油气井工程测量理论与方法6-1(计算机).ppt

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油气井工程测量理论与方法第七章第七章计算机控制系统计算机控制系统第一节第一节计算机控制系统概述计算机控制系统概述计算机的问世，在科学技术上引起了一场深刻的计算机的问世，在科学技术上引起了一场深刻的革命。

并随着电子技术的飞速发展，不断完善和发展。

革命。

并随着电子技术的飞速发展，不断完善和发展。

由于计算机具有运算速度快、精度高，存贮容量大和由于计算机具有运算速度快、精度高，存贮容量大和逻辑功能齐全等特点，已成为很多领域强有力的工具。

逻辑功能齐全等特点，已成为很多领域强有力的工具。

一、概述一、概述计算机控制系统，其基本原理框图如图所示。

计算机控制系统，其基本原理框图如图所示。

油气井工程测量理论与方法计算机控制系统计算机控制系统控制系统中引进计算机，只要运用计算机的各种指令，就能编出控制系统中引进计算机，只要运用计算机的各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序，计算机执行这样的程序，就能实现对符合某种控制规律的程序，计算机执行这样的程序，就能实现对被调参数的控制。

而在一般常规的控制系统中，系统的控制规律被调参数的控制。

而在一般常规的控制系统中，系统的控制规律是由硬件电路产生的改变控制规律就要改变硬件电路，对于一些是由硬件电路产生的改变控制规律就要改变硬件电路，对于一些复杂的，或最优的控制规律往往难以实现。

而在计算机控制系统复杂的，或最优的控制规律往往难以实现。

而在计算机控制系统中，控制规律的改变只需改变程序就可以了。

中，控制规律的改变只需改变程序就可以了。

油气井工程测量理论与方法在计算机控制系统中，计算机的输入和输出信号都是数字信在计算机控制系统中，计算机的输入和输出信号都是数字信号，因此在这样的控制系统中，需要有将模拟信号转换为数字号，因此在这样的控制系统中，需要有将模拟信号转换为数字信号的模拟数字转换器信号的模拟数字转换器A/DA/D，以及将数字信号转换为模拟信号以及将数字信号转换为模拟信号的数字模拟转换器的数字模拟转换器D/AD/A。

计算机控制系统，可以归结为以下三个步骤：

计算机控制系统，可以归结为以下三个步骤：

11）实时数据采集，对被调参数的瞬时值进行检测并输入）实时数据采集，对被调参数的瞬时值进行检测并输入22）实时决策。

对采集到的表征被调参数状态的量进行分析，并）实时决策。

对采集到的表征被调参数状态的量进行分析，并按已定的控制规律决定进一步的控制过程。

按已定的控制规律决定进一步的控制过程。

33）实时控制。

）实时控制。

根据决策，适时地对执行器发出控制信号。

根据决策，适时地对执行器发出控制信号。

上述过程不断重复，使整个系统能够按照一定的品质指标进上述过程不断重复，使整个系统能够按照一定的品质指标进行工作，并且对被调参数和设备本身出现的异常状态及时监督行工作，并且对被调参数和设备本身出现的异常状态及时监督并作出迅速处理。

并作出迅速处理。

计算机控制系统计算机控制系统油气井工程测量理论与方法二、计算机控制系统的一般组成二、计算机控制系统的一般组成计算机控制系统一般来讲是由硬件部分和软计算机控制系统一般来讲是由硬件部分和软件部分组成。

件部分组成。

1.硬件部分硬件部分硬件部分是控制系统的躯体，主要包括计硬件部分是控制系统的躯体，主要包括计算机（主机）、外部设备、外围设备、自动算机（主机）、外部设备、外围设备、自动化仪表和操作控制台等。

化仪表和操作控制台等。

计算机控制系统计算机控制系统油气井工程测量理论与方法计算机控制系统计算机控制系统图计算机控制系统的基本组成框图油气井工程测量理论与方法计算机控制系统计算机控制系统

（1）主机）主机主机是控制系统的核心。

主机根据过程输入通道送来的被控对主机是控制系统的核心。

主机根据过程输入通道送来的被控对象的各种生产工况信息，按照人们预先安排的程序，自动地进行象的各种生产工况信息，按照人们预先安排的程序，自动地进行信息处理、分析和计算，并作出相应的控制决策，以信息的形式信息处理、分析和计算，并作出相应的控制决策，以信息的形式通过输出通道，及时发出控制命令。

