自動(dòng)控制理論在海上鉆井平臺(tái)的應(yīng)用研究

薛強(qiáng)

摘 要：隨著我國(guó)電氣控制系統(tǒng)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，在海上鉆井平臺(tái)中的自動(dòng)控制變得越來越廣泛，目前我國(guó)的海上鉆井平臺(tái)中使用的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要有PI調(diào)節(jié)系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)以及雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)的配合使用更好地保證了海上鉆井平臺(tái)工作的穩(wěn)定性，極大的節(jié)約了海上鉆井平臺(tái)的使用期限。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制理論 海上鉆井平臺(tái) 應(yīng)用研究

中圖分類號(hào)：TP13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）07（a）-0060-01

在我國(guó)自動(dòng)控制技術(shù)不斷改進(jìn)的前提下，企業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)能夠通過系統(tǒng)程序設(shè)置來控制相關(guān)外部設(shè)備來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)模式，根據(jù)控制理論分類我們可以將其分為經(jīng)典控制理論以及現(xiàn)代控制理論兩大類。在本文中筆者將就自動(dòng)控制理論在海上鉆井平臺(tái)的應(yīng)用的相關(guān)問題進(jìn)行分析和研究，希望本文能夠?qū)Ｉ香@井平臺(tái)的開發(fā)和研究能夠有所幫助。

1 海上鉆井平臺(tái)的自動(dòng)控制系統(tǒng)分類

海上鉆井平臺(tái)的自動(dòng)控制理論在過去的幾十年中取得了較好的發(fā)展，而其中所使用的控制理論主要為經(jīng)典控制理論中的閉環(huán)控制理論。海上鉆井平臺(tái)的控制理論主要涉及到電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)的壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)壓裝置等的使用都是十分廣泛的，在海上鉆井平臺(tái)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的使用也比較多，而海上鉆井平臺(tái)所使用的西門子的整流裝置例如SIMOREG K系列的產(chǎn)品都是通過這種閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制功能的。

2 閉環(huán)控制系統(tǒng)介紹及控制原理

在海上鉆井平臺(tái)中使用的閉環(huán)控制系統(tǒng)是自動(dòng)控制理論中十分重要的內(nèi)容，在經(jīng)典控制理論中又稱之為反饋控制系統(tǒng)，而這種控制系統(tǒng)的控制原理主要是通過偏差變化作為系統(tǒng)控制信息的信息驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，而自動(dòng)控制系統(tǒng)則能夠根據(jù)系統(tǒng)中的變化量產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息來對(duì)偏差量進(jìn)行糾正。在經(jīng)典控制理論中負(fù)反饋的控制理念主要有比例調(diào)節(jié)器、積分調(diào)節(jié)器以及比例積分調(diào)節(jié)器這三種調(diào)節(jié)器。在以上的這三種調(diào)節(jié)器中反應(yīng)速度最快的是比例調(diào)節(jié)器，但是由于這種調(diào)節(jié)器在穩(wěn)態(tài)性能方面不夠完善，而積分調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)誤差最小，但是對(duì)于偏差量的反應(yīng)不夠靈敏。在海上鉆井平臺(tái)中使用的調(diào)節(jié)器主要是比例積分調(diào)節(jié)器，因?yàn)檫@種調(diào)節(jié)器是將比例調(diào)節(jié)器和積分調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，不但能夠?qū)φ{(diào)節(jié)信息作出迅速的反應(yīng)，而且穩(wěn)態(tài)性比較好。

在海上鉆井平臺(tái)的控制系統(tǒng)中所使用的調(diào)速器中所使用的電位器控制的，例如在PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)量中的P增益主要是用來對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)的，而PI調(diào)節(jié)器的積分控制主要是用來對(duì)積分的增益進(jìn)行調(diào)節(jié)的，還有一個(gè)調(diào)節(jié)器就是ACTUATOR COMPENSATION這種執(zhí)行補(bǔ)償部分，這一部分發(fā)揮著對(duì)執(zhí)行器的阻尼系數(shù)進(jìn)行指導(dǎo)的作用。在海上鉆井平臺(tái)中使用的柴油機(jī)、汽輪機(jī)等的控制要求將其控制阻尼系數(shù)調(diào)整為15%左右，而蒸汽機(jī)這類的機(jī)械設(shè)備的控制阻尼系數(shù)要求控制在50%左右。在海上鉆井平臺(tái)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中通常不要求對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，但是在系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)不穩(wěn)定等狀況時(shí)要求對(duì)系統(tǒng)中的控制量進(jìn)行控制。由于在海上鉆井平臺(tái)中使用的電機(jī)設(shè)備比較多，因此在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況中要根據(jù)發(fā)電機(jī)的需求對(duì)發(fā)電機(jī)的無功負(fù)載進(jìn)行調(diào)節(jié)和選擇。通過配合合理的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠保證控制系統(tǒng)在反應(yīng)速度、系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及設(shè)備的運(yùn)行壽命等方面起到十分重要的作用。

