（电气工程专业论文）工程数字化信息系统edis的设计与应用.pdf

d e s i g na 。n da p p l i c a t i o no ft h ee n g i n e e r i n gd i g i t a l i n f o r m a t i o ns y s t e m s ( e d i s ) at h e s i ss u b m i t t e dt o d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y w a n g y i ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r m e n g x i a n y a o a s s i t a n ts u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rg o n gl ij i a n g 9m o n t h2 0 1 0y e a r 噜 二：；l l i h r， j ： 1 j 嫡 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文：王猩数主丝信息丕统( 婴! 曼2 鳇逡让星座用：。除论文 中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文 中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公 开发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法 ，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或 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i c a t i o no f t h e e n g i n e e r i n gd i g i t a li n f o r m a t i o ns y s t e m s ( e d i s ) s c i e n t i f i cr e s e a r c hr o o t si nt h ed i 百t a lo i lf i e l do fc n o o c ( c h i n a ) c o ，l t d s t a r t e d i n2 0 0 8 t h ea u t h o r ，a sah e a do ft h er e s e a r c h ，w h od i dt h er e l e v a n ts t u d yo fb a s i s t h e o r y , c o n d u c t e dt h ed e v e l o p m e n tp l a n n i n go ft h eo v e r a l lf r a m e w o r ko f t h er e s e a r c h a n dp a r to fd e s i g na n dd e v e l o p m e n to ft h es y s t e m t h es y s t e mu s e sm o d e m m a i n s t r e a mi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，i nl i n ew i t hi n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d sa n dc h i n a s n a t i o n a lc o n d i t i o n s ，w h i l ea c h i e v i n gt h er e s e a r c hg r o u pa n dr e s e a r c hs t a k e h o l d e r si n t h ei n t e g r a t i o no fi n t e g r a t i o n ，p r o v i d e sat i m e l ya n da c c u r a t ei n f o r m a t i o na n d c o l l a b o r a t i o n w o r k i n gp l a t f o r m f o rr e s e a r c