注水仪表自动化培训

1、 1 1主机主机 系统的核心。系统的核心。接收现场数据，并按照接收现场数据，并按照预定程序对数据运算、判预定程序对数据运算、判断和分析，输出控制信号，断和分析，输出控制信号，送执行机构进行控制。送执行机构进行控制。计算机控制系统基本组成：硬件计算机控制系统基本组成：硬件+软件。软件。硬件为有形设备，包括主机、外部设备、外围设备、自动化仪表。硬件为有形设备，包括主机、外部设备、外围设备、自动化仪表。软件为系统运行、监控、管理程序等。软件为系统运行、监控、管理程序等。一、硬件3 3、外围设备、外围设备 ( (输入、输出通道，显示报警设备输入、输出通道，显示报警设备) ).输入通道：将检测仪表电信号

2、输入通道：将检测仪表电信号A/D转换、滤波、调理后送往主机。转换、滤波、调理后送往主机。.输出通道：将主机运算、处理后的控制信号经输出通道：将主机运算、处理后的控制信号经D/A转换送给执行机构。转换送给执行机构。 2 2、外部设备、外部设备 ( ( 数据输入、输出设备数据输入、输出设备) ).键盘：专用键盘实现控制操作。单键对应某具体操作，方便直观。键盘：专用键盘实现控制操作。单键对应某具体操作，方便直观。.硬盘：保存程序、设置参数、历史数据。硬盘：保存程序、设置参数、历史数据。.显示器：用字符、曲线、图形方式，反映生产动态，实现人机联系。显示器：用字符、曲线、图形方式，反映生产动态，实现人机

3、联系。 4 4、工业自动化仪表、工业自动化仪表 过程输入、输出设备通过程输入、输出设备通过自动化仪表（检测仪表和过自动化仪表（检测仪表和执行机构）与被控对象联系。执行机构）与被控对象联系。1 1、系统软件：、系统软件：由制造厂提供、为用户使用与维护管理计算机而配置的。由制造厂提供、为用户使用与维护管理计算机而配置的。解释、编译程序；解释、编译程序；监控管理程序、故障检查和诊断程序；监控管理程序、故障检查和诊断程序；程序库：为便于用户使用而设置的标准子程序程序库：为便于用户使用而设置的标准子程序操作系统：协调所有计算机软件所设置的主控程序。操作系统：协调所有计算机软件所设置的主控程序。2 2、应

4、用软件：、应用软件：用户编制的解决实际问题的程序。包括用户编制的解决实际问题的程序。包括: :描述生产过程和控制规律以及实现控制动描述生产过程和控制规律以及实现控制动作的程序，广泛涉及到生产工艺、生产设备、控制理论、控制工具等各个方面。作的程序，广泛涉及到生产工艺、生产设备、控制理论、控制工具等各个方面。二、软件过程控制软件分为系统软件、应用软件两大类。过程控制软件分为系统软件、应用软件两大类。一、SCADA系统的构成由由调度中心的计算机系统调度中心的计算机系统、站场控制系统、站场控制系统 RTURTU、数据传输系统、软件组成。、数据传输系统、软件组成。 SCADASCADA系统，是由调度中心

5、计算机通过数据通信系统对远程站点进行遥测遥控系统，是由调度中心计算机通过数据通信系统对远程站点进行遥测遥控分散型综合控制系统。分散型综合控制系统。调度中心的计算机监控系统，通过调度中心的计算机监控系统，通过数据传输网络对各站场数据传输网络对各站场 RTU RTU 定期定期查询、采集操作数据，通过优化计查询、采集操作数据，通过优化计算发出操作、调整指令。算发出操作、调整指令。RTURTU与现场传感器、执行器连接，与现场传感器、执行器连接，进行数据预处理及本站监控。在与进行数据预处理及本站监控。在与监控中心的通信中断时独立工作。监控中心的通信中断时独立工作。 调度中心计算机监控系统，主要由实时数据

