【正文】 減少投資和降低運營成本。GSM 適合于話音通信，雖然通過 SMS 短信也能實現(xiàn)信息傳遞，但這種通信方式只適合用于數(shù)據流量小，即實時性要求不高的場合。GSM 數(shù)字網具有較強的保密性和抗干擾性，音質清晰，通話穩(wěn)定，并具備容量大，頻率資源利用率高，接口開放，功能強大等優(yōu)點。下面對幾種無線通信方式作簡要描述，結合本設計情況，選擇最適合系統(tǒng)的無線數(shù)據通信技術。表21 監(jiān)控系統(tǒng)通信方式性能對比表通信方式可靠性可移動性運行成本維護成本通信延時覆蓋范圍有線通信高差低高短小無線通信低好高低長大 常用無線通信方式無線網絡是利用無線電波來實現(xiàn)計算機設備網絡數(shù)據傳送的系統(tǒng)。（2） 一般有線通信的質量會隨著線路的擴展而急劇下降，到四公里左右已經無法傳輸高速率數(shù)據，或者會產生很高的誤碼率；（3） 有線數(shù)據傳輸網絡的系統(tǒng)擴充性較差，原有布線所預留的端口不夠用時，再增加新的監(jiān)測分站就會遇到重新布置線纜繁瑣、施工周期長等麻煩；無線網絡擴充性較強，可以迅速組建起通信鏈路，如果增加智能監(jiān)測分站無需重新鋪設電纜。隨著電信技術的迅猛發(fā)展，可用于監(jiān)控管理的通信方式有多種，一般可分為有線通信和無線通信方式，無線通信方式中可以分為專用網絡和共用網絡，常用到的有微波、無線集群、GSM 短消息、CDMA 和 GPRS 通信方式[8]。設備現(xiàn)場(現(xiàn)場控制箱)的“自動／手動”選擇開關打向現(xiàn)場手動，現(xiàn)場設備線路和PLC控制系統(tǒng)斷開，不受PLC控制，直接由接線控制，由現(xiàn)場開關控制啟動及停止。操作員在上位機CRT上，利用鼠標—對—選擇設備，在彈出的對話框中選自動或停止。另外在自動流程畫面上有緊急停止按鈕，在系統(tǒng)出現(xiàn)重大險情時，按此按鈕，可使所有運行設備立即停止。主控室控制柜面板上“計算機自動／現(xiàn)場手動”操作開關打向計算機自動方式，系統(tǒng)受自動控制裝置監(jiān)視控制。在操作站上發(fā)計量開始命令，通過對液量、密度、溫度、氣量進行數(shù)據采集，并對液量和氣量進行累計得出液量、氣量累計值。狀態(tài)報警：包括電泵缺相、短路報警，分離器高、低液位報警，三通閥狀態(tài)報警等。（6） 電加熱器的控制對電加熱器進行控制，以保證電加熱器出口的原油維持在一定的溫度。平臺油井的安全閥系統(tǒng)不能通過平臺可編程控制器自行關斷，只有在非常緊急的情況下， 由陸地站或中心平臺站向平臺RTU發(fā)出關斷命令并確認后而關斷，排除了可能的誤報警自動關斷?？蓪崿F(xiàn)機采井泵的遠程啟停。要求視頻圖象能夠傳輸?shù)街行钠脚_監(jiān)控中心。海上自動化系統(tǒng)應充分考慮到這個因素，每口電泵井都安裝三相電流傳感器、電壓傳感器、運行狀態(tài)監(jiān)測、油壓、套壓、回壓壓力變送器、油溫變送器、啟停控制裝置，以及保護中心裝置；每口螺桿泵井安裝電流傳感器、電壓傳感器、啟?？刂蒲b置。 平臺匯管出口緊急關斷。匯管油溫檢測，匯管壓力檢測及高低限報警，海管流量及密度。第二類是生產管理需要的：油溫、油壓、回壓、套壓、井下壓力和溫度、注水壓力、電泵運行參數(shù)、油氣水計量、注水計量等、海管干溫、干壓、流量、密度。 在中心平臺上監(jiān)控系統(tǒng)要求的功能較強，邏輯關系較復雜。衛(wèi)星平臺之間和衛(wèi)星平臺到中心平臺之間供電采用海底電纜，油氣輸送采用海底管道來完成。水源井注水是從采水地層，利用深井泵將地層水抽出，經粗、細過濾器濾掉懸浮顆粒達要求后，經注水泵將地層水注入到油層中。注水系統(tǒng)從注水的來源不同而分為三類：注海水、注地層水和污水回注。（3）水處理系統(tǒng)水處理系統(tǒng)包括含油污水處理系統(tǒng)和注水系統(tǒng)。對于某些油田來說，天然氣經壓縮可供注氣或氣舉使用。一般情況下，海上原油的儲存周期為 7~10天。分離出的原油如果含鹽量比較高，會對煉廠加工帶來危害，影響原油的售價，因此有些油田還要增加脫鹽設備進行脫鹽處理。液相采用油水分析儀測量含水率，從而測算出單井油氣水產量。由于電潛泵井需進行檢泵作業(yè)，因此平臺上需設置可移動式修井機進行修井作業(yè)，或用自升式鉆井船進行修井。