可编程序控制器比例积分微分控制在油田站库生产中的应用_康立智.pdf

上海电气技术 ，（）收稿日期：第一作者简介：康立智（），男，本科，高级工程师，主要从事油田生产信息化建设运维工作可编程序控制器比例积分微分控制在油田站库生产中的应用康立智赵广强张广杰阮腾胜山东广域科技有限责任公司山东东营 摘要：为实现油田五化建设，对联合站进行提升改造，提升信息化集成水平，实现提质增效，将可编程序控制器比例积分微分控制应用于油田站库生产。针对联合站可编程序控制器控制系统，提出联合站三相分离器液位调节的比例积分微分控制方案，实现分离器内液位恒定。通过在油田站库生产中应用可编程序控制器比例积分微分控制，实现了无人值守，降低了人工成本，提高了生产效率，对智能油田的发展建设起到推动作用。关键词：可编程序控制器；比例积分微分控制；油田；站库；应用中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：，：；应用背景随着油田勘探开发程度的不断提高，油田开发难度也在不断提高，油气开采的生产成本逐年上升。油田信息化、自动化能力与施工工业化融合程度不够，导致现场生产效率较低。在这样的背景下，油田提出五化建设，旨在完善标准，提高油气生产自动化水平，提升老旧站场管理水平及生产效率。油气集输在油田勘探开发中起到重要作用，站库是油气集输的重要组成部分。站库能够对多口油井所采出的油液实现集中，并进行相关处理，因此，站库对提升油田生产效率起到重要作用。站库包括联合站、注水站、接转站等。在联合站内数据采集过程中，三相分离器油水界面是必须采集和控制的重要参数。以往通过人工读取分离器油水液位控制出口阀门，来保持分离器内液位稳定。通过五化提升改造之后，可编程序控制器作为联合站数据采集和控制的核心，在分离器液位调节方面起到重要作用。笔者介绍可编程序控制器比例积分微分控制在油田站库生产中的应用，提出联合站三相分离器内液位恒定的比例积分微分控制方案。这一方案以可编程序控制器为控制核心，利用比例积分微分算法采集相关数据，并调节外输泵流量，使三相分离器内油水界面保持恒定。，（）上海电气技术可编程序控制器概述随着自动化技术的不断进步，油田联合站也在技术的不断变革中迎来了新的发展机遇。联合站需要控制的数据参数多且复杂，利用可编程序控制器的比例积分微分控制功能对相关数据进行采集，可以分析得到出口电动阀的实时开度，进而控制三相分离器液位恒定。可编程序控制器通过数学逻辑运算进行相关操作，包括中央处理器、输入输出接口电路、电源、通信模块等组成部分。可编程序控制器可以执行计时、逻辑运算、计数、算术等指令，通过数字或模拟输入输出完成读写，从而控制各种类型的机械设备进行生产。比例积分微分控制比例积分微分控制是在工业控制领域中应用最为广泛的一种控制模式，由比例单元、积分单元、微分单元组成。比例控制是比例积分微分控制的基础，稳态误差可以通过积分控制来进行消除，在这一过程中可能会增大超调，大惯性系统响应速度可以通过微分控制来提高，同时可以削弱超调趋势。比例积分微分控制输入量为（），输出量为（），两者之间的关系式为：（）（）（）（）（）写成传递函数形式，为：（）（）（）（）（）式中：为比例因数；为积分时间常数；为微分时间常数。对于比例控制，系统中发生偏差时，控制器就会马上作用，从而减小偏差。比例控制是最简单的一种控制方式，系统的响应速度和比例因数大小成正比，如果比例因数过大，系统会产生超调现象。积分控制的作用主要是消除系统运行时所产生的稳态误差，从而提高运行的准确性。控制器输出的误差信号积分随输入信号的增大而增大，延迟是积分控制的特点之一，会造成系统的响应变慢。由式（）可知，积分时间常数越大，积分作用越弱，积分时间常数越小，积分作用越强。采用比例积分控制器，可以使系统进入稳态后消除稳态误差。微分因数表征偏差量的变化趋势，控制器输出的误差信号微分与输入信号成正比。微分控制的作用为，在偏差量幅度变化太大之前，从系统中引入一个起加速控制响应动作的修正信号，来缩短系统的调整时间。采用比例微分控制器，可以使系统在调节过程中的动态特性得到改善。比例积分微分控制的核心是控制器的参数整定，比例积分微分控制器的比例因数、积分时间常数、微分时间常数基于被控制过程的特征而确定。比例积分微分控制器参数整定方法主要有理论计算整定法和工程整定法两种。理论计算整定法主要是根据数学模型和理论计算来确定相关参数，得到的计算数据与实际存在偏差，需要进行不断修正，才能应用于现场实践。工程整定法主要是根据工程经验来确定相关参数，比较简单，容易掌握，可以直接应用于工程实践。临界比例法、反应曲线法、衰减法是工程整定法的最重要三种方法，都需要根据工程经验式和不断试验来确定控制器的相关参数，在实际应用中不断调整和完善。实际应用胜利采油厂集输大队坨二联合站始建于 年，是一座集原油和采出水处理为一体的综合性集输泵站，担负着坨一、宁海、坨三、坨五四座分水站来油和采油管理六区井口采出液处理任务，日处理原油 ，采出水 万。