6、服务器、操作员站、工程师站、打调度中心计算机监控系统，主要由实时数据服务器、操作员站、工程师站、打印机、交换机、路由器等设备组成局域网络。印机、交换机、路由器等设备组成局域网络。1 1、调度中心计算机监控系统、调度中心计算机监控系统通过数据传输系统连接各站场通过数据传输系统连接各站场 RTU RTU ，实现对整个系统的监测控制。，实现对整个系统的监测控制。存贮各存贮各RTURTU传来的设传来的设备状态、参数数据，备状态、参数数据，定时更新。各工作站定时更新。各工作站共享。共享。对各监测点测量值、设备状对各监测点测量值、设备状态进行监视。有报警声光显态进行监视。有报警声光显示。并可通过遥控指令传

7、给示。并可通过遥控指令传给RTURTU，控制设备、仪表。，控制设备、仪表。工程师站，用于工程师站，用于程序编制、修改程序编制、修改和工程计算、管和工程计算、管理。理。2 2站场控制系统站场控制系统 组成：由远程终端装置、工组成：由远程终端装置、工控机、交换机、路由器通讯控机、交换机、路由器通讯设备等构成。设备等构成。 RTU RTU 是以微处理器为核心的可编程检测、控制组件。由是以微处理器为核心的可编程检测、控制组件。由CPUCPU；存贮器；存贮器；I/OI/O组件；组件；通信组件及人机接口组成。通信组件及人机接口组成。RTURTU主要完成数据采集、控制、数据运算和通讯功能。主要完成数据采集、

8、控制、数据运算和通讯功能。RTURTU可以独立按预定的程序可以独立按预定的程序自行处理站内各种控制功能，同时又能接受调度调度中心的控制指令。自行处理站内各种控制功能，同时又能接受调度调度中心的控制指令。 3 3数据传输系统数据传输系统是采用以微处理器为基础的通信控制器，传送是采用以微处理器为基础的通信控制器，传送 RTU RTU 数据和调度控制命令。数据和调度控制命令。由由MODELMODEL及通信线路（如双绞线、电话线、光纤、微波或卫星线路）组成。及通信线路（如双绞线、电话线、光纤、微波或卫星线路）组成。4.4.软件部分软件部分(1).(1).调度中心软件调度中心软件系统软件用于管理计算机。

9、系统软件用于管理计算机。过程软件：数据库管理软件，网络通信控制软件，信息采集系统软件，报警、显过程软件：数据库管理软件，网络通信控制软件，信息采集系统软件，报警、显示生成及趋势显示软件，报告生成软件。示生成及趋势显示软件，报告生成软件。应用软件是面向用户本身的程序。它由用户或系统供应厂家研制开发。应用软件是面向用户本身的程序。它由用户或系统供应厂家研制开发。(2).(2).站控系统软件站控系统软件系统软件系统软件应用软件：数据采集、记录、处理、显示、趋势显示、报警、站场闭环控制、故应用软件：数据采集、记录、处理、显示、趋势显示、报警、站场闭环控制、故障诊断、通信控制软件等。障诊断、通信控制软件

10、等。二、SCADA系统的功能1.1.调度中心主计算机调度中心主计算机控制功能控制功能1 1）对站场单体设备的开、关或启、停操作；）对站场单体设备的开、关或启、停操作；2 2）对调节参数进行设定；）对调节参数进行设定；3 3）下发全线紧急关断命令；）下发全线紧急关断命令；显示功能显示功能1 1）各站动态流程图、设备状态、参数、报警的实时显示；）各站动态流程图、设备状态、参数、报警的实时显示；2 2）各站参数的历史数据的回放）各站参数的历史数据的回放3 3）各站对连锁命令执行结果的反馈显示）各站对连锁命令执行结果的反馈显示记录功能记录功能1 1）实时采集并记录各站工艺参数，形成历史数据库；）实时采

