【文章內(nèi)容簡介】 C控制系統(tǒng)輸出的控制模擬量，動態(tài)調(diào)節(jié)對應(yīng)閥門的開關(guān)、各種電機(jī)的起停和速度變化，保持各崗位生產(chǎn)參數(shù)在正常范圍。此配置方案保證控制系統(tǒng)連續(xù)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。 機(jī)械防砂模擬實(shí)驗系統(tǒng)的功能是模擬對加入水和砂的石油進(jìn)行處理，脫出石油中的污水和砂粒。儲油罐中放有純凈的石油，由計量泵3抽取進(jìn)入配液罐；水池中放有水，由計量泵4抽取進(jìn)入配液罐與石油混合，形成混有水的模擬原油。然后由計量泵2抽取進(jìn)入加砂攪拌罐；砂箱中放有砂粒，由絞龍輸送進(jìn)入加砂攪拌罐與混有水的石油混合，形成混有水和砂的模擬原油。再由泥漿泵抽取進(jìn)入直井模型，再進(jìn)入旋流除砂系統(tǒng)，計量泵1從水池中向旋流除砂系統(tǒng)泵入需要的水， 進(jìn)行去砂除水后，由計量泵5回收到儲油罐[7]。[7]監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測配液罐、加砂攪拌罐、管道內(nèi)的液位、壓力、流量、溫度、調(diào)節(jié)閥開度等，產(chǎn)生模擬量值信號送入控制系統(tǒng)；配液罐和加砂攪拌罐配液罐和加砂攪拌罐內(nèi)要求常存有一定量的模擬原油。計量泵2從配液罐往加砂攪拌罐中泵入石油，速度需要配合加砂攪拌罐和配液罐的液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，加砂攪拌罐低液位需要加速，加砂攪拌罐高液位需要減速，配液罐低液位需要減速，在緊急狀態(tài)下需要停止；加砂攪拌罐和配液罐的液位由液位檢測傳感器檢測；絞龍絞龍從砂箱往加砂攪拌罐中送入砂子，速度需要配合加砂攪拌罐的液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，加砂攪拌罐低液位需要加速，加砂攪拌罐高液位需要減速，在緊急狀態(tài)下需要停止；泥漿泵泵出管道壓力不能超過安全值，泵出管道壓力高于預(yù)警值需要減速；泥漿泵從加砂攪拌罐往除砂系統(tǒng)中泵入加砂后的石油，速度需要配合加砂攪拌罐的液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，加砂攪拌罐低液位需減速，加砂攪拌罐高液位需要加速；傳輸管道傳輸管道溫度、壓力值要求保持在一定范圍。壓力、溫度傳感器及保護(hù)單元中的針閥、柱塞泵、水池和熱交換器共同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的壓力溫度的安全保護(hù)。壓力傳感器的檢測值超過安全值，通過PLC控制中心調(diào)節(jié)針閥閥門變大，管道流速加快使得壓力變低，溫度傳感器的檢測值超過安全值，通過PLC控制中心調(diào)節(jié)柱塞泵加速抽水速度，熱交換器中的熱交換過程變快使得溫度降低。 緊急狀態(tài)當(dāng)系統(tǒng)檢測到配液罐、加砂攪拌罐、管道內(nèi)的液位、壓力、溫度某項崗位參數(shù)超過預(yù)先設(shè)定的危險值，關(guān)斷所有傳動實(shí)驗系統(tǒng)，停止機(jī)械防砂模擬實(shí)驗系統(tǒng)的自動循環(huán)，轉(zhuǎn)手動調(diào)節(jié)。下圖是防砂模擬試驗實(shí)驗系統(tǒng)流程圖圖31防砂模擬試驗實(shí)驗系統(tǒng)流程圖 本章介紹了機(jī)械防砂模擬實(shí)驗系統(tǒng)的基本功能工藝流程，并根據(jù)它的工藝流程分析了防砂模擬控制系統(tǒng)的控制要求，根據(jù)此控制要求設(shè)計出各崗位監(jiān)控系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)對各崗位生產(chǎn)參數(shù)實(shí)時采集，完成計量泵、泥漿泵和柱塞泵等設(shè)備的啟/停以及聯(lián)動控制，保持控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，各崗位生產(chǎn)參數(shù)都處于正常范圍。這為下一步詳細(xì)設(shè)計做了準(zhǔn)備。第四章 主要算法設(shè)計經(jīng)過對防砂模擬PLC控制系統(tǒng)工藝要求的仔細(xì)分析，控制系統(tǒng)主要有兩種控制方式，分別以泥漿泵和柱塞泵為典型。下面對這兩個崗位進(jìn)行詳細(xì)分析。1．泥漿泵電機(jī)的調(diào)節(jié)關(guān)聯(lián)泵出管道壓力和加砂攪拌罐的液位，泵出管道壓力和加砂攪拌罐的液位要求保持在一定范圍。對應(yīng)控制要求是：泵出管道壓力不能超過預(yù)警值，泵出管道壓力高于預(yù)警值泥漿泵電機(jī)需要減速；加砂攪拌罐的液位需要保持在一定范圍，加砂攪拌罐液位低于設(shè)定范圍泥漿泵電機(jī)需減速，加砂攪拌罐液位高于設(shè)定范圍泥漿泵電機(jī)需加速[7]。2．柱塞泵電機(jī)的調(diào)節(jié)關(guān)聯(lián)傳輸管道溫度。傳輸管道溫度要求保持在一定范圍，溫度傳感器及保護(hù)單元中的柱塞泵、水池和熱交換器共同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的壓力溫度的安全保護(hù)。