自动控制理论在海上钻井平台的应用研究

薛强

摘 要：随着我国电气控制系统技术的不断进步和发展，在海上钻井平台中的自动控制变得越来越广泛，目前我国的海上钻井平台中使用的自动控制系统主要有PI调节系统、调速系统以及双闭环直流调速系统等，这些系统的配合使用更好地保证了海上钻井平台工作的稳定性，极大的节约了海上钻井平台的使用期限。

关键词：自动控制理论 海上钻井平台 应用研究

中图分类号：TP13 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0060-01

在我国自动控制技术不断改进的前提下，企业生产已经能够通过系统程序设置来控制相关外部设备来实现自动化生产模式，根据控制理论分类我们可以将其分为经典控制理论以及现代控制理论两大类。在本文中笔者将就自动控制理论在海上钻井平台的应用的相关问题进行分析和研究，希望本文能够对海上钻井平台的开发和研究能够有所帮助。

1 海上钻井平台的自动控制系统分类

海上钻井平台的自动控制理论在过去的几十年中取得了较好的发展，而其中所使用的控制理论主要为经典控制理论中的闭环控制理论。海上钻井平台的控制理论主要涉及到电动机的调速控制系统、发电机的压力调节系统的数字调压装置等的使用都是十分广泛的，在海上钻井平台的直流电动机调速的使用也比较多，而海上钻井平台所使用的西门子的整流装置例如SIMOREG K系列的产品都是通过这种闭环控制系统实现控制功能的。

2 闭环控制系统介绍及控制原理

在海上钻井平台中使用的闭环控制系统是自动控制理论中十分重要的内容，在经典控制理论中又称之为反馈控制系统，而这种控制系统的控制原理主要是通过偏差变化作为系统控制信息的信息驱动机构，而自动控制系统则能够根据系统中的变化量产生相应的控制信息来对偏差量進行纠正。在经典控制理论中负反馈的控制理念主要有比例调节器、积分调节器以及比例积分调节器这三种调节器。在以上的这三种调节器中反应速度最快的是比例调节器，但是由于这种调节器在稳态性能方面不够完善，而积分调节器的稳态误差最小，但是对于偏差量的反应不够灵敏。在海上钻井平台中使用的调节器主要是比例积分调节器，因为这种调节器是将比例调节器和积分调节器的优点结合在一起，不但能够对调节信息作出迅速的反应，而且稳态性比较好。

在海上钻井平台的控制系统中所使用的调速器中所使用的电位器控制的，例如在PI调节器的调节量中的P增益主要是用来对自动控制系统中的调节速度进行调节的，而PI调节器的积分控制主要是用来对积分的增益进行调节的，还有一个调节器就是ACTUATOR COMPENSATION这种执行补偿部分，这一部分发挥着对执行器的阻尼系数进行指导的作用。在海上钻井平台中使用的柴油机、汽轮机等的控制要求将其控制阻尼系数调整为15%左右，而蒸汽机这类的机械设备的控制阻尼系数要求控制在50%左右。在海上钻井平台的自动控制系统中通常不要求对控制系统进行调整，但是在系统运行中出现不稳定等状况时要求对系统中的控制量进行控制。由于在海上钻井平台中使用的电机设备比较多，因此在现场的实际情况中要根据发电机的需求对发电机的无功负载进行调节和选择。通过配合合理的闭环调节系统能够保证控制系统在反应速度、系统的稳定性以及设备的运行寿命等方面起到十分重要的作用。

3 双闭环调节系统介绍及控制原理

在比例积分调节系统中所使用的单环控制系统能够很好地保证自动控制系统本身的稳定性，也能够实现对控制系统的无静差的调节。但是在海上钻井平台中所使用的电动机对于设备的启动速度以及控制程度的要求比较高，比例积分调节系统的控制能力和特点显然不适合对此类电动机的控制。为了能够保证海上钻井平台所使用的电动机能够在电动机的电流以及电动机的转矩控制方面得到满足，可以采用西门子厂家生产的的装置对海上钻井平台中所使用的电动机进行控制。

对于此类电动机的控制最主要的就是能够迅速的获得较好的动态特征，西门子厂家生产的比例积分调节器就能够很好地做到这一点。这种调节器主要是通过对限幅的控制来实现对转速的调节的，通过对电动机通电电压的控制来进行无静差控制，并且通过对电压的控制来实现以上控制作用。当电动机在运行的过程中一旦设备的负载电流到达最大值，比例积分调节器的调节作用达到饱和状态，通过这种双重的控制系统从而很好地实现控制作用。

在比例积分调节器的系统控制中主要有以下两种静态特征：首先就是电动机的转速不饱和阶段中，比例积分调节器的偏差量为0，此时电动机的转速在输入量以及系统的反馈量这两项量都是相同的；除此之外还有就是电动机的转速达到饱和阶段，电动机的转速调节器的转速达到饱和状态时系统的稳定性不会再受到影响，而自动控制系统中便形成了无静差的单闭环调速系统。

在西门子公司生产的直流调速装置中主要是通过双闭环调速系统来对电动机速度进行控制，这种装置中包含有速度调节装置以及电动机电流整定装置，主要是系统量的比较环节、脉冲触发环节以及电动机电流分反馈环节这几种元部件，在其中通过模拟运算的方式来将调节器中的存储器进行调节，而且这种自动控制系统中运算速度要远远高于其它速度调节器，而且在其中装设有监控保护装置，系统的稳定性非常好，反应速度更为灵敏。

西门子控制装置在海上钻井平台中的应用十分广泛，目前我国在海上钻井平台中所使用的西门子控制调节装置主要有6RA24，这种控制系统，而在其中主要是通过模拟部件的连接来实现的，而且这种装置的工作模式十分简便，能够根据现场的实际情况进行选择性连接。在西门子控制装置6RA24中不但可以实现积分调节、比例调节、比例积分调节这三种调节模式的选择，而且能对调节器的P＼I增益都能够起到控制作用，并且能够控制电动机的电流，因此该装置的反应速度十分灵敏，系统的稳定性能也很高。海上钻井平台所使用的6RA24装置不但能够通过参数的调节来实现对控制系统的控制，而且能够更好地保证控制系统的稳定性和速度控制灵敏性，因此能够有效的提升设备的工作效率。

4 结语

在本文中笔着就自动控制理论在海上钻井平台的应用进行了简单的分析和探讨，由于自动控制系统中包含有动态控制和静态控制等多个方面，因此此类控制系统是比较复杂的，而对于海上钻井平台又发挥着十分重要的作用，希望本文能够对我国海上钻井工作的开展能够有所帮助。

参考文献

[1] 岳吉祥，綦耀光，肖文生.基于人因工程学的半潜式钻井平台钻井控制室设计研究[J].人类工效学，2009（1）.

[2] 岳吉祥.深水半潜式钻井平台钻机系统选型与布局优化研究.机械设计及理论[D].中国石油大学（华东），2009（学位年度）.