ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАСЧЁТА ОПТИМАЛЬНЫХ НАСТРОЕК РЕГУЛЯТОРА

В нефтедобывающей промышленности имеется множество объектов, работа которых не представляется возможной автоматизации процессов, протекающих в них. Примером такого объекта можно считать узел учёта нефти на дожимных нефтенасосных станциях. При оперативном учете нефти и нефтепродуктов измеряют массу или объем и параметры качества – плотность, содержание балласта (воды, солей, механических примесей, серы) и другие параметры, устанавливаемые техническими условиями, стандартами на продукт.

При динамических измерениях количество и параметры качества нефти измеряются в динамике в процессе перекачки по нефтепродуктопроводу. Для измерения параметров потока применяются поточные приборы – счетчики-расходомеры, плотномеры и анализаторы качества.

Разработанный алгоритм и программное обеспечение для реализации поискового метода определения оптимальных настроек ПИД регуляторов с использованием улучшенного интегрального критерия, объединяющего преимущества его линейного и квадратичного критериев, позволяют поддерживать обводненность нефти не выше 10 %.

В данной работе определение оптимальных настроек регулятора осуществляется на основе критерия оптимальности в виде суммы линейного и квадратичного интегральных показателей качества регулирования.

Чтобы осуществить такой выбор, вначале необходимо провести серию предварительных расчетов для различных значений отношения постоянных времени дифференцирования и интегрирования α=Td/Ti и выбрать несколько значений α, которые обеспечивает наибольшее значение отношения Kr/Ki.

После этого, имея несколько вариантов настроек регулятора, построить для них переходные процессы в замкнутой системе и по предложенному критерию отобрать оптимальные настройки.

Расчёт можно выполнить как в математическом пакете, так и на любом языке программирования. Однако, по причине наличия мощных библиотек для численного интегрирования и простой реализации поиска локальных экстремумов в списках, выбран высокоуровневый язык программирования Python.

Для упрощения поисковых процедур в начале программы целесообразно установить исходные данные и привести готовые списки частот отдельно для каждой решаемой задачи.

Целью данной работы является расчет и реализация системы регулирования обводненности нефти в аппарате «Хитер-Тритер» типа ХТ-1 с воздействием на температуру изменением подачи топлива.

С автоматизированного рабочего места оператора была снята кривая переходного процесса изменения температуры продукта в аппарате «Хитер-Тритер». Данные по обводненности нефти были взяты из отдела технического контроля за тот же промежуток времени, за который была снята кривая изменения температуры в аппарате. Вышеуказанные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Данные объекта управления

Следующим этапом выполнения работы является идентификация объекта для контура регулирования.

По таблице 1 произведем идентификацию объекта регулирования продукта в аппарате «Хитер-Тритер» по координатам кривой переходного процесса в приращениях (рисунок 1).

Рисунок 1. Исходные данные кривой разгона содержания воды в нефти

Рисунок 2. Идентификация объекта регулирования содержания воды в нефти

Передаточную функцию объекта представим в виде:

.                                                   (5.1)

где τ – транспортное запаздывание; k – коэффициент усиления; T₃, T₂, T₁ – постоянные времени.

Основные результаты и выводы:

Рассмотрены современные системы автоматического управления дожимной насосной станцией.

Содержание воды в нефти строго нормируется по ГОСТ 2477-65, и по нормам технологического режима данный показатель качества нефти не должен превышать 10 %. Поэтому рассмотрены современные поточные влагомеры второго поколения, являющиеся единственными микроволновыми влагомерами на мировом рынке.

Дожимная нефтенасосная станция производит сбор продукции с добывающих скважин, размещенных на кустовых площадках цеха добычи нефти и газа.

Одним из основных показателей выходной продукции, а именно, нефти с растворенным в ней газом, является ее обводненность. Для аналитического контроля технологического процесса подготовки нефти на ДНС-5 с УПСВ периодически отбираются пробы нефти для определения обводненности на входе и выходе установки ХТ1/2, с резервуаров-отстойников РО-1,2, на выходе из насосной.  В связи с этим, необходимо обеспечить непрерывное измерение, контроль и регулирование величины содержания воды в нефти с растворенным в ней газом при помощи современных средств автоматизации. Кроме того, содержание воды в нефти строго нормируется по ГОСТ 2477-65, и по нормам технологического режима данный показатель качества нефти не должен превышать 10 %.

На основе анализа существующей системы управления дано обоснование модернизации системы управления.

На основе анализа используемых технических средств автоматизации приведен выбор датчиков и преобразователей. Для оценки качества применяются определенные интегралы от координат САУ, их производных и комбинаций из них. Эти интегралы выбирают так, чтобы с одной стороны они характеризовали качество процесса, а с другой стороны просто выражались через параметры САУ. На практике применяется также улучшенная интегральная оценка, в которой ограничение накладывается не только на величину отклонения, но также и на скорость отклонения

Разработано программное обеспечение для реализации в полном объёме поискового метода определения оптимальных настроек ПИД регуляторов с использованием улучшенного интегрального критерия, объединяющего преимущества его линейного и квадратичного критериев.

Список литературы:

1. Филлипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью. М.:Лаборатория базовых знаний, 2001, 615 с.
2. Ибрагимов И.Г. Разработка датчика для контроля напряженно-деформированного состояния металлических конструкций / Ибрагимов И.Г., Вильданов Р.Г. // Нефтегазовое дело. – 2008. – Т. 6. –№ 1. – С. 126-128.
3. Вильданов Р.Г. Разработка датчиков потерь на перемагничивание для контроля напряженно-деформированного состояния металлических конструкций / Вильданов Р.Г. //Контроль. Диагностика. 2008. – № 10. – С. 48-50.
4. Вильданов Р.Г. Разработка конструкций датчиков потерь на перемагничивание // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2012. – № 5. – С. 21–24.
5. Vildanov R G, Khismatullin A S, Luneva N N. The investigation of magnetization reversal loss sensor //IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2019. С. 01210
6. Vildanov R G, Khismatullin A S, Luneva N N. Economic aspects of reactive power compensation at gaschemical plant // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2019. С. 012108.