hm a n a g e m e n t ，i m p l e m e n t sr e s e a r c h m a n a g e m e n to b j e c t i v e s ，a n dt r a n s f e r sa na d v a n c e d ”d i g i t a lp l a t f o r m i nt h et r a n s f e r o fa na d v a n c e d ”r e a lp l a t f o r m ” t h i sp a p e rd i s c u s s e st h eb a s i ct h e o r yo fp r o c e s sc o n t r o la n dm a n a g e m e n t ，t h e r e q u i r e m e n t sa n df u n c t i o n a la n a l y s i so fp l a n te n g i n e e r i n gi n f o r m a t i o ns y s t e mb a s e d o nt h ef o c u so ft h ep l a n te n g i n e e r i n gi n f o r m a t i o ns y s t e md e s i g np r o b l e m s t h i sp a p e r d e s c r i b e st h es y s t e mc o r eo fe n g i n e e r i n gd i g i t a li n f o r m a t i o ns y s t e m ( e d i s ) t h a ti s t h r e e d i m e n s i o n a l d i g i t a l o i lf i e l df a c i l i t i e si n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o np l a t f o r m ( e n g i n e e r i n gi n f o r m a t i o nd a t a b a s e ) a n dc o n s t r u c t i o np r o je c td a t ai n f o r m a t i o np l a t f o r m b a s e do ni s 0 15 9 2 6 ，p r o v i d i n ge n g i n e e r i n gi n f o r m a t i o nc o l l e c t i o n ，e n g i n e e r i n g i n f o r m a t i o no r d e ra n dm i n i n g ，e n g i n e e r i n gi n f o r m a t i o ns h a r i n ga n du s eo f e n g i n e e r i n g i n f o r m a t i o nt r a n s f e ra n d o t h e r f u n c t i o n s ，i n c l u d i n g e n g i n e e r i n g i n f o r m a t i o nc o l l e c t i o ni m p l e m e n t e db yt h ee x p a n d a b l e ”e n g i n e e r i n gd a t aa c q u i s i t i o n m o d u l e c u s t o m i z e dr e l y i n go ne d i sp r o je c ts p e c i f i c a t i o n s t h em o d u l a rd e s i g no f t h es t r u c t u r ei sc o m p l e t e l yo p e n ，s ot h a tt h es y s t e mh a sg o o ds c a l a b i l i t y t h er e s e a r c h ，d e v e l o p m e n ta n d a p p l i c a t i o n o fe d i ss y s t e mi so fg r e a t s i g n i f