坨二联合站目前建有六座三相分离器，由现场实际生产可知，分离器内液位保持恒定。因进口流量不确定，在控制系统投入使用之前，需通过人工观察液位来确定出口阀门开度，从而使分离器内液位恒定。这样生产效率较低，人工成本浪费严重。在设计中，分离器油腔和水腔液位与油腔和水腔出口电动阀开度连锁调节。坨二联合站可编程序控制器控制系统中针对此项设计内容，编写了比例积分微分控制程序模块，来实现对应功能。通过以上功能，可以实现现场无人值守，相关参数读取和设备调节均在指挥中心完成，生产效率得到进一步提高。当前，分离器油腔和水腔内液位实际检测值为 ，组态中比例积分微分自动控制功能打开，手动控制设定频率功能关闭。在分离器比例积分微分控制操作界面中，可以设定控制方式为手动或自动。在手动模式下，比例积分微分控制功能关闭，可以人工设置电动阀的开度。在自动模式下，比上海电气技术 ，（）例积分微分控制功能启用，通过设置油腔或水腔内液位，与实际液位对比来控制出口电动阀开度，从而保持油腔或水腔内液位恒定。为防止来液量突变导致电动阀超量调节，根据现场实际生产情况，对电动阀开度上限和下限进行设置。分离器比例积分微分控制界面如图所示。图分离器比例积分微分控制界面控制系统分为开环控制和闭环控制。采用开环控制时，被控对象的输出对控制器的输入没有影响。闭环控制则是被控对象的输出反送回来影响控制器的输入，形成一个或多个闭环。由生产实际情况可知，分离器比例积分微分控制选用闭环控制。积分时间常数、微分时间常数等可以根据控制系统实际特性，基于经验值进行动态微调，并可观察调节效果。在分离器比例积分微分控制中，由出口电动阀开度控制调节三相分离器液位。由于三相分离器液位变化取决于站外来液量，有一定不确定性，出口电动阀开度调节对三相分离器液位有一定滞后性，因此比例积分微分程序在参数调整时可以提高比例微分控制的比重，以达到预先调节的作用。比例积分微分控制模块如图所示。坨二联合站可编程序控制器控制系统投产后，三相分离器液位会在出口电动阀的动态调节下，维持在理想区间内。实际液位与期望液位偏差越大，比例控制作用越强，出口电动阀调节幅度越大，出口电动阀开度变化随实际液位与期望液位偏差减小而变小。当实际液位与期望液位出现偏差时，比例积分微分控制功能介入，微分控制作用，电动阀在液位出现较大偏差之前即开阀，抵冲闭环控制反馈量的延迟效果，维持液位曲线不会出现较大振荡。不启用比例积分微分控制时，可改为手动模式。在手动模式下，出口电动阀开度直接由人工设定值确定，从而控制三相分离器液位保持恒定。图比例积分微分控制模块（下转第 页）上海电气技术 ，（）护单位检查维护次数，节约了维护成本。网络化改造还降低了调度员和集控值班员的监控工作强度，为电网的安全运行打下良好的基础，为事故分析提供可靠依据。参 考 文 献陈建，刘雪飞，刘海鹏，等基于告警直传的远动遥信数据快速比对方法的研究与应用 电工技术，（）：漆展 一起远动装置误发遥信信号的分析及改进中国设备工程，（）：曾王杰，郑文棋，张东明，等变电站远动装置遥信误发原因分析及优化 科技创新导报，（）：，（编辑：尔东）（上接第 页）结束语用可编程序控制器比例积分微分控制功能来实现坨二联合站三相分离器液位恒定自动控制，使动态响应速度和液位控制精度得到提高，实现全过程无人监控，促进油田发展。当然，坨二联合站可编程序控制器控制系统在实际运行中也存在一些不稳定现象，需要后续进一步改进。坨二联合站可编程序控制器控制系统提高了站库信息化水平，提升了生产效率，降低了人工成本，实现了提质增效的目的，具有应用前景。参 考 文 献吴辉 控制系统在油田生产中的应用研究数字技术与应用，（）：肇恒军，王慕坤，马光辉仿人智能 在脱水器界面控制中的应用油气田地面工程，（）：于光辉油水界面检测及控制系统研究与设计太原：太原理工大学，聂建华，陶永华新型 控制及其应用 第三讲 智能 控制工业仪表与自动化装置，（）：王丽娟智能 控制系统在原油脱水处理工艺中的应用石油规划设计，（）：（编辑：尔东）（上接第 页）综上所述，虽然所研究的电气系统变压器低压侧不设置断路器会导致低压母线检修时相应的变压器同时停电，在一定程度上扩大停电范围，但是变压器低压侧不设置断路器对系统的安全无实质性影响，方案的可行性高，可应用于同类型电气系统。参 考 文 献凌家光，蒋灏，江琦珊，等 机组厂用电互联改造方案电气技术，（）：杨枫，魏宁，杨真发电厂内台独立机组厂用电互联的应用 宁夏电力，（）：高兴庆，曹亮，吉世雷 单元制机组间 厂用电互联改造应用与实践机电信息，（）：，姚春球发电厂电气部分 版北京：中国电力出版社，许珉 发电厂电气主系统 版 北京：机械工业出版社，徐静 项目中的厂用电量计算方法分析上海电气技术，（）：王维俭电气主设备继电保护原理与应用 版北京：中国电力出版社，熊为群，陶然继电保护自动装置及二次回路 版北京：中国电力出版社，高春如大型发电机组继电保护整定计算与运行技术 版北京：中国电力出版社，张明清 变压器差动保护误动原因分析及改进措施上海电气技术，（）：（编辑：丁罡）