提高仪表自控率的方法.pdf

提高仪表自控率的方法 李 斌 中国石油长庆石化公司 陕西 咸阳 摘 要 结合企业生产实际 分析了构成控制回路的各个环节中制约控制回路自控率的潜在因素 并提 出了相应的解决方案 关键词 控制回路 仪表自控率 中图分类号 文献标识码 文章编号 在企业生产过程中 仪表自控率是一项重要 的专业管理指标 它标志着一个企业的自动化水 平 设备管理水平和市场竞争力水平 自动控制 功能的实现由超过 的自控回路完成 但实 际由于构成控制回路的各个环节存在诸多影响因 素 也存在人为思想观念因素 导致相当数量的控 制回路无法实现自动运行模式 从而降低了仪表 自控率 制约了企业的创效能力 提高仪表自控 率 可以降低企业人工成本 减轻操作人员的工作 强度 防范人为误操作 消除装置生产波动并杜绝 事故发生 1 控制回路的构成 单回路控制系统主要由检测单元 控制器 控 制阀 也可称为执行器 及控制对象等环节组成 其典型结构框图如图 所示 实现自动控制就是 要求控制回路检测环节精准 控制环节高效 执行 环节平稳 由于其他特殊控制回路均由单回路衍 生而出 例如在单回路中增加控制器即可构成串 级控制 增加控制阀就构成分程控制 增加检测单 元就成为函数控制系统 因此单回路控制系统的 提高自控率措施和结论同样适用于复杂控制回 路 图 单回路控制系统框图 2 制约仪表自控率的自身因素 笔者对制约仪表自控率的自身因素进行分 析 识别出潜在的影响因素 并提出有效的防范或 解决措施 2 1 检测单元 检测单元是将控制对象的特征参数即被控参 数实时检测并变送 然后与设定值比较 并将偏差 输入控制器进行运算处理 这一环节是控制系统 的源头 如果采集的数据失真 将导致运算过程和 最终输出错误 被控参数失控 这极易导致事故发 生 因此检测单元是提高仪表自控率最为关键的 一环 另外 检测单元与控制对象紧密关联 不但 受到外界环境如温度 电磁及振动等的影响 还受 到工艺环境如气化 液化 结晶及组分变化等影 响 这些因素都会导致检测结果出现偏差或错误 使回路无法实现自动控制模式 笔者将从自控专 业四大参数即温度 压力 液位和流量检测仪表进 行分析 2 1 1 温度检测仪表 在四大参数中 温度检测仪表受外界环境和 内在工艺干扰影响最小 因为温度检测元件置于 介质当中 环境温度对其产生的影响通过冷端补 偿 对于热电偶 或三线制 对于热电阻 可以加 以消除 利用温度检测元件的热电 电势或电阻 效应原理 工作过程简捷 温度检测仪表结构简 单 无可动部件 因此只要温度检测仪表安装位 置选择合理 选型科学 施工规范 就能保证其工 作稳定 控制系统波动较小 工艺方面要防止被 测介质在温度计套管上结晶 影响其导热性和灵 敏度 再无其他影响因素 化 工 自 动 化 及 仪 表 第 卷 收稿日期 修改稿 2 1 2 压力检测仪表 压力检测仪表受外界干扰影响较大 为便于 仪表维护和监控 其传感元件与被测介质之间通 常设计有导压引线及取压阀门等 这就成为外界 干扰侵入的通道 例如对于易冻易凝介质 冬季 气温过低 引线或压力检测传感膜盒冻凝 仪表无 法正常工作或损坏 自动控制模式存在风险 夏季 气温过高 介质汽化 引起仪表显示异常 也存在 风险 因此视情况对仪表采取保温或伴热措施 但温度不宜过高 防止介质汽化影响仪表正常工 作 工艺方面 要避免介质发生相变 确保介质密 度与设计一致 另外要防止结晶影响导压 保证仪 表的稳定性 2 1 3 液位检测仪表 对于差压式液位计 单压力检测与压力检测 仪表相同 但差压检测则有其独特性 例如有一 台差压式液位计 其导压介质为工艺介质 对于正 压侧来说 介质会自动充入测量引线 但对于负压 侧 当液位大于 时 介质才能倒灌入引线 而正常工作时液位均不会达到满液位 因此负压 侧与工艺设备内的气相相通 长时间会因挥发而 减少 使得液位变成虚假液位 显示值比实际值 逐渐增大 假信号如不及时发现 最终可能导致 工艺设备内液相介质被抽空 气相窜入液相系统 引发事故或事件 因此要求定期对引线内导压介 质进行填充 使控制回路稳定运行 还有一些非智能的液位检测仪表 由于其抗 干扰能力较差 外部电磁干扰会影响其正常工作 例如某次对讲机信号影响到浮筒液位计 