11、集并记录各站工艺参数，形成历史数据库；2 2）记录各站报警、设备状态变化）记录各站报警、设备状态变化2. 2. 站场控制系统站场控制系统1 1）过程变量巡回检测和数据处理；）过程变量巡回检测和数据处理；2 2）向调度中心报告数据和报警；）向调度中心报告数据和报警；3 3）执行调度中心的控制命令）执行调度中心的控制命令4 4）独立进行）独立进行PIDPID及其它控制；及其它控制；5 5）实现流程切换；）实现流程切换；6 6）自诊断并把结果报告调度中心；）自诊断并把结果报告调度中心；7 7）提供给操作人员操作记录。）提供给操作人员操作记录。第三节第三节 注水井无线网络监控系统注水井无线网络监控系统

12、一、传统控制存在的问题采用传统人工调节方式，当注水干压波动时，调节不及时，造成注水的失控，采用传统人工调节方式，当注水干压波动时，调节不及时，造成注水的失控，当干压较低时甚至出现当干压较低时甚至出现“倒灌倒灌”现象，造成出砂，严重影响油田的稳定开发。现象，造成出砂，严重影响油田的稳定开发。 油田高压注水使用的闸阀作调节阀门，调节费力油田高压注水使用的闸阀作调节阀门，调节费力 、耗时，阀座易堵易卡，关、耗时，阀座易堵易卡，关闭不严，使用寿命短。闭不严，使用寿命短。 高注水压力危险环境下阀门穿孔泄露，现场人工调节不安全。高注水压力危险环境下阀门穿孔泄露，现场人工调节不安全。 二、注水井监控系统组成

13、 监控系统集注水生产设备监测、监控系统集注水生产设备监测、控制、生产管理于一体的综合自动控制、生产管理于一体的综合自动化系统。采用化系统。采用GSM/GPRS/CDMAGSM/GPRS/CDMA移动移动通信技术，实现无线遥测遥控、集通信技术，实现无线遥测遥控、集中管理。中管理。系统采用系统采用“现场现场- -中心中心”二级二级网络结构，实现系统的无线组网、网络结构，实现系统的无线组网、实时监控、自动采集数据、联网报实时监控、自动采集数据、联网报警、联动处理、设备集中管理及事警、联动处理、设备集中管理及事件统计分析、最优化分析功能。件统计分析、最优化分析功能。 注水井无线监控网络系统由三部分组成

14、：注水井无线监控网络系统由三部分组成： 1 1、配水间注水井监控装置：、配水间注水井监控装置：由多台安装在由多台安装在井口的远程数据采集控制器（井口的远程数据采集控制器（RTURTU）构成。）构成。 每台每台RTURTU上有注水压力、流量变送器和双流上有注水压力、流量变送器和双流控制阀，通过控制阀，通过RS-485RS-485串行通讯方式与装在值班串行通讯方式与装在值班室内的注水井集中巡检显示收发控制器联机。室内的注水井集中巡检显示收发控制器联机。作用是实现各注水井压力、流量远程测量、控作用是实现各注水井压力、流量远程测量、控制。制。 2 2、集中巡检无线收发控制器：、集中巡检无线收发控制器：

15、 以无线公网方式（以无线公网方式（GSM/CDMA/GPRSGSM/CDMA/GPRS）与基）与基站的联网计算机通过多信道收发控制器联机站的联网计算机通过多信道收发控制器联机通讯。通讯。 3 3、无线基站及联网信息处理系统：、无线基站及联网信息处理系统： 通过注水自动监视控制系统软件实现对通过注水自动监视控制系统软件实现对注水井远程无线监视和自动调节，确保系统注水井远程无线监视和自动调节，确保系统内注水井平稳注水。内注水井平稳注水。 各注水井的流量、压力数据在监控计算各注水井的流量、压力数据在监控计算机的实时数据库中不断更新，通过油田局域机的实时数据库中不断更新，通过油田局域网实现数据共享，局