i c a n c e t op r o v i d e s u p p o r ta n dc a s er e f e r e n c ef o rt h e ”d i g i t a lo i lf i e l d ”o f o f f s h o r eo i li nc h i n a h o w e v e r ，o f f s h o r eo i ls y s t e mi sv e r yl a r g ea n dc o m p l e xt h i s s y s t e md e v e l o p m e n ti ss t i l li nt h et e s tr u ns t a g e ，t h e r e a r es t i l lp r o b l e m so fh o wt o i n t e g r a t et h ee d i sa n d t h ee r ps y s t e m s ，t ov e r i f yt h ep r o c e s si n t e l l i g e n tp & i dd a t a a n dt h r e e d i m e n s i o n a lm o d e li nt h es e c o n da n dt h r e e d i m e n s i o n a la n ds o m eo t h e r i s s u e st or e s e a r c hi n t oa ni n - d e p t he x p l o r a t i o n t h e r e f o r e ，i nt h i sp a p e rs t u d ya n d d i s c u s s i o no nt h ee d i ss y s t e mt h e r ea r ei m p e r f e c t i o n sw h i c hn e e dt of u r t h e ri m p r o v e a n de n h a n c ei nf u t u r e y ，w 1 0 英文摘要 k e yw o r d s ：e d i s ；e n g i n e e r i n gm a t e r i a lc o d e ；e n g i n e e r i n gm a t e r i a ld a t a b a s e ； e n g i n e e r i n gi n f o r m a t i o nd a t a b a s e ；i n f o r m a t i o nr e l a t e d ；c o d i n gs t a n d a r d s i j b ： k 夕 ? 、- ? l o ， y，0苛 1 ：一 、， 目录 目录 第一章绪论1 1 1 课题研究背景1 1 2 国内外工厂工程信息化的研究现状1 1 1 1 工程信息化的必然性1 1 1 2 中国工厂工程信息化的现状3 1 1 3 国外工厂工程信息化的现状4 1 1 4 趋势分析6 1 3 课题概况j 6 第二章过程控制与管理的基本理论9 2 1 分散控制系统( d c s ) 9 2 1 1 d c s 系统简介9 2 1 2 d c s 系统的架构及组成1 0 2 1 3 o c $ 系统功能及技术特点1 1 2 1 4 d c s 系统的发展趋势1 2 2 1 5 主流厂家典型d c s 产品介绍1 3 2 2 p l c 可编程控制器1 5 2 2 1 p l c 的硬件和软件。1 5 2 2 2 基于w i n d o w s 的编程语言标准- - i e c 6 1 1 3 1 3 1 6 2 2 3 p l c 的网络及发展趋势1 7 2 3 组态软件1 8 2 4 p i d 控制算法器：1 8 2 4 1 p i d 控制原理1 9 2 4 2数字p i d 控制算法2 0 2 4 3 智能化改进型p i d 控制。2 2 2 5 过程控制的应用2 4 第三章工厂工程信息化系统的功能分析2 6 3 1 业务需求分析2 6 3 1 1 项目协同工作需求2 6 目录 3 1 2 信息工程集成需求2 7 3 2 功能需求分析。2 9 3 2 1 信息采集功能需求2 9 3 2 2 信息管理功能需求。2 9 3 2 3 收发文流程功能需求3 0 3 2 4 信息集成功能需求。3 0 3 2 5 数字化移交功能需求3 1 3 2 6 日常办公功能的需求3 1 3 3 技术需求分析。