[Zusammenfassung] Dieser Artikel stellt das Steuerungsprinzip, den Systemaufbau, die Funktionsmerkmale, die wichtigsten Überwachungsinhalte und die Methoden zur Implementierung eines automatisierten Überwachungssystems vor. Er erläutert außerdem die Rahmenbedingungen der Systemimplementierungsziele und bestehende Probleme und analysiert die Auswirkungen der Systemanwendung. Automatisierte Überwachung und Steuerung finden breite Anwendung in Branchen wie der Zerspanung, der Petrochemie, der Metallurgie und der Verteidigungstechnik. Der Automatisierungsgrad ist zu einem entscheidenden Faktor für die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen geworden. Angesichts der zunehmenden Schwierigkeiten bei der Erschließung alter Ölfelder in China und des dringenden Bedarfs an Ölfeldinformatisierung haben automatische Steuerungs- und Informationstechnologien in den letzten Jahren in verschiedenen Ölfeldern zunehmend an Bedeutung gewonnen. Die Vorteile der automatisierten Produktionssteuerung und der schnellen und komfortablen Methoden zur Produktionsinformationsübertragung werden immer deutlicher, und ihre Anwendung im Produktionsprozess von Ölfeld-Verbundstationen wird zweifellos erhebliche wirtschaftliche und soziale Vorteile bringen. Daher haben wir basierend auf unseren Untersuchungen und Forschungen ein Forschungs- und Anwendungskonzept unter Nutzung neuester vernetzter und automatisierter Detektions- und Steuerungstechnologien entwickelt. Dieses Thema wird hier zur Diskussion unter Fachkollegen vorgestellt. 1. Grundlegende Informationen und bestehende Probleme des Umsetzungsziels: Die Gemeinschaftsstation Nr. 4 des Ölfelds Gudong wurde 1996 in Betrieb genommen. Sie verfügt über 5 Heizöfen (3××2500kW, 3500kW), 3 Separatoren, 2 Ölseparatoren, 4 Wasserseparatoren, 2 externe Transferpumpen (installierte Leistung 110kW), 2 Boosterpumpen (installierte Leistung 110kW), 3 Heizölpumpen, 1 Schlammölpumpe, 4 Öltanks und weitere komplette Rohölverarbeitungsanlagen. Die Produktionsanlagen sind zwar im Allgemeinen funktionsfähig, weisen aber weiterhin einige Mängel auf. Dazu gehören ein geringer Automatisierungsgrad und eine niedrige Betriebseffizienz, ein geringer Wirkungsgrad der Pumpeneinheiten, die Abhängigkeit von manuellen Einstellungen zur externen Durchflussregelung, eine starke Durchflussdrosselung an Ein- und Auslassventilen, die zu erheblicher Energieverschwendung führt, ungenaue Öl-Wasser-Grenzflächenmessungen mit veralteten Methoden, die manuelle Messung der Tankfüllstände sowie die manuelle oder multimeterbasierte Messung der Öl-Wasser-Grenzfläche, die den tatsächlichen Tankfüllstand und die Bedingungen der Öl-Wasser-Grenzfläche nicht präzise und zeitnah widerspiegelt. Auch der Druck und die Fördermenge von Separator und Wasserverteiler werden manuell eingestellt, was zu einem hohen Arbeitsaufwand und erheblichen menschlichen Fehlern führt und die Trenneffizienz beeinträchtigt. Automatische Steuerungsmaßnahmen für die Schwerkraftentleerung des Primärtanks, die manuelle Entleerung des Sekundärtanks und die externe Rohölförderung fehlen. Eine automatische Optimierungssteuerung für die Schlammrückgewinnung, die Druckerhöhungspumpen und die Kraftstoffpumpen ist ebenfalls nicht vorhanden. Die Datenerfassung basiert weiterhin auf der periodischen Aufzeichnung von Daten der Primärinstrumente durch Mitarbeiter, was zu einer schlechten Echtzeitfähigkeit und großen Fehlern führt. Insgesamt ist der Automatisierungsgrad niedrig und entspricht nicht den Anforderungen moderner Betriebsführung. 