导致其 输出大幅波动 回路无法投入自动运行 另外 液 位检测仪表投用伴热时要注意 由于伴热温度升 高会导致引线内介质密度发生变化 如果正 负压 受热不均衡 仪表示值就会产生波动或偏差 此时 要将回路切至手动控制模式 否则回路无法投入 自动控制 采取的措施 加强液位计的日常维护 对于填 充隔离液的仪表 要根据季节变化 动态调整填充 周期 对于抗干扰能力弱的仪表 消除外界电磁干 扰因素 或选用智能抗干扰能力强的仪表 对于仪 表伴热的投用和停用 要缓慢并采取回路切手动 的措施 保证仪表工作稳定 在工艺方面 不论是 差压式还是应力式液位计 其调校都是按照设计 参数进行的 如果工况参数与设计不一致 仪表示 值就会存在偏差 产生虚假液位 影响回路自动运 行 2 1 4 流量检测仪表 流量检测仪表因为种类较多 结构复杂且影 响因素不尽相同 对于使用较为广泛的差压式流 量计 要保证其显示准确 工作正常 应注意以下 几点 a 工况参数恒定 差压式流量计根据运行 条件 如温度 压力及介质密度等 进行计算并加 工 如果实际参数发生变化 如压力发生变化 对于测气流量计会产生较大影响 如温度发生变 化 则对测液和测气流量计都有较大影响 如介质 或介质组成即密度发生变化 则测量结果失真 b 正 负压引线内介质密度相同 在很多场 合中 被测介质往往非单一组分 以检测油品为 例 在油品中往往含有不同组分 流经管道时 重 组分沉积在管道下侧 由于孔板孔径远小于管 径 油品再经孔板时 重组分会积至正压侧 导致 仪表显示偏大 c 除科里奥利质量流量计外 其他任何流量 计对工艺操作条件都有着苛刻的要求 偏离设计 条件都会带来偏差 控制回路就无法自动运行 对于这种情况 应加强与工艺专业的沟通 保证运 行条件与设计一致 当出现偏差较大时 应对仪表 参数重新进行计算和调整 2 2 控制器 控制器主要涉及回路的 参数整定 参数整定就是合理地选择 参数 一般在 工程应用中采用经验凑试法 从系统的稳定性 响 应速度 超调量及稳态精度等方面统筹考虑 2 2 1 参数整定方法 经验凑试法在实践中最为实用 在整定参数 时 必须认真观察系统响应情况 根据系统的响应 结果确定调整相应的参数 同时观察系统响应效 果 即查看控制回路实时趋势曲线 衰减曲线最佳 比值是 即前一个峰值与相邻后一个峰值的 比值为 在实际调试中 只能先大致设定一个经验值 然后根据调节效果进行修改 P 代表比例度 K 为 比例放大倍数 P K 参数经验值列表见 表 第 期 李 斌 提高仪表自控率的方法 表 参数经验值 控制回路 比例度 P 比例放大倍数 K 积分时间 T 微分时间 T 液位 媼 压力 媼 鲻 流量 煙 鲻 温度 媼 忖 2 2 2 参数凑试步骤 由于比例作用是基本的控制作用 因此首先 把比例度凑试好 待过渡过程已基本稳定 然后加 积分作用消除余差 最后加入微分作用进一步提 高控制质量 基本参数凑试步骤如下 a 对 控制器 将放大倍数设为较小值 逐 渐增大 K 观察被控量的过渡过程曲线 直到曲线 满意为止 b 对 控制器 先置 T 按纯比例作用 整定放大倍数使之达到 衰减曲线 然后将 K 缩小 积分时间T 由小到大逐步增 大 直到获得 衰减过程 c 对 控制器 置 T 先按 作用凑 试整定 K 和 T 参数 然后将放大倍数增大 T 适当减小 再把 T 由小到大逐步增大 观察过渡曲线 直到获得满意的过渡过程 2 2 3 注意事项 参数整定前要先校验传感器和执行器 保证 现场仪表正常工作 可以先手动控制测量 手动状 态测量的参数应该是稳定可靠的 然后暂时关掉 积分调节 按经验值设定 K 参数 试着切换到自 动观察阶跃响应 此时应特别注意控制器的输出 一定要判断回路是否为负反馈 在整定参数时要保证工艺稳定 当影响到产 品质量和工艺参数时要立即切换到手动控制 待 工艺生产稳定后再投自动 修改 参数 如果 是串级 比例控制回路 要先一个回路再另一个回 路地整定 还应注意先内环 后外环的原则 在手 动切到自动时 要保证给定值与测量值近乎一致 2 3 控制阀 控制阀是控制回路的执行环节 只要科学地 选择操纵变量和调节阀的流通特性 自动控制就 可以实现 为了很好地执行控制器的输出指令 调节阀必须精确装配 