3 3 第四章工厂工程信息化系统设计。3 4 4 1 总体设计。3 4 4 1 1 e d i s 系统架构图3 4 4 1 2 工程信息库3 5 4 1 3 协同工作3 7 4 1 4 基础平台3 8 4 1 5 网络架构部署3 8 4 1 6 系统硬件环境4 0 4 1 7 系统软件环境4 1 4 2 系统详细设计4 1 4 2 1 企业浏览器( e n t e r p r i s ee x p l o r e r ) 4 2 4 2 2 内容浏览器( c o n t e n te x p l o r e r ) 5 0 4 2 3 数据查看器5 5 4 2 4 查询表单5 8 4 2 5 工程材料数据库( e m d ) 5 9 第五章结论6 3 参考文献6 4 致 谢6 s 、 ： o ， y；0l， 工程数字化信息系统( e d i s ) 的设计与应用 第一章绪论 1 1课题研究背景 海上油气田开发生产具有高风险、高技术、高投入的特点，如何将三至五年建 成的工程设施顺利移交给油田生产管理者，并为二十年、二十五年甚至更长时间 的油气田设施改造、生产运营、安全应急、设施延寿及弃置等管理提供有效保障? 这是中海油有限公司面临的重要课题。以渤海为例，2 0 0 0 年前投产的油田均已步 入后期生产过程，“十一”五规划中的新建工程设施数量直线上升，预测2 0 1 0 年海上结构物将超过1 0 0 座。根据当前工程设施的设计寿命和生产操作状况，1 0 年左右渤海湾将逐步面临部分油田的废弃与处理。大量的油m - v 程设施缺乏有效 的信息管理，为后期的改扩建工作乃至油田废弃带来了很大的困难，为应对此现 状，2 0 0 8 年中国海洋石油有限公司工程建设部以b z 2 8 2 s 油田群为试点进行了油 田设施数字化的研究和探讨，本人作为此课题的负责人在进行了相关理论研究的 基础上，主持了该课题总体架构的规划及系统的部分开发设计工作。2 0 1 0 年初， 此课题成果e d i s 平台通过了验收测试，本文的研究工作就是围绕着e d i s 平台的 开发设计展开的。 1 2国内外工厂工程信息化的研究现状 1 1 1 工程信息化的必然性 为适应大型工程建设项目而产生的计算机管理信息系统，简称m i s 工程，是 近年来根据工程项目不断扩大、技术日趋复杂、对工程质量、费用和工期的要求 与控制益发严格的形势下，发展起来的新兴学科。m i s 的研究对象，既面向项目 实施阶段的微观管理，同时也面向项目决策阶段的宏观管理。在m i s 工程建设项 目管理中采用现代信息技术可以实现工程建设项目管理的现代化和科学化。目前 在很多领域，如大型火力发电厂、核电站、石油化工装置、大型钢铁厂、海上作 业平台、陆地等大型基建项目都具有投资大、接口多、技术难、周期长、管理协 调复杂困难等特点，应用m i s 信息系统能够显著改进工程项目管理、提高工作质 量和工作效率、降低成本、积累财富、提高大型工程项目的市场竞争能力，因此 具有非常重要的意义。 工程数字化信息系统( e d i s ) 的设计与应用 2 l 世纪事知识经济的时代，大型工程项目的管理必须改变传统的管理模式， 实现信息化管理。项目管理中的核心竞争力也必然越来越依赖于信息技术和管理 的现代化水平的提高。只有充分利用以信息技术为龙头的高新技术，才能推进工 程项目管理信息化，增强项目技术手段和管理能力，提高竞争能力，最终与国际 工程业接轨，实现跨越式发展。近些年来，信息技术在工程项目管理中的应用已 经取得了长足的进步和发展。有些企业中，已经建立了信息网络，并以信息网络 为平台，实现了信息的交流和管理；有的企业开发了自己的企业管理信息系统， 将企业的管理工作放在计算机管理系统的平台上来实现：很多企业在工作中实践 中采用各类专业软件，如设计中的专业软件、投招标过程中的报价软件、工程进 度中的计划管理软件、合同管理软件、生产与材料管理软件等。这些应用，取得 了明显的成效，但与国外先进管理水平相比，依然存在一定的差距。因此，要想 解决目前存在的问题，必须要明确信息化管理的意义，根据的发现问题，及时予 以解决，以便尽快地实现我国建设工程项目管理的信息化。 工程项目管理是个复杂的系统，有投资方、设计方、建设方、施工方、监理方 等多方参与，需要处理和协调项目成本、材料、进度、质量等多个方面。对于大 型复杂的工程，其在管理过程涉及到施工过程中工期短、任务重、行业多、专业 多、交叉作业多等因素，因此依靠传统的管理方式和方法将很难实现预期的工程 目标。因此，信息管理的水平直接决定工程项目管理水平。 