3. синтез системы автоматического регулирования давления в сети нефтепровода

Основным регулируемым технологическим параметром в проектируемой системе является давление на выходе НПС. Также необходимо поддерживать давление на всасывании НПС не ниже минимально допустимого. Разомкнутая система управления не способна осуществить стабилизацию давления в сети, таким образом, необходимо разработать замкнутую систему управления электропривода с оптимальными переходными процессами.

В качестве условия оптимизации системы был выбран технический оптимум, характеризуемый следующим соотношением постоянных времени САР:

Переходные процессы в САР, спроектированной по данному оптимуму характеризуются перерегулированием σ ≤ 5% при минимальном времени регулирования [16].

САР давления содержит две постоянные времени: преобразователя частоты Тп и электромеханическую асинхронного двигателя Tм. Первая является малой, вторая – большой. В соответствии с техническим оптимумом Tм необходимо скомпенсировать, введя в САР регулятор, передаточная функция которого выглядит следующим образом:

В регуляторе давления не учтено нелинейное звено центробежного насоса, так как для этого пришлось бы применить обратную связь по скорости, в соответствии с которой должна меняться передаточная функция регулятора. Исходя из анализа разомкнутой системы, перерегулирование по давлению незначительно, поэтому в регуляторе можно выставить номинальное значение скорости вращения ротора насоса (в относительных единицах оно равно 1).

С целью ограничения динамического момента при переходных процессах, в том числе при пуске и останове МНА в САР давления внедрён блок ограничения (БО).

Структурная схема САР давления приведена на рис. 3.1.

Для управления ПЧ с АИН при использовании ШИМ предпочтительнее использовать микропроцессорные системы, так как на их основе можно реализовать специальные алгоритмы формирования выходного напряжения для каждого режима работы. Аналоговые схемы были бы слишком громоздки и ненадёжны. Следовательно, целесообразно реализовать регулятор давления и задатчик интенсивности в виде подпрограмм управления ПЧ.

В состав ПЧ Siemens Simovert входит технологический контроллер T100, основные технические характеристики которого, согласно [17], сведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Технические характеристики контроллера Т300

Продолжение таблицы 3.1

Также в составе Siemens Simovert идёт микроконтроллер CUVC, который непосредственно управляет работой преобразователя частоты и вспомогательного оборудования (сигнализация, система охлаждения, пульт ручного управления и др.). Основные технические характеристики CUVC, согласно [17] вынесены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Технические характеристики микроконтроллера CUVC

Преобразователь частоты получает задание давления в сети нефтепровода в цифровом коде от автоматизированной системы управления (АСУ) НПС по протоколу обмена Modbus (на основе RS485), применяемому в системах автоматики ОАО “АК “Транснефть”. Также по данной линии связи ПЧ передаёт информацию о текущем состоянии на более высокий уровень автоматизации нефтеперекачивающей станции (операторная НПС, РДП и др.). Сигнал обратной связи подаётся от датчиков давления на всасывании или нагнетании станции, в зависимости от рабочего контура САР давления, по аналоговому интерфейсу на входы контроллера T100. Применение цифрового способа передачи данных от датчиков давления к ПЧ в режиме реального времени требовало бы прокладки оптического волокна, что экономически не оправдано.

Регулятор давления, блок ограничения и блок регулируемых уставок (БРУ) реализованы в виде подпрограмм контроллера T100. БРУ служит для переключения с основного контура регулирования (стабилизация давления на нагнетании станции не выше максимально допустимого) на дополнительный (поддержание минимально допустимого давления на всасывании станции), когда давление на всасывании НПС падает ниже допустимого. Функцию задатчика интенсивности выполняет БО, позволяя осуществлять пуск и останов магистрального насосного агрегата с заданным темпом. Напряжение задания скорости вращения асинхронного электродвигателя при этом может подаваться скачком.