可編程自動(dòng)化控制器在移動(dòng)式輸油管線(xiàn)中的應(yīng)用
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時(shí)間：2012-09-20
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移動(dòng)式輸油管線(xiàn)采用“泵泵”的密閉輸送方式，全線(xiàn)成為一個(gè)統(tǒng)一的水力系統(tǒng)CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，各個(gè)泵站機(jī)組工作互相牽制，單臺(tái)機(jī)組的工作不穩(wěn)定會(huì)造成全線(xiàn)震蕩崩潰，系統(tǒng)控制的可靠性、調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)是一大難題。移動(dòng)式輸油管線(xiàn)常在一些小、遠(yuǎn)、散城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)使用，這些地區(qū)管路沿線(xiàn)沒(méi)有現(xiàn)有通信手段可以利用，為短期輸油臨時(shí)架設(shè)的通信線(xiàn)路比較脆弱易遭受人為破壞。
綜上分析移動(dòng)式輸油管線(xiàn)輸送方式、使用條件和工作環(huán)境等特點(diǎn)，其自動(dòng)控制系統(tǒng)首先必須以泵站機(jī)組就地控制為主控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，通信依賴(lài)性強(qiáng)的集中或集散控制不可取;其次，地形不定、環(huán)境不定、任務(wù)不定、通信有限，也不宜采用復(fù)雜的非線(xiàn)性時(shí)變自適應(yīng)控制系統(tǒng)。應(yīng)采用分布式測(cè)控技術(shù)，成熟且應(yīng)用廣泛的PID調(diào)節(jié)和模糊控制技術(shù)。
本自控系統(tǒng)提出并實(shí)現(xiàn)“模糊控制加雙位定值帶狀調(diào)節(jié)加比例積分”復(fù)合控制方式和“泵機(jī)組自動(dòng)保護(hù)控制為主、輸油工況自動(dòng)調(diào)節(jié)為輔”、“進(jìn)口壓力雙位定值帶狀調(diào)節(jié)為主、出口壓力單邊帶保護(hù)調(diào)節(jié)為輔”調(diào)節(jié)原理，基于PC104的嵌入式低功耗加固計(jì)算機(jī)，使用National Instruments公司的FieldPoint數(shù)采單元，用該公司的圖形化編程環(huán)境LabVIEW 編制監(jiān)控軟件，開(kāi)發(fā)一種基于三級(jí)控制帶有智能電調(diào)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，解決系統(tǒng)控制的可靠性、調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)難點(diǎn)。
2. 傳統(tǒng)的控制方法
第一代移動(dòng)輸油管線(xiàn)泵機(jī)組自控裝置采用單片機(jī)技術(shù)，硬件部分主要為自行設(shè)計(jì)制作的印刷板電路，因此控制的可靠性和調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性不是非常高;另外，當(dāng)時(shí)管線(xiàn)系統(tǒng)通信手段非常落后，自動(dòng)化需求不是非常迫切，設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度起點(diǎn)較低，具體表現(xiàn)在以下幾方面：
(1)泵機(jī)組運(yùn)行工況參數(shù)如發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力和冷卻系統(tǒng)的溫度、增速箱的溫度等沒(méi)有采集，不具備泵機(jī)組自動(dòng)保護(hù)功能，泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)司泵員必須值班，且精神高度緊張絲毫不可懈怠;
(2)泵機(jī)組“就地控制”，沒(méi)有信號(hào)遠(yuǎn)傳功能，泵站值班室人員不能實(shí)時(shí)掌握泵機(jī)組工況;
(3)缺少對(duì)必要參數(shù)的檢測(cè)，如流量等，無(wú)法對(duì)管線(xiàn)泄漏進(jìn)行定位;
(4)掛車(chē)泵和油泵車(chē)燃油箱液位靠人工目測(cè)加油，加冒油現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生;
(5)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)采用定值單點(diǎn)或雙位極限控制方式的弊端--在定值左右或雙位極限易引起頻繁調(diào)節(jié)，導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩不穩(wěn)。
第一代移動(dòng)式輸油管線(xiàn)泵機(jī)組自控裝置無(wú)法滿(mǎn)足機(jī)動(dòng)、實(shí)際使用條件、環(huán)境等需要。
3. 自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
結(jié)合本項(xiàng)目的特點(diǎn)，以及系統(tǒng)使用的實(shí)際情況，我們用虛擬儀器系統(tǒng)技術(shù)組建了現(xiàn)代化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
移動(dòng)式輸油管線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)分為三級(jí)，如圖1所示：
第一級(jí)具有升、降、啟、停等功能。
第二級(jí)具有工作參數(shù)設(shè)定、信號(hào)實(shí)時(shí)采集、信號(hào)處理、計(jì)算、顯示、調(diào)節(jié)、控制、判斷、事故報(bào)警。
第三級(jí)具有信息收發(fā)、顯示、存儲(chǔ)、打印、遠(yuǎn)程控制等功能。
圖1：系統(tǒng)三級(jí)控制
4. 硬件設(shè)計(jì)
基于虛擬儀器技術(shù)的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要分為六部分：(1)傳感器/變送器(2)FieldPoint數(shù)采單元(3)嵌入式計(jì)算機(jī)(4)執(zhí)行器單元(5)開(kāi)關(guān)操作面板(6)儀表顯示
第一：傳感器或變送器
第二：FieldPoint數(shù)采單元
數(shù)采單元工作原理見(jiàn)圖2
圖2：數(shù)采單元工作原理圖
第三：嵌入式計(jì)算機(jī)
開(kāi)發(fā)研制抗震動(dòng)、抗沖擊、基于PC104的嵌入式低功耗加固計(jì)算機(jī)，如圖3所示，具有就地控制、顯示、處理、遠(yuǎn)程通信等功能。
評(píng)論