工程项目信息化管理的核心是：在工程项目中通过充分利用计算机及网络技 术、数据库技术、数据处理等在内的科学方法对信息进行收集、提炼、加工、存 储、处理、并以此进行辅助决策，从而提高管理水平、降低管理成本、提高管理 效率。现代工程项目管理是一个大的系统平台，各系统之间具有很强的关联性， 因此，为了适应现代化工程越来越复杂化的趋势，在现代化工程项目管理中必须 实现信息化和计算机化。没有先进的信息处理手段是难以实现科学、高效管理的。 信息化对工程企业产生的影响主要包括：企业管理实现了从传统粗放式管理到 现代精细管理的飞跃；企业管理过程实现了从被动控制向主动控制方向的发展； 信息数据库实现了企业知识的积累，企业的管理流程和生产过程得到了严格的控 制。简单的说，信息化技术的引入，对于工程企业管理存在如下好处： 减少管理层次，扩大管理幅度，强化统一管理。 2 、 0 7 j j 工程数字化信息系统( e d i s ) 的设计与应用 可以有效整合全局资源，最大限度发挥资源利用效率。 有利于培养和造就综合性管理人才，使项目部真正成为企业人才的摇篮。 1 1 2 中国工厂工程信息化的现状 我国的工厂工程建设在经过了2 0 多年的实践和摸索后，逐步建立了一整套既 符合中国国情，有能与国际接轨的工厂工程建设管理体系；m i s 帮助企业实现了高 效、有序、清晰地管理，让企业在尝到甜头后深切地感受到有价值的m i s 才能在 企业深入应用下去。但企业应用信息化技术对工程项目进行主动和有效管理的水 平仍然很低，不能有效地保障工程项目建设的规范推进和项目资料的有效收集与 分析。与国外同行相比，工程项目的运营维护和科学化管理均有很大的差距。随 着企业信息化进程的快速推进，企业投入了大量的资源，却没有取得令人满意结 果。除了c a d 、三维设计等基础技术的应用取得了不错的成果之外，现阶段企业 信息化涉及到管理信息化层面就没有这么幸运了，悲观的论调比比皆是，什么吖洋 e r p 水土不服，“e r p 实施成功率不到1 0 ，“e r p 在中国没有出路 ，甚 至有“e r p 实施成功率为零 的观点。信息化样板化使得很多工程项目变成了面 臂f 子项目。比如，我国某大型建设项目投资近千万美元与国外某项目管理公司合作 开发了一个基于w e b 平台的建设项目管理系统，系统的功能是先进的、完备的， 矿 但目前仅有约不到1 8 的单个功能获得使用，并没有达到预期目标，从整体土提 高项目管理水平和管理效率。 具体到大多数项目管理软件而言，目前最突出的问题就是软件系统集成度和推 广应用深度不够，难以有效的与工程实际相结合，具体体现在以下几个方面： 1 ) 缺乏信息资源的基础标准管理体系，信息难以共享。行业或企业的公共基 础数据编码的不统一，导致数据的不一致，数据质量没有保障，数据共享 和关联程度不够。 2 ) 企业基础数据库的准确性和完整性仍有待提高。 3 ) 设计方、施工单位、监理单位、业主项目部各方的数据各自独立，相互间 的信息传送成本较高。 4 ) 软件进一步改进的工作量超出当前信息技术力量所能承受的范围；推广应 用力度不够： 3 工程数字化信息系统( e d i s ) 的设计与应用 5 )“数字移交 的内容和方式难以落实。 更何况国内工厂工程行业数字工程建设起步较晚，各种信息化系统，包括企业 0 a 、m i s 、工程设计系统、文档管理系统、项目管理系统等基础建设薄弱，这其中 主要是工程信息编码体系不完善，或独立性很强造成各系统信息孤立，很难集成 共享。现在国内数字工程的建设大部分还处在初始阶段，重点还是基础数据的积 累，对信息化的高度集成还很薄弱；部分实现了了初步集成。国内应用比较成熟 和领先的业主是南海石化( c s p c ) ，由于前期信息化的大量投入及基础建设扎实， 数字工程建设走的快，实现了工程系统的全面集成，并在运行维护中与s a pe r p 配套使用。 虽然整体数字工程建设进程还在初始阶段，随着基础建设的完善和部分企业的 部分系统的集成，已经提高了企业工作效率，特别是在信息检索或获取方面大大 缩短了时间，为企业带来了一定的效益。 1 1 3 国外工厂工程信息化的现状 国际先进的工程公司都十分重视其信息化的应用和推广，据统计，这些国际工 程公司的信息化投入占总资产约8 - - 1 0 ，年平均投资一般在千万美元左右。目 前，国际工程公司的i t 系统主要包括以下内容： 1 ) c m i s ：完善了由w e b 化的信息技术支撑的项目管理工作程序，实现了项目的规 范化管理与远程管理，强化了过程控制，实现了项目工作流程的可视化、实时 性跟踪和控制，利用先进的项目管理方法和手段，为业主提供全面的项目管理 服务。 