薛強

摘 要：隨著我國電氣控制系統(tǒng)技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，在海上鉆井平臺中的自動控制變得越來越廣泛，目前我國的海上鉆井平臺中使用的自動控制系統(tǒng)主要有PI調(diào)節(jié)系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)以及雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)的配合使用更好地保證了海上鉆井平臺工作的穩(wěn)定性，極大的節(jié)約了海上鉆井平臺的使用期限。

關(guān)鍵詞：自動控制理論 海上鉆井平臺 應(yīng)用研究

中圖分類號：TP13 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0060-01

在我國自動控制技術(shù)不斷改進的前提下，企業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)能夠通過系統(tǒng)程序設(shè)置來控制相關(guān)外部設(shè)備來實現(xiàn)自動化生產(chǎn)模式，根據(jù)控制理論分類我們可以將其分為經(jīng)典控制理論以及現(xiàn)代控制理論兩大類。在本文中筆者將就自動控制理論在海上鉆井平臺的應(yīng)用的相關(guān)問題進行分析和研究，希望本文能夠?qū)Ｉ香@井平臺的開發(fā)和研究能夠有所幫助。

1 海上鉆井平臺的自動控制系統(tǒng)分類

海上鉆井平臺的自動控制理論在過去的幾十年中取得了較好的發(fā)展，而其中所使用的控制理論主要為經(jīng)典控制理論中的閉環(huán)控制理論。海上鉆井平臺的控制理論主要涉及到電動機的調(diào)速控制系統(tǒng)、發(fā)電機的壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)壓裝置等的使用都是十分廣泛的，在海上鉆井平臺的直流電動機調(diào)速的使用也比較多，而海上鉆井平臺所使用的西門子的整流裝置例如SIMOREG K系列的產(chǎn)品都是通過這種閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)控制功能的。

2 閉環(huán)控制系統(tǒng)介紹及控制原理

在海上鉆井平臺中使用的閉環(huán)控制系統(tǒng)是自動控制理論中十分重要的內(nèi)容，在經(jīng)典控制理論中又稱之為反饋控制系統(tǒng)，而這種控制系統(tǒng)的控制原理主要是通過偏差變化作為系統(tǒng)控制信息的信息驅(qū)動機構(gòu)，而自動控制系統(tǒng)則能夠根據(jù)系統(tǒng)中的變化量產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息來對偏差量進行糾正。在經(jīng)典控制理論中負(fù)反饋的控制理念主要有比例調(diào)節(jié)器、積分調(diào)節(jié)器以及比例積分調(diào)節(jié)器這三種調(diào)節(jié)器。在以上的這三種調(diào)節(jié)器中反應(yīng)速度最快的是比例調(diào)節(jié)器，但是由于這種調(diào)節(jié)器在穩(wěn)態(tài)性能方面不夠完善，而積分調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)誤差最小，但是對于偏差量的反應(yīng)不夠靈敏。在海上鉆井平臺中使用的調(diào)節(jié)器主要是比例積分調(diào)節(jié)器，因為這種調(diào)節(jié)器是將比例調(diào)節(jié)器和積分調(diào)節(jié)器的優(yōu)點結(jié)合在一起，不但能夠?qū)φ{(diào)節(jié)信息作出迅速的反應(yīng)，而且穩(wěn)態(tài)性比較好。

在海上鉆井平臺的控制系統(tǒng)中所使用的調(diào)速器中所使用的電位器控制的，例如在PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)量中的P增益主要是用來對自動控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)速度進行調(diào)節(jié)的，而PI調(diào)節(jié)器的積分控制主要是用來對積分的增益進行調(diào)節(jié)的，還有一個調(diào)節(jié)器就是ACTUATOR COMPENSATION這種執(zhí)行補償部分，這一部分發(fā)揮著對執(zhí)行器的阻尼系數(shù)進行指導(dǎo)的作用。在海上鉆井平臺中使用的柴油機、汽輪機等的控制要求將其控制阻尼系數(shù)調(diào)整為15%左右，而蒸汽機這類的機械設(shè)備的控制阻尼系數(shù)要求控制在50%左右。在海上鉆井平臺的自動控制系統(tǒng)中通常不要求對控制系統(tǒng)進行調(diào)整，但是在系統(tǒng)運行中出現(xiàn)不穩(wěn)定等狀況時要求對系統(tǒng)中的控制量進行控制。由于在海上鉆井平臺中使用的電機設(shè)備比較多，因此在現(xiàn)場的實際情況中要根據(jù)發(fā)電機的需求對發(fā)電機的無功負(fù)載進行調(diào)節(jié)和選擇。通過配合合理的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠保證控制系統(tǒng)在反應(yīng)速度、系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及設(shè)備的運行壽命等方面起到十分重要的作用。

