【文章內容簡介】 水控制計算時，是以子系統(tǒng)為計算單元的。所以在對整個系統(tǒng)進行計算之前，先進行子系統(tǒng)的迭代計算，子系統(tǒng)的迭代步驟如下：(1)根據經驗數(shù)據給出初值和。(2)進行第N步計算時，在式(3—24)、(3—26)中令，計算出、。(3)由式(3—22)計算出。(4)若，均滿足，轉(Ⅵ)，是根據精度要求預先給定的數(shù)。(5)計算，返回(II)，是控制迭代運算收斂性的因子。（6)用式(3—1)——(3一12)計算子系統(tǒng)其它各變量。方程組(4—22)的解必須滿足下列不等式約束 （328） 系統(tǒng)的迭代步驟(1)將整個注水系統(tǒng)按“壓力谷”劃分為一系列子系統(tǒng)，確定各子系統(tǒng)的結構矩陣，用已知數(shù)據建立子系統(tǒng)的模型(3—1)——(3—12)，并根據系統(tǒng)的結構編排子系統(tǒng)的計算次序。(2)根據運行數(shù)據或經驗對子系統(tǒng)的所有支路流量向量賦初值，利用式(3—11)和(3—12)計算出各子系統(tǒng)的所有)和。(3)進行第k次迭代時，在式(424)中，取按(I)給定計算次序，依次進行每個子系統(tǒng)迭代計算，解各子系統(tǒng)的所有變量。(4)用式(3—28)檢驗各子系統(tǒng)不等式約束 是否滿足。若不滿足，適當調整相關注水站的開泵臺數(shù)，返回步驟(III)。(5)若對所有子系統(tǒng)，不等式 ， 均滿足，則計算結束。(6)計算 返回步驟(3)。在此處迭代時需要引用一個定理：如果對于所有的子系統(tǒng)，都有 （329）則上述算法收斂。式中，是注水泵特性曲線在運行點的斜率，管網特性曲線在運行點的效率。一般情況下為負，為正，并且m為子系統(tǒng)的關聯(lián)變量的輸入個數(shù)。從實際生產狀況看，多數(shù)實際注水系統(tǒng)是滿足條件(428)的。若該條件不能得到滿足，可令為，經過這樣的修正，上述算法仍然是收斂的。 注水系統(tǒng)控制技術對注水系統(tǒng)控制的目的是減小注水系統(tǒng)的配注誤差、提高泵效、降低單耗等。對注水系統(tǒng)的控制主要有三種方式：泵的臺數(shù)控制、閥門節(jié)流控制、調速控制。三種控制方式的比較見表31。表31 注水系統(tǒng)控制方式比較項目泵的臺數(shù)控制閥門節(jié)流控制泵的調速控制優(yōu)點；。；；3．設備費用少。1．流量壓力可連續(xù)控制；2．效率高。缺點；、壓力不能實現(xiàn)連續(xù)控制。；。1．一次性投資大；2．并聯(lián)運轉時對控制要求高。適用條件；；、臺數(shù)多。1．管道損失小于泵的實際揚程；2．等容量水泵、臺數(shù)多。；、臺數(shù)少；3．管道損失可大于泵實際揚程。從上表中可以看到，泵的臺數(shù)控制適用于調節(jié)流量、壓力變化大的情況，但不能實現(xiàn)壓力和流量的連續(xù)控制。調速控制的效率較高，可以實現(xiàn)壓力和流量的連續(xù)控制，能減少因閥門控制產生的節(jié)流損失，但變頻調速控制要求對注水站進行改造，一次性投資較大。閥門調節(jié)是最為方便和廣泛的調節(jié)方式，它也可以實現(xiàn)壓力和流量的連續(xù)控制，并且設備簡單操作方便，但閥門控制的能耗也是這三種控制方式中較大的。三種控制方式各有利弊，要實現(xiàn)注水系統(tǒng)的最優(yōu)控制，就要合理的選擇控制方式。本文選用閥門節(jié)流控制方式。 閥門節(jié)流控制原理閥門節(jié)流控制是通過改變泵出口和管路的閥門的開度來調節(jié)流量。當流量發(fā)生變化偏離給定值時，調節(jié)器發(fā)出控制信號，閥門改變開啟程度，使流量達到設定值。