對應(yīng)控制要求是：溫度傳感器的檢測值超過安全值，通過PLC控制中心調(diào)節(jié)柱塞泵加速抽水速度，熱交換器中的熱交換過程變快使得溫度降低[7]。[16]根據(jù)泥漿泵調(diào)節(jié)邏輯關(guān)系，假定adjust 為狀態(tài)標(biāo)志，adjust 值為1，標(biāo)志加沙攪拌罐液位異?；蛘弑贸龉艿缐毫χ诞惓?；adjust 值為0，標(biāo)志崗位生產(chǎn)參數(shù)正常，不需要調(diào)節(jié)。PLC輸出泥漿泵電機(jī)速度（以下簡稱nj），加沙攪拌罐液位（以下簡稱jas），泵出管道壓力值（以下簡稱pre），假定三者關(guān)系如下：= ……………………………………………(1)(1) nj允許范圍； 是其正常范圍；(2) jas允許范圍； 是其正常范圍；(3) pre 允許范圍； 是其正常范圍；假設(shè)系統(tǒng)已經(jīng)偏離正常狀態(tài)，adjust值為1，此時a式為： ……………………………………………(2)jas為允許范圍最高值jas_h，pre為允許范圍最低值pre_l的時候，需要nj調(diào)節(jié)速度至最大nj_h，對應(yīng)關(guān)系為： ……………………………………………(3)jas為允許范圍最低值jas_l，pre為允許范圍最高值pre_h的時候，對應(yīng)關(guān)系為： ……………………………………………(4)由(1)，(2)，(3)，(4)式得出泥漿泵電機(jī)速度傳遞系數(shù)1: k1_nj，泥漿泵電機(jī)速度傳遞系數(shù)2: k2_nj, 由于三者呈線形關(guān)系，結(jié)果滿足： …………………(5)(5)式說明了jas、pre的允許范圍的中間值，就是系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)值與nj的允許中間值對應(yīng)。這樣，根據(jù)jas和pre 的實(shí)時返回值，獲得nj最佳實(shí)時調(diào)節(jié)速度，最大限度地改變jas和pre的值。經(jīng)過若干時間，系統(tǒng)返回正常狀態(tài)，adjust復(fù)位為0,系統(tǒng)不再需要調(diào)節(jié)，保持自動運(yùn)行，一旦jas和pre某個崗位參數(shù)超出正常范圍，adjust 置位為1，算法(1)重新有效，調(diào)節(jié)再次進(jìn)行，通過這樣的方式維持系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。栓塞泵電機(jī)速度與傳輸管道溫度相關(guān)，這里采用偏差控制的方式[16]。設(shè)定系統(tǒng)傳輸管道參考溫度為R , 傳輸管道實(shí)際溫度為C,兩者之差（R0 C）產(chǎn)生一級控制值E，E與原二級控制值R相加產(chǎn)生新二級控制值R，R再與控制系數(shù)H相乘產(chǎn)生控制輸M1 作用于被控對象G1 ，即栓塞泵電機(jī)及溫度控制單元，使得系統(tǒng)傳輸管道溫度變化，返回設(shè)定值R0 附近，完成閉環(huán)控制，維持系統(tǒng)溫度處于穩(wěn)定狀態(tài)。偏差控制算法框圖 如圖 41，圖中M2 是初始設(shè)定值。 圖41 偏差控制算法框圖M2 + R0H被控對象R=R+EE= R0 CM1實(shí)際值C _G1本章根據(jù)防砂模擬實(shí)驗系統(tǒng)的工藝，主要分析了防砂模擬試驗控制系統(tǒng)主要的控制邏輯，并就主要的控制關(guān)系設(shè)計了相應(yīng)算法，為后面在STEP7編程環(huán)境下的系統(tǒng)編程設(shè)計提供了理論依據(jù)。第五章 防砂模擬PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 硬件設(shè)計 對一個PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計包括PLC的選型、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)((I/O點(diǎn)數(shù))的確定等，本文依據(jù)機(jī)械防砂模擬實(shí)驗系統(tǒng)工藝流程來確定PLC控制系統(tǒng)的輸入量和輸出量，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和控制要求確定PLC的類型和它具體的硬件配置[11]。 I/O點(diǎn)數(shù)的確定[11] 根據(jù)第三章的機(jī)械防砂模擬實(shí)驗系統(tǒng)工藝流程和控制要求，列出該機(jī)械防砂模擬實(shí)驗系統(tǒng)具體的I/O點(diǎn)數(shù)如下: (1) 數(shù)字量輸入3個； (2) 模擬量輸入量4個； (3) 模擬量輸出量8個； PLC選型 S7300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。SIMATIC S7300可編程序控制器是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計[21]。