譚學(xué)進(jìn)++張超

摘 要；本單位輸油站采用的是SCADA控制系統(tǒng)，主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、參數(shù)調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)視和控制。其壓力控制方案是基于此系統(tǒng)的PID控制，此控制方案的缺點(diǎn)表現(xiàn)為兩方面：一是影響泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的泄漏判斷；二是造成電動(dòng)閥頻繁動(dòng)作導(dǎo)致機(jī)械磨損。文章設(shè)計(jì)了“死區(qū)”PID控制方案并運(yùn)用Control Builder F軟件編寫了控制程序，解決了因PID不斷調(diào)節(jié)帶來(lái)的部分問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：SCADA；泄漏檢測(cè)；死區(qū)；PID

1 概述

1.1 SCADA系統(tǒng)簡(jiǎn)介

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。它是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。它可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。

1.2 本論文的目的及意義

目前本單位輸油站壓力控制系統(tǒng)采用的即為PID控制方案。在此控制系統(tǒng)中輸油泵進(jìn)口壓力在0.2MPa～0.5MPa之間滿足工藝要求，但由于密閉輸油模式將導(dǎo)致全線壓力不停細(xì)小的波動(dòng)，調(diào)節(jié)器將不停的調(diào)節(jié)壓力回到SP值（設(shè)定值）。

本課題主要目的是對(duì)壓力控制提出新的控制方案。要求泵進(jìn)口壓力在0.3MPa～0.4MPa時(shí)對(duì)壓力不進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)超過(guò)此范圍時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力回到控制區(qū)域?！八绤^(qū)”PID控制方案將能很好實(shí)現(xiàn)這一功能。

“死區(qū)”PID的運(yùn)用能提高泄漏檢測(cè)的準(zhǔn)確度和提高調(diào)節(jié)閥的使用壽命。因此開發(fā)研究“死區(qū)”PID控制具有重要的科研和經(jīng)濟(jì)效益。

2 研究?jī)?nèi)容

2.1 控制原理

目前輸油站壓力控制采用了PI控制方式，其參數(shù)設(shè)置如下：

CP（比例值）：0.8 TR（積分時(shí)間）：50s TD（微分時(shí)間）：0s CD（微分作用系數(shù)）：1.0

2.1.1 PID控制原理

（1）PID控制系統(tǒng)框圖

本單位輸油站壓力控制系統(tǒng)框圖如圖1。

（2）控制器

調(diào)節(jié)系統(tǒng)可劃分為調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)對(duì)象兩大部分，其傳遞函數(shù)分別為KCGC（S）和K0G0（s），如圖2所示。

a.比例環(huán)節(jié)：即時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e（t），偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。

b.積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。

c.微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)（變化速率），并能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。

2.1.2 “死區(qū)”PID控制原理

“死區(qū)”PID就是在PID調(diào)節(jié)器中設(shè)定一個(gè)控制“死區(qū)”，當(dāng)被控量在設(shè)定“死區(qū)”時(shí)調(diào)節(jié)器輸出保持不變，當(dāng)壓力不在“死區(qū)”時(shí)采用PID控制，將被控量調(diào)回設(shè)定的區(qū)域。

2.2 控制方案

2.2.1 方案論證

方案一、“死區(qū)”PID控制

通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)的處理和死區(qū)操作點(diǎn)的設(shè)置，自動(dòng)判斷輸入信號(hào)是否在“死區(qū)”區(qū)間。當(dāng)壓力在0.30MPa～0.40MPa時(shí)給PID控制器輸入一個(gè)0.35MPa的PV值（過(guò)程值），此時(shí)SP值等于0.35MPa。形成無(wú)偏差，比例部分、微分部分為0，積分部分保持不變，PID調(diào)節(jié)器輸出不變。當(dāng)壓力不在此區(qū)間時(shí)給PID控制器輸入實(shí)際PV值，此時(shí)設(shè)SP等于0.35MPa，此時(shí)具有偏差，比例、微分、積分正常輸出，PID調(diào)節(jié)器起到調(diào)節(jié)作用，自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力回到設(shè)定的“死區(qū)”區(qū)間。