2 ) 财务管理系统：能够及时准确地提供企业经营活动中的各项资源调配和费用支 出情况，辅助企业合理利用有限的资金，节约企业的运营成本和中间环节的各 种支出，实现资金流的良性循环和企业现金流量的最大化。不仅强化了企业的 财务管理，改进并完善了企业现有的财务管理流程，利用网络远程监控所有项 目的财务状况，及时掌握经营业务和资金运用情况，杜绝中间层干预，隐瞒或 虚增利润等行为。 3 ) 知识管理系统：构建企业知识库，对纷杂的知识内容( 方案、策划、制度等) 和格式分门别类管理，并以互联网和信息技术为基础，帮助企业对机构相关的 1 j 工程数字化信息系统( e d i s ) 的设计与应用 知识资源进行明晰化、系统化的管理，建立团队协作的专家网络，让所有人都 能快速而方便地访问或学习到所需要的知识。无论是内部员工的知识和工程经 验，还是数据库、业务流程、文档、政策，都能够得到有效的共享利用。 4 ) 视频会议系统和通讯支持平台：保障了企业总部、各分支机构、业主、分包商 及供应商之间的实时沟通与协调，实现信息和资源的共享，以降低管理成本， 提高管理效率。 5 ) d s s ：d s s 辅助企业领导层进行决策，提高其决策水平。在决策过程中，d s s 利 用企业成本数据库中的经验数据和通过知识管理系统及市场管理系统广泛收 集整理的信息资源，对于新进入的市场、业务领域及各项目进行充分的研究论 证，使企业的战略决策和经营决策更为准确、方便和快捷。 6 ) 企业门户网：企业门户网是企业网络化m i s 的入口，通过其中的企业办公平台 实现各分支机构的远程办公，为项目管理者提供项目管理决策所需的信息和部 分管理工具；并为企业管理者提供企业决策所需的企业内部信息、外部信息； 为一般职员提供技术、知识共享手段和执行生产任务的工具：。 7 ) 市场信息管理系统：根据市场的变化对企业的经营结构、市场结构、人才结构 和技术结构进行企业经营战略调整，拉动企业经营触角不断伸向市场的纵深地 带，广泛及时地搜集市场信息并迅速做出反应，及时跟踪工程承包市场昀变化 托 和走势，加快对新技术、新材料的学习，研究及应用。 8 ) 全球采购管理系统：充分利用全球资源，在世界范围内去寻找合格供应商与分 包商，寻求价格合理、质量优良的产品和服务；公司所建立采购通用规则及标 准操作流程都严格遵照国际采购通用规则，即世贸组织政府采购协议、欧 盟采购指令、联合国采购示范法、 世界银行采购指南。 总之，企业信息化不仅促进了国际工程企业战略目标的实现，同时提高企业竞 争力。国外工厂工程行业数字工程建设起步较早，各种信息化系统，包括工程项 目设计系统，文档管理系统，财务及成本管理系统及项目管理系统等基础建设较 完善，特别是工程信息编码体系建设完善，加之工程管理经验积累较丰富，推动 了数字工程的建设与发展。国外数字工程的建设大量已进入信息高度集成化阶段， 重点是在各个系统的信息集成以及信息价值最大化挖掘阶段，部分实现了通过数 字工程将设计系统、文档系统、运营维护系统基于工程对象的集成。由于数字工 5 工程数字化信息系统( e d i s ) 的设计与应用 程建设达到了一定的深度和广度，使得在成本的节约及工作效率的提高上都获取 了一定的成功。 1 1 4 趋势分析 随着工厂工程需求的不断更新和发展，i t 技术的不断发展，工厂工程行业的 数字工程在未来将逐步实现各系统的高度集成化，逐步推进信息的准确性、关联 性、完整性及有效性，逐步实现信息的“及时需求，及时响应 ，逐步实现员工 在线协同工作、沟通交流等；并逐渐达到由原来简单的文档索引到内容管理乃至 知识管理，实现“工作t 0 工作的准确性及持续性，实现最大化数据财富挖掘， 提高信息资源的战略价值。 据近期有关文献的报导，全球的数字工程的发展趋势为： 集成及工作流将以一种灵活的o b j e c t ( 对象) 模型存在，此模型可以被工程技 术人员管理及定制 夺应用程序将被设计成依据工作流模型通过可定制的x m l 模板集交换数据 令整个工程链将在项目的全生命周期中共享同一数字模型 夺三维模型及智能系统图将在运行维护期使用 今工程技术人员将与工程对象工作 1 3 课题概况 海上油气田开发生产具有高风险、高技术、高投入的特点。如何将三至五年建 成的工程设施顺利移交给油田生产管理者，并为二十五年甚至更长时间的油气田 设施改造、生产运营、安全应急、设施延寿及弃置等管理提供有效保障? 这是中 国海洋石油油田管理者及各工程公司面临的重要课题。