本章小結本章節(jié)首先闡述了本課題研究的背景及意義，然后說明了遠程監(jiān)控技術的原理、分類、發(fā)展史及國內外的研究現(xiàn)狀，同時也分析了目前國內外海上油田監(jiān)控技術的發(fā)展現(xiàn)狀，最后，對本論文即將要完成的工作給予了說明。（4）采用模糊PID控制理論，設計控制算法，實現(xiàn)液位、溫度等的高效、準確控制。在埕島油田，提出了一套全新的衛(wèi)星平臺無人值守、中心平臺少人值守的生產模式，為達到這個目的，先進的自動化系統(tǒng)是保證。平臺上裝有油氣水處理設置、鉆井設備、油氣存儲、水和天然氣的回注裝置及發(fā)電機等所有設備都安全置于海上的鋼結構平臺上，這些平臺都實施了自動化程度較高的管理。它還可對上開放，與站內的管理信息系統(tǒng)聯(lián)接。日趨成熟的“現(xiàn)場總線技術”可望取代長期為人所接受的4—20mA類標準[5]。80年代的灘海大型平臺自動化系統(tǒng)由過程控制、緊急停車、火災可燃氣體檢測、海底控制、流量計量和監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)構成。油田生產過程自動化系統(tǒng)可分為兩大組成部分：一部分是SCADA（過程監(jiān)控與數(shù)據采集系統(tǒng)）或DCS（分布式控制系統(tǒng)），這也是石油行業(yè)自動化生產的兩種基本模式；另一部分是用來保護工藝設備、人身安全、保護環(huán)境、減少和避免事故發(fā)生的ESD（緊急關斷）系統(tǒng)，以及滿足油田生產需要的變配電和通訊系統(tǒng)的自動化。 海上油田監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀油氣田自動化技術的基本內容，一般來說就是采用合適的自動化設備對生產過程進行監(jiān)測、分析和控制。（3）通信質量的提高對遠程監(jiān)控系統(tǒng)有重大影響，目前許多單位都在對如何提高通信質量問題進行研究。目前，我國正處于Internet發(fā)展的初級階段，對于遠程監(jiān)控技術也展開了積極的研究，主要集中于各大學。對于遠程監(jiān)控技術，國內外都展開了積極的研究。遠程監(jiān)控技術是計算機網絡技術和監(jiān)控技術的結合。以太網絡作為控制網絡的發(fā)展趨勢，其最大的優(yōu)勢還在于它應用的廣泛性。人們期望的一種現(xiàn)場總線一統(tǒng)天下的局面并沒發(fā)生，這讓許多用戶感到失望。同時，市場上已經出現(xiàn)了幾十種現(xiàn)場總線。但是，目前的現(xiàn)場總線技術仍具有很大的局限性，在全開放、全分散控制等方面，仍存在許多需要解決的問題?，F(xiàn)場總線是對DCS的拓展，突破了DCS相對封閉的限制。20多年來，DCS己經廣泛應用于各工業(yè)領域，成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流。（2）集散式控制(Distributed Control System，DCS)系統(tǒng)集中式監(jiān)控系統(tǒng)畢竟存在重大缺陷，必須尋求一種更為可靠有效的控制系統(tǒng)。但是存在兩個突出的問題，第一是可靠性問題，由于所有被控設備的過程監(jiān)測、數(shù)據采集、報錯記錄和過程控制等功能都由一臺計算機完成，故障的危險就都集中到這一臺計算機上了，這一臺計算機一旦出現(xiàn)故障，將導致整個系統(tǒng)癱瘓。這是目前使用比較多的一種監(jiān)控方式。在這種方式中，設備控制系統(tǒng)和設備是分離的，而在設備控制系統(tǒng)內信號的傳遞速度要求很高，要求系統(tǒng)能夠立刻對現(xiàn)場做出反應。這種模式可實現(xiàn)遠程設備的無人控制，可應用于危險環(huán)境和人力不能到達的地方等。（3）現(xiàn)場監(jiān)測與控制系統(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)是直接對現(xiàn)場設備進行監(jiān)測控制的系統(tǒng)。目前，由于PC機的廣泛應用和價格越來越低廉，并且用于遠程監(jiān)控的PC機遠離工業(yè)現(xiàn)場，所以基于PC機的遠程控制端軟件技術發(fā)展迅速，PC機成為遠程監(jiān)控終端系統(tǒng)的主要操作平臺。遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以劃分為：遠程監(jiān)控終端系統(tǒng)、遠距離數(shù)據傳輸系統(tǒng)、現(xiàn)場設備監(jiān)測與控制系統(tǒng)三部分[2]。