【正文】 西南石油大學(xué)西南石油大學(xué) 石油工程學(xué)院石油工程學(xué)院梁光川梁光川2023年年 4月月新疆油田集輸培訓(xùn)班 —— 儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化技術(shù)油氣儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化技術(shù)1第一章第一章工業(yè)自動(dòng)化基本概念工業(yè)自動(dòng)化基本概念新疆油田集輸培訓(xùn)班 —— 儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化技術(shù)2 利用各種儀表和設(shè)備代替人的一些復(fù)雜性、重復(fù)性的勞動(dòng)，利用各種儀表和設(shè)備代替人的一些復(fù)雜性、重復(fù)性的勞動(dòng)，按照人們所預(yù)定的要求，自動(dòng)的進(jìn)行生產(chǎn)和操作，這種管理生產(chǎn)按照人們所預(yù)定的要求，自動(dòng)的進(jìn)行生產(chǎn)和操作，這種管理生產(chǎn)的辦法，稱為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化。的辦法，稱為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化。同其它工業(yè)生產(chǎn)一樣，在石油和天然氣開采和儲(chǔ)運(yùn)工藝過程同其它工業(yè)生產(chǎn)一樣，在石油和天然氣開采和儲(chǔ)運(yùn)工藝過程中，也可以廣泛地采用自動(dòng)化技術(shù)。比如，在采輸工藝管線和各中，也可以廣泛地采用自動(dòng)化技術(shù)。比如，在采輸工藝管線和各類站庫(kù)上裝有各種自動(dòng)化儀表，對(duì)原油及天然氣的壓力、溫度、類站庫(kù)上裝有各種自動(dòng)化儀表，對(duì)原油及天然氣的壓力、溫度、流量、液位等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)節(jié)。也可采用一流量、液位等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)節(jié)。也可采用一 “三遙三遙 ”裝置裝置，對(duì)遠(yuǎn)距離泵站的單井的油氣壓力和溫度進(jìn)行遙測(cè)，對(duì)井口電動(dòng)，對(duì)遠(yuǎn)距離泵站的單井的油氣壓力和溫度進(jìn)行遙測(cè)，對(duì)井口電動(dòng)球閥進(jìn)行遙控，對(duì)其閥位狀態(tài)進(jìn)行遙訊。球閥進(jìn)行遙控，對(duì)其閥位狀態(tài)進(jìn)行遙訊。自動(dòng)化系統(tǒng)是由自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)信號(hào)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)、自自動(dòng)化系統(tǒng)是由自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)信號(hào)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)、自動(dòng)操作系統(tǒng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在石油、天然氣動(dòng)操作系統(tǒng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在石油、天然氣開采和儲(chǔ)運(yùn)中應(yīng)用最多，也是最主要的系統(tǒng)。開采和儲(chǔ)運(yùn)中應(yīng)用最多，也是最主要的系統(tǒng)。第一章 工業(yè)自動(dòng)化基本概念3自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)概述 u自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成第一章 工業(yè)自動(dòng)化基本概念人工調(diào)節(jié)系統(tǒng)4u自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成第一章 工業(yè)自動(dòng)化基本概念5第一章 工業(yè)自動(dòng)化基本概念u自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖 在研究自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，為了更清楚地表示出一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)各個(gè)組成部分之間相互影響和信號(hào)聯(lián)系，便于系統(tǒng)分析研究，一般利用方框圖來表示調(diào)節(jié)系統(tǒng)。6第一章 工業(yè)自動(dòng)化基本概念216。 方框圖的意義1） 調(diào)節(jié)對(duì)象 ：被控制的設(shè)備和機(jī)器2） 被調(diào)參數(shù) ：按照工藝要求，那些需要調(diào)節(jié)或者穩(wěn)定在某一值上的參數(shù)。包括：液位、流量、溫度、壓力等。3） 干擾 ：影響被調(diào)參數(shù)的各種外界因素。4） 調(diào)節(jié)閥輸出 q： q既是調(diào)節(jié)閥的輸出，也是自動(dòng)化裝置的輸出。 q又稱為 調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)參數(shù) ，是調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)的流量參數(shù)。調(diào)節(jié)參數(shù)能改變被調(diào)參數(shù)，使被調(diào)參數(shù)穩(wěn)定在工藝要求的給定值上。7第一章 工業(yè)自動(dòng)化基本概念5） 調(diào)節(jié)器輸出 p：稱為調(diào)節(jié)信號(hào)。