方案二、手動(dòng)/自動(dòng)自動(dòng)切換

通過(guò)引腳（MM/MA）自動(dòng)完成手動(dòng)/自動(dòng)之間的轉(zhuǎn)換。當(dāng)壓力在0.30MPa～0.40MPa時(shí)自動(dòng)切換為手動(dòng)，當(dāng)超過(guò)此范圍時(shí)自動(dòng)切換為自動(dòng)。當(dāng)為手動(dòng)時(shí)，形成開路控制，調(diào)節(jié)器輸出不變。當(dāng)超過(guò)此“死區(qū)”范圍自動(dòng)切換為自動(dòng)PID控制，調(diào)節(jié)泵進(jìn)口壓力回到0.30MPa～0.40MPa。

手動(dòng)/自動(dòng)自動(dòng)切換將使操作人員無(wú)法在操作員站完成手動(dòng)/自動(dòng)的切換，即操作員無(wú)法手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度，不能滿足生產(chǎn)工藝要求，故選擇第一種方案。

2.2.2 程序流程圖

2.2.3程序

（1）CBF組態(tài)

（2）參數(shù)設(shè)置

通用控制器參數(shù)設(shè)置

2.3 方案實(shí)施

為不影響管道的正常運(yùn)行，故先在上游站洛川2#換熱器溫度控制中實(shí)驗(yàn)，以確定此控制方案適用于本單位壓力控制。為滿足工藝生產(chǎn)要求，出站溫度一般控制在53℃～57℃，故將2#換熱器SP設(shè)為55℃，“死區(qū)”寬度設(shè)為4℃。

2.4 試驗(yàn)內(nèi)容及分析

通過(guò)將2#、3#換熱器設(shè)置為不同控制方案，對(duì)比兩者在各種干擾情況下的動(dòng)態(tài)性能及穩(wěn)態(tài)時(shí)閥門動(dòng)作情況，具體設(shè)置如下：

1#換熱器：紅色曲線，就地控制（電動(dòng)閥故障）

2#換熱器：綠色曲線，“死區(qū)”PID控制

3#換熱器：藍(lán)色曲線，PID控制

2.4.1 動(dòng)態(tài)性能分析

（1）階躍響應(yīng)

由上述五項(xiàng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及其穩(wěn)態(tài)誤差可以看出，在階躍干擾情況下2#換熱器具有3#換熱器基本相同的動(dòng)態(tài)特征和穩(wěn)態(tài)性能。

（2）流量變化響應(yīng)

2

由上述五項(xiàng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及其穩(wěn)態(tài)誤差可以看出，在流量變化干擾情況下2#換熱器具有3#換熱器基本相同的動(dòng)態(tài)特征和穩(wěn)態(tài)性能。

2.4.2 穩(wěn)態(tài)性能

由于目前SCADA系統(tǒng)未做閥門開度趨勢(shì)，只能通過(guò)控制面板觀察溫度變化與閥門開度變化的關(guān)系。通過(guò)對(duì)2#、3#電動(dòng)閥長(zhǎng)期觀察可以得出以下結(jié)論：

當(dāng)溫度在53℃～57℃控制區(qū)間時(shí)，2#換熱器不進(jìn)行調(diào)節(jié)（閥門開度不變化），溫度保持在控制區(qū)間，當(dāng)溫度超過(guò)控制區(qū)間時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)（閥門開度變化）溫度回到設(shè)定區(qū)間。3#換熱器不停的調(diào)節(jié)（閥門開度不停的變化）溫度保持在55℃左右。

3 結(jié)束語(yǔ)

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，此控制方案既不影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能，又能在被控量滿足工藝條件時(shí)開環(huán)控制而不進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此這種方案運(yùn)用于壓力控制可以消除PID調(diào)節(jié)對(duì)泄漏檢測(cè)產(chǎn)生的部分影響和延長(zhǎng)電動(dòng)閥的使用壽命。

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