第一章-海洋石油自动化控制系统

第一章海洋采油自动化控制系统

海上油田一般考虑的自动控制总体设计方案有以下几种：

一、以现场显示、就地控制为主的方案

仪表选型以气动和就地式仪表以及现场控制盘为基础。该方案的特点是投资少，安全可靠性高，对操作人员技术水平要求低，安装和维护工作量大，系统扩展性差。适用于井数少、产量不大的采油平台。

二、就地控制与集中控制相结合的方案

1、方案1

仪表选型以气动和电动仪表为基础，集中监控由控制室模拟仪表实现。该方案的特点与“以现场显示、就地控制为主”方案差不多。增加集中控制，给生产管理带来方便。采用电动仪表后信号传输速度高，电缆安装比气管线的安装简单容易。控制室用模拟仪表盘对现场各种参数进行显示、记录、报警和控制，减少了现场操作人员。但该系统灵敏性、扩展性差，仪表盘占用空间较大。现场接到控制室的电缆较多，工作量大，该方案适合井数少，产量较大的平台。

2、方案2

仪表选型以气动和电动仪表为基础，集中监控使用微处理机的监控装置来实现。该方案的特点在于集中监控所采用的设备与方案1不同。监控装置包括多个现场终端和控制室的计算机系统，现场终端以微处理机为核心。这种方案使系统的扩展和修改比较易行。它比较灵活，功能也强，能收集现场各种参数集中显示，还能进行数据处理和打印报表，也可根据需要在控制室内操纵现场电机、泵、阀的启停和开关。通过通讯装置还能与其他平台和岸上终端基地的计算机实现联网、进行数据交换和遥控。监控装置占用空间小，现场到控制室的电缆数量少，装置还具有自检、自处理功能，维护较为方便。但要求操作人员的技术水平高。

三、分散控制集中方案

仪表选型以电动仪表为基础，采用以微机为核心的集散装置分级控制和管理。该系统充分发挥计算机的特长，对于规模大的海上油田自动化管理和无人值守平台的实现提供了前提。

在没有开发某一具体油田时，很难说采用哪一种方案为最佳。不同的方案，采用的仪表装置差异很大。一般认为方案2最为适当，这是因为这一方案有较大的仪表覆盖性，可靠性也较高。

对平台上独立性较强或自成体系的工艺和公用系统均设置了现场控制盘。这些现场控制盘大都是由基地式盘装和架装仪表及断电器组成，这些现场控制盘承担对本系统的各种参数如温度、压力、液位、流量的指示和控制以及对本系统突发性事故或当人为出现某些误操作时进行应急保护。现场控制盘接收中控盘的关断指令，同时把状态信号、公共报警信号传送给中控盘。

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本部分主要内容包括现场各种探测器、传感器的使用及维护，中央控制系统、ＰＬＣ控制系统、ＤＣＳ系统的原理、组态、应用、故障分析及排除，井口控制盘及井下安全阀、地面安全阀的工作原理故障判断，火灾控制盘的控制原理及日常维护，自动控制执行机构、各种阀、气－电、电－气转换器使用及日常维护等。

四、中控系统（CCS）

中央控制系统一般采用系列可编程控制器作为其硬件核心，结合工业控制计算机开发的

一种集过程控制及逻辑处理于一体的集散控制系统。该系统大多由大的公司如FISHER ROSEMOUNT等所提供。对平台的生产过程进行集中监视，紧急关断操作、管理和分散控制。其控制是利用分散到各个执行结构的就地控制盘、热电站、燃气压缩机、注水系统、火灾盘、

消防系统、高低压开关扳等控制单元来实现。如下图所示：

图1－1 中央控制系统框图

1．中控系统的组成

中控系统按其功能可分为三个子系统：工艺过程监控系统（PLC或DCS系统）、紧急关

断系统（ESD）和火/气探测系统（F&G）,这些系统在后面的章节将有较详细的介绍。

2．中控系统的对外接口

这里指的接口不是计算机的外围设备如打印机、显示器、键盘等，而是中控系统对现场工艺系统、公用系统以及生活设备之间的数据采集及控制信号传输，它们之间用相应的电信号和通信电缆作为彼此间联系的纽带。这些电路就是中控系统对外部设备的接口。常见的有I/O端子、RS232C、RS422和现场总线适配器等。

中控系统的外部设备包括：现场仪表、现场控制盘、燃气压缩机控制盘、电站控制盘、

水泵控制系统、消防系统及ESD系统等。

它们之间传输信号的种类有：

4－20MA 模拟标准信号PI 应急关断信号DI 正常

操作启/停信号RS422

RTD 3．实例渤南B Z26-2平台中控系统脉冲信号现场报警信号串行通信信号热电阻信号等。

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生产控制系统

BZ26-2 平台的生产控制系统采用的是Honey Well公司的PKS系统，用来实现过程控制、计量、数据采集和其他的相关功能。它具有人机界面好，便于集中操作、监视和管理大型现代化工业生产设施，能与计算机及常规仪表相兼容，系统构成方便灵活，不仅易于扩展，且维护简单等优点。

它可实现如下的功能：

动态显示生产流程、主要工艺过程参数及设备运行状态

对生产过程进行监控

实现两位式开/关控制、连续的PID 调节、分程、串级等其它高级控制功能

泵、电动机、阀的手动或自动开/关操作

生产过程、ESD、火气系统的图形动态显示

系统自诊断功能，任何元件故障时，向操作者发出警报

记录并打印所有警报、事件

在线精确地调整各种测量数值的比例系数。

在线对数据库定义进行修改、组态、调整参数、改变警报点设置以及备份史记录

对电磁阀和继电器触点进行逻辑控制。

计时、表决及排序功能等。

按照用户的要求生成报告并按需打印日、周、月报

在故障时或平台投产调试时，由软件提供关断信号的旁路功能

由软件提供对输入/输出信号的强制复位、旁路功能。

电源模块

通讯模块

模拟量输入卡（AI）

模拟量输出卡（AO）

数字量输入卡（DI）

数字量输出卡（DO）

生产控制系统的服务器兼操作站（Server/Operation Station）

生产控制系统的操作站（Operation Station）

交换机（Express Ethernet Switches）

4．工艺过程控制系统

参数控制

海洋采油自动化所需控制的参数主要有：压力、流量、液位、温度、压差、泵的保护、压缩机的喘振等控制参数。下面介绍各参数的控制方法。

（1）分离器控制系统

1）压力控制

调压器在控制回路中的作用是对实际压力（过程变量）与预定压力（称作设定值）进行

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