基本介紹
- 中文名：油田自動化
- 外文名：OilFieldAutomation
- 套用：石油化工
- 學科：石油工程
- 相關技術：PLC、DCS等
- 目的：增加產量、降低消耗
介紹,發展進程,發展趨勢,系統結構,硬體構成,套用系統,PLC技術,DCS技術,SCADA系統,
介紹
油田自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其他信息技術，對油田的油井、計量間、管匯閥組、轉油站、聯合站及原油外輸系統等實施檢測、控制、最佳化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、降低消耗和確保全全等目的的綜合性技術。
計算機技術、信息技術和網路技術的發展為國外油田自動化技術注入了新的活力，國外油田自動化技術正在向開放性、網路化和集成化方向快速發展。可以預見的是，自動化技術必將為油田生產和管理提供更強有力的保障，促進油田生產管理邁上新台階。
發展進程
油田自動化早己擺脫了傳統的自動化模式，由早期的儀表自動化發展為以微電子學為基礎，集微電子技術、電力電子技術、計算機技術和網路通信技術於一體的新一代自動化，進入到大量套用可程式控制系統(簡稱PLC)、集散控制系統(簡稱DCS)和數據採集及監控系統(簡稱SCADA)時期。
譬如蘇丹1 /2 /4區油田及其原油外輸管道過程控制就採用了先進可靠的SCADA系統，其中的中心處理設施、油田生產設施和外輸泵站採用PLC實施過程控制，同時配備基於PLC的緊急關斷系統(簡稱ESD)用來保護工藝設備和人身安全、保護環境、減少和避免事故發生；而位於蘇丹6區FULA油田中心處理站的自動化系統則由站內DCS系統、緊急關斷系統、消防自動化系統、熱媒PLC系統、天然氣壓縮機PLC系統、儀表風橇PLC系統以及燃氣發電機PLC系統等組成。
伊朗雅達油田研製開發的集過程控制、安全儀表和自動化管理於一體的集成化過程控制與安全管理系統(ICSS系統)，實現了從井口到集中處理中心的全油田全數位化自動控制和管理。
雖然國外油田自動化技術己取得長足進步，但各大油田的自動化管理基本上處於對生產過程的控制上，對油氣集輸自動化控制和管理一體化、安全系統自動化管理以及大容量管理信息平台建立還處於起步階段。未來的油田自動化技術正在向開放、網路化和集成化方向發展，具體表現在以下方面：（1）OPLC向微型化、PC化、網路化和開放性方向發展;（2） DCS系統設計面向測控管一體化;（3）SCADA系統向標準化和集成化方向發展。又如建成並可靠運行的SCADA系統為巴基斯坦成品油外輸管道安全可靠輸油提供了強有力的保障。
發展趨勢
系統結構
管控一體化是當前油田自動化系統的最新模式。目前油田自動化監控系統的結構基本上以面向網路為基礎，系統級設備大多採用乙太網Ethernet或光纖環網FDDI等通用網路設備連線高性能的微機、工作站、伺服器，在被控設備現場則較多地採用PLC或智慧型現場控制單元如RPC/RTU等，再通過現場匯流排與基礎層的智慧型I/O設備、智慧型儀表、遠程I/O等相連線構成現場控制子系統，通過乙太網Ethernet或光纖環網FDDI等與廠級系統結合形成整個控制系統。進入90年代以來，基於Internet(國際網際網路)的Web套用技術爆炸性發展，同樣也引發了工業控制領域深刻的技術變革——這一領域的專家們長期追求的以實現“企業綜合自動化”為目標的“管控一體化”工業流程生產集成解決方案所面臨的各種所謂技術標準化問題、用戶程式可移植性問題、系統功能可伸縮性問題、控制設備互操作性問題等等，似乎都已找到了一個已既成事實的解決方法——這就是在全球範圍內得到廣泛而深層次成功套用的基於TCP/IP協定的網路技術和基於WWW協定的Web技術——也就是說，組成“企業綜合自動化”的企業MIS(管理信息系統)和企業生產過程SCADA都以TCP/IP和Web技術為基礎，實現了企業“管”、“控”數據流之間無縫連線，“管控一體化”解決方案變得簡捷和現實可行，產生了以開放性、網路化為特徵的立足於Web和“Infranet+Intranet+Internet”一體化技術的套用可靠成熟的SCADA系列產品。
硬體構成
(1)工業控制網路向有線和無線相結合方向發展油田自動化控制網路向高速交換式乙太網技術發展。從現場角度看，油田自動化體系是一個直接由油田生產現場產生的、物理位置分散、分布時變參數多、生產過程及結果透明度高的開放型大系統。現場自動化體系大部分採用無線區域網路技術，它可以非常便捷地以無線方式連線網路設備，人們可隨時、隨地、隨意地訪問網路資源，是現代數據通信系統發展的重要方向。無線區域網路的未來的研究方向主要集中在安全性、移動漫遊、網路管理以及與3G等其它移動通信系統之間的關係等問題上。對於數據吞吐量大，且數據傳輸速率高的骨幹網路，一般採用符合IEEE802.3μ標準的100Base-T快速乙太網和符合ANSI X3T12標準的FDDI網路。
(2)儀器儀表在向數字、智慧型、網路、微型方向發展對於現場儀器儀表正在向數字、智慧型、網路、微型方向發展。智慧型監控儀表的研究，就目前的發展水平而言，要建立適用於所有油田工況的監控儀表是相當困難的，目前我國儀器儀表行業產品大多屬於中低檔水平，隨著國際上數位化、智慧型化、網路化、微型化的產品逐漸成為主流，差距還將進一步加大。目前，我國高檔、大型儀器設備大多依賴進口。中檔產品以及許多關鍵零部件，國外產品占有我國市場60%以上的份額，而國產分析儀器占全球市場不到千分之二的份額。
