SCADA系统自动分输中有关阀门“死区值”调整的必要性

SCADA系统自动分输中有关阀门“死区值”调整的必要性

陈志荣

中煤航测遥感集团有限公司 陕西 西安 710199

摘要：在自动分输功能实现过程中，工作调节阀在PID算法控制下进行开度调节来满足用户需求，整个过程中工作调节阀存在开度控制偏差死区值，在程序执行PID调节控制调节阀实际动作时要克服死区值进行控制，死区值的调整既保证了自动分输执行状态下对工作调节阀开度精准度干扰率降到最低，也降低阀门损耗提高阀门使用年限，实现对目标用户分输的生产供应精准控制、稳定且高效性兼容。

关键词：工业控制；自动分输；死区值

1引言

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即监视控制与数据采集系统，SCADA系统是以计算机技术、网络通信技术为基础，对生产过程进行控制与调度的自动化系统。它通过对生产现场的运行设备进行监视和控制，实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号预警等各项功能，保证生产的安全稳定运行。随着国家对油气行业利用现代工业控制等先进技术手段来构建生产现场的数据采集并实现集中控制等高效管理运行模式，自动分输功能的投用也在加速推进，彻底解决人工进行频繁调整用户需求并降低操作风险[1]，有效的改变长期人员投入与生产成本高等现状，进而提高对场站自动化管理程度及安全性要求，并以实现无人值守运行模式为最终目标而继续发展创新。

2自动分输功能发展现状

目前，国内石油天然气管线的生产大多是以SCADA系统实现控制，由最初的数据监视开始到单体远程控制再到机组自动顺序逻辑控制，最后再到单个场站自动顺序逻辑控制甚至全线自动顺序逻辑控制。自动分输控制逻辑有到量停输、恒压控制、剩余平均及不均匀系数等多种分输控制方式，所存在的技术关键点与难点也在逐步攻克，例如不均匀系数算法在人工智能及大数据等技术基础下，在PLC系统中循环采集一定时间的流量数据，拟合对用户分输的规律，以类似接近用户的需求，实现更精准的分输控制。

3死区值调整技术介绍

自动分输的使用存在PID调节控制，其作用在工作调节阀上进行在精准控制阀门开度。工作调压阀在执行分输程序调节时，对控制流量或者控制压力值比较苛刻的用户在程序输出阀门小开度变化情况下，阀体本身存在一种不能产生变化的控制输出范围偏差使阀门无动作并无法收到输出的反馈信号，会导致启输条件受限。

3.1死区值的产生

工作调节阀是在管道行业对流量或压力进行调节的重要设备，由此对自动分输功能精准实现也是必不可少的，工作调节阀在开度的输入和输出之间一般以模拟量信号作为条件进行控制[2]。在信号控制的情况下，存在控制输出范围偏差，这就是所谓的死区值，其产生的原因在于摩擦力和空程、旋转阀阀轴的扭转等本体不可抗因素导致，在控制输出条件下变化量小于现存偏差时，无法产生相应的变化量来进行精准控制，而实际只进行了过程量变化纠偏，只有当变化量大于现有偏差后，才会产生一定程度上的变化。

3.2死区值调整改进措施及案例

以压力控制为例，当阀门前后压力悬殊较小时，较小的流量会使调节阀输出开度产生轻微的变化而实际阀门未进行动作，这样导致结果就是流量增益受限制[3]。

阀门本体动作摩擦阻力导致存在物理死区，只有不断降低摩擦系数等方式进行调整，其次阀门出厂后会根据不同生产需求进行设备单体程序死区调整，在自动分输执行期间，程序在执行PID调节下，启使设置输出与输出偏差尽可能为零的情况下，无论是在压力PID调节还是流量PID调节的情况下，调节常数比例增益（P）、重置时间（I）与导数率（D）三个参数可根据用户供气需求进适当设定，过程变化量PV参数上下限值与控制变量CV百分比在大多情况下都无需进行调整，关于自动分输控制中PID算法如下式：

u(t)=Kp(TD)

u(t)表示控制变量；e(t)表示误差信号，即设定值与实际值之间的差别；Kp、、TD分别是比例、积分和微分部分的系数。

PID调节这三个环节分别是通过以不同的比重将比例、积分和微分三个控制环节叠加起来对被控变量阀门开度进行控制来满足不同的用户需求，但对特殊用户还存在一定的调节误差，排除程序优化程度、响应时间范围偏差、阀门电机步进值大小等限制因素外，阀门死区的存在是自动分输功能完全无误差实现的重要影响因素，对阀门死区进行优化调整，参与程序执行及PID调节等条件下进行实践测试，根据现状在Simulink动态系统基础上进行建模仿真分析如下：

图1  PID算法参与Simulink仿真建模

建模分析并结合现场反馈情况进行多次参数比对与调整，在武清站投产期间将福源热电用户支路原有出厂的调节阀开度由10%调整到3%，使程序的控制对调节阀开度达到更灵敏控制来满足用户的供气调节需求，最终达到不改变动分输程序的前提下满足了自动分输的运行需求。

3 结语

近年来，油气管道自动化控制领域仍存在着一些隐患问题的存在，为真正达到开放式过程控制自动化还需脚踏实地去解决。对于针对自动分输功能投用下对阀门死区值的调整，排除

阀门的电机步进值偏差的影响，还需要考虑死区值存在的大小对阀门的影响，死区值过大会导致电机执行输出滞后，对电机产生内在损耗，死区值过小会增加阀门本体摩擦损耗，降低阀门使用寿命，所以在对其调整的同时应该根据阀的型号、规格进行不同程度的调整。

参考文献

[1]谭洪伟,陈奔泉.天然气管道输送自动化与自动化控制技术研究[J].化工管理,2020(08):123-124.

[2]徐佳楠.成品油长输管道运行自动化控制系统研究[J].化工管理,2020(04):22-23.

[3]鬲丽华.天然气长输管道分输压力控制系统技术研究[J].石化技术,2016,23(11):3+6.