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转油站腾博会最新官网系统设计与实践

编辑: 来源: 发布时间:2019-11-06 08:45:35

    摘要:PLC 变频调速技术广泛应用于从井场到注水站、转油站、联合站等所有油田场站的建设,传统的靠泵出口调节阀调节泵的运行工况由调节泵电机转速来实现。本文以英威腾 CHF 为例,对力控组态App的开发应用、腾博会最新官网系统的组成功能、PLC 与变频器的连接及通讯、PLC 变频系统的具体实现等内容进行详细阐述。

    腾博会最新官网系统的大规模应用,不仅可以大大降低泵出口的节流损失、压力损失,节能效果显著,还可以降低劳动强度,提高采集数据及泵的控制精度,实现生产过程自动化控制。另外,变频控制系统能减小对油田电网的冲击,从而保持其稳定,节约维护费用,本文以某转油站数字化建设为例,先容根据缓冲罐液位高低的变化,来调节外输泵异步电机的启停和转速达到自动化输油的目的。

    1  基本概念
    (1)PLC 是英文 programmable logic controller 的首字母缩写,中文意思是可编程逻辑控制器,又称为可编程控制器,其实质是一种工业计算机,它的主要结构与微型计算机相同,主要包括:中央处理单位元(CPU)、存储器、电源。
    (2)PID 控制器。PID 是英文 Proportion Integration Differentiation 的首字母缩写,它是工业应用控制上常用的反馈回路部件,由比例单元 P、积分单元 I 和微分单元 D组成,其控制基础是比例控制、积分控制、可消除稳态误差。
    (3)变频器。是把工频电源(一般为 50Hz 或 60Hz)变换成各种频率的交流电源,从而改变电机定子绕组供电频率来实现电机的变速运行的设备。

    2  腾博会最新官网系统设计
    2.1  系统结构及功能
   “力控组态App”是一种App开发平台工具,它可以根据用户要求定制功能,比如,显示三相电机参数、转速,泵的远程启停及电机调速等功能,通过 PLC 编程,可以远程自动控制设备的运转。PLC 系统和变频器相结合,可以自动远程控制电机的转向、启停、转速,因此,腾博会最新官网系统设计必须有控制运算部分、实行和反馈部分。PLC 和变频器可完成运算功能,变频器和电机为实行机构,速度是反馈部分主要指标。
 
    2.2  系统实现总体设计思路
    根据以上先容,转油站 腾博会最新官网系统应由可编程逻辑控制器(PLC)、变频器和外输泵电机组成。首先 PLC通过力控界面设置,获得一个输入液位值,PLC 通过变频器上多功能端子、RS485 通讯接口或数模(DA)转换模块来控制变频器,经变频器改变电流(电压)的频率来控制电机,后变频器频率反馈至 PLC,后经对比再输出给变频器,最终实现无静差调速。

    2.3  CHF 系列变频器设置及闭环控制接线
    变频器出厂后必须用经快速调试过的变频器对其进行快速调试,调试合格方能用于实际工程。为避免雷达信号干扰,变频器频率反馈连接线及 PLC AO 输出线以及必须使用带屏蔽层的单、双芯线缆,其他如状态、启停信号线可根据设备规格及其实际使用环境进行选择。另外,泵房内的动力电缆产生的磁场会干挠电机三相电参以及电流的 RS-485 通讯,使其采集的数据失真,影响系统对输油系统的控制,这些采集线必须选用屏蔽双绞线。PLC 对变频器频率的控制,一般有模拟量控制法和串行总线通线控制法,油田工程上一般选择前者,需要将 PLC 的模拟量采集端子与变频器的 AO 模拟量输出端子连接起来,形成闭环控制。
 