套用系統
(1)以WEB為基礎形成自動化實時資料庫網上發布
眾所諸知，一個功能完善資料庫是對整個廠的生產工藝流程參數、報警、報表的及時採集記錄、存儲，並為伺服器處理工作站的數據存儲、查詢、統計和分析提供依據。隨著無人值守工作向縱深的發展和企業管理水平的提高，使企業對生產過程管理有了更高的需求，同時由於個人電腦的普及，資料庫技術，特別是Intranet/Internet技術的發展，使得基於Web的自動化實時資料庫管理系統的出現發展成為必然。
實時資料庫管理系統以單獨的計算機來實現，具有美觀的人機界面，方便的操作方式和豐富多彩顯示形式。這樣的配置既減輕了監控系統的負擔，減化了監控系統的軟體複雜性，增加了監控系統的實時性，作為監控系統的重要組成部分－－實時資料庫要為不同的套用系統服務，可能工作在不同的網路平合上，還能通過標準資料庫接口SQL、ODBC、JDBC等與其他系統互連，如MIS系統。數據格式多種多樣，要方便地進行數據轉換，要定期對海量的各類數據進行糾錯處理，保證數據完整性並及時傳導到別的資料庫中保存。只有建立基於WEB方式的工業控制自動化資料庫系統的強大的技術能力，才能使廣域網路監控系統具有強大的生命力。
(2)以實時資料庫為基礎建立自動化油田地理信息系統（GIS）
一個功能強大、性能完備、線上實用的油田地理信息系統，要具備以下四個條件：必須有效管理和快速顯示海量空間數據，自動生成各類高質量的圖件；必須自動生成和管理拓樸關係；必須快速查詢空間相關數據、空間網路分析和三維模型分析；必須提供多種空間線上的數據錄入和輸出。以上各種功能都是以先進GIS技術作支持。自動化油田地理信息系統同時又是一個GIS地理信息系統的實時資料庫套用系統。
PLC技術
PLC系統主要用於油田生產過程中的順序控制，隨著計算機技術、信號處理技術和控制技術的不斷發展以及用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理及運動控制等功能。如今的PLC不再局限於順序控制，在過程控制和運動控制等領域也發揮著相當重要的作用。微型化、網路化、PC化和開放性是PLC未來發展的主要方向。傳統PLC雖然得到了長足的發展，但也存在著兼容性差、擴展能力差、功能實現主要依賴硬體以及對使用者和維護人員的專業要求高等不足。隨著計算機軟硬體技術的發展，在計算機上以軟體的方式來實現PLC成為了發展的熱點，這也就是軟PLC(Soft PLC )。
軟PLC是一種基於PC機開放結構的控制裝置。它綜合了計算機和PLC的開關量控制、模擬量控制、數學運算、數值處理和通信網路等功能，通過一個多任務的控制核心，提供了強大的指令集、快速而準確的掃描周期、可靠的操作和可連線的各種I/U系統及網路的開放結構。可以預見，隨著軟PLC控制組態軟體的進一步完善和發展，軟PLC的市場份額將逐步增長。
DCS技術
DCS起初使用在模擬量迴路控制較多的煉油等行業中，主要特點是將控制所造成的危險性分散，而將管理和顯示功能集中於一體，即分散控制集中管理。DCS目前在國外油田站場控制系統中得到了廣泛套用。它具有如下特點。
(1)系統一般由控制器、I/U板、操作站、通訊網路、圖形及編程軟體等5部分組成。
(2)硬體系統在惡劣的油田現場具有可靠性高、維修方便及工藝先進等突出優點。軟體平台處理功能強大，具備方便的組態複雜控制系統的能力及用戶自主開發專用高級控制算法的支持能力，可支持多種現場匯流排標準以便適應未來的擴充需要。
(3)系統採用冗餘設計和診斷至模組級的自診斷功能，可靠性高。
(4)過程參數、事故報警和自診斷等管理功能高度集中在控制室進行顯示和列印。
(5)網路結構先進可靠。在操作層，常常採用冗餘的100 Mb/s乙太網;在控制層，一般採用冗餘的100 Mb/s工業乙太網;在現場信號處理層，12 Mb/s的PROFIBUS匯流排連線中央控制單元和各現場信號處理模組。
(6)開放且可靠的作業系統。在操作層採用Windows NT作業系統；採用成熟的嵌入式實時多任務作業系統以確保控制系統的實時性、安全性和可靠性。
SCADA系統
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisi-lion)系統即數據採集與監控系統，是以計算機為基礎的產過程控制與調度自動化系統。它可以對油田現場的運行設備進行監視和控制，以實現生產數據採集、現場設備控制、工藝參數調節、信號報警以及智慧型分析、生產調度等功能。國外油田自動化系統中廣泛採用SCADA系統對油田生產過程實施控制與管理。
第1代SCADA系統產生於20世紀70年代以前，是基於專用計算機和專用作業系統的SCADA系統。
第2代是20世紀80年代基於通用計算機的SCADA系統，它大量採用VAX等其他計算機或其他通用工作站，作業系統一般是通用UNIX作業系統。第1代與第2代SCADA系統的共同特點是基於集中式計算機系統，系統不具有開放性，因而系統維護、升級以及與其他系統聯網存在很大困難。
第3代是20世紀90年代基於分散式計算機網路以及關係資料庫技術的能夠實現較大範圍聯網的較為開放的SCADA系統。
第4代SCADA系統的主要特徵將是採用面向對象技術、Internet技術以及JAVA技術等擴大系統與其他系統的集成，以滿足安全運行以及各種管理的需要。