以渤海为例，2 0 0 0 年前投 产的油田均已步入后期生产过程，“十一五规划中的新建工程设施数量直线上 升，预测2 0 1 0 年海上结构物将超过1 0 0 座。根据依照当前工程设施的设计寿命和 生产操作状况，1 0 年左右渤海湾将逐步面临部分油田的废弃与处理，为了更加准 确的了解和把握在役各油田的设施信息，以便于在未来的油乍开运行维护、改造和 废弃处理上占据主动，海洋石油有限公司计划以3 1 个在役平台和3 个新建平台项 目为实施目标，开发并实施工程数字化信息系统( 以下简称e d i s ) 。 、7 ? 工程数字化信息系统( e d i s ) 的设计与应用 e d i s 系统的目标在于集成工程数据、三维模型、工程文档、运维数据，并与 m a x i m o 、s a pe r p 等系统建立链接，将所有工程相关数据有机集成在一起，形 成完整的工程数据模型，辅助工程信息全生命周期管理与控制。通过系统将传统 的纸质工程档案改变为动态、可编辑、可转换的、可进行专项统计及信息挖掘的 数据交接，包括三维成果的提交，使得3 - 5 年建成的工程设施顺利移交给油田生 产管理者，并为1 5 - 2 0 年安全、顺利的生产操作和管理提供重要保障，为节省工 程项目的管理成本，更为长期油田生产、维护和管理创造有利的环境，同时也为 相似项目的工程设计、项目管理提供参考、借鉴。其定位可参见下图。 隆 燕一一 、 | | i 薹 沁 项翻综台臀瑷 项目管理 项晶工程材料管理 生 睡程茎 | | 公薏 情一洲5 - - t 4 项圈境用和遴盛控制 懦再甘_ 蕈_ 鼍均 j 楠 麓 ll 司凄 li 部蔫 隧 弋夕彳 门鼍 。t i ? 多 e d 猢s 项隧t 程管理协同工作模块； 运嚣 毫 公文篱埋、任务管理、日程管理、义档管理、信息中心 ； 行妄 iit 藿 黝嬲戮 维 。 j 护 睦童 e d l m s 三维数字油田设施信息集成平台 、 系 ：l 信息采集、信息整理挖掘、信息挺章使用、信患移交) t ： o 鸯 统 。磊 噩统萎 锈 睛”毒， 顼日门户 图l1e d i s 系统定位 e d i s 建成后将应用于工程建设的过程管理，尤其是对于油田投产后的工程设 施管理也具有良好的指导意义，从而为工程全生命周期_ 体化管理奠定基础和提 供服务。 e d i s 的设计指导思想为： 令与企业管理战略融合，承传管理理念与机制，体现信息规范，实现管理目 标； 以管理共性为基础，搭建沟通、互动、协作信息管理平台； 具有成果量化机制，凝聚良好企业文化，把执行力延伸到每一个层面； 统一架构、组件式应用，解决集成、适应变化和效率量化三大难题。 7 工程数字化信息系统( e b i s ) 的设计与应用 e d i s 将重点分为以下三个部分： 夺三维数字油田信息集成平台 项目工程管理协同工作模块 令工程材料数据库( e m d ) g 工程数字化信息系统( e d i s ) 的设计与应用 第二章过程控制与管理的基本理论 近年来，计算机技术的飞速发展正迅速改变着工业自动化的现状，传统的生产 过程计算机控制系统已仅仅是一个狭义的概念，现代计算机控制系统的含义已被 大大扩展，它不仅包含我们最熟悉的各种自动控制系统、各种顺序逻辑控制系统、 各种自动批处理控制系统及联锁保护系统，还包括了各生产工段和各生产车间的 优化调度系统，以及整个企业的决策系统和管理系统。计算机控制系统是以计算 机、自动控制理论和自动化仪表等技术为基础，将这些技术集成起来构成计算机 控制系统。过程控制系统是整个油气生产系统实现自动化生产的基础，是油气生 产系统的大脑，是油气生产系统正常运行的保证。典型的计算机控制系统有直接 数字控制( d d c ) 、集散控制系统或分散控制系统( d c s ) 、可编程控制器系统 ( p c s ) 、现场总线控制系统( f c s ) 。计算机网络技术的发展实现了管、控 制一体化的要求，使企业的m i s 系统、设计信息系统与生产过程自动控制系统 有机地结合起来，实现计算机集成制造系统c i m s 或计算机集成过程系统c i p s 【2 】。 2 1分散控制系统( d c s ) 2 1 1d c s 系统简介 分散控制系统( d c s ) 亦称集散控制系统，其本质是采用分散控制和集中管理 的设计思想，分而自治和综合协调的设计原则，采用层次化结构，依次分为过程 控制层，操作监控层、生产管理层和决策管理层1 3 1 。