一、背景

　 　1、国内外现状

　　　我国工业自动化系统的发展道路，大多是在引进成套设备的同时，也相继引进了各种工控机系统，并开始自己设计控制系统和装置，然后进行消化吸收，进行二次开发和应用。也有一些厂家引进国外技术，与外商合作合资组装生产国外产品，并逐步实现国产化。

　　 在中国的油田生产企业中，自动化系统得到了较大的应用，从应用类型上来看，SCADA系统(Supervisory Control and Data Acquisition，远程数据采集与监控)，DCS集散型控制系统(Distributed Control System)，PLC（可编程序控制器）＋IPC/PC（工控机/PC机）控制系统等自动化系统有较大范围的应用。但由于建设时间的不同，加之使用的设备、系统类型较多，在每个油田内部都未有油田自动化标准，各个采油厂之间、各个自动化系统之间互相独立，数据无法共享，采集后的数据应用程度较低。近几年FCS的应用有了质的突破,有的合资兴建的特大型石油和化工企业相关联的多套大型装置整体采用现场总线控制系统FCS,这对FCS的发展具有划时代的意义。 大型石油和化工企业在不断总结ERP、CIMS应用经验基础上稳步地向企业综合自动化方向推进。

　　大型石油和化工装置自动化程度很高,现场仪表约80%为原装进口,约10%为合资企业生产,只有部分辅助装置的仪表采用国产优质产品,约占10%左右。这些现场仪表接近或基本为国际当代水平。主控系统几乎全部为进口国际知名品牌的先进DCS、PLC、FCS系统,因而在硬件配置上大型石油化工企业的自动化水平接近或达到当代国际石油和化工企业的自动化水平。有部分合资兴建的大型石化装置采用了国际最新的仪表系统如上海赛科等,引领了国际过程控制领域的新潮流。很多大型石油和化工装置不同程度地采用了先进控制策略和优化技术;主要装置基本配置了独立的SIS或ESD系统,产品几乎全部为进口国际知名品牌的先进系统;约有10%的企业在不同程度上实施了CIMS综合自动化系统,并取得了一定的效果。

　　中型石油和化工生产装置自动化程度高,关键仪表为原装进口,约占30%;重要仪表为合资生产,约占35%;一般仪表选用国产优质产品,约占35%;主控系统约八成为进口国际知名品牌的DCS、PLC系统,部分采用国产品牌的DCS、PLC、IPC系统,约占20%。很少有中型化工装置采用了先进控制策略和优化技术;危险性较高的行业主要装置配置了独立的SIS或ESD系统,一般在主控系统里实现ESD部分或全部功能;有的企业还配上了上位管理机,在不同程度上实施了管控一体化系统,并取得了一定的效果。

　　 中小化工企业和工艺上为非连续生产过程的化工企业,其自动化程度较低,国产仪表为主体,约占75%左右,部分重要仪表采用合资生产,约占15%左右,关键仪表为进口原装,约占10%左右。主控制系统以国产品牌的中小型DCS、PLC、IPC为主,部分采用国产DDZ-Ⅲ、QDZ-Ⅲ型单元组合仪表和智能单(多)回路调节器等数字调节仪表。

　　2、 国内外自动化发展趋势

　　根据中国石油和化工自动化现状和国外石油和化工自动化的发展趋势,结合我国石油和化学工业发展状况,大胆预测一下国内石油石化行业自动化的发展趋势。概括起来有以下几点:

　　（1）行业内将进一步提高对现场仪表基础地位的认识,重视现场仪表的开发和应用研究,组织各方力量,努力解决现场仪表方面存在的主要问题,提高现场仪表的开表率、准确率和设备完好率。

　　（2）各企业将进一步加强对DCS、PLC技术及应用的深入研究,充分发挥其强大功能,提高功能利用率。

　　（3）将进一步加强对先进控制、优化控制的技术和工程应用研究,提高应用效果,扩大应用范围。推广成熟成果,以期在石油和化工生产中发挥其效能。这也是石油和化工行业节能降耗工作的需要。

