输油管道 PID 控制的影响因素与控制标准.pdf

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1、５６０化工自动化及仪表第４２卷输油管道ＰＩＤ控制的影响因素与控制标准魏亮范华平于涛（中国石油天然气股份有限公司北京油气调控中心，北京１００００７）摘要通过对输油管道ＰＩＤ压力控制系统组成与工作原理进行分析，根据工程实践，确定ＰＩＤ压力控制器的数学模型。结合数学模型与现场设备特点，分析影响ＰＩＤ压力控制效果的因素，提出输油管道ＰＩＤ压力控制的参考标准，并通过试验验证了标准的适用性。关键词ＰＩＤ压力控制ＰＩＤ参数整定输油管道控制标准＋中图分类号ＴＨ８６２．６文献标识码Ａ文章编号１０００-３９３２（２０１５）０５-０５６０-０４ＰＩＤ控制以其算法简单、实用，不需要精确的上位

2、机压力设定是调控中心或站控人员向数学模型，且控制效果满足生产要求的特点，在工ＰＩＤ控制器下发指令的部分；ＰＩＤ控制器为压力控业过程控制中成为应用最为广泛的控制策略之制的核心，集成在站控ＰＬＣ中，并与ＰＬＣ中的模／一。据统计，目前工业控制器中有９０％以上是数转换及输入／输出接口等模块配合工作；阀位控［１］ＰＩＤ控制器。依托数据采集与监视控制系统，制模块负责接收ＰＩＤ控制器计算出的阀位数据，对输油管道进出站压力采用ＰＩＤ控制在国内外已控制调节阀阀芯的位移；压力检测回路是ＰＩＤ控［２］经十分普遍，ＰＩＤ控制对输油管道瞬变流控制、制系统的反馈通道，将被控制点的压力经过测量、维

3、持压力稳定、降低控制难度和保障管道安全具变送发送到ＰＩＤ控制器。有重要的作用。但由于目前ＰＩＤ控制在长输管道输油管道ＰＩＤ控制系统包含进站和出站压力领域方面没有统一的标准，且不同管道的设备不控制系统，每个控制系统在站控ＰＬＣ中都对应一同、ＰＩＤ控制器参数配置不同，不同管道的ＰＩＤ控个独立的ＰＩＤ控制器。对于不同的输油站场，进制效果与运行中遇到的问题也不尽相同。为此，站和出站压力控制是可选的：首站仅设出站压力笔者对输油管道ＰＩＤ控制原理与影响控制效果的ＰＩＤ控制系统，末站仅设进站压力ＰＩＤ控制系统，因素进行分析，试探性提出输油管道ＰＩＤ压力控中间站一般设ＰＩＤ选择性控制

4、系统。制的标准，以期对输油管道ＰＩＤ参数整定和ＰＩＤ压力控制效果评测提供实际依据。２ＰＩＤ控制系统工作原理１ＰＩＤ压力控制系统组成２．１系统工作流程现用的输油管道ＰＩＤ控制系统组成如图１所ＰＩＤ控制回路结构如图２所示。ＰＩＤ控制器示，主要包括上位机压力设定、ＰＩＤ控制器、阀位实时获取压力设定值ｐ与控制点实际压力值ｐｓｖ控制模块和压力检测回路４个部分。的偏差ｅ；以ｅ为输入量计算相应的阀位Ｃ，并将ｖ其发送到调节阀控制箱；控制箱的动力机构驱动阀杆运动使调节阀实际阀位输出为Ｃ′，进而改变ｖ控制点压力。由于压力设定值ｐ是不变的，而控ｓ制点实际压力ｐ是不断调整的，因此通过压力调ｖ

5、整使偏差ｅ逐渐减小，最终趋近于０，实现实际压力趋于压力设定值的目标。图１输油管道ＰＩＤ控制系统组成收稿日期：２０１５-０３-１０（修改稿）第５期魏亮等．输油管道ＰＩＤ控制的影响因素与控制标准５６１力波动增大，导致系统稳定性降低；Ｋ越小积分Ｉ［４］作用越弱，系统消除误差的时间越长。在管道现场设备参数相同的情况下，ＰＩＤ控制器的效果由Ｋ和Ｋ两个参数共同决定，ＰＩＤＰＩ［５］整定的过程即确定Ｋ和Ｋ的过程。目前ＰＩＤＰＩ图２ＰＩＤ控制回路结构框图整定方法主要有理论计算法和经验试凑法，理论２．２数学模型计算法需要大量的计算，且计算结果还需要进一ＰＩＤ控制器是对压力偏差信号进行数

6、学运步的现场修正［６］。因此长输管道ＰＩＤ整定选择经算，是“利用偏差，纠正偏差”的智能模块，其以调验试凑法。［３］节阀阀位为输出的数学模型如下：３ＰＩＤ控制效果分析１ｄｅ（ｔ）Ｃ（ｔ）＝Ｋ（ｅ（ｔ）＋ｅ（ｔ）ｄｔ＋Ｔ）（１）影响ＰＩＤ压力控制效果的因素较多，主要有ｖＣＴ∫ＤｄｔＩｔ管道工艺、运行工况、自动控制参数和人为因素。ｄｅ（ｔ）Ｃ（ｔ）＝Ｋｅ（ｔ）＋Ｋｅ（ｔ）ｄｔ＋Ｋ（２）ｖＰＩ∫Ｄ０ｄｔ管道工艺包括站内管道口径、调节阀流量特性、站式中Ｃｖ（ｔ）———ＰＩＤ控制器计算出的阀位；内管线长度及站内摩擦阻力等；运行工况包括油ｅ（ｔ）———压力误差；品物性、上下游压力平

7、稳程度、调节阀阀位区间及ＫＣ、ＴＩ、ＴＤ———比例增益、积分时间和微分时间；调节阀旁通阀开度等；自动控制参数包括ＰＩＤ控ＫＰ、ＫＩ、ＫＤ———比例系数、积分系数和微分系数。制器参数、站控ＰＬＣ扫描周期、ＰＩＤ控制器计算周式（１）、（２）在本质上是相同的，均包括比例、期、压力采样精确度及电液伺服执行机构特性等；积分和微分控制部分，在站控系统普遍采用的ＡＢ人为因素有压力调整幅度及压力调整时间间隔等ＰＬＣ中可以灵活选择以上任意一种表达式。笔者人为误差。以式（２）为例进行阐述。不同因素对ＰＩＤ压力控制效果的影响程度也在压力控制系统中，为减少系统波动，一般不是