3 雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)介紹及控制原理

在比例積分調(diào)節(jié)系統(tǒng)中所使用的單環(huán)控制系統(tǒng)能夠很好地保證自動控制系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性，也能夠?qū)崿F(xiàn)對控制系統(tǒng)的無靜差的調(diào)節(jié)。但是在海上鉆井平臺中所使用的電動機對于設(shè)備的啟動速度以及控制程度的要求比較高，比例積分調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制能力和特點顯然不適合對此類電動機的控制。為了能夠保證海上鉆井平臺所使用的電動機能夠在電動機的電流以及電動機的轉(zhuǎn)矩控制方面得到滿足，可以采用西門子廠家生產(chǎn)的的裝置對海上鉆井平臺中所使用的電動機進行控制。

對于此類電動機的控制最主要的就是能夠迅速的獲得較好的動態(tài)特征，西門子廠家生產(chǎn)的比例積分調(diào)節(jié)器就能夠很好地做到這一點。這種調(diào)節(jié)器主要是通過對限幅的控制來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)的，通過對電動機通電電壓的控制來進行無靜差控制，并且通過對電壓的控制來實現(xiàn)以上控制作用。當(dāng)電動機在運行的過程中一旦設(shè)備的負(fù)載電流到達最大值，比例積分調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用達到飽和狀態(tài)，通過這種雙重的控制系統(tǒng)從而很好地實現(xiàn)控制作用。

在比例積分調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)控制中主要有以下兩種靜態(tài)特征：首先就是電動機的轉(zhuǎn)速不飽和階段中，比例積分調(diào)節(jié)器的偏差量為0，此時電動機的轉(zhuǎn)速在輸入量以及系統(tǒng)的反饋量這兩項量都是相同的；除此之外還有就是電動機的轉(zhuǎn)速達到飽和階段，電動機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速達到飽和狀態(tài)時系統(tǒng)的穩(wěn)定性不會再受到影響，而自動控制系統(tǒng)中便形成了無靜差的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。

在西門子公司生產(chǎn)的直流調(diào)速裝置中主要是通過雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)來對電動機速度進行控制，這種裝置中包含有速度調(diào)節(jié)裝置以及電動機電流整定裝置，主要是系統(tǒng)量的比較環(huán)節(jié)、脈沖觸發(fā)環(huán)節(jié)以及電動機電流分反饋環(huán)節(jié)這幾種元部件，在其中通過模擬運算的方式來將調(diào)節(jié)器中的存儲器進行調(diào)節(jié)，而且這種自動控制系統(tǒng)中運算速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它速度調(diào)節(jié)器，而且在其中裝設(shè)有監(jiān)控保護裝置，系統(tǒng)的穩(wěn)定性非常好，反應(yīng)速度更為靈敏。

西門子控制裝置在海上鉆井平臺中的應(yīng)用十分廣泛，目前我國在海上鉆井平臺中所使用的西門子控制調(diào)節(jié)裝置主要有6RA24，這種控制系統(tǒng)，而在其中主要是通過模擬部件的連接來實現(xiàn)的，而且這種裝置的工作模式十分簡便，能夠根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行選擇性連接。在西門子控制裝置6RA24中不但可以實現(xiàn)積分調(diào)節(jié)、比例調(diào)節(jié)、比例積分調(diào)節(jié)這三種調(diào)節(jié)模式的選擇，而且能對調(diào)節(jié)器的P＼I增益都能夠起到控制作用，并且能夠控制電動機的電流，因此該裝置的反應(yīng)速度十分靈敏，系統(tǒng)的穩(wěn)定性能也很高。海上鉆井平臺所使用的6RA24裝置不但能夠通過參數(shù)的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的控制，而且能夠更好地保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和速度控制靈敏性，因此能夠有效的提升設(shè)備的工作效率。

4 結(jié)語

在本文中筆著就自動控制理論在海上鉆井平臺的應(yīng)用進行了簡單的分析和探討，由于自動控制系統(tǒng)中包含有動態(tài)控制和靜態(tài)控制等多個方面，因此此類控制系統(tǒng)是比較復(fù)雜的，而對于海上鉆井平臺又發(fā)揮著十分重要的作用，希望本文能夠?qū)ξ覈Ｉ香@井工作的開展能夠有所幫助。

參考文獻

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