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1、第七章油气开发自动化技术随着社会的不断进步,现代工业的飞速发展,自动化生产逐渐代替繁重的手工劳动,从而减轻了人员的劳动强度,提高了劳动生产率。尤其是天然气采集这种危险程度高的行业,自动化生产更能体现其优越性,既保障安全生产,又合理节约资源。第-节自动化控制简介一、计算机控制系统计算机控制系统是指含有计算机并且由计算机完成部分或全部控制功能的控制系统。计算机控制系统的一般构成如图1-7-1所示,计算机控制系统主要由传感器〈变送器〉、过程输入/输出通道、计算机及外设、操作台和执行器等部分组成。当然,还有被控生产过程。图1-7-1计算机控制系统构成
2、框图生产对象的各项参数,由传感变送器检测出并经多路开关、模数转换(A/D〉送入计算机,计算机内部的控制信号经数模转换〈D/Ah再经反多路开关送给执行器(一般为调节阀)来控制生产对象。同时,计算机主机还具有存储、打印、复制、监测数据以及报警等功能。人工需要做的是对计算机管理,由操作员和工程师对整个生产过程进行监控。操作员只允许一些具体的操作,而工程师则可进行系统整定(如PID参数的整定等〉,使控制达到质量标准。二、几种过程控制系统计算机自动控制实际上是通过过程控制来实现,以调节器为例,介绍几种过程控制系统。1.简单控制系统简单控制系统,也称单回
3、路系统,如图1-7-2所示由四个基本环节组成,即被控对象、测量变送装置、调节器和执行机构(一般为调节阀)。被控参数,由测量变送仪表(也称变送器)测量转换[将压力、温度、液位等信号转换成标准信号:1-5V(DC)或4-2OmAL与给定形成偏差,成为调节器的输入,再由调节器根据偏差的大小调节输出控制被控对象,达到控制的目的。例如:水罐的液位控制中(女日图1-7-3所示)HC为液位调节器,液位变送器检测到液位偏离设定值时,调节器调节输出,调节调节阀的开度,来控制水管出水量,达到控制液位的目的。2.复杂控制系统1)串级控制系统上面所讲的单回路控制系统
4、在生产中用得最多,一般情况下都能满足正常生产的要求。但是,当对象的容量滞后较大,负荷或干扰变化比较剧烈、比较频繁,或是工艺对产品质量提出的要求很高(如有的产品纯度要求达99.9%),在这种情况下,采用单回路控制方法就不再有效了,就必须采用更为复杂的控制系统。串级控制系统是指采用一个以上调节器,各个调节器之间相串接,一个调节器的输出作为另一个调节器输入的控制系统。二次干扰对副对象被控参数的干扰,由副回路变送器检测出,送人副调节器,由副调节器调节副对象,将干扰排除在影响主对象之外。主对象由主回路变送器检测出,送入主调节器,由主调节器控制调节阀的开
5、度,达到控制的目的(图1-7-4〉。下面举例说明为什么采用串级控制系统。如图1-7-5所示z从釜顶进料,利用给夹套内加冷却水来控制反应温度。如果夹套内的水温比较稳定,波动比较小的情况下,可以用单回路控制系统来控制生产，也就是说用一个温度调节器来控制反应釜的温度。但是,如果水温波动比较大的情况下,用单回路控制系统将会使控制效果很差,因为反应釜容积很大,有个温度滞后,当要调节温度时,相应地调节调节阀的开度,控制夹套内的进水量,由于反应釜有一个温度滞后,将会使调节的开度不断增大或减小,最终使反应釜中的温度变化比较大。如果采用串级控制,如图1-7-6
6、,用反应釜的温度调节器作为夹套温度调节器的给定值,当水温波动时,夹套温度调节器调节调节阀的开度,使水温比较稳定,从而,将冷却水的波动干扰排除在外。图1-7-6反应釜的温度调节控制方框图冷却水的干扰,先影响到夹套中水温的变化,由温度变送器检测出,送人TC2调节器之中,由TC2调节器调节夹套中水温的变化,将冷水的干扰克服在影响釜中温度之前。釜中由于进料的干扰,由温度变送器检测出送往TC1调节器,控制进水阀门,达到控制目的。2)均匀控制系统为了解决前后工序的供求矛盾,达到前后兼顾,协调操作,使两个互相联系又互相矛盾的参数均可小、范围内变化,为此组成
7、的系统称为均匀控制系统。均匀控制系统在结构上可以是一个单回路控制系统,也可以是一个串级控制系统,它是指控制目的而言,可通过系统PID参数整定来实现,如要控制两个参数T,F,控制响应曲线如图1-7-7所示。图1-7-7T、F控制响应曲线图3)比值控制方案在化工、炼油及其他工业生产过程中,工艺上需要两种或两种以上的物料保持例关系,比例一旦失调,将影响生产或造成事故。比值控制系统是指从动量随主动量按一定比例变化而变化的控制系统。3.PID控制基本知识自动化控制系统大多数采用简单控制回路〈单回路)PID调节控制。P为比例,Ⅰ为积分,D为微分。调节器可
8、组态为PI,PD,PID三种控制形式。在阶跃信号输入下,几种调节器输出曲线如图1-7-8。图1-7-8PI,PD,PID几种调节器输出曲线图计算机控制系统,必须经过