过程控制层主要由过程控制 站、i o 单元和现场仪表组成，是控制功能的主要实施部分；操作管理层包括：操 作员站和工程师站，完成系统的操作和组态；生产管理层是指工厂管理信息系统， 它与决策管理层均为d c s 更高层次的应用，e d i s 平台与新型d c s 的结合已成为 海洋石油生产区域应用研究的一个重要方向。 d c 5 最初产生于7 0 年代中期，h o n e y w e l l 公司在1 9 7 5 年率先推出了只有 模拟量控制的t d c 2 0 0 0 系统。d c s 可按控制功能或区域将微处理器进行分散配置。 控制站可控制几个、十几个、甚至几十个回路。用若干控制站组合可控制整个生 产过程，以实现控制功能分散，使危险分散。人机接口采用两台或多台显示器进 行监控、操作和管理，系统各个站( 节点) 通过完全双重化数据高速通信网络连 9 工程数字化信息系统( e d i s ) 的设计与应用 接起来。直到九十年代末期，集散型控制系统( d c s ) 开始进入过程控制领域，并 逐渐成为过程控制系统的首选。d c s 既解决了常规模拟仪表控制系统功能单一的 局限性，又解决了计算机控制系统危险性集中的问题；系统采用完全双重化通信 网络与各控制站、操作站相连，实现了集中显示、操作和管理，有效地克服了常 规模拟仪表系统的人机接口的缺点，能够实现连续控制、批量( 间隙) 控制、顺 序控制、数据采集、先进过程控制等，将生产控制、操作、管理自动结合起来。 特别是对于规模较大的工厂及平台建设，d c s 系统就更加体现出其整体控制、统一 管理的优势。 分散控制系统d c s 是集4 c ( c o m m u n i c a t i o n ，c o m p u t e r ，c o n t r o l 、c r t ) 技术于 一身的监控技术；是从上到下的树状拓扑大系统，其中通信( c o m m u n i c a t i o n ) 是关 键。可用于大规模的连续过程控制，如石化、采油平台等 集散控制系统具有一般计算机控制系统控制算法先进，精度高，响应速度快的 优点，同时它还具有常规仪表控制系统安全可靠，配置灵活以及维护方便等优点【4 1 。 2 1 2d c s 系统的架构及组成 一般讲，典型d c s 由如图1 所示i o 板、控制器、通讯网络和操作站四部分 组成【5 1 。 【 ( 】 系统网络 现场控制总站 现场控制总站 土处理器 i l末处理器l 由由卤由 弓 现场变送器、执行器 l 图2 1 典型d c s 系统结构图 1 0 工程数字化信息系统( e d i s ) 的设计与应用 i o 板主要完成模拟和数字的转换( a d 和d a 转换) ；控制器是d c s 的核心 部件，任务是完成以p i d 为主要功能的过程控制；操作站将生产过程与人相连， 使人员达到监控、管理生产过程的目的；而通讯网络则是控制器与操作站之间的 纽带。 通常采用若干个控制器对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器之 间通过网络连接并进行数据交换。操作站采用计算机操作站，通过网络与控制器 连接，收集生产数据，传达操作指令。 2 1 3d c s 系统功能及技术特点 集散控制系统( d c s ) 把机电仪技术融合在一起，结合相应的软件，可以实 现数据采集、处理、参数超限报警、设备故障报警、工艺画面显示和报表打印等 功能，并对主要工艺参数形成了历史趋势记录，它是由集中管理部分、分散控制 监测部分和通信部分组成，具有通性强、结构灵活、扩展方便、技术先进、系统组 态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、调试方 便、运行安全可靠的特点。可以方便地实现历史数据存储、动态显示、声光报警、 打印报警、事件报表。在可随时查看的同时，为了安全，系统设置了安全操作级 别，既方便了管理，又使系统运行更加安全可靠，避免了可能出现的因非技术人 员误操作而导致事故发生。总的来说d c s 系统具有以下功能：实现全工厂的信息 化管理和先进控制：适用于大规模的连续过程控制；高精度的p i d 算法处理；现 场信号的实时监控；现场和过程信息的共享、在线修改工艺参数( 对于一些重要 控制回路的参数各大厂家仍不建议采用在线修改) ，优化工艺流程。通讯系统具 有开放性，可以通过通讯卡件实现与多种通讯网络和第三方设备进行通讯。 其主要技术特点包括： 1 ) 体系结构采用先进的四层结构：现场仪表层、控制装置单元层、工厂( 车 间) 层和企业管理层。 2 ) d c s 系统作为计算机控制系统中较为完善和成熟的技术，能够对分布于较 大范围