主机中的程序和控制数据是通过输出通道，及时发出控制命令。

主机中的程序和控制数据是人们事先根据控制规律安排好的。

系统启动后，计算机就从内存人们事先根据控制规律安排好的。

系统启动后，计算机就从内存贮器中逐条取出指令并执行了。

贮器中逐条取出指令并执行了。

（2）常规外部设备常规外部设备按功能可分为三类：

输入设备，输出设备和外存贮器。

按功能可分为三类：

输入设备，输出设备和外存贮器。

常用的输入设备有键盘、纸带输入机等。

输入设备主要用来输入常用的输入设备有键盘、纸带输入机等。

输入设备主要用来输入程序和数据。

程序和数据。

常用的输出设备有打印机、显示器等。

输出设备主要用来把各种常用的输出设备有打印机、显示器等。

输出设备主要用来把各种信息和数据按人们容易接受的形式，如数字、曲线、字符等提供信息和数据按人们容易接受的形式，如数字、曲线、字符等提供给操作人员，以便及时了解控制过程的情况。

给操作人员，以便及时了解控制过程的情况。

外存贮器，如磁带装置、磁盘装置。

外存贮器，如磁带装置、磁盘装置。

油气井工程测量理论与方法计算机控制系统计算机控制系统（3）外围设备）外围设备外围设备是计算机控制系统的特有设备，主要包括外围设备是计算机控制系统的特有设备，主要包括过程输入输出通道及显示报警设备等。

过程输入输出通道及显示报警设备等。

过程输入输出通道，又称过程通道。

为了实现计算机过程输入输出通道，又称过程通道。

为了实现计算机对生产过程的控制，必须在计算机和生产过程之间设对生产过程的控制，必须在计算机和生产过程之间设置信息的传递和变换的连接通道，这就是过程输入输置信息的传递和变换的连接通道，这就是过程输入输出通道。

出通道。

过程通道一般分为：

模拟量输入通道、模拟量输出过程通道一般分为：

模拟量输入通道、模拟量输出通道，开关量输入通道、开关量输出通道等。

通道，开关量输入通道、开关量输出通道等。

在主机运行过程中，操作人员要经常地了解生产过在主机运行过程中，操作人员要经常地了解生产过程的实际情况，当生产过程出现异常工况要及时地以程的实际情况，当生产过程出现异常工况要及时地以各种有效方式警告操作人员，以便操作人员能及时地各种有效方式警告操作人员，以便操作人员能及时地采取措施，以免事故采取措施，以免事故油气井工程测量理论与方法计算机控制系统计算机控制系统（4）自动化仪表）自动化仪表过程输入输出设备中必须通过自动化仪表与被控对象发生联过程输入输出设备中必须通过自动化仪表与被控对象发生联系，进行这种联系的有检测仪表和执行机构等。

系，进行这种联系的有检测仪表和执行机构等。

（5）操作控制台）操作控制台当工艺流程发生变化时，操作人员要根据新的工艺流程要求，当工艺流程发生变化时，操作人员要根据新的工艺流程要求，需要废弃、增加或修改某些程序或参数，在系统或生产现场出需要废弃、增加或修改某些程序或参数，在系统或生产现场出现异常和故障的情况下，操作人员必须直接干预主机的工作，现异常和故障的情况下，操作人员必须直接干预主机的工作，以达到应急或处理各种事故的目的。

上述情况需要有专门的人以达到应急或处理各种事故的目的。

上述情况需要有专门的人机联系设备，这种设备就是操作控制台。

机联系设备，这种设备就是操作控制台。

2.软件部分软件部分过程控制软件分为系统软件和应用软件两大类。

过程控制软件分为系统软件和应用软件两大类。

油气井工程测量理论与方法计算机控制系统计算机控制系统三、计算机在控制中的典型应用方式三、计算机在控制中的典型应用方式工业用计算机控制系统，不同的控制对象和不同的要求，应有工业用计算机控制系统，不同的控制对象和不同的要求，应有不同的控制方案。

简述几种典型应用。

不同的控制方案。

简述几种典型应用。

1.数据采集和数据处理系统数据采集和数据处理系统计算机在进行采集和处理时，主要是对大量的生产过程的参计算机在进行采集和处理时，主要是对大量的生产过程的参数进行巡回检测，数据记录，数据计算，数据统计和整理，数数进行巡回检测，数据记录，数据计算，数据统计和整理，数据越限报警以及大量数据进行累积和实时分析。