16、域网内终端用户根据需网实现数据共享，局域网内终端用户根据需要，实时浏览配水间工况，在被授权时，可要，实时浏览配水间工况，在被授权时，可实时对智能控制调节阀发出指令，调整工作实时对智能控制调节阀发出指令，调整工作参数，从而实现注水管理自动化、网络信息参数，从而实现注水管理自动化、网络信息化。化。三、系统结构及工作原理四、注水井监控系统特点 1 1、远程监测、远程监测 注水压力、流量、控制阀开度状态自动测量，实时监控，及时了解各注水井站注水压力、流量、控制阀开度状态自动测量，实时监控，及时了解各注水井站工作状态，准确掌握地层能量变化，及时调节注水量，实现精确注水工作状态，准确掌握地层能量变化，及时

17、调节注水量，实现精确注水 。 2 2、自动控制阀门、自动控制阀门系统接收人工设定的参数，采用闭环稳流（稳压）控制系统接收人工设定的参数，采用闭环稳流（稳压）控制PIDPID算法，输出脉宽调制算法，输出脉宽调制信号，控制调节阀电机正、反转动，通过减速机构、控制阀体转动，改变开关度。信号，控制调节阀电机正、反转动，通过减速机构、控制阀体转动，改变开关度。 3 3、自动恒流注水、自动恒流注水 “ “自动模式自动模式”下，设定每小时注水流量，系统根据压力情况实时监控恒定注水，下，设定每小时注水流量，系统根据压力情况实时监控恒定注水，自动调节。自动调节。“手动模式手动模式”时，可以远程手动控制阀门调节流

18、量。注水精度高，使用时，可以远程手动控制阀门调节流量。注水精度高，使用方便，劳动强度小。自动实现方便，劳动强度小。自动实现2424小时无人职守、稳流控制，自动注水。小时无人职守、稳流控制，自动注水。 4 4、有效防止倒流、有效防止倒流 停注或注水干线压力下降后，当干压小于起动压力时，自动关闭停注或注水干线压力下降后，当干压小于起动压力时，自动关闭 双流阀双流阀 防止防止压力反吐砂堵，干压恢复时，自动开阀；压力反吐砂堵，干压恢复时，自动开阀； 5 5、无线传输、无线传输系统通过标准系统通过标准RS-485RS-485接口，与接口，与GSM/GPRSGSM/GPRS数字在线传输直接接口联网。数字在

19、线传输直接接口联网。GPRSGPRS数字数字在线传输网络系统及软件，通过微电脑设定参数，在线传输网络系统及软件，通过微电脑设定参数， PCP就是串联泵注水技术。水流首先由增压泵增压及调节流量，再送入注水泵，就是串联泵注水技术。水流首先由增压泵增压及调节流量，再送入注水泵，经多级增压后输出，因此经多级增压后输出，因此PCP系统的输出特性与增压泵和注水泵的特性有关。系统的输出特性与增压泵和注水泵的特性有关。一、PCP注水泵特性 图为英国图为英国WEIR公司生产的公司生产的OA1D56 型增压泵在不同转速下的型增压泵在不同转速下的H-Q 曲线，当曲线，当Q0 = 1040m3/h 时，泵效最高。时，

20、泵效最高。 图为英国图为英国WEIR公司生产的公司生产的OK5F 37 型高压注水泵的型高压注水泵的H-Q 曲线及泵效曲线及泵效曲线。工作点取决于管路特性。曲线。工作点取决于管路特性。第四节 泵控泵技术(PCP) 注水泵和增压泵串接，其流量相同、注水泵和增压泵串接，其流量相同、扬程（压头）迭加。即：扬程（压头）迭加。即： 如果注水情况发生变化，管网的如果注水情况发生变化，管网的H-Q曲曲线也会变化不同，如图中线也会变化不同，如图中、和和分别分别表示在不同管网特性下表示在不同管网特性下H-Q曲线曲线, H0 为当为当Q0=1040m3 / h 时系统的输出压力。时系统的输出压力。 当管网特性变化