從遠程監(jiān)控的字面意思來理解，遠程指的不是近距離的，監(jiān)控指的是監(jiān)測和控制，監(jiān)測和控制的對象是一個物理系統(tǒng)，如大型機械、生產線、水電站等等，它們由計算機系統(tǒng)進行控制和管理，因此遠程監(jiān)控是監(jiān)控計算機系統(tǒng)的運行情況。目前，國外海上油氣田和國內油氣田大多數(shù)都采用有人值守的采油模式，這些平臺結構復雜，造價昂貴，而且是相對獨立的完整體系，適用于產量集中，海域水深較深的條件。它為開發(fā)和利用海洋資源提供海上作業(yè)與生活的場所。海洋石油蘊藏量約1000多億噸，海洋天然氣儲量約140萬億立方米。海上石油平臺遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計畢業(yè)論文目錄第一章 緒論 1 課題研究背景及意義 1 遠程監(jiān)控技術概述 1 遠程監(jiān)控原理 2 遠程監(jiān)控的分類 3 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展 3 遠程監(jiān)控技術的研究現(xiàn)狀 5 海上油田監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 6 國外海上油田監(jiān)控技術 7 國內海上油氣田監(jiān)控技術 7 論文完成的工作 8本章小結 8第二章 課題背景 9 海上油氣集輸系統(tǒng) 9 海上石油平臺的組成和運行 10 現(xiàn)場監(jiān)控需求分析 10 系統(tǒng)監(jiān)控參數(shù)的確定 11 系統(tǒng)功能需求 11 控制系統(tǒng)操作方式需求 13 系統(tǒng)通信方式選擇 14 有線通信方式 14 常用無線通信方式 15 本文選擇的無線通信方式 17 微波擴頻無線通信協(xié)議 17本章小結 19第三章 海上石油平臺遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計 20 控制系統(tǒng)的選擇 20 集散控制系統(tǒng)（DCS） 20 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS） 22 PROFIBUSDP現(xiàn)場總線技術 23 本文選擇的控制系統(tǒng) 24 海上石油平臺遠程監(jiān)控系統(tǒng)結構設計 24 基于PLC網絡的集散遞階管控系統(tǒng)的設計 25本章小結 28第四章 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計 29 工控機 IPC6908 29 無線收發(fā)設備 SRM6100 30 SRM6100的特點及技術指標 30 PLC的選型與研究 30 PLC概述 30 PLC的工作原理 31 本系統(tǒng)PLC的選型 33 遠程分布式I/O的選擇 36 傳感器的選擇 37 壓力變送器的選擇 38 溫度變送器的選擇 39 液位變送器的選擇 40 渦輪流量計 41本章小結 41第五章 控制算法設計與研究 42 控制策略研究 42 PID控制理論 43 模糊自適應PID控制算法 44 模糊PID控制介紹 45 模糊PID控制器原理 45 模糊自適應PID控制器設計 46 確定系統(tǒng)的輸入輸出變量 46 PID參數(shù)模糊調整規(guī)則 47 模糊推理及解模糊化 48本章小結 52第六章 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計 53 編程軟件STEP7 53 硬件組態(tài) 54 組態(tài)軟件設計 57 WINCC系統(tǒng)構成及功能介紹 58 WINCC與PLC的通信 59 WINCC監(jiān)控界面設計 60 登錄界面的設計 60 主界面的設計 60 原油處理 61 污水處理 62 海水處理 63 衛(wèi)星平臺監(jiān)控 63 閥門監(jiān)控 64 泵監(jiān)控 64 罐監(jiān)控 65 歸檔 66 報警 66本章小結 67總結 68參考文獻 69致謝 71第一章 緒論第一章 緒論 課題研究背景及意義隨著全球工業(yè)化的發(fā)展，能源短缺的問題日益突出。