它是根據(jù)偏差信號(hào) e的大小，發(fā)出的一個(gè)去控制調(diào)節(jié)閥開啟度的信號(hào)。6） 變送器輸出 z：稱為測(cè)量信號(hào)，它是變送器測(cè)量被調(diào)參數(shù)并轉(zhuǎn)換成為與被調(diào)參數(shù)成正比的信號(hào)。7） 給定信號(hào) x：其大小是根據(jù)工藝要求的給定值大小預(yù)定的，可以由調(diào)節(jié)器給出，也可以由其它儀表加給調(diào)節(jié)器。8） 偏差信號(hào) e：在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，一般規(guī)定 :e=zx。 e為正時(shí)為正偏差，為負(fù)時(shí)為負(fù)偏差。8第一章 工業(yè)自動(dòng)化基本概念u對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的幾點(diǎn)說明216。開環(huán)與閉環(huán) 通過自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖，我們從系統(tǒng)信號(hào)的傳遞路線上來看，從調(diào)節(jié)對(duì)象開始，經(jīng)過一連串的自動(dòng)化裝置又回到調(diào)節(jié)對(duì)象，形成一個(gè)閉合環(huán)路，我們把這樣的系統(tǒng)叫做閉環(huán)系統(tǒng)。反之，若信號(hào)從一個(gè)環(huán)節(jié)到另一個(gè)環(huán)節(jié)，不構(gòu)成閉合環(huán)路的系統(tǒng)，就叫做開環(huán)系統(tǒng)。從 前圖 中，可以看出，變送器是實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)，它隨時(shí)了解被調(diào)參數(shù)的變化情況，將測(cè)量值送給調(diào)節(jié)器，使調(diào)節(jié)器一有偏差就發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)，使調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，糾正偏差。因此閉環(huán)系統(tǒng)比開環(huán)系統(tǒng)更具有優(yōu)越性，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。9第一章 工業(yè)自動(dòng)化基本概念216。正反饋與負(fù)反饋 閉環(huán)系統(tǒng)中，把輸出的信號(hào)通過變送器又引回到輸入端來的做法稱為反饋。反饋信號(hào)與給定信號(hào)相減為負(fù)反饋，反之為正反饋。在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中都采用負(fù)反饋，因?yàn)楫?dāng)被調(diào)參數(shù) y受到干擾的影響而升高時(shí)，反饋信號(hào) z將高于給定信號(hào) x，經(jīng)過比較偏差信號(hào) e將為正值，此時(shí)調(diào)節(jié)器將發(fā)出信號(hào)使調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，被調(diào)參數(shù) y減少，從而使被調(diào)參數(shù)回到給定值，這樣就達(dá)到了調(diào)節(jié)目的。216。調(diào)節(jié)器的正作用與反作用對(duì)實(shí)際的調(diào)節(jié)器來說，當(dāng)測(cè)量信號(hào) x增加時(shí)，偏差信號(hào) e亦增加，調(diào)節(jié)器輸出 p也增加，這就是正作用調(diào)節(jié)器。反之，當(dāng)測(cè)量信號(hào) z增加，調(diào)節(jié)器輸出 p反而減少，這就是反作用調(diào)節(jié)器10第一章 工業(yè)自動(dòng)化基本概念216。調(diào)節(jié)儀表分類 一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由一組調(diào)節(jié)儀表（又稱為自動(dòng)化裝置）和調(diào)節(jié)對(duì)象組成。調(diào)節(jié)儀表種類繁多，按儀表能源不同，可分為氣動(dòng)調(diào)節(jié)儀表和電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表兩類。175。 氣動(dòng)單元組合儀表 II型（ QDZ－ Ⅱ ）：以 源，儀表之間的信號(hào)為 ～ 175。 電動(dòng)單元組合儀表252。DDZ－ Ⅱ ：交流 220V，儀表信號(hào)為 0～ 10mA直流電流信號(hào)。252。DDZ－ Ⅲ ：直流 24V，儀表信號(hào)為 4～ 20mA直流電流信號(hào)。11第一章 工業(yè)自動(dòng)化基本概念u自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理通過 前圖 中液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例，分析簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理。假設(shè)工藝要求將罐內(nèi)液位穩(wěn)定在 6m，罐內(nèi)介質(zhì)為水。我們采用 DDZ一 Ⅱ 組合儀表反作用電動(dòng)調(diào)節(jié)器和電動(dòng)差壓變送器去測(cè)液位。如果取變送器量程為 0～ l0mH2O，則不難求出 x＝ 6mA。設(shè)液位開始穩(wěn)定在 6m,此時(shí) qi＝ q0，調(diào)節(jié)閥不動(dòng)作。當(dāng)干擾產(chǎn)生，即 qi增加， h上升，大于 6m，經(jīng)變送器測(cè)量，其輸出 z必然增加，大于 6mA，偏差 e增加，經(jīng)反作用調(diào)節(jié)器后輸出 p減小，使正作用調(diào)節(jié)閥開度增大，流量 q0增加，使 h下降到 6m，并維持 h不變，達(dá)到調(diào)節(jié)目的。