低加水位自动控制方式的改进研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇低加水位自动控制方式的改进研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要：本文通过对油田热电厂原低压加热器水位自动控制系统的改进研究，解决了原系统水位控制无法自动调节的缺陷，新方案也延长了设备的使用寿命，并且也有效的降低了设备的运行成本。

关键词：PID调节器；自动控制；DCS控制

中图分类号：TE144 文献标识码：A

1研究背景

大庆油田热电厂低压加热器水位自动控制系统是通过LD301智能变送器（具有测量调节功能）去控制变频器的控制方式来实现水位自动控制的，而采用的美国LD301智能变送器，在就地进行参数设置时，必须与手握式编程器连接进行参数设定，因编程器与变送器在连接时连接回路复杂， 且手握式编程器使用时间已超十年，编程器内部元件已老化，现已无法使用且此型号编程器在市面上无法买到，致使低加水位自动调节无法实现，低加疏水无法正常回收，造成巨大的浪费。针对这种情况，我们进行了低加水位自动控制方式的改进研究。

2研究目的

油田热电厂低压加热器水位控制系统是在给水管路上加装给水泵和电子电动单座调节阀，调节阀接受LD301输出的4～20mA控制信号，控制低压加热器水箱水箱底部开孔作取压口，经导压软管连至I。D301压力入口。LD301本体安装位置应低于水箱取压口。由给出的测量高限值40MPa可计算出最高水位，LD301本体距水箱的最大垂直安装距离即可确定。LD301的PID控制输出和一次信号输出均以两线制4～20mA传输，250欧姆电阻限制了回路供电电流，以免烧坏LD301主板。但是原设计控制方式由于变送器与编程器连接困难，编程器老化且已损坏，产品型号老旧，市面无法买到，无法实现水位的自动控制，给平稳运行带来了极大的安全隐患。通过低加水位自动控制方式的改进，可以在保障平稳运行的基础上，完善原有的技术缺陷，大量减少设备更换所产生的费用与工作量。

3改造方法与过程

3.1原设计控制方式中变送器与编程器连接困难，编程器老化，市面无法买到，无法实现水位自动控制。原设计控制方式如下图：

3.2在原设计方案的基础上我们首先提出来的是DCS控制方式改进方案，DCS系统即分布式控制系统，其实质时计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一新型控制技术。分布式操作系统的构成：作为一种纵向分层和横向分散的大型综合控制系统，它以多层计算机网络为依托，将分布在全场范围内的各种控制设备的数据处理设备连接在一起，实现各部分信息的共享的协调工作，共同完成控制、管理及决策功能。

其硬件设备由管理操作应用工作站、现场控制站和通信网络组成。管理操作应用工作站包括工程师站、操作员站和立式数据站等各种功能服务站。工程师站提供对技术人员生成控制系统的人机接口，主要用于系统组态和维护，技术人员也可以通过工程师站对应用系统尽心监控。操作员总理提供技术人员与系统数据库的人机交互界面，用于监视可以完成数据的状态值显示和操作员对数据点的操作。历史站保存整个系统的历史数据，供组态软件实现历史趋势显示，报表打印和事故追忆等功能。现场控制站用于对现场信号的采集处理，控制策略的实现，并具有可靠地冗余保证。网络通信功能：通信网络连接分布式控制系统的各个分布部分，完成数据、指令及其他信息的传递。为保证DCS可靠性，电源、通信网络、过程控制站都采用冗余配置。

但是采用DCS控制方式需增加6DS1412-8BA调节模件一块，造价6.8万元，另需敷设150米控制电缆，造价高，工作量大。DCS控制方式如下图：

3.3针对DCS控制方式的缺点我们又进行了改进，因现采用的美国LD301智能变送器，在就地进行参数设置时，必须与手握式编程器连接进行参数设定，但是手握式编程器使用时间已超十年，编程器内部元件已老化，现已无法使用且此型号编程器在市面上无法买到，致使低加水位自动调节无法实现。针对这种情况我们取消了LD301变送器的PID功能，保留了其测量功能，并增加了PID智能调节器一块，在变频器控制柜盘柜上开孔，将其安装，取变频器柜内备用的220V交流电源为调节器的工作电源，并输出直流24V，为变送器供电。调节器在自动控制系统中的作用——将测量输入信号值PV与给定值SV进行比较，得出偏差e，然后根据预先设定的控制规律对偏差e进行运算，得到相应的控制值，并通过输出口以4～20mA，DC电流（或1～5V，DC电压）传输给执行器。故此，实际调节器均具有一定数量的输入端口和输出端口。另外，在调节器上一般都有测量值、输出值和给定值的显示功能，极大地方便了人们对仪表的调整及系统监控的操作。

本方案PID模块采用比例控制规律（P）进行调节，可以用下列数学式来表示：

式中 u——控制器输出变化量；

e——控制器的输入，即偏差；

Kc——控制器的比例增益或比例放大系数。

由上式可以看出，比例控制器的输出变化量与输入偏差成正比，在时间上是没有延滞的。或者说，比例控制器的输出是与输入一一对应的。

经过此次改造，在PID智能调节器上不仅能观测到水位的给定值和实际水位，更重要的是可以直接设置PID各个调节参数，随时改变定值，操作简单实用，造价低。增加PID智能调节器方案如下图：

4成果应用情况

油田热电厂共有6台低加变频器控制的疏水泵和3台热网疏水罐变频器控制，增加PID智能调节器方案在低加水位控制中应用效果显著，水位调节品质达到要求，并且在增加了设备使用寿命的基础上也合理的降低了运行成本。

参考文献

[1]XMPA-900智能 PID使用说明书调节器 江苏红光仪表厂有限公司.

[2]三菱大容量变频器FR-500L使用手册 三菱电机株式会社.

[3]关哲，基于PLC的分布式综合站房监控系统[J].广州建筑，2006（02）.