閥門節(jié)流控制就是改變管路上的阻力，使管路特性發(fā)生變化，從而改變注水系統(tǒng)的工況點，如圖56所示。Ⅱ為閥門節(jié)流控制前的管路特性曲線，Ⅳ為泵特性曲線，為工況點，此時的流量為。當調節(jié)閥度發(fā)生變化時，由于轉速是恒定的，所以泵的特性沒有發(fā)生變化，泵的特性曲線仍為Ⅳ，但管路上的阻力卻發(fā)生了變化，其特性曲線不再是II，隨著閥門開啟程度的增加或減小，管網特性曲線可能為III或I，工作點變?yōu)榛?，出口流量也由變?yōu)榛颉? 圖32 節(jié)流控制原理圖 閥門節(jié)流控制的實現(xiàn)傳感器控制儀表注水泵執(zhí)行單元給定值反饋測量元件圖33 節(jié)流控制系統(tǒng)結構框圖由于不同時期油田開發(fā)配注方案的調整，注水井數(shù)發(fā)生變化，水井作業(yè)、供水不足等因素的影響，使注水系統(tǒng)的注水量產生較大波動。管網中的任一口注水井用水量的變化必然影響相鄰注水井的注水量，影響管網干線壓力和注水站出口處的壓力，從而導致整個系統(tǒng)運行狀態(tài)發(fā)生變化。為了適應注水量的變化，需要調整開泵方案和調節(jié)閥門開度來控制流量，尤其當注水工況頻繁變化時，其運行工況十分復雜。對注水系統(tǒng)進行自動控制，既降低了工人的勞動強度，又提高了系統(tǒng)的可靠性和自動化水平。為了實現(xiàn)注水系統(tǒng)的節(jié)能和管理的自動化，油田注水系統(tǒng)使用了注水泵微機巡控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用傳感器、變送器技術，對注水泵運行參數(shù)進行檢測，檢測信號經計算機處理，對泵出口電動流量調節(jié)閥進行控制，實現(xiàn)了對泵管壓差、泵效及注水泵單耗等參數(shù)的連續(xù)閉環(huán)控制，如圖5—7所示。在實際生產中，為了實現(xiàn)閥門的計算機控制，采用電機驅動閥。在閥門電氣控制系統(tǒng)中，設置了閥門狀態(tài)信號的采集裝置和遠程電器的開、關控制裝置。注水泵注水專用服務器主機有線網無線網PIC單片機工控機傳感器閥門控制控制主機圖34 控制系統(tǒng)工作流程對于大型的注水系統(tǒng)，一般將整個控制系統(tǒng)分為主控機和工控機。圖5—8為控制系統(tǒng)工作流程圖，主控機和工控機通過網絡連接，工控機安裝在注水站內，直接控制泵站內的閥門。工控機將采集的注水實時運行數(shù)據發(fā)送到主控機上，主控機將注水系統(tǒng)實時數(shù)據，進行顯示、統(tǒng)計計算后，定時向工控機發(fā)送控制指令，從而控制注水系統(tǒng)系統(tǒng)的運行。對于恒速泵，主控機發(fā)送的指令為電流，通過調節(jié)注水泵出口閥門處的壓力，從而改變注水泵的運行狀態(tài)。 本章小結本章介紹了油田注水控制理論及技術。給出了注水系統(tǒng)控制問題的數(shù)學表述，在已知注水系統(tǒng)各注水站的開泵臺數(shù)及配水間(或注水井)的配注量情況下，確定配水間或注水井控制閥處的壓力，使注入量與配注量相等。給出了基于注水系統(tǒng)向量模型的數(shù)學方程，并對數(shù)學方程進行了求解。文中的算法不僅可以確定注水站的開泵方案，而且還對注水系統(tǒng)的配水間注水量進行了控制，使注水量既滿足配注要求又使注水系統(tǒng)的總閥門節(jié)流損失最小。 第4章 注水系統(tǒng)流量的測量 第4章 注水系統(tǒng)流量的測量 系統(tǒng)原理和流量測量器件的選擇 測量系統(tǒng)原理本系統(tǒng)為閉環(huán)系統(tǒng)。