12第一章 工業(yè)自動(dòng)化基本概念自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程u系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài) 在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)，把被調(diào)參數(shù)不隨時(shí)間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，而把被調(diào)參數(shù)隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。當(dāng)一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸入（給定和干擾）和輸出恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)處于一種相對(duì)的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器、變送器、調(diào)節(jié)閥等環(huán)節(jié)都不改變?cè)鹊臓顟B(tài)，它們的輸出信號(hào)都處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)就是靜態(tài)。假若一個(gè)系統(tǒng)原來處于相對(duì)平衡狀態(tài)即靜態(tài)，由于干擾的作用而破壞了這種平衡時(shí)，被調(diào)參數(shù)就會(huì)跟著變化，從而使調(diào)節(jié)器等自動(dòng)化裝置也就會(huì)改變調(diào)節(jié)參數(shù)以克服干擾作用的影響，并力圖使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。從干擾發(fā)生開始，經(jīng)過調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)重新平衡為止，在這段時(shí)間內(nèi)，整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和參數(shù)都處于變動(dòng)狀態(tài)之中，這種狀態(tài)叫做動(dòng)態(tài)。 一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在正常工作時(shí)，總是處于動(dòng)態(tài)過程中。顯然，研究的重點(diǎn)應(yīng)是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。13第一章 工業(yè)自動(dòng)化基本概念u 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過程中，被調(diào)參數(shù)是不斷變化的，它隨時(shí)間變化的過程稱為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程。過渡過程是系統(tǒng)從一個(gè)平衡狀態(tài)過渡到另一個(gè)平衡狀態(tài)的過程；是調(diào)節(jié)作用不斷克服干擾作用影響的過程。u 分析系統(tǒng)常用的階躍干擾 干擾有各種情況，而且有大有小，有的干擾來得很快，有的干擾則比較緩慢。在分析和設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，為了安全和方便，常選擇一些定型的干擾形式，其中最常用的是階躍干擾。14第一章 工業(yè)自動(dòng)化基本概念u 各種過渡過程的形式 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在階躍干擾作用下的調(diào)節(jié)過程有如圖幾種形式。非振蕩衰減過程衰減振蕩過程等幅振蕩過程發(fā)散振蕩過程被調(diào)參數(shù)在給定值的某一側(cè)做緩慢變化，沒有來回波動(dòng)，最后維持在某一數(shù)值上被調(diào)參數(shù)在給定值附近來回波動(dòng)，且波動(dòng)幅度保持不變。被調(diào)參數(shù)在給定值附近來回波動(dòng)，但波動(dòng)幅度逐步減少，最后穩(wěn)定到某值。被調(diào)參數(shù)來回波動(dòng)，且波動(dòng)幅度逐漸增大，離給定值越來越遠(yuǎn)。15第一章 工業(yè)自動(dòng)化基本概念u 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo) 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程是衡量調(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì)的依據(jù)。 一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)受了階躍干擾以后，被調(diào)參數(shù)偏離給定值，調(diào)節(jié)器有一個(gè)偏差值輸入，這時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)開始進(jìn)行調(diào)節(jié)以使偏差消除，但是被調(diào)參數(shù)恢復(fù)原值不是一瞬間就可以完成的，是要經(jīng)過一個(gè)調(diào)節(jié)過程才能逐漸接近給定值的。這個(gè)調(diào)節(jié)過程好壞通?？捎伤膫€(gè)指標(biāo)來衡量。216。 最大偏差 a216。 衰減比 λ216。 調(diào)節(jié)時(shí)間216。 余差16第一章 工業(yè)自動(dòng)化基本概念 調(diào)節(jié)對(duì)象的特性 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由自動(dòng)化裝置和調(diào)節(jié)對(duì)象組成。前面已經(jīng)指出，系統(tǒng)