输油站进站压力控制方案优化

谭学进++张超

摘 要；本单位输油站采用的是SCADA控制系统，主要通过现场数据采集、参数调节以实现对现场设备的监视和控制。其压力控制方案是基于此系统的PID控制，此控制方案的缺点表现为两方面：一是影响泄漏检测系统的泄漏判断；二是造成电动阀频繁动作导致机械磨损。文章设计了“死区”PID控制方案并运用Control Builder F软件编写了控制程序，解决了因PID不断调节带来的部分问题。

关键词：SCADA；泄漏检测；死区；PID

1 概述

1.1 SCADA系统简介

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即数据采集与监视控制系统。它是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

1.2 本论文的目的及意义

目前本单位输油站压力控制系统采用的即为PID控制方案。在此控制系统中输油泵进口压力在0.2MPa～0.5MPa之间满足工艺要求，但由于密闭输油模式将导致全线压力不停细小的波动，调节器将不停的调节压力回到SP值（设定值）。

本课题主要目的是对压力控制提出新的控制方案。要求泵进口压力在0.3MPa～0.4MPa时对压力不进行调节，当超过此范围时自动调节压力回到控制区域。“死区”PID控制方案将能很好实现这一功能。

“死区”PID的运用能提高泄漏检测的准确度和提高调节阀的使用寿命。因此开发研究“死区”PID控制具有重要的科研和经济效益。

2 研究内容

2.1 控制原理

目前输油站压力控制采用了PI控制方式，其参数设置如下：

CP（比例值）：0.8 TR（积分时间）：50s TD（微分时间）：0s CD（微分作用系数）：1.0

2.1.1 PID控制原理

（1）PID控制系统框图

本单位输油站压力控制系统框图如图1。

（2）控制器

调节系统可划分为调节器和调节对象两大部分，其传递函数分别为KCGC（S）和K0G0（s），如图2所示。

a.比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e（t），偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。

b.积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越大，积分作用越弱，反之则越强。

c.微分环节：能反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。

2.1.2 “死区”PID控制原理

“死区”PID就是在PID调节器中设定一个控制“死区”，当被控量在设定“死区”时调节器输出保持不变，当压力不在“死区”时采用PID控制，将被控量调回设定的区域。

2.2 控制方案

2.2.1 方案论证

方案一、“死区”PID控制

通过对输入信号的处理和死区操作点的设置，自动判断输入信号是否在“死区”区间。当压力在0.30MPa～0.40MPa时给PID控制器输入一个0.35MPa的PV值（过程值），此时SP值等于0.35MPa。形成无偏差，比例部分、微分部分为0，积分部分保持不变，PID调节器输出不变。当压力不在此区间时给PID控制器输入实际PV值，此时设SP等于0.35MPa，此时具有偏差，比例、微分、积分正常输出，PID调节器起到调节作用，自动调节压力回到设定的“死区”区间。

方案二、手动/自动自动切换

通过引脚（MM/MA）自动完成手动/自动之间的转换。当压力在0.30MPa～0.40MPa时自动切换为手动，当超过此范围时自动切换为自动。当为手动时，形成开路控制，调节器输出不变。当超过此“死区”范围自动切换为自动PID控制，调节泵进口压力回到0.30MPa～0.40MPa。

手动/自动自动切换将使操作人员无法在操作员站完成手动/自动的切换，即操作员无法手動调节阀门开度，不能满足生产工艺要求，故选择第一种方案。

2.2.2 程序流程图

2.2.3程序

（1）CBF组态

（2）参数设置

通用控制器参数设置

2.3 方案实施

为不影响管道的正常运行，故先在上游站洛川2#换热器温度控制中实验，以确定此控制方案适用于本单位压力控制。为满足工艺生产要求，出站温度一般控制在53℃～57℃，故将2#换热器SP设为55℃，“死区”宽度设为4℃。

2.4 试验内容及分析

通过将2#、3#换热器设置为不同控制方案，对比两者在各种干扰情况下的动态性能及稳态时阀门动作情况，具体设置如下：

1#换热器：红色曲线，就地控制（电动阀故障）

2#换热器：绿色曲线，“死区”PID控制

3#换热器：蓝色曲线，PID控制

2.4.1 动态性能分析

（1）阶跃响应

由上述五项动态指标及其稳态误差可以看出，在阶跃干扰情况下2#换热器具有3#换热器基本相同的动态特征和稳态性能。

（2）流量变化响应

2

由上述五项动态指标及其稳态误差可以看出，在流量变化干扰情况下2#换热器具有3#换热器基本相同的动态特征和稳态性能。

2.4.2 稳态性能

由于目前SCADA系统未做阀门开度趋势，只能通过控制面板观察温度变化与阀门开度变化的关系。通过对2#、3#电动阀长期观察可以得出以下结论：

当温度在53℃～57℃控制区间时，2#换热器不进行调节（阀门开度不变化），温度保持在控制区间，当温度超过控制区间时自动调节（阀门开度变化）温度回到设定区间。3#换热器不停的调节（阀门开度不停的变化）温度保持在55℃左右。

3 结束语

由试验结果可以看出，此控制方案既不影响系统的动态调节性能，又能在被控量满足工艺条件时开环控制而不进行调节。因此这种方案运用于压力控制可以消除PID调节对泄漏检测产生的部分影响和延长电动阀的使用寿命。

参考文献

[1]胡寿松.自动控制原理[M].科学出版社，2011.

[2]吴明，孙万福.油气储运自动化[M].化学工业出版社，2006.

[3]刘玉长.自动检测和过程控制[M].冶金工业出版社，2010.