电气阀门定位器必须调校 准确 并保证气源清洁 这样可保证其动作灵活精 准 控制回路自动运行才有保障 2 4 控制对象 控制对象往往是一个系统 因干扰因素错综 交织 因此相对复杂 如反应器的床层温度控制 受进料温度 介质空速及催化剂活性等因素影响 小幅的波动系统会自动进行调节 如果波动较大 原先的 参数已无法适应 且无法实现自动控 制 但只要合理地选择操纵参数 适时人为干预 即可将被控参数控制在预期的指标范围内 3 制约仪表自控率的人为因素 除仪表自身因素外 影响仪表自控率水平的还 有人为因素 主要是人的思想观念 部分工艺操作 人员担心仪表设备不可靠 如检测环节发出误信 号 或执行环节出现误动作等 导致生产波动或引 发事故 因此将控制回路切至手动模式 认为虽增 加操作频次 但图个安全 省心 这种思想具有狭隘 性 也是不科学的 因为庞大的控制系统 控制回 路数以百计 人的精力非常有限 当然这种思想的 产生是有原因的 以往曾出现过仪表误动作影响工 艺平稳运行的事件 但是只要仪表专业人员不断 从生产实际中总结经验和教训 充分识别影响仪表 稳定性的潜在风险 并采取有效的防范或消减措 施 便能使其长周期平稳运行 提高使用人员对仪 表的信任度 这样仪表自控水平才会有效提高 当 然操作人员也不能完全依赖控制系统 因为设备运 行的环境相对平稳 但与各种干扰因素时刻相伴 这就要求对工艺参数设置预警提示 时时监控系 统 及时发现异常情况 立即人为干预 排除扰动因 素后 使其重新回至自动模式 4 结束语 制约控制回路仪表自控率水平的因素很多 在实际工作中 只要合理地选择被控对象 操纵对 象和控制方案 正确选择控制器和执行机构的作 用形式 科学地进行系统组态和 参数整定 并 下转第 页 化 工 自 动 化 及 仪 表 第 卷 拆除螺栓 吊装头盖及抽芯等检修工作的正常进 行 传统的检修费用预决算对这部分工作费用计 算比较粗放 在空间比较狭小的地方对于换热器 能否移出难以做出快速准确地判断 通过使用数 字化工厂可以对换热器能否移出做出模拟 由于 数字化工厂的建模精度在 左右 以此为依 据可以快速准确地判断此类换热器能否移出 此 次 万 常减压装置大检修需要进行抽芯清 洗的换热器共 台 通过使用数字化工厂做检修 方案 发现有 台换热器被遮挡无法抽出 如图 右上所示 因此 数字化工厂为提高检修质量 和效率提供了有效的技术支撑 2 2 吊车的使用 在数字化工厂中对所有需要吊装的设备进行 了吊装模拟 发现吊车预定占位存在重要地下管 路 及时通知吊装单位将吊车路基板增大 避免了 吊装时对地下管网的破坏 在核对空冷吊装方案 时 发现预定的 吊车根本无法将设备吊出 经模拟推翻了原方案 新制定了 吊车方案 在数字化工厂中事先对吊车进厂路线 占位 臂长 及仰角等参数进行模拟和优化 确保所有吊装方 案的准确无误 使吊车移位次数最少 保证了吊装 的安全和高效 以数字化工厂为工作平台进行大检修工作 可以使工厂各部门管理人员 现场技术人员与承 包商之间的交流可视化 并可以直接在三维模型 上进行检修计划制定 审核 技术交底和工程决 算 实现无缺陷大修和零返工 节省大检修费用 以上 确保了工厂的运行安全 3 结束语 中国石油兰州石化公司通过大检修管理搭建 了大检修知识库 包括全面设备信息 为提高全装 置设备的资产管理水平提供了依据 同时在安全 方面也有很大的提升 数字化工厂项目在国内属 于比较前沿的领域 通过这次项目的实施 为下一 步的推广并提升应用水平奠定了坚实的基础 参考文献 吴晓辉 王瑞来 三维地理信息系统在电力系统应 用中的关键技术研究 河南电力 张宁 吴嘉辉 基于三维数字化测量技术的逆向工 程应用研究 长春大学学报 王国胜 张声圳 基于 的输电线路三维数字化 管理系统的设计 电工技术 赵长青 苏乐 廖万勇 三维数字化电厂技术的研究 与应用 数字技术与应用 上接第 页 保证现场检测仪表的正确选型等 即可有效地提 高仪表的自控率水平 企业的创效能力也能够大 幅提升 参考文献 陆德民 张振基 黄步余 石油化工自动控制设计手 册 北京 化学工业出版社 孙准清 王建中 流量测量节流装置设计手册 北京 化学工业出版社 乐嘉谦 仪表工手册 北京 化学工业出版社 上接第 页 速率报