　　（4）进一步加强对企业综合自动化系统CIMS的技术研究和工程应用研究,稳步推进CIMS在石油和化工行业的推广应用。

　　 流程工业综合自动化系统又称现代集成制造系统CIMS(contemporary integratedmanufacturing systems),其总体结构可分成BPS/MES/PCS3层结构。过程控制层(PCS)聚焦于生产过程的设备,监控生产设备的运行状况,控制整个生产过程。中间层的制造执行系统MES着眼于整个生产过程的优化控制与管理,考虑生产过程的整体平衡,注重于生产过程的运行管理。最上层的经营计划系统BPS以产品的生产和销售为处理对象,聚焦于定货、交货期、成本和用户的关系等。实施基于BPS/MES/PCS三层结构的现代集成制造系统,能够促使企业管理以职能为中心向以过程为中心转变,实现扁平化的管理模式,使系统柔性提高,对生产经营实际及时、科学地进行分析、评价和预测,对生产计划和经营策略及时进行有效的调整,适应多变的市场,实现敏捷制造和一体化过程控制的要求。在CIMS技术的研究上,应着重研究基于BPS/MES/PCS三层结构的流程工业CIMS体系结构中的MES层。应加强对试点应用的经验总结,深入研究解决工程应用中出现的问题,稳步推进石油和化工企业综合自动化系统CIMS的发展。

　　3、方案的提出

　　 随着中国石油行业的迅猛发展，通过信息化建设可以大幅度提高数据、信息管理水平，提高决策效率，降低用工和生产管理成本，实现集约化资源管理和全球化生产经营，提升国际化竞争力。目前，自动化已与信息化息息相关，成为了信息化的一部分。各油田通过多年的开发建设，具有了一定程度的自动化水平，各类自动化系统为油田的开发做出过一定的贡献。生产自动化系统、仪表已经覆盖了采油、化工、销售等油气生产业务。

　　但由于在建设过程中，缺少自动化系统建设的整体规划，目前油田的各类自动化系统软硬件型号众多，生产厂家各不相同，各采油厂纵向不联系，横向不统一，底层数据上不能互联互通；配件不通用，维护成本高昂；生产数据没有得到充分应用，没有建立完善的实时数据库及应用系统，不能向ERP、油气田勘探开发系统、油气田生产信息系统等勘探开发管理系统提供基础数据等问题。

　　 为更好的解决上述问题，我们从油田整体出发，充分调研油田自动化现状，仔细分析油田自动化存在的问题，与国内外自动化程度高的油田进行交流，与国内外自动化著名厂家进行交流，编写油田自动化系统一体化解决方案。对油田自动化建设进行规划，以信息化带动自动化，以自动化促进信息化，让两者有机结合，互补互溶，为数字油田提供信息支撑。

　　 二、 解决方案

　　自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的综合性高技术，包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。我们从以下方面对油田自动化系统提出一体化解决方案。

　　 (1)新建油田产能时所需全套自动化系统的标准规划，含单井RTU系统、站控DCS系统、站内工业电视监控系统、周界报警系统等，使之一体化规划设计，传输上共用资源，各子系统间能够通讯，数据共享。

　　 (2)对已建设有自动化系统的各采油厂自动化系统的改造方案，突出统一规划的效果，避免新的整改项目还是在老系统、老设备的基础上小修小补，重复低水平建设。从设备性能、系统功能、系统数据接口等方面统一规划，整体设计，逐步实施。

　　 (3)建设和完善油田实时数据库系统，开发实时数据库与现有各类自动化控制系统的接口，实现数据实时采集，存储和管理；解决数据来源不统一造成的应用冲突，降低实时数据库难度。在建立实时数据库系统的基础上，大力开发实时数据应用，提供实时监控KPI的工具，及时发现生产过程中的问题，提供分析历史数据工具，帮助生产工艺分析，加强生产过程平稳控制。实时数据库的完善，可以向下延伸至勘探开发数据库，向上为ERP、勘探、开发系统提供底层数据，提高油田信息化程度。

　　 (4)提供油田在油藏数据库、工艺数据库、设备管理、生产运行、地面油田系统、决策支持等方面的数据应用系统，使油田自动化数据能够真正为信息化服务。

　　 三、关键技术

　　 1、各类自动化系统产品技术：如RTU、PLC（可编程序控制器）、DCS（分布式控制系统）、FCS（现场总线控制系统），和各类仪器仪表，并在详细了解这些产品的基础上进行整体设计规划。

　　 2、在第1条技术基础上完成单元控制层面的规划，并继续进行“先进控制过程优化”，生产调度系统优化，在此基础上将底层数据供企管管理和经营决策层面使用，将油田自动化建设从低向上延伸。

　　3、计算机编程技术，特别是面对底层硬件系统的编程开发和高级管理系统的开发，利用计划编程技术，开发与自动化底层硬件系统连接的各类控制软件，自动化系统软件。