2. Zusammensetzung des Automatisierungsüberwachungssystems 2.1 Systemkomponenten Eine Komponente ist die Felddatenerfassungseinheit: Sie übernimmt Funktionen wie Datenerfassung, -verarbeitung, zentrale Anzeige, Betriebsschutz und Sicherheitsalarme für alle Felddaten. Zweitens die automatische Optimierungs- und Steuereinheit: Diese Einheit optimiert und spart automatisch Energie durch die Kombination der Steuerung der Anzahl der in Betrieb befindlichen Pumpen (Makrosteuerung) mit der Frequenzumrichterregelung (Mikroeinstellung). Dadurch wird eine automatische Regelung des externen Übertragungssystems, des Öltankbereichs, des Druckerhöhungspumpensystems, des Abscheidersystems und des Wasserverteilungssystems erreicht und der sichere und stabile Betrieb des Systems gewährleistet. Drittens die Datenverarbeitungseinheit: Diese Einheit erfasst Daten und übermittelt den Betriebszustand von verschiedenen Standorten an die zentrale Leitstelle und empfängt Fernsteuerungs- und Managementbefehle von der zentralen Leitstelle. Die Hauptstation kann alle Daten in Echtzeit überwachen und verschiedene Berichte sowie Sicherheits- und Produktionsaufzeichnungen erstellen. Der zentrale Kontrollraum des Systems verfügt über eine reservierte Netzwerkschnittstelle zum Datenaustausch mit dem übergeordneten Managementnetzwerk über ein lokales Netzwerk. 2.2 Die Systemimplementierung verwendet eine dreistufige Netzwerkstruktur (siehe Abbildung 1): Das Netzwerk der ersten Ebene ist ein drahtloses Spreizspektrum-Datenübertragungsnetzwerk, dessen Hauptfunktion die drahtlose Datenübertragung von der zentralen Leitstelle der Gemeinschaftsstation Nr. 4 des Ölfelds Gudong zum Gudong-Öl- und Gas-Sammel- und Transportteam und anschließend zum lokalen Netzwerk des Gudong-Öl- und Gas-Sammel- und Transportteams zur gemeinsamen Nutzung von Daten und Ressourcen ist. Das Netzwerk der zweiten Ebene ist das übergeordnete 485-Bus-Netzwerk, das hauptsächlich für die Datenübertragung zwischen der zentralen Leitstelle und den einzelnen Mess- und Steuereinheiten zuständig ist. Das Netzwerk der dritten Ebene ist das Feldmess- und Steuernetzwerk, das für die Datenübertragung zwischen den einzelnen Mess- und Steuereinheiten und den zugehörigen Mess- und Steuerpunkten zuständig ist. Jede Steuereinheit im Netzwerk der dritten Ebene ist ein unabhängiges Betriebssystem, das unabhängig von der zentralen Steuereinheit arbeiten und die Betriebssteuerung jedes Steuerungsobjekts optimieren kann, wodurch die Gesamtzuverlässigkeit des Systems verbessert wird. Die zentrale Leitwarte kommuniziert über das 485-Feldnetzwerk der zweiten Ebene mit jeder Mess- und Steuereinheit des Netzwerks der dritten Ebene, um erweiterte Management- und Betriebseinstellungen vorzunehmen. Dadurch erfasst sie alle Betriebsdaten der gesamten Station, überwacht den Gesamtbetrieb des Systems und ermöglicht gleichzeitig über die Leitwarte übergeordnete Managementfunktionen wie Berichterstellung, Management und Abfrage historischer Daten. 2.3 Die wichtigsten Überwachungsinhalte des Systems sind: Erstens die Online-Echtzeitüberwachung von 224 Produktionsparametern wie Druck, Temperatur, Durchflussrate und Flüssigkeitsstand in verschiedenen Produktionsabschnitten der Gemeinschaftsstation Nr. 4 des Ölfelds Gudong sowie die Implementierung von Alarmfunktionen bei Überschreitung von oberen und unteren Grenzwerten. Zweitens die automatische Steuerung der Rohölexportmenge und die automatische Anpassung der Wasserabscheider in 13 Produktionsteilsystemen, um einen zuverlässigen Betrieb in diesem Feld zu gewährleisten. Drittens soll eine Produktionsdatenverarbeitungs- und Überwachungsplattform für die gemeinsame Station eingerichtet werden, um den Produktionsstatus jedes Produktionsabschnitts online zu überwachen, historische Daten online abzurufen und eine Produktionsdatenbank zu erstellen. Diese dient der Analyse des Betriebszustands der Anlagen und der Erstellung von Archiven zum sicheren Anlagenbetrieb. Viertens soll ein Fernabfrage- und Überwachungssystem für Daten eingerichtet werden, um die Fernüberwachung des Produktionsstatus der gemeinsamen Station zu ermöglichen. 