輸油站進站壓力控制方案優化

譚學進++張超

摘 要；本單位輸油站采用的是SCADA控制系統，主要通過現場數據采集、參數調節以實現對現場設備的監視和控制。其壓力控制方案是基于此系統的PID控制，此控制方案的缺點表現為兩方面：一是影響泄漏檢測系統的泄漏判斷；二是造成電動閥頻繁動作導致機械磨損。文章設計了“死區”PID控制方案并運用Control Builder F軟件編寫了控制程序，解決了因PID不斷調節帶來的部分問題。

關鍵詞：SCADA；泄漏檢測；死區；PID

1 概述

1.1 SCADA系統簡介

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統，即數據采集與監視控制系統。它是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統，可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。它可以應用于電力系統、給水系統、石油、化工等領域的數據采集與監視控制以及過程控制等諸多領域。

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采用的即為PID控制方案。在此控制系統中輸油泵進口壓力在0.2MPa～0.5MPa之間滿足工藝要求，但由于密閉輸油模式將導致全線壓力不停細小的波動，調節器將不停的調節壓力回到SP值（設定值）。

本課題主要目的是對壓力控制提出新的控制方案。要求泵進口壓力在0.3MPa～0.4MPa時對壓力不進行調節，當超過此范圍時自動調節壓力回到控制區域。“死區”PID控制方案將能很好實現這一功能。

“死區”PID的運用能提高泄漏檢測的準確度和提高調節閥的使用壽命。因此開發研究“死區”PID控制具有重要的科研和經濟效益。

2 研究內容

2.1 控制原理

目前輸油站壓力控制采用了PI控制方式，其參數設置如下：

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

2.1.1 PID控制原理

（1）PID控制系統框圖

本單位輸油站壓力控制系統框圖如圖1。

（2）控制器

調節系統可劃分為調節器和調節對象兩大部分，其傳遞函數分別為KCGC（S）和K0G0（s），如圖2所示。

a.比例環節：即時成比例地反應控制系統的偏差信號e（t），偏差一旦產生，調節器立即產生控制作用以減小偏差。

b.積分環節：主要用于消除靜差，提高系統的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數Ti，Ti越大，積分作用越弱，反之則越強。

c.微分環節：能反映偏差信號的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統的動作速度，減小調節時間。

2.1.2 “死區”PID控制原理

“死區”PID就是在PID調節器中設定一個控制“死區”，當被控量在設定“死區”時調節器輸出保持不變，當壓力不在“死區”時采用PID控制，將被控量調回設定的區域。

2.2 控制方案

2.2.1 方案論證

方案一、“死區”PID控制

通過對輸入信號的處理和死區操作點的設置，自動判斷輸入信號是否在“死區”區間。當壓力在0.30MPa～0.40MPa時給PID控制器輸入一個0.35MPa的PV值（過程值），此時SP值等于0.35MPa。形成無偏差，比例部分、微分部分為0，積分部分保持不變，PID調節器輸出不變。當壓力不在此區間時給PID控制器輸入實際PV值，此時設SP等于0.35MPa，此時具有偏差，比例、微分、積分正常輸出，PID調節器起到調節作用，自動調節壓力回到設定的“死區”區間。

方案二、手動/自動自動切換

通過引腳（MM/MA）自動完成手動/自動之間的轉換。當壓力在0.30MPa～0.40MPa時自動切換為手動，當超過此范圍時自動切換為自動。當為手動時，形成開路控制，調節器輸出不變。當超過此“死區”范圍自動切換為自動PID控制，調節泵進口壓力回到0.30MPa～0.40MPa。

手動/自動自動切換將使操作人員無法在操作員站完成手動/自動的切換，即操作員無法手動調節閥門開度，不能滿足生產工藝要求，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

（2）參數設置

通用控制器參數設置

2.3 方案實施

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

2.4 試驗內容及分析

通過將2#、3#換熱器設置為不同控制方案，對比兩者在各種干擾情況下的動態性能及穩態時閥門動作情況，具體設置如下：

1#換熱器：紅色曲線，就地控制（電動閥故障）

2#換熱器：綠色曲線，“死區”PID控制

3#換熱器：藍色曲線，PID控制

2.4.1 動態性能分析

（1）階躍響應

由上述五項動態指標及其穩態誤差可以看出，在階躍干擾情況下2#換熱器具有3#換熱器基本相同的動態特征和穩態性能。

（2）流量變化響應

2

由上述五項動態指標及其穩態誤差可以看出，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態特征和穩態性能。

2.4.2 穩態性能

由于目前SCADA系統未做閥門開度趨勢，只能通過控制面板觀察溫度變化與閥門開度變化的關系。通過對2#、3#電動閥長期觀察可以得出以下結論：

當溫度在53℃～57℃控制區間時，2#換熱器不進行調節（閥門開度不變化），溫度保持在控制區間，當溫度超過控制區間時自動調節（閥門開度變化）溫度回到設定區間。3#換熱器不停的調節（閥門開度不停的變化）溫度保持在55℃左右。

3 結束語

由試驗結果可以看出，此控制方案既不影響系統的動態調節性能，又能在被控量滿足工藝條件時開環控制而不進行調節。因此這種方案運用于壓力控制可以消除PID調節對泄漏檢測產生的部分影響和延長電動閥的使用壽命。

參考文獻

[1]胡壽松.自動控制原理[M].科學出版社，2011.

[2]吳明，孫萬福.油氣儲運自動化[M].化學工業出版社，2006.

[3]劉玉長.自動檢測和過程控制[M].冶金工業出版社，2010.