自動控制理論在海上鉆井平臺的應用研究

薛強

摘 要：隨著我國電氣控制系統技術的不斷進步和發展，在海上鉆井平臺中的自動控制變得越來越廣泛，目前我國的海上鉆井平臺中使用的自動控制系統主要有PI調節系統、調速系統以及雙閉環直流調速系統等，這些系統的配合使用更好地保證了海上鉆井平臺工作的穩定性，極大的節約了海上鉆井平臺的使用期限。

關鍵詞：自動控制理論 海上鉆井平臺 應用研究

中圖分類號：TP13 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0060-01

在我國自動控制技術不斷改進的前提下，企業生產已經能夠通過系統程序設置來控制相關外部設備來實現自動化生產模式，根據控制理論分類我們可以將其分為經典控制理論以及現代控制理論兩大類。在本文中筆者將就自動控制理論在海上鉆井平臺的應用的相關問題進行分析和研究，希望本文能夠對海上鉆井平臺的開發和研究能夠有所幫助。

1 海上鉆井平臺的自動控制系統分類

海上鉆井平臺的自動控制理論在過去的幾十年中取得了較好的發展，而其中所使用的控制理論主要為經典控制理論中的閉環控制理論。海上鉆井平臺的控制理論主要涉及到電動機的調速控制系統、發電機的壓力調節系統的數字調壓裝置等的使用都是十分廣泛的，在海上鉆井平臺的直流電動機調速的使用也比較多，而海上鉆井平臺所使用的西門子的整流裝置例如SIMOREG K系列的產品都是通過這種閉環控制系統實現控制功能的。

2 閉環控制系統介紹及控制原理

在海上鉆井平臺中使用的閉環控制系統是自動控制理論中十分重要的內容，在經典控制理論中又稱之為反饋控制系統，而這種控制系統的控制原理主要是通過偏差變化作為系統控制信息的信息驅動機構，而自動控制系統則能夠根據系統中的變化量產生相應的控制信息來對偏差量進行糾正。在經典控制理論中負反饋的控制理念主要有比例調節器、積分調節器以及比例積分調節器這三種調節器。在以上的這三種調節器中反應速度最快的是比例調節器，但是由于這種調節器在穩態性能方面不夠完善，而積分調節器的穩態誤差最小，但是對于偏差量的反應不夠靈敏。在海上鉆井平臺中使用的調節器主要是比例積分調節器，因為這種調節器是將比例調節器和積分調節器的優點結合在一起，不但能夠對調節信息作出迅速的反應，而且穩態性比較好。

在海上鉆井平臺的控制系統中所使用的調速器中所使用的電位器控制的，例如在PI調節器的調節量中的P增益主要是用來對自動控制系統中的調節速度進行調節的，而PI調節器的積分控制主要是用來對積分的增益進行調節的，還有一個調節器就是ACTUATOR COMPENSATION這種執行補償部分，這一部分發揮著對執行器的阻尼系數進行指導的作用。在海上鉆井平臺中使用的柴油機、汽輪機等的控制要求將其控制阻尼系數調整為15%左右，而蒸汽機這類的機械設備的控制阻尼系數要求控制在50%左右。在海上鉆井平臺的自動控制系統中通常不要求對控制系統進行調整，但是在系統運行中出現不穩定等狀況時要求對系統中的控制量進行控制。由于在海上鉆井平臺中使用的電機設備比較多，因此在現場的實際情況中要根據發電機的需求對發電機的無功負載進行調節和選擇。通過配合合理的閉環調節系統能夠保證控制系統在反應速度、系統的穩定性以及設備的運行壽命等方面起到十分重要的作用。

3 雙閉環調節系統介紹及控制原理

在比例積分調節系統中所使用的單環控制系統能夠很好地保證自動控制系統本身的穩定性，也能夠實現對控制系統的無靜差的調節。但是在海上鉆井平臺中所使用的電動機對于設備的啟動速度以及控制程度的要求比較高，比例積分調節系統的控制能力和特點顯然不適合對此類電動機的控制。為了能夠保證海上鉆井平臺所使用的電動機能夠在電動機的電流以及電動機的轉矩控制方面得到滿足，可以采用西門子廠家生產的的裝置對海上鉆井平臺中所使用的電動機進行控制。

對于此類電動機的控制最主要的就是能夠迅速的獲得較好的動態特征，西門子廠家生產的比例積分調節器就能夠很好地做到這一點。這種調節器主要是通過對限幅的控制來實現對轉速的調節的，通過對電動機通電電壓的控制來進行無靜差控制，并且通過對電壓的控制來實現以上控制作用。當電動機在運行的過程中一旦設備的負載電流到達最大值，比例積分調節器的調節作用達到飽和狀態，通過這種雙重的控制系統從而很好地實現控制作用。

在比例積分調節器的系統控制中主要有以下兩種靜態特征：首先就是電動機的轉速不飽和階段中，比例積分調節器的偏差量為0，此時電動機的轉速在輸入量以及系統的反饋量這兩項量都是相同的；除此之外還有就是電動機的轉速達到飽和階段，電動機的轉速調節器的轉速達到飽和狀態時系統的穩定性不會再受到影響，而自動控制系統中便形成了無靜差的單閉環調速系統。

在西門子公司生產的直流調速裝置中主要是通過雙閉環調速系統來對電動機速度進行控制，這種裝置中包含有速度調節裝置以及電動機電流整定裝置，主要是系統量的比較環節、脈沖觸發環節以及電動機電流分反饋環節這幾種元部件，在其中通過模擬運算的方式來將調節器中的存儲器進行調節，而且這種自動控制系統中運算速度要遠遠高于其它速度調節器，而且在其中裝設有監控保護裝置，系統的穩定性非常好，反應速度更為靈敏。

西門子控制裝置在海上鉆井平臺中的應用十分廣泛，目前我國在海上鉆井平臺中所使用的西門子控制調節裝置主要有6RA24，這種控制系統，而在其中主要是通過模擬部件的連接來實現的，而且這種裝置的工作模式十分簡便，能夠根據現場的實際情況進行選擇性連接。在西門子控制裝置6RA24中不但可以實現積分調節、比例調節、比例積分調節這三種調節模式的選擇，而且能對調節器的P＼I增益都能夠起到控制作用，并且能夠控制電動機的電流，因此該裝置的反應速度十分靈敏，系統的穩定性能也很高。海上鉆井平臺所使用的6RA24裝置不但能夠通過參數的調節來實現對控制系統的控制，而且能夠更好地保證控制系統的穩定性和速度控制靈敏性，因此能夠有效的提升設備的工作效率。

4 結語

在本文中筆著就自動控制理論在海上鉆井平臺的應用進行了簡單的分析和探討，由于自動控制系統中包含有動態控制和靜態控制等多個方面，因此此類控制系統是比較復雜的，而對于海上鉆井平臺又發揮著十分重要的作用，希望本文能夠對我國海上鉆井工作的開展能夠有所幫助。

參考文獻

[1] 岳吉祥，綦耀光，肖文生.基于人因工程學的半潛式鉆井平臺鉆井控制室設計研究[J].人類工效學，2009（1）.

[2] 岳吉祥.深水半潛式鉆井平臺鉆機系統選型與布局優化研究.機械設計及理論[D].中國石油大學（華東），2009（學位年度）.