PID調(diào)節(jié)在原油長輸管線上的應(yīng)用

張　華　張　茜

（1.山東濰坊凱特工業(yè)控制系統(tǒng)工程有限公司，山東濰坊 261021；2.中石化管道儲運(yùn)有限公司濰坊輸油處，山東濰坊 261021）

PID調(diào)節(jié)在原油長輸管線上的應(yīng)用

張華1張茜2

（1.山東濰坊凱特工業(yè)控制系統(tǒng)工程有限公司，山東濰坊 261021；2.中石化管道儲運(yùn)有限公司濰坊輸油處，山東濰坊 261021）

21世紀(jì)，隨著社會與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。我國原油的需求日益增加，國家建設(shè)了大批的商業(yè)儲備庫及國家儲備庫，中石油和中石化也建設(shè)了大量的原油長輸管線，將原油輸送到全國各地的煉油廠等化工企業(yè)。因此，對原油儲運(yùn)經(jīng)濟(jì)效益的要求也越來越高，高效的原油管線輸送愈受重視。自動化技術(shù)的應(yīng)用為高效的原油輸送帶來了良好的解決方案。

油氣儲運(yùn) 原油長輸管線 PID調(diào)節(jié) 閉環(huán)控制

如今，自動化技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的一部分。石油和天然氣的儲存和運(yùn)輸簡稱油氣儲運(yùn)。主要指合格的原油、天然氣及其它產(chǎn)品，從油氣田的油庫、轉(zhuǎn)運(yùn)碼頭或外輸首站，通過長距離油氣輸送管線、油罐列車或油輪等輸送到煉油廠、石油化工廠等用戶的過程。自動化技術(shù)的應(yīng)用為油氣儲運(yùn)管理帶來便捷的同時，還可實(shí)現(xiàn)成本的有效控制，同時在提高利用率和輸送率上也有重要意義。PID調(diào)節(jié)就是自動化技術(shù)的重要應(yīng)用。本文主要介紹PID調(diào)節(jié)在原油長輸管線上的應(yīng)用。

PID是英文單詞比例（Proportion），積分（Integral），微分（Differential coefficient）的縮寫。PID調(diào)節(jié)實(shí)際上是由比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)方式組成，它們各自的作用不再贅述。

1　概述

作為經(jīng)典的控制理論，PID仍然是當(dāng)今工控行業(yè)的主導(dǎo)控制方式，無論復(fù)雜、簡單的控制任務(wù)，PID控制都能取得滿意的控制效果，前提是PID參數(shù)必須選擇合適。通過適當(dāng)給定PID參數(shù)，大多數(shù)的控制任務(wù)都可以完成。PID控制器是根據(jù)PID控制原理對整個控制系統(tǒng)進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)，從而使被控變量的實(shí)際值與工藝要求的預(yù)定值一致。在原油的輸送過程中，對于原油的溫度、壓力、流量等工藝變量常常要求維持在一定的數(shù)值上，以提高原油輸送效率。

在原油長輸管線上，為了增加輸送量，需要增加輸油站的出站壓力，但是又要保證管線安全，防止壓力太大，需要輸油站的出站壓力在一個安全值以下。通過PID的調(diào)節(jié)功能，控制輸油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)輸油泵出口壓力在一定范圍內(nèi)，即保證了輸油管線的安全，又提高了原油輸送量。同時也要保證輸油泵入口（即喂油泵出口壓力）達(dá)到一定值，不至于輸油泵入口變成負(fù)壓另外。通過PID的調(diào)節(jié)功能，控制喂油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)喂油泵出口壓力在一定范圍內(nèi)，保證輸油泵安全穩(wěn)定運(yùn)行。原油的組份非常復(fù)雜，其中石蠟對原油的輸送非常不利，當(dāng)原油溫度降低時，石蠟的溶解度降低，蠟結(jié)晶將會析出并沉積在管壁上，從而減小管道有效過流面積，增大摩阻，所以合理的控制原油溫度也是提高原油輸送率的有效方法?？梢酝ㄟ^PID的調(diào)節(jié)功能調(diào)節(jié)加熱爐的煤油流量，使加熱爐出口的原油溫度在一定范圍內(nèi)。有時為了完成生產(chǎn)任務(wù)，輸油站出站的原油流量也會成為PID調(diào)節(jié)的參數(shù)。在實(shí)際輸油生產(chǎn)中，很多時候是多個PID調(diào)節(jié)回路共同作用，采用低選或高選的方式控制輸出。本文就以輸油泵出口壓力（出站壓力）和進(jìn)流量需要共同調(diào)節(jié)時，采用低選，控制輸油泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)出站壓力和進(jìn)站為例，介紹一下PID的應(yīng)用。希望為PID的應(yīng)用提供幫助。

2　PID調(diào)節(jié)在原油長輸管線的具體應(yīng)用

2.1輸油工藝及控制要求

吳起-定邊油房莊輸油管線首起吳起縣新寨鄉(xiāng)姚寺村吳起輸油首站，終至定邊縣磚井鎮(zhèn)閆塘村油房莊生產(chǎn)運(yùn)行庫，管線沿線設(shè)有4座RTU控制閥室，1座高點(diǎn)信號采集點(diǎn)，無中間站。管道長度約83.42km，吳起輸油首站至1#閥室設(shè)計(jì)壓力8.0 MPa，管線壁厚7.1mm，1#閥室至油房莊輸油末站設(shè)計(jì)壓力6.3MPa，管線壁厚6.4mm（大河溝跨越段設(shè)計(jì)壓力8.0MPa）。吳起輸油首站建有變頻喂油泵3臺，變頻輸油泵2臺（P1～P2），每臺泵出口配壓力變送器（PT201～PT202），進(jìn)站設(shè)有流量計(jì)3臺（FT101～FT103），出站設(shè)有流量計(jì)2臺（FT201～FT202）、出站壓力變送器（PT203）、溫度變送器等。

