）現(xiàn)在作一個(gè)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(shuí)能順利地拿到杯子？ 2）人打算拿桌子上的杯子時(shí)，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(huì)指揮自己的 手做出動(dòng)作，向減少這個(gè)距離的方向移動(dòng)，同時(shí)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(dòng)，杯子也就拿到了。這 個(gè)過(guò)程可以用下邊的

10、圖來(lái)表示。 由于沒(méi)有了眼睛所以 圖中的反饋就無(wú)法形 成人這個(gè)“機(jī)器”也就 工作不正常了 自動(dòng)控制系統(tǒng)工作的關(guān)鍵就在于自動(dòng)控制系統(tǒng)工作的關(guān)鍵就在于反饋反饋系統(tǒng)系統(tǒng)的存在，正是的存在，正是 有了反饋的存在，才使自動(dòng)化成為可能。有了反饋的存在，才使自動(dòng)化成為可能。 反饋：反饋控制是這樣一種控制過(guò)程，它能夠在存在擾動(dòng)的 情況下，力圖減小系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量（也稱(chēng)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(duì)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(lái)進(jìn)行控制。 一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)論

11、結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜都是由下面幾部分組成一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)論結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜都是由下面幾部分組成 1.1. 檢測(cè)比較裝置檢測(cè)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 差值差值 2.2. 控制器控制器所起作用相當(dāng)于大腦在上面例子中的作用，主要是用來(lái)決所起作用相當(dāng)于大腦在上面例子中的作用，主要是用來(lái)決 定應(yīng)該怎樣做定應(yīng)該怎樣做 3.3. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)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，完成控主要所起作用相當(dāng)于人手在上面例子中的作用，完

12、成控 制器下達(dá)的決定制器下達(dá)的決定 4.4. 控制量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。控也就是所要達(dá)到的目的，相當(dāng)于手和杯子之間的距離?？?制量是我們自動(dòng)化機(jī)器所要達(dá)到的最終目的制量是我們自動(dòng)化機(jī)器所要達(dá)到的最終目的 外 界 信 息 五種感官人腦四肢 傳感器控制器執(zhí)行器 人體和機(jī)器的對(duì)應(yīng)關(guān)系 cpu 存儲(chǔ)器 人機(jī)接口 系統(tǒng)支持板 內(nèi) 部 總 線 模擬量輸入通道 模擬量輸出通道 數(shù)字量輸入通道 數(shù)字量輸出通道 測(cè)量變送 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電氣開(kāi)關(guān) 電氣開(kāi)關(guān) 被 控 對(duì) 象 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 生產(chǎn)過(guò)程 微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖 熱力系統(tǒng)人工控制熱力系統(tǒng)自動(dòng)控制 2、自動(dòng)化各構(gòu)成部分的作用及實(shí)

13、現(xiàn) 1）檢測(cè)（測(cè)量）裝置 檢測(cè)（測(cè)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(hào)的器件。 輸出的電信號(hào)有不同形式，如電壓電流 頻率脈沖等，能滿(mǎn)足信息傳輸處理記錄 顯示控制的要求。 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(cè)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(cè)量的電信號(hào)。 被測(cè) 非電量 敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路 輸出 電量 輔助電源 感應(yīng)組件轉(zhuǎn)換組件 與人類(lèi)五大感覺(jué)器官相比對(duì)應(yīng)的傳感器與人類(lèi)五大感覺(jué)器官相比對(duì)應(yīng)的傳感器 1.1.眼睛（視覺(jué)）

14、光傳感器眼睛（視覺(jué)）光傳感器影像傳感器等影像傳感器等 2.2.耳朵（聽(tīng)覺(jué)）壓力傳感器耳朵（聽(tīng)覺(jué)）壓力傳感器電容麥克風(fēng)等電容麥克風(fēng)等 3.3.皮膚（觸覺(jué)）力學(xué)傳感器皮膚（觸覺(jué)）力學(xué)傳感器溫度傳感器溫度傳感器濕度傳濕度傳 感器等感器等 4.4.舌頭（味覺(jué)）等離子傳感器舌頭（味覺(jué)）等離子傳感器化學(xué)傳感器等化學(xué)傳感器等 5.5.鼻子（嗅覺(jué)）半導(dǎo)體氣體傳感器鼻子（嗅覺(jué)）半導(dǎo)體氣體傳感器燃燒式氣體傳燃燒式氣體傳 感器等感器等 除了以上和五感相比擬的傳感器外除了以上和五感相比擬的傳感器外 還有紅外線傳感器還有紅外線傳感器、接近傳感器接近傳感器 速度和加速度傳感器、磁性傳感器等速度和加速度傳感器、磁性傳感器等

15、 一般測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電量類(lèi)型(根據(jù)采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 后接入控制器的種類(lèi)劃分）： 被測(cè)量轉(zhuǎn)換量舉例圖例 模擬量 （連續(xù)、不間斷 的量） 05v，15v； 020ma，420ma； 電阻 壓力、液位， 流量，溫度 脈沖量236v方波； 油、氣、水流 量， 開(kāi)關(guān)量024v開(kāi)關(guān)信號(hào) 水位（點(diǎn)）， 閥位 x y k y x 0 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(hào)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、處理、 發(fā)送及本地控制。 由傳感器測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)被測(cè)量被轉(zhuǎn)換為與其成 比例的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)后輸入到控制器，控制器將接 收到的電流信號(hào)按相同的比例反算回被測(cè)量的現(xiàn) 場(chǎng)實(shí)際值，同時(shí)將該數(shù)據(jù)應(yīng)用到其他相關(guān)的

16、計(jì)算、 控制過(guò)程并按需要將數(shù)據(jù)傳送至其他位置（如監(jiān) 控機(jī)）。 cpu 存儲(chǔ)器 人機(jī)接口 系統(tǒng)支持板 內(nèi) 部 總 線 模擬量輸入通道 模擬量輸出通道 數(shù)字量輸入通道 數(shù)字量輸出通道 測(cè)量變送 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電氣開(kāi)關(guān) 電氣開(kāi)關(guān) 被 控 對(duì) 象 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 生產(chǎn)過(guò)程 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(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化，從而達(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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī) 構(gòu)。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以電為動(dòng)力源的儀表，氣動(dòng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以壓縮空氣為動(dòng)力源的儀表。 1、 彩南油田自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成： 1）單井rpc、自動(dòng)化儀表；計(jì)量站rtu、自動(dòng) 化儀表、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；聯(lián)合站油、水系統(tǒng)rtu、 自動(dòng)化儀表；彩31集氣站rtu、自動(dòng)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(dòng)化儀表、監(jiān)控主機(jī)）；天然氣處 理站dcs系統(tǒng)（包括macs smartp