LWLZ系列渦流式流量計測得的流量轉化成脈沖信號，送人PIC單片機，由單片機對該脈沖信號進行采集計算，得到脈沖信號的頻率f1，同時，在鍵盤輸入想要的流量值，單片機對流量值進行轉換計算，得到相應的頻率f2，對兩個頻率進行計算，擬合，比較，然后通過I／0口給出一個信號。通過控制電機的轉動，使減速機的輸出力矩能夠傳遞控制閥門的開關度，同時獲取控制設定信號，減速機輸出機構的位置反饋信號，雙流閥后端的壓力流量傳感器輸出的壓力、流量反饋信號，并將這幾種信號比較后， 最終給出輸出電機正、反轉控制信號，從而實現(xiàn)輸出機構位置的閉環(huán)控制調節(jié)，使流量逐漸達到最佳狀態(tài)。此外，也可實現(xiàn)遠程控制，單片機從流量計采集到的信號，經MAX232轉換成PC可識別的RS232電平信號，或者通過GPRS模塊，遠距離傳送到PC機的串口，在PC上對得到的數(shù)據進行處理，并反饋給繼電器來控制調節(jié)閥門，從而達到控制流量的目的，具體框架如圖41所示。PIC16F876A4*4鍵盤渦流流量計執(zhí)行機構閥門控制電路LCDMAX232PC圖41 系統(tǒng)原理圖 PIC16F876A單片機PIC16F876A單片機除具有PIC系列單片計機的全部優(yōu)點外，片內還含有A／D、EEPROM、CCP等模塊，可在電路板上實現(xiàn)迅速擦寫，適合在線調試。此外，該系列單片機集成的外圍設備模塊多，不需另做大量的外圍模塊，可以盡量減小控制系統(tǒng)電路面板的面積。PIC16F876A單片機內部的通用同步／異步收發(fā)器USART模塊具有異步和同步通訊能力。本系統(tǒng)采用全雙工的異步串行通信，在同一時刻，單片機和計算機雙方既能發(fā)送信息，也能接收信息。單片機系統(tǒng)電路如下圖：電源電源PIC16F876APIC16F876APROM報警遠方工作站鍵盤電機LCDUSB監(jiān)視平臺PWM圖42 系統(tǒng)硬件框圖 MAX232資料簡介該產品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標準的芯片。由于電腦串口RS232電平是10v +10v，而一般的單片機應用系統(tǒng)的信號電壓是TTL電平0 +5v,ma x232 就是用來進行電平轉換的,該器件包含2驅動器、2接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA232F電平。該器件TIA/EIA232F標準，每一個接收器將TIA/EIA232F電平轉換成5VTTL/CMOS電平。每一個發(fā)送器將TTL/CMOS 電平轉換成TIA/EIA232F 電平。主要特點:（1）單5V 電源工作；（2）LinBiCMOSTM 工藝技術；（3）兩個驅動器及兩個接收器；（4）177。30V 輸入電平；（5）低電源電流：典型值是8mA；（6）符合甚至優(yōu)于ANSI 標準EIA/TIA232E 及ITU ；（7）ESD保護大于MILSTD883（方法3015）標準的2000V。下圖為MX232 雙串口的連接圖，可以分別接單片機的串行通信口或者實驗板的其它串行通信接口：圖43 MAX232接口電路 執(zhí)行機構系統(tǒng)選用的執(zhí)行機構是IKZL智能型直行程電動機，該執(zhí)行機構由同步低速電動機作為閥門電機的位置伺服機構，它接受校準信號，由單片微處理器和外圍芯片組成控制單元，經MCU運算處理后，直接驅動執(zhí)行機構輸出軸自動定位在和輸入信號相對應的位移行程，自動地操作閥門的開度，完成系統(tǒng)的控制要求。由于各種因素引起的流量變化從一個穩(wěn)定的流量狀態(tài)到另一個穩(wěn)定的流量狀態(tài)，需要一段時間。