2.2控制要求

喂油泵控制:PID自動調(diào)節(jié)時，通過調(diào)節(jié)喂油泵變頻器的輸出轉(zhuǎn)速，將輸油泵進(jìn)口匯管壓力（PT101）控制在0.3-0.67MPa范圍內(nèi)；

輸油泵控制:采用一個低選控制器對變頻器的輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，被比選的控制信號共有2路:（1）出站壓力控制信號（輸油泵出口匯管壓力）（PT203），（2）鐵三聯(lián)、吳一聯(lián)（吳二聯(lián)）、劉坪輸油站三者來油流量之和（FT101+FT102+FT103）做為任務(wù)外輸量的流量調(diào)節(jié)信號或人工給定任務(wù)外輸量的流量調(diào)節(jié)信號，兩者可相互切換。

2.3系統(tǒng)配置

吳起輸油首站站控系統(tǒng)配置2臺DELL工作站和一套美國羅克韋爾自動化公司的AB ControlLogix 系列PLC，CPU 采用LOGIX5573。組態(tài)軟件為施奈德電氣旗下的CITECT SCADA 7.1。

2.4PID雙回路調(diào)節(jié)示意圖（圖1）

2.5輸油泵的正常生產(chǎn)保護(hù)調(diào)節(jié)

本站輸油泵的正常生產(chǎn)保護(hù)調(diào)節(jié)采用低選控制器，對變頻器的輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，被比選的控制信號共有2路，分別如下:

PID1，為PID閉環(huán)調(diào)節(jié)的出站壓力控制信號PT203（反作用），出站壓力＜6.45MPa。

PID2，兩種情況:

（1）人工給定任務(wù)外輸量的流量調(diào)節(jié)信號FIT201（正作用）。該任務(wù)外輸量是由站控操作站或控制中心根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求人工設(shè)定的，并以外輸流量計(jì)FT201、FT202之和作為該P(yáng)ID調(diào)節(jié)的反饋值，進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)控制，流量設(shè)定范圍是:50～700m3/h；

（2）吳一聯(lián)（吳二聯(lián)）、劉坪輸油站、鐵三聯(lián)來油流量之和（FT101+ FT102+FT103）做為任務(wù)外輸量的流量調(diào)節(jié)信號給FIT201（正作用），并以外輸流量計(jì)FT201、FT202之和作為該P(yáng)ID調(diào)節(jié)的反饋值，進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)控制。兩者可相互切換。

2.6PID參數(shù)整定任意多回路的PID調(diào)節(jié)都是遵守先易后難的順序，先調(diào)單回路，再調(diào)多回路。在調(diào)試之前應(yīng)首先確認(rèn)是正作用PID調(diào)節(jié)還是反作用PID調(diào)節(jié)在PID的調(diào)試過程中，我們應(yīng)注意以下步驟:

（1）關(guān)閉I和D，也就是設(shè)為0.加大P，使其產(chǎn)生振蕩；

（2）減小P，找到臨界振蕩點(diǎn)；

（3）加大I，使其達(dá)到目標(biāo)值；

（4）重新上電看超調(diào)、振蕩和穩(wěn)定時間是否吻合要求；

（5）針對超調(diào)和振蕩的情況適當(dāng)?shù)脑黾右恍┪⒎猪?xiàng)；

（6）注意所有調(diào)試均應(yīng)在最大爭載的情況下調(diào)試，這樣才能保證調(diào)試完的結(jié)果可以在全工作范圍內(nèi)均有效；

在本應(yīng)用中，先調(diào)節(jié)PID1，確定參數(shù)的順序?yàn)镻，I，D；再調(diào)節(jié)PID2，確定參數(shù)P，I，D。

3　結(jié)語

本文通過一個長輸管線的PID應(yīng)用實(shí)例，介紹了PID調(diào)節(jié)控制給實(shí)際生產(chǎn)帶來的便利。對于先進(jìn)的控制系統(tǒng)，設(shè)備、控制技術(shù)、操作人員都是非常重要不可忽視的因素。要實(shí)現(xiàn)自動化系統(tǒng)給生產(chǎn)帶來的長期經(jīng)濟(jì)效益，對設(shè)備的定期保養(yǎng)與維護(hù)必不可少，值班人員的及時準(zhǔn)確地判斷與處理也是自控系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的保障。因此，對設(shè)備的定期和不定期的維護(hù)保養(yǎng)，以及對值班人員的嚴(yán)格管理，才能確保自控系統(tǒng)的安全并順利運(yùn)行。

［1］關(guān)中原《.我國油氣儲運(yùn)相關(guān)技術(shù)研究新進(jìn)展》.2011-06-02.

［2］王麗，劉麗霞，陶勇僌，楊春玲，管軍《.油氣儲運(yùn)工程項(xiàng)目后評價指標(biāo)體系及方法》 2012-10-08.

［3］樊國平《.智能PID控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究》.2005-05-01.