3 Hauptfunktionsmerkmale: (1) Der Erfolg dieses Systems beruht darauf, dass die überwachten Produktionsparameter relativ vollständig sind und 224 Produktionserkennungs- und -kontrollpunkte der gemeinsamen Station Nr. 4 des Ölfelds Gudong abdecken. Die sicherheitsrelevanten Produktionsparameter wie Druck, Temperatur, Durchflussrate und Flüssigkeitsstand in jedem Produktionsabschnitt werden online und in Echtzeit überwacht. (2) Das System ist effektiv koordiniert und unterstreicht das Produktionssteuerungskonzept des integrierten Betriebs des gesamten Systems der gemeinsamen Station. Es verbindet verschiedene Produktionssubsysteme organisch, löst den Widerspruch zwischen dem unabhängigen Betrieb der ursprünglichen Produktionssubsysteme, der gegenseitigen Abhängigkeit von manuellen Anpassungen und den gegenseitigen Einschränkungen und realisiert so den insgesamt optimierten Betrieb der gemeinsamen Station. (3) Das Systemdesign integriert die Konzepte der sicheren Produktion und der Energieeinsparung und erreicht im Wesentlichen das Ziel einer koordinierten, automatischen und sicheren Produktionssteuerung sowie einer rationellen Energienutzung. (4) Das System nutzt erfolgreich Fehlerdiagnosetechnologie und etabliert ein präventives Wartungssystem auf Basis von zustandsorientierter Instandhaltung, wodurch der sichere und effiziente Betrieb der verschiedenen Anlagen im Verbundwerkstoff gewährleistet wird. (5) Durch die Implementierung einer automatischen Optimierungssteuerung der Produktionsparameter ermöglicht das System den unbeaufsichtigten Betrieb jedes Steuerungsglieds und misst verschiedene Parameter in Echtzeit und präzise. Dadurch können alle Systeme im Werk automatisch, sicher, effizient und optimiert arbeiten, die Anlagenauslastung und die Effektivität jedes Produktionsprozesses verbessern und das Ziel der Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung erreichen. (6) Es reduziert die Arbeitsbelastung der Mitarbeiter, erkennt und behebt Probleme frühzeitig und verbessert den Automatisierungsgrad des Unternehmens. 4. Analyse der Anwendungseffekte: Das System wurde im Dezember 2003 an der Gemeinschaftsstation Nr. 4 des Gudong-Ölfelds in Betrieb genommen. Nach über einem Jahr Betrieb hat sich gezeigt, dass das System überragende Leistung und zuverlässige Qualität aufweist. Seine Anwendung hat nicht nur das Anlagenmanagement vor Ort verbessert und die Betriebsführung vereinfacht, sondern durch einen hohen Automatisierungsgrad auch den sicheren und stabilen Betrieb der Gemeinschaftsstation langfristig gewährleistet. Es wurden deutliche Energieeinsparungen und Verbrauchsreduzierungen erzielt, was zu erheblichen wirtschaftlichen und sozialen Vorteilen führt. Zu den direkten Vorteilen zählt, dass durch die automatische Optimierungssteuerung das Auftreten von Produktionsunfällen (wie z. B. dem Einsturz großer Tankdächer) effektiv verhindert werden kann, wodurch jährlich 300.000 Yuan eingespart werden. Das System wurde im Betrieb optimiert; durch die Anpassung des Pumpenwirkungsgrades werden die Einheiten stets im Hochfrequenzbereich betrieben, wodurch der Pumpenwirkungsgrad von ursprünglich 60,5 % auf aktuell 72 % gesteigert werden konnte. Die durchschnittliche jährliche Kapazität des Kraftwerks beträgt 815 kWh, wodurch jährlich Stromkosten von über 380.000 Yuan eingespart werden. Die optimierte Steuerung der fünf Heizöfen führt zu jährlichen Gaseinsparungen von 600.000 Yuan. Zusammengenommen ergeben diese drei Faktoren einen direkten jährlichen Nutzen von 1,28 Millionen Yuan. Indirekt hat die Systemanwendung den Automatisierungsgrad des Kraftwerks deutlich erhöht und die Automatisierung des Sicherheitsmanagements sowie die Vernetzung der Produktionsdatenübertragung ermöglicht. Dies reduziert die Arbeitsbelastung der Mitarbeiter erheblich, verbessert die Messgenauigkeit und die Echtzeit-Übertragungsgeschwindigkeit der Produktionsdaten, gewährleistet den sicheren Betrieb der Anlagen und beugt Sicherheitsunfällen vor. Mithilfe von Fehlerdiagnosetechnologie wurde ein auf zustandsorientierter Instandhaltung basierendes Anlagenpräventionssystem etabliert, das die Lebensdauer der Anlagen verlängert und die Wartungskosten senkt.