這其中就包括閥門開度和壓力的改變因素。因此用作反饋控制的信號必須要反映穩(wěn)定的流量信號，這樣才不會引起執(zhí)行機構的無效的誤操作。 系統(tǒng)人機交換界面參數(shù)設置顯示系統(tǒng)包括LCD顯示模塊，鍵盤模塊，安裝在控制箱面板上。它的主要作用是設置控制參數(shù)(流量、壓力)，并將設置的控制參數(shù)送給單片機控制裝置；另一方面它又將單片機輸出的注水井瞬時流量、累積流量、油壓、干壓等信號傳送給液晶顯示器顯示出來。此外，在遠程控制方面，用Visual C++編程來實現(xiàn)計算機終端顯示，把從串口得到的數(shù)據進行處理，并加入一定的補償以使得到的數(shù)據更為精確。啟動控制電路啟動按鈕后，流量控制系統(tǒng)開始工作直到采樣得到的流量值和鍵盤或PC輸入的預期值一致。 系統(tǒng)程序及軟件抗干擾措施 系統(tǒng)程序系統(tǒng)上電后，首先初始化，設置波特率的值，分配分頻器并設置I／0口，然后等待檢測PC機發(fā)送過來的數(shù)據并返回發(fā)送到PC機與系統(tǒng)控制箱的LCD面板上。主程序中，A／D轉換部分完成信息采集功能以輸送到下一部分程序，和鍵盤輸入的值進行比較擬合，而后從I／0口輸出信號來控制電機轉動和控制閥門的開關度。中斷服務子程序方面，需要判斷中斷類型是否為異步通訊中斷，并且要保護中斷現(xiàn)場以防數(shù)據丟失。系統(tǒng)程序流程圖如圖4所示。開始程序初始化PC發(fā)送數(shù)據？接收到MCU并返回到PC主程序否是主程序接收中斷使能A/D轉換比較擬合程序執(zhí)行機構執(zhí)行程序結束A/D轉換完成？否是異步接收中斷中斷服務子程序中斷返回返回保護W寄存器清除中斷標志位值送寄存器恢復W寄存器否是圖44系統(tǒng)程序流程圖 抗干擾措施油田注水系統(tǒng)所處的工作環(huán)境惡劣，要求系統(tǒng)有抗干擾性能，可從以下兩方面來實現(xiàn)軟件的抗干擾：(1)設置監(jiān)視跟蹤定時器使用定時器中斷來監(jiān)視程序運行狀態(tài)。定時器定時時間稍大于主程序運行一個循環(huán)的時間，在主程序運行中執(zhí)行一次定時器時間常數(shù)刷新操作。此時，正常情況下，定時器不會出現(xiàn)中斷，當程序失常時，因定時器時間常數(shù)無法刷新而啟動中斷，利用定時中斷服務程序將系統(tǒng)復位。(2)設置軟件陷阱當PC失控造成軟件“亂飛”而不進入非程序區(qū)時，在非程序區(qū)設置攔截措施，使程序進入陷阱，然后強迫程序進入初始狀態(tài)，即可恢復正常。 本章小結本章介紹了測量系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的原理，了解了相關器件如PIC16F876A單片機、MAX232；設計了單片機系統(tǒng)電路，RS232接口電路；選擇了IKZL智能型直行程電動機作為系統(tǒng)的執(zhí)行機構；編制了系統(tǒng)程序流程圖并討論了單片機系統(tǒng)抗干擾措施。第5章 太陽能供電系統(tǒng)的分析 第5章 太陽能供電系統(tǒng)的分析 太陽能供電的工作原理白天，在光照條件下，太陽電池組件產生一定的電動勢，通過組件的串并聯(lián)形成太陽能電池方陣，使得方陣電壓達到系統(tǒng)輸入電壓的要求。再通過充放電控制器對蓄電池進行充電，將由光能轉換而來的電能貯存起來。晚上，蓄電池組為逆變器提供輸入電，通過逆變器的作用，將直流電轉換成交流電，輸送到配電柜，由配電柜的切換作用進行供電。蓄電池組的放電情況由控制器進行控制，保證蓄電池的正常使用。光伏電站系統(tǒng)還應有限荷保護和防雷裝置，以保護系統(tǒng)設備的過負載運行及免遭雷擊，維護系統(tǒng)