3 雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)介紹及控制原理

在比例積分調(diào)節(jié)系統(tǒng)中所使用的單環(huán)控制系統(tǒng)能夠很好地保證自動(dòng)控制系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的無靜差的調(diào)節(jié)。但是在海上鉆井平臺(tái)中所使用的電動(dòng)機(jī)對(duì)于設(shè)備的啟動(dòng)速度以及控制程度的要求比較高，比例積分調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制能力和特點(diǎn)顯然不適合對(duì)此類電動(dòng)機(jī)的控制。為了能夠保證海上鉆井平臺(tái)所使用的電動(dòng)機(jī)能夠在電動(dòng)機(jī)的電流以及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制方面得到滿足，可以采用西門子廠家生產(chǎn)的的裝置對(duì)海上鉆井平臺(tái)中所使用的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。

對(duì)于此類電動(dòng)機(jī)的控制最主要的就是能夠迅速的獲得較好的動(dòng)態(tài)特征，西門子廠家生產(chǎn)的比例積分調(diào)節(jié)器就能夠很好地做到這一點(diǎn)。這種調(diào)節(jié)器主要是通過對(duì)限幅的控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)的，通過對(duì)電動(dòng)機(jī)通電電壓的控制來進(jìn)行無靜差控制，并且通過對(duì)電壓的控制來實(shí)現(xiàn)以上控制作用。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行的過程中一旦設(shè)備的負(fù)載電流到達(dá)最大值，比例積分調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用達(dá)到飽和狀態(tài)，通過這種雙重的控制系統(tǒng)從而很好地實(shí)現(xiàn)控制作用。

在比例積分調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)控制中主要有以下兩種靜態(tài)特征：首先就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不飽和階段中，比例積分調(diào)節(jié)器的偏差量為0，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在輸入量以及系統(tǒng)的反饋量這兩項(xiàng)量都是相同的；除此之外還有就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到飽和階段，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性不會(huì)再受到影響，而自動(dòng)控制系統(tǒng)中便形成了無靜差的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。

在西門子公司生產(chǎn)的直流調(diào)速裝置中主要是通過雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)來對(duì)電動(dòng)機(jī)速度進(jìn)行控制，這種裝置中包含有速度調(diào)節(jié)裝置以及電動(dòng)機(jī)電流整定裝置，主要是系統(tǒng)量的比較環(huán)節(jié)、脈沖觸發(fā)環(huán)節(jié)以及電動(dòng)機(jī)電流分反饋環(huán)節(jié)這幾種元部件，在其中通過模擬運(yùn)算的方式來將調(diào)節(jié)器中的存儲(chǔ)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且這種自動(dòng)控制系統(tǒng)中運(yùn)算速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它速度調(diào)節(jié)器，而且在其中裝設(shè)有監(jiān)控保護(hù)裝置，系統(tǒng)的穩(wěn)定性非常好，反應(yīng)速度更為靈敏。

西門子控制裝置在海上鉆井平臺(tái)中的應(yīng)用十分廣泛，目前我國(guó)在海上鉆井平臺(tái)中所使用的西門子控制調(diào)節(jié)裝置主要有6RA24，這種控制系統(tǒng)，而在其中主要是通過模擬部件的連接來實(shí)現(xiàn)的，而且這種裝置的工作模式十分簡(jiǎn)便，能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行選擇性連接。在西門子控制裝置6RA24中不但可以實(shí)現(xiàn)積分調(diào)節(jié)、比例調(diào)節(jié)、比例積分調(diào)節(jié)這三種調(diào)節(jié)模式的選擇，而且能對(duì)調(diào)節(jié)器的P＼I增益都能夠起到控制作用，并且能夠控制電動(dòng)機(jī)的電流，因此該裝置的反應(yīng)速度十分靈敏，系統(tǒng)的穩(wěn)定性能也很高。海上鉆井平臺(tái)所使用的6RA24裝置不但能夠通過參數(shù)的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的控制，而且能夠更好地保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和速度控制靈敏性，因此能夠有效的提升設(shè)備的工作效率。

4 結(jié)語

在本文中筆著就自動(dòng)控制理論在海上鉆井平臺(tái)的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析和探討，由于自動(dòng)控制系統(tǒng)中包含有動(dòng)態(tài)控制和靜態(tài)控制等多個(gè)方面，因此此類控制系統(tǒng)是比較復(fù)雜的，而對(duì)于海上鉆井平臺(tái)又發(fā)揮著十分重要的作用，希望本文能夠?qū)ξ覈?guó)海上鉆井工作的開展能夠有所幫助。

參考文獻(xiàn)

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