據統(tǒng)計，占整體的34%。海上石油平臺是高出海平面的一種海洋工程結構，是進行海洋油氣資源開發(fā)的生產基地。由于油井數(shù)量多且分布范圍廣，這種方式必然使工人勞動強度加重，并且影響設備監(jiān)控與采油數(shù)據的實時性，甚至準確性。 遠程監(jiān)控技術概述7 遠程監(jiān)控原理遠程監(jiān)控是建立在現(xiàn)代的計算機技術、通信技術、控制技術以及圖形技術上的一個新的應用。遠程監(jiān)控技術是遠程監(jiān)測與控制技術的結合，是本地計算機系統(tǒng)通過網絡系統(tǒng)對遠端的控制系統(tǒng)進行監(jiān)測與控制[1]。從功能角度來看，主要包括遠程設備狀態(tài)的終端顯示，控制命令及參數(shù)的輸入，對命令參數(shù)和狀態(tài)數(shù)據進行必要的處理，以及其他操作。另一方面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)將監(jiān)控端的控制信息反饋到現(xiàn)場的控制主機，使主機能對設備進行實際的控制。這樣就要求設備不斷向遠程監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送設備運行信息，遠程監(jiān)控系統(tǒng)保持對設備的監(jiān)控能力。（3）完全型的遠程控制方式設備的本地控制系統(tǒng)僅僅控制設備的執(zhí)行機構，全部的操作控制由遠程監(jiān)控系統(tǒng)完成。在任務執(zhí)行過程中，可隨時建立連接進行設備之間和人員之間的交互，設備的狀態(tài)信息可隨時在遠程監(jiān)控端采集。這種集中式控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的模擬儀表控制優(yōu)越，其控制功能齊全，而且可以實現(xiàn)模擬儀表難以實現(xiàn)的功能。特別適用于小型工廠或被控設備不太多的生產裝置，至今仍有應用。早期各DCS廠家自己開發(fā)操作站的硬件、操作系統(tǒng)、監(jiān)視軟件，通信網絡基本上都是輪詢方式的；80年代通信網絡較多使用令牌方式；90年代操作站出現(xiàn)了通用系統(tǒng)，90年代末通信網絡有的部分遵循TCP/IP協(xié)議，有的開始采用以太網。（3）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control System，F(xiàn)CS)隨著計算機和網絡技術的發(fā)展，控制領域出現(xiàn)了一種新型控制系統(tǒng)體系結構—現(xiàn)場總線。這一改進帶來了過程控制系統(tǒng)的開放性，使系統(tǒng)成為具有測量、控制、執(zhí)行和過程診斷等綜合能力的控制網絡。其次，由于現(xiàn)場總線位于整個系統(tǒng)的最低層，只是系統(tǒng)的組成部分，僅用現(xiàn)場總線仍不足以實現(xiàn)系統(tǒng)的全開放結構。這表明了在現(xiàn)有的產品結構和應用水平上，現(xiàn)場總線領域已經很難統(tǒng)一，導致其不易廣泛應用。沿用多年，己為眾多的技術人員所熟悉，市場上能提供廣泛的設置、維護和診斷工具，成為事實上的統(tǒng)一標準；允許使用不同的物理介質和構成不同的拓撲結構。 遠程監(jiān)控技術的研究現(xiàn)狀隨著經濟的全球化和信息技術的廣泛應用，計算機網絡得到飛速的發(fā)展，網絡技也得到廣泛的應用，建立遠程監(jiān)控系統(tǒng)己是一個必然趨勢。現(xiàn)在，遠程監(jiān)控技術正處于積極研究發(fā)展、應用的探索中，并且己有相應的應用系統(tǒng)使用。在國外，對遠程監(jiān)控技術的研究已從理論研究階段過渡到開發(fā)應用階段，如已成功地應用在輸油管線的遠程監(jiān)控、工業(yè)過程遠程監(jiān)控以及樓宇的智能化監(jiān)控等系統(tǒng)中。（2）通信網絡化和通信網絡技術的應用使得設備之間及設備與監(jiān)控計算機之間的信息交換更方便。隨著社會生活的自動化，特別是一大批智能設備的出現(xiàn)，遠程監(jiān)控的應用領域將越來越廣。隨著油田現(xiàn)代化管理進程的不斷加快，迫切需要一種全天候、24小時無人值守的監(jiān)控方式，以保證采油井、輸油管和儲油罐不會因為復雜的工作狀況、工作人員的違章操作等的影響，造成不必要甚至是巨大的損失。他們在各種設施、裝備上廣泛地應用了自動化儀器儀