21、时，假设管网特性由曲线当管网特性变化时，假设管网特性由曲线变为曲线变为曲线，此时为了保证注水和，此时为了保证注水和管网的效率，须降低输出压力及增大输出流量，只需降低增压泵转速，使工作点由管网的效率，须降低输出压力及增大输出流量，只需降低增压泵转速，使工作点由图中的图中的 A A1 1 迁移到迁移到 A A3 3 。 PCP系统通过变频器调节增压泵转速，系统通过变频器调节增压泵转速，其系统迭加其系统迭加H-Q 曲线工作点改变，系统输曲线工作点改变，系统输出压头、流量变化。出压头、流量变化。增增主主增增主主HHHQQQ 在在PCPPCP系统中系统中, ,前置增压泵是在一定范围内调节系统输出压力和流

22、量的执行环节前置增压泵是在一定范围内调节系统输出压力和流量的执行环节, ,增压泵由增压电机驱动增压泵由增压电机驱动, ,增压电机由变频调速器驱动增压电机由变频调速器驱动, ,变频调速器接受仪表和计算机变频调速器接受仪表和计算机发来的指令信号。发来的指令信号。二、 压力和流量调节 如果被控信号为泵控如果被控信号为泵控泵系统的输出流量，可构泵系统的输出流量，可构成闭环流量调节系统。成闭环流量调节系统。 如果被控信号为泵控如果被控信号为泵控泵系统的输出压力泵系统的输出压力, ,可构可构成闭环压力调节系统。成闭环压力调节系统。 小功率增压泵和高压注水泵串联使用时，注水泵的一部分压力由前置小功率增压泵和

23、高压注水泵串联使用时，注水泵的一部分压力由前置增压泵提供，增压泵起到喂料泵的作用，避免高压泵吸入口压力低造成喘增压泵提供，增压泵起到喂料泵的作用，避免高压泵吸入口压力低造成喘振现象，并可使高压注水泵一直工作在高效区。振现象，并可使高压注水泵一直工作在高效区。 可根据输出压力的需要，对多级高压离心泵进行减级。减级后在排量可根据输出压力的需要，对多级高压离心泵进行减级。减级后在排量不变的情况下，总扬程以单级泵所提供扬程阶梯式下降，总功率也以单级不变的情况下，总扬程以单级泵所提供扬程阶梯式下降，总功率也以单级泵所耗功率阶梯式下降，而泵结构对注水泵效率的影响在泵所耗功率阶梯式下降，而泵结构对注水泵效率

24、的影响在1%1%以内。以内。 在相同的流量下，增压泵的功耗要小得多。当总输出压力相同时，采在相同的流量下，增压泵的功耗要小得多。当总输出压力相同时，采用前置增压泵和注水泵，一方面可以灵活调节总输出排量和压头，又可以用前置增压泵和注水泵，一方面可以灵活调节总输出排量和压头，又可以节约驱动高压泵所需的变频控制设备。节约驱动高压泵所需的变频控制设备。三、节能原理由机械系统、电控系统和辅助系统由机械系统、电控系统和辅助系统3 大部分组成大部分组成四、 PCP注水泵站组成1 1、机械系统、机械系统: : 包括增压泵、高压注水泵及其驱动电机组成。包括增压泵、高压注水泵及其驱动电机组成。 高压注水泵是整个泵站的心脏高压注水泵是整个泵站的心脏，以以1 1台齿轮增速箱与注水泵驱动电机联接台齿轮增速箱与注水泵驱动电机联接, , 主要完主要完成注水工作成注水工作； 增压泵由增压泵由变频变频电机直接驱动电机直接驱动，为高压注水泵提供吸入压力。增压泵输出有一定的为高压注水泵提供吸入压力。增压泵输出有一定