这种应用方式，据越限报警以及大量数据进行累积和实时分析。

这种应用方式，计算机对生产过程不会产生直接影响。

计算机对生产过程不会产生直接影响。

在这种应用方式中，计算机虽不直接参与生产过程的控制，但在这种应用方式中，计算机虽不直接参与生产过程的控制，但其作用还是很明显的。

首先可以代替大量的常规显示和记录仪其作用还是很明显的。

首先可以代替大量的常规显示和记录仪表，对生产过程进行集中监视。

同时由于计算机具有运算，逻表，对生产过程进行集中监视。

同时由于计算机具有运算，逻辑判断能力，可以对大量的输入数据进行必要的集中，加工和辑判断能力，可以对大量的输入数据进行必要的集中，加工和处理，并且能以有利于指导生产过程控制的方式表示出来。

另处理，并且能以有利于指导生产过程控制的方式表示出来。

另外，可预先存入各种工艺参数的极限值，处理过程中可进行越外，可预先存入各种工艺参数的极限值，处理过程中可进行越限报警，以确保生产过程的安全。

限报警，以确保生产过程的安全。

油气井工程测量理论与方法数据采集与处理系统框图计算机控制系统计算机控制系统油气井工程测量理论与方法计算机控制系统计算机控制系统2.直接数字控制系统直接数字控制系统直接数字控制系统（直接数字控制系统（DirectDigitalControlSystem），），简称简称DDC系统，是计算机在生产过程中应用最普遍的一种系统，是计算机在生产过程中应用最普遍的一种形式。

它是一台计算机配以适当的输入、输出设备，形式。

它是一台计算机配以适当的输入、输出设备，从生产中获取信息，按照预先规定的规律进行运算，从生产中获取信息，按照预先规定的规律进行运算，然后发出控制信号，通过输出通道直接控制执行机构，然后发出控制信号，通过输出通道直接控制执行机构，实现对生产过程的闭环控制。

一般实现对生产过程的闭环控制。

一般DDC系统，有一个系统，有一个功能较齐全的运行操作控制台，给定、显示、报警等功能较齐全的运行操作控制台，给定、显示、报警等集中在这个控制台上，操作方便。

这种控制系统的结集中在这个控制台上，操作方便。

这种控制系统的结构框图如图所示。

构框图如图所示。

油气井工程测量理论与方法计算机控制系统计算机控制系统油气井工程测量理论与方法计算机控制系统计算机控制系统3.计算机监督控制系统计算机监督控制系统在在DDC系统中，对生产过程产生直接影响的被调参数给系统中，对生产过程产生直接影响的被调参数给定值是预先设定的，并存入计算机的内存中，这个给定值不定值是预先设定的，并存入计算机的内存中，这个给定值不能根据过程条件和生产工艺信息的变化及时修改，故能根据过程条件和生产工艺信息的变化及时修改，故DDC控控制无法使生产过程处于最优工况，这显然是不够理想的。

制无法使生产过程处于最优工况，这显然是不够理想的。

监督控制系统监督控制系统SCC（SupervisoryComputerControl）中，中，计算机根据原始工艺信息和其它参数，按照描述生产过程数计算机根据原始工艺信息和其它参数，按照描述生产过程数学模型或其它方法，自动地改变模拟常规调节器或以学模型或其它方法，自动地改变模拟常规调节器或以DDC控控制方式工作的计算机给定值，从而使生产过程处于最优工况。

制方式工作的计算机给定值，从而使生产过程处于最优工况。

油气井工程测量理论与方法计算机控制系统计算机控制系统监督控制方式的控制效果，主要取决于数学模型的监督控制方式的控制效果，主要取决于数学模型的优劣。

这个数学模型一般是针对某一目标函数设计的，优劣。

这个数学模型一般是针对某一目标函数设计的，如果这一数学模型能使某一目标函数达到最优状态，那如果这一数学模型能使某一目标函数达到最优状态，那么这种控制方式就能实现最优控制么这种控制方式就能实现最优控制油气井工程测量理论与方法计算机控制系统计算机控制系统该系统是由计算机系统对各参数进行