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油田采油自动化分布式控制系统设计与实现

发表时间：2020/8/3 来源：《文化时代》2020年5期作者：陆文龙

[导读] 随着油田的不断开采，为了能够确保油田的稳定开采，需要结合油田的实际情况以及油田外部环境，设计自动化分布式控制系统进行油田采油，在该系统中采用单机片80C196作为控制系统核心，利用变送器进行采集获得井口温度、压力等数据。采用合适的电路设计原理和软件控制方法，开发主要的应用程序，进而控制采油效率和设备功率，实现高效率采油。

青海油田采油五厂青海省茫崖市花土沟 816400
        摘要：随着油田的不断开采，为了能够确保油田的稳定开采，需要结合油田的实际情况以及油田外部环境，设计自动化分布式控制系统进行油田采油，在该系统中采用单机片80C196作为控制系统核心，利用变送器进行采集获得井口温度、压力等数据。采用合适的电路设计原理和软件控制方法，开发主要的应用程序，进而控制采油效率和设备功率，实现高效率采油。
        关键词：自动化；分布式控制系统；设计


随着我国科学技术的不断发展，自动化技术也在飞速发展。自动化分布式控制系统在油田采油过程中有着非常重要的作用，由于人们对自动化系统的需求不断提高，以往的控制系统已经没有办法满足当前的需求，因此在采油系统中运用自动化分布式控制系统已经非常重要，通过对自动化分布式控制系统原理进行分析和研究，推动了自动化分布式控制系统的发展。
        1分布式控制系统技术
        分布式控制系统包括：控制技术、显示技术、计算机技术以及通信技术。在油田采油过程中利用分布式控制系统能够实现控制分散、故障率分散以及危险分散，解决了常规控制系统所存在的问题。利用分布式控制系统能够有效提高油田采油的可靠性。在实际应用过程中能够有效实现连续控制、顺序控制以及逻辑控制等，还能实现数据与网络之间的互相通信，将生产过程控制、监控操作进行有效结合，从而有效提高油田采油的效率。
        2系统组成
        油田采油自动化分布式控制系统采用一点对多点的通信方式，还有生产队主要负责监控油井的实施情况，并将所接收到的数据绘制成动态曲线，工作人员能够及时掌握生产信息从而制定相应的应对措施。另外，利用自动化分布式控制系统可以实现采油队之间的互联网通信，从而实现采用自动化生产以及自动化管理。
        油井控制器采用单机片80C196来作为控制核心，显示模块为点阵液晶显示器，利用键盘来设定参数进而控制整个系统的启停，利用采集变送器标准信号能够有效获得油井井口温度及压力数据。
        I/O卡件。分布式控制系统与现场仪表进行连接，可以有效实现A/D/，D/A之间的转换，并且能够实现部分信息之间的输入输出处理，将来自检测仪表的数据信号进行处理，输出信号至执行器。
（1）        控制器。在完成I/O信号处理后，利用合理地控制算法，实现自动控制策略，完成连续的PID调节、顺序控制、逻辑控制等功能。利用串行接口，控制器可以与PLC系统进行通信连接，从而有效提高控制系统的正常运行。
（2）        过程控制网。过程控制网中包含控制器、操作器，通常情况下远程控制网会以冲突检测的方式进行数据连接。完善过程控制网建设，能够有效实现控制器与操作器之间的点对点连接。
（3）        人机界面。人机界面是系统中的操作站。操作站的主要功能就是将控制器中所采集的数据进行读取，同时将操作站中所设定的数据输入到控制器中。通常情况下操作站可以完成实时监控、画面显示、操作命令、报警等功能，能够实现分布式控制系统与上位管理机之间的沟通。一般情况下，人机界面主要包扣工程师站和操作员站，分布式控制系统至少需要具备一个工程师站，来完成工程组态、数据管理以及数据传输等功能，由此可以说明工程师站要具备操作员站的功能。

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（4）        3智能控制设计
        智能控制是自动监控系统中的最为基础的控制单位，智能控制的基本功能是升级油井数据、故障报警、串口通信、采用随动功率因数法进行节电等，智能控制系统通常情况下会安装在配电箱内。
        3.1输入通道信号变换电路
        按键设计采用单机片80C190的输入方式，采用单机片80C190中8位总线驱动对LCD液晶显示屏进行控制，在整个自动化分布式控制系统中输入通道主要用于信号变换。
        3.2监控程序设计
        采用模块化结构设计，其中主要模块含有设定参数模块、软启动保护模块、节电算法控制模块以及显示控制模块。在系统运行模块中，分别包含A/D转换、数字滤波、标度变换以及系统报警控制。
        3.3软启动及节电算法程序设计
        电机负载功率大小可以确定电机节能效果，主要包含分界点功率、功率因数角、额定功率因数角。系统中随动值会在额定功率因数角与功率因数角之间进行变化，如果所测定的功率小于分界点功率，则为欠载状态；如果所测定的功率大于分界点功率，则为额定负载状态，此时触发角为0，导致全额输出电压。在系统运行过程中，负载从欠载状态急剧增加时，会造成电机堵转情况，此时应该迅速减少触发角，提升输出额定电压值。
        4自动化分布式控制系统的优势
        分布式控制系统在采油工作中的设计、施工、调试方面能够实行全方位管理，根据系统配置以及生产设备的控制状况制定合理的维护措施，确保分布式控制系统的预防性维护和日常维护进行紧密结合，对运行过程中所出现的各种问题，及时提出解决对策，确保分布式控制系统能够正常运行。
        分布式控制系统在油田采油的实际应用中，可以发现分布式控制系统的优点非常多，当采油工作出现故障以后能够及时找到故障点，并及时采取有效措施，安排相关人员进行维修处理。从而保证采油工作的正常运行。分布式控制系统的应用收集采油过程中的数据和信息资料，提高对采油工作的数据分析能力，保证分布式控制系统能够正常运行，降低企业投资成本，进而提升油田企业的经济效益。
        5结束语
        根据油田生产的实际情况，设计出相应的产能自动化控制系统，系统主要采用分布式结构，选用单机片80C196为机场控制中心，利用无线技术进行数据传输。基于电力控制和软件控制设计方法，可以实现采用自动化控制管理，从而实现低成本采油。通过现场试验表明，利用功率因素随动技术可以有效提高节能效果，并且该系统程序结构清晰，便于修改。在设计过程中需要考虑到各种外部环境，采取不同的干扰措施，能够有效提高系统的运行效率。


        参考文献：
        [1]李宏朝，胡文娟，王百军，陈举民，王晓静.两级分布式采油自动化智能控制系统设计与实现??[J].《油气田地面工程》，2016（9）：67-69，共3页.
        [2]赵鸿博.面向自动化生产线的分布式控制系统的设计与实现[D].中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所），2015.
        [3]冯鑫.油田联合站自动化控制系统的设计与研究[J].硅谷，2013（06）：103-104.