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配输流量计选型和PID参数

时间:2017/12/12来源:未知

摘 要:在长输管线的分输和配输以及安全等环节上,PID 的运用越来越广泛。根据要求选取相应的设备和PID 算法,改善系统的动态响应性能和稳态性能,对优化工业控制系统动态行为有现实和参考的意义。

配输流量计选型和PID参数
0、概 述:
 现在很多油库都有了油品的在线配输系统,我站原有的配输管线因设计较早,流量计已不能满足炼厂配比需求,并且原系统的功耗较大。本文针对生产工艺的情况,对合理的选择流量计和选用PID 模式进行了探讨,有效地达到炼厂生产要求,在实际生产中得到了较好的配输效果。
 
1、流量计的选型:
 目前流量计的种类超过100 种,它们的结构、特性、安装、维护、价格等均有不同特点,在众多的流量计中选择与控制系统相配合的流量计是很重要的,没有合适的流量计PID 控制根本达不到***优控制。
 现在长输管线中常用的流量计主要有:科氏流量计;涡轮流量计;腰轮流量计;电磁流量计;超声波流量计等。其中(1)科氏流量计:精度高;安装时对上下游直管段无需求;流体的压力,温度,密度和粘度以及流速分布等因素对测量结果影响小,抗腐蚀能力强等优点,但是安装空间需求和价格要求偏高。(2)涡轮流量计:精度高;重复性好;零点抗干扰性好;结构紧凑但是流体的压力,温度,密度和粘度以及流速分布等因素对测量结果影响较大,需要油品清洁,适于单一油品。(3)电磁流量计:没有阻流元件,无压损;流体的压力,温度,密度和粘度以及流速分布等因素对测量结果影响小;流量范围宽;抗腐蚀能力较强。缺点:对原油类导电率小的介质测量误差较大;测量温度范围较窄。(4)超声波流量计:没有阻流元件,无压损;流体的压力,温度,密度和粘度以及流速分布等因素对测量结果影响小;流量范围宽;抗腐蚀能力较强。缺点:安装对直管段有要求;测量温度范围较窄;管道结垢后,测量误差较大。按国内常用选型需求,列出以下五个方面选择条件:
 
1.1、性能要求:
 测量流量参数要求为瞬时流量;准确度要求不低于2%;
  用流量计,输出信号4~20ma。其采用传播时间法检测原理,精度0.5~1.0;口径500mm;抗腐蚀、结垢能力较强;安装条件满足;价格适中;安装容易;属于免维护产品。
 
2、PID 参数模型:
 配输系统中流量计选定后,关键参数就有了,让它实现配输功能的工作就由附属设备和PID 模型完成了。PID 调节就是 PID 控制器的参数整定,是控制系统设计的核心内容。[1]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,以响应数控制参的变化达到稳定、理想的运行状况。本案采用流量闭环控制[2]
 控制流程如图1 所示。
图1
 
其中:r(n)为流量设定值(数字量);c(t)为阀门开度(物理量);e(n)为(偏差值)=r(n)-y(n)(数字量);p(n)为控制值(数字量);y(n)为流量反馈值(数字量);p(t)为控制压力信号值(物理量)。
 在线运行中,通过流量偏差值和PID 算法对调节阀进行控制。在PID 参数整定中试验中,由于原油配输属于流量控制,参数惯性较大,一开始在算式中采取了较大的KI 值,结果由于调节阀门灵敏度较高,系统震荡时间较长。于是减小KI 值同时相应的增加KD,可是震荡间隔时间变长,并不能消除,直到系统响应时间已不符合工艺要求。
 分析问题,发现流量计电缆由于受到工作环境影响使信号波动较大,于是为了获得平稳的工艺流程,在反复调节KI 和KD 效果均不太好的情况下,***后又加入了一个滤波器。滤波器采用惯性滤波法实现了低通滤波的动态滤波。
滤波器公式:G((s)=1/(Tf+1)离散化得出Y(n)=(1-a)*
(Yn-1)+Xn
  从物理意义上讲T 远小于Tf,故 α ≈ T/Tf,滤波程序设计原理为:系统程序中设计初始化Y(n-1)→0,计算 α 值。当采样时间到,采集流量后,设流量信号为X(n),计算Y(n)=(1-α)Y(n-1)+X(n),并将Y(n)→Y(n-1)为下一次运算作准备同时进入PID 运算程序。通过滤波器配合PID 控制,达到了较为理想的工作状态。
 
3、结束语:
  在原油配输系统中,流量计和PID 控制的配合有多种组合,通过对要求分析和PID 算法研究可以达到快捷、平稳的输油工况,提高设备工作效率,减轻损耗,有广泛的前景。

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