    3  腾博会最新官网的实现
    3.1  腾博会最新官网系统的运行过程
    目前,智能 PID 控制器在油田工程中已得到广泛应用,输油泵前缓冲罐的液位在 PID 液位控制器的作用下,传输至 PLC,经其内部程序计算后,将一个大约 4 ~ 20mA 的电流信号通过模拟量输出模块(EM232)传送至变频器,再根据变频器内部 PID 控制程序的计算结果,变频器获得一个信号——转速控制信号。腾博会最新官网系统是一个负反馈的系统,缓冲罐的实际液位与设定液位之间的偏差值会影响输油泵的频率,该偏差值与输油泵的频率成正比变化,偏差值越大,输油泵的运行频率越大,反之越小。相对应的,PLC 的模拟量输入模块(EM235)同时也不断接收到来自变频器的实际运行频率信号,该信号也是以 4 ~ 20mA 的电流形式传送,经 PLC 内部程序计算后,修正输出电流,形成对电机的闭环控制。各联合站、转油站在实际生产中,由于季节变化、新井投产、老井关停及生产工艺的调整等原因,导致各站来油量并不稳定,无法保证输油的连续运转,此时,需要在力控运行界面远程手动控制输油泵的启停以及运行频率。同时,力控平台还可通过 RS-485 通讯采集电机的运行三相电参。

    3.2  腾博会最新官网 PID 参数整定实践
    PID 控制器的参数整定是 腾博会最新官网系统设计的核心内容,它是根据被控过程的特性确定 PID 控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID 参数方法主要有理论计算法和工程整定法,后者又分为临界比例法、反应曲线法和衰减法等,实际工作中临界比例法应用较多,其整定步骤为“先比例,再积分,最后微分”。

    (1)整定比例控制。比例控制比较简单,输出与输入误差信号成比例关系,当只存在比例控制时系统输出的误差为稳态误差,将比例控制作用由小到大,观察各次响应,直至得到反应快、超调小的响应曲线。
    (2)整定积分环节。多次反复调整步骤中的比例系数、积分时间长短及积分作用,随时观测响应曲线,直至获得比较满意的响应,选定此时的比例和积分参数。
    (3)整定微分环节环节。首先将微分时间 TD 设置为 0,并逐步调增 TD 的设置值,与此同时,相应调整积分时间和比例系数大小,经多次试验,直至获得较好的控制效果及与些对应的 PID 控制参数。一般来说,转油站输油泵工艺中应用的 腾博会最新官网系统,只调节 P、I 这两个系数,控制系统就可达到理想效果,而不必继续调试 D 系数。

    油田场站 PLC 自动输油系统中,PID 控制的频率滞后性较大,所以实际应用中,将比例系数 P、积分时间 I、微分时间 D 全投入使用,才能获得较强的系统动态响应。经多次试验得到的经验值,当 P=10,I=0.15,D=0.01 时,最大超调为两度左右,稳定后数值在 +1HZ/min 内,此时,系统的控制效果较好。

    4  腾博会最新官网系统在大庆油田某转油站输油工艺中的应用
    2017 年年底,大庆油田某转油站 腾博会最新官网自动输油系统建设完成,调试后投产取得满意的效果,还对不同厂家变频器功能及相关参数的设定加以对比分析,进行了总结。根据本项目所应用的英威腾 CHF 系列变频器,工作人员对闭环变频控制系统需要实现的功能以及具体的实现思路进行了研究,对系统软硬件构成、PLC 与变频器间的通讯方式、PLC 编程、PID 算法加深了了解,并能够依靠实际经验进行 PID 参数整定。经过本项目实践,积累了一定的腾博会最新官网系统调试经验。2018 年年底,该项目投产一周年,腾博会最新官网系统运行平稳、可靠,完全满足了转油站原油输送要求,降低了员工的劳动强度,消除了冒罐、泵空转等风险,同时据统计较上年转油站全年节能约 25%,得到了厂领导及基层员工的一致好评。

    5  结语
    随着油田改革的不断深入,节能能源、提高单位生产率不再只是一句口号,而是要落在实处,数字化油田的建设,可大大减少人力成本的投入,降低能源的消耗。PLC 变频自动控制系统作为数字化油田建设的一部分,应积极加以推广。根据 PLC 及变频器工作原理,PLC 变频自动控制系统除了可在抽油机、转油站、联合站的的输油系统应用之外,还可广泛应用于水处理系统、注水系统、空气压缩系统等的控制,此技术随着数字化业务的发展,潜力巨大。

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