混砂设备中液位控制系统算法研究.pdf

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1、１１２４化工自动化及仪表第４１卷混砂设备中液位控制系统算法研究毛玉蓉（长江大学电子信息学院，湖北荆州４３４０２３）摘要在对国、内外混砂设备的控制特性进行调研和深入研究的基础上，对混砂设备的液位控制系统对象特性进行了分析，建立了相应的数学模型，并提出相应的控制方案，以模糊ＰＩＤ的复合控制方法来改进控制效果。根据室内和工业测试，该算法取得了预期效果。关键词液位控制模糊ＰＩＤ混砂车中图分类号ＴＨ８６５文献标识码Ａ文章编号１０００３９３２（２０１４）１０１１２４０４在油田压裂机组中，混砂装备在压裂施工中连续动态过程，所有执行均为液压驱动，并可无级按一定的比例和程序

2、输砂和混砂，并把这些不同变速，在手动控制或自动控制方式下实现各种介砂比（砂液浓度）、不同粘度的压裂砂液低压泵送质按比例、排量的混合液排出。给压裂装备。它的工作性能将影响到整个压裂施在进行液位自动控制前，操作员需要频繁调工的成败，是压裂施工现场非常关键的设备之一。节吸入流量以维持液位的稳定（使吸入流量与排因此在设计混砂车时，既要考虑设备的耐用性、可出流量保持一致）。本液位自动控制系统使压裂靠性，又要顾及到它较大的处理量，液、砂量应分混砂作业的操作更为简单，根据系统的工作特点，［１］别自由控制和计量，含砂比要尽可能高。要求系统能够自动采集吸入流量、吸入阀阀位和通过详

3、细调研，对国内、外的混砂控制系统进混砂罐内液体的实际液位。根据实际液位、设定行了分析对比，发现国内混砂控制系统和国外部液位得出达到当前设定液位的吸入流量；根据计分混砂系统存在的问题主要体现在：液位不能精算值控制吸入泵转速、吸入阀开启度；通过控制吸确控制，当施工排量发生变化时容易发生抽空和入流量来控制混砂罐液位。漫罐，操作人员需要时刻观察和调整液位；砂比响液位控制系统由流量计、超声波液位计、计算应速度不能满足复杂施工响应速度的需要；无法机、吸入泵驱动板和手动控制组成，其组成框图如满足压裂作业工艺要求，控制系统覆盖不全面。图１所示。工作时，通过液位计将实时检测到的基

4、于以上问题，笔者研制的混砂自动控制系液面信号反馈给ＰＬＣ，ＰＬＣ将检测的液位与施工统需要完成：系统建模分析，采用先进控制算法提作业设定数据进行比较，输出控制信号给吸入泵高控制响应速度和精确性；分析压裂工艺要求，完驱动电路板，从而调节吸入泵转速，维持液面高度善控制范围；参与压裂机组整体网络通信和控制。的稳定，实现液面自动调节。在此，笔者将重点进行混砂设备液位自动控制算法的研究。１混砂设备液位自动控制系统结构设计混砂车的结构主要由传动、供液和输砂系统［２］３部分组成。其工作流程为：吸入泵（离心泵）图１液位控制系统组成框图向混砂罐提供清水，输砂器向混砂罐提供干砂，液检

5、测信号的精度决定了整个控制系统的精添泵向混砂罐提供胶联剂（支撑剂）及干粉等，经混砂罐内搅拌器充分搅拌后，由砂泵（离心泵）从收稿日期：２０１４０９０４（修改稿）罐内吸出排入压裂车的柱塞泵吸入端。此过程为基金项目：国家“十二五”计划项目（２０１１ＺＸ０５０４８）第１０期毛玉蓉．混砂设备中液位控制系统算法研究１１２５度。因此基于混砂工艺特点的信号采集和测量方２混砂作业液位控制算法研究式的确定非常重要，对传感器的检测精度及抗干２．１液位对象特性分析扰性等要求也相应地提高。混砂车液位计的液位液位控制是工业中常见的过程控制，其中单检测传感器一般采用超声波液位计，根据控制

6、系容液位控制系统具有非线性、滞后及耦合等特征，统的要求，选用雷达液位计，相比较于超声波液位能够很好地模拟工业过程特征。对于液位控制系计，抗干扰性好，适用于含有泡沫的介质液位测统，常规的ＰＩＤ控制一般采用固定的调整参数，不量。雷达液位计对液位的检测主要是依靠一定频能保证控制系统的自适应性，当系统的参数发生率的电磁脉冲以光速ｖ沿着钢缆传播，当电磁波变化或者工作条件发生变化时，均得不到理想的遇到被测介质的表面发生反射，在电磁波发射处控制效果。而模糊控制对系统的具体模型要求不接收所形成的回波。记录在电磁波发射到接收的高，并且具有对参数变化不敏感及鲁棒性强等特时间ｔ，电磁

7、脉冲发射点与介质表面的距离ｄ与该点，但控制精度不太理想。如果将模糊控制和传时间成正比，依据ｄ＝ｖｔ／２这一关系，在微处理器统的ＰＩＤ控制有效结合，用模糊控制理论来整定中自动计算得到液位的高度。ＰＩＤ控制器的比例、积分、微分参数，能更好地适根据需要，混砂液吸入流量计选用涡轮流量应控制系统的参数变化和工作条件的变化。计。将设定的混合液液位作为设定值并转换为数２．２控制算法的研究字量，采集的实际液位经过数据采集系统，用ＰＩＤ使用液位自动控制系统，开始时液位控制处指令进行控制，根据控制量输出模拟量，经微处理于手动控制状态，实际液位接近设定液位后再将器的控制输出模块输出给

8、外围电路，再经过外围其设