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【摘要】PLC系统是长输管线自动控制系统的核心部分，关系到整个系统运行的可靠性，如何合理设计和利用PLC系统，这长输管线安全平稳运行的重要课题之一。本文将从两方面做探讨，促使国内长输管线自控系统的管理和使用上一新台阶。
【关键词】长输管线PLC自动控制水击保护自整定
一套完整的自动化控制系统可分上位机、PLC、现场设备三部分，PLC作为自动化控制系统核心部分，关系到自动控制系统的控制命令、逻辑运算、现场数据采集等功能的实现，在企业的生产运行中起到重要作用。伴随着长输管线的快速发展，长输管道的长度从几百公里到几千公里，中间有多个加压站，站与站之间的相互影响，其工艺复杂，只靠人工操作，安全风险大。为了保证管线运行安全，长输管线的水击保护程序和、高低压保护联锁、PID控制都是由PLC完成。因此，PLC的设计关系的长输管线的运行安全和输油能力，本文分别对长输管线PLC系统这两个方面做探讨，希望能对我国长输管线自动化控制系统的设计和投用起到帮助作用。
1 直接由站控PLC管理水击保护程序
长输管线沿线每隔一定距离都建一个加压站，除终端站没有泵外，其他站主要设备有高压机泵、电动阀、变频器、压力＼温度＼流量计变送器，个别长输管线公司可能还建有储罐，有液位计、高低液位报警开关，更复杂的地方可能还有码头。不管怎样复杂，自控系统无非都是实现对数字信号、模拟信号、开关信号和RTD等信号的处理。自控系统对长输管线设备的控制是根据长输管线操作原则来设计。自动化控制操作原则核心内容之一就是水击保护，水击保护程序都是冗余的PLC来管理，以此确保长输管线的运行安全。
水击保护程序的作用是在长输管线整个水利系统中某处或几处泵的停止或阀的关闭造成管线压力、流量等的剧烈变化而采取提前相应操作来抵消这种剧烈变化的保护程序，从而保证长输管线的安全、平稳运行，采取操作的发布命令是由水击保护程序PLC来下达，大多数长输管线的水击保护程序直接执行部分是由站控的PLC来执行，水击保护程序PLC起到管理和发布命令的作用。也就是说，如果站控PLC出问题，即使水击保护PLC主备都工作正常，一旦出现水击源，水击保护指令即使执行，现场设备也无法操作，水击保护也就失去了作用。而水击保护PLC就是用来处理长输管线运行时的突发事件，必须快速、准确，一旦站控PLC故障，水击保护失效，降低了系统的可靠性；如果把水击保护程序放在站控PLC里，直接由站控PLC管理水击保护程序，这样就避免了常规设计的缺陷。虽然将水击PLC系统的程序嵌入到站控PLC系统会增加站控PLC系统的负载，但长输管线的罐区，加压站、分输口、码头非常分散，每个站的PLC各自监视和控制本站内设备的状态，各个站的设备位号相应很少，站控PLC的负载很小，特别是中间的一些站，基本没有什么负载。即使增加了水击保护程序，任然能满足40%的余量的要求，而且还节省了水击保护PLC设备，节省这样一套水击保护PLC相当于节约了三四十万元人民币。直接由站控PLC实现水击保护不但保证了系统的稳定性和执行效率，而且节省了企业投资成本和运行管理成本。
2 PLC自整定KP、Ti、Tc参数
泵只有停止和运行两个状态，启停控制很简单，在没有变频器之前，长输管线控制管线压力和流量有两中方式：启动或停止一台泵或调节调节阀。
第一种方式操作相对复杂，频繁启动造成管线压力波动比较大，对设备和管线影响大，属于阶梯性控制流量和压力，控制效果一般达不到最佳状态。第二种控制相对简单，可以有效的达到控制目的，但对站内管线要求高，增大了站内管线压力，增大了泵的负荷，浪费了电能。目前，大多数输油泵都投用变频器来控制泵的转速，达到控制管线压力和流量的目的。变频器输送频率的控制是靠PLC的PID控制功能来完成，其工作原理是：给定出口或入口压力提供设定控制目标变频器的输出转速，调节单元比较给定压力与反馈信号压力的差别并进行PID运算（比例、积分、微分）最后输出变频器控制转速，达到调节出入口压力目的，如此构成【闭环】自动调节控制系统。如何给定PID运算参数？如果给定不正确，在长输管线压力调节时会造成调节不稳定、偏差大、调节速度太快或则太慢，对泵和管线影响较大。确定PID参数比例带PB、积分时间Ti和和微分时间Td，一般可以通过理论计算来确定，但误差太大。PID参数确定方法应用最多的是工程整定法：如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法。为了更好的确定PID参数，在此介绍一种新的PID参数整定方法一自动整定法。
自动整定法以两台并联给油泵，4台大泵串联运行的工况下，以TWIDO可编程控制器控制变频器，达到平稳控制长输管线出站压力为例，首先我们建立好PID自动整定调试窗口，进入调试窗口，人为给定变频器速度信号（4～20mA），找出大线出站压力与变频器输入毫安（mA）信号的关系。为下一步自整定做准备。示例数据如下表1：
把“PID工作模式”改成AT模式——参数自整定模式。输入测量值范围、输出设定点。
假设变频器初始启动后，出站压力是3Mpa，则我们将分别按照表2设定值进行整定：
点击“PID动作”按钮，显示值为“1”，表示PID命令执行，此时PLC根据预先设定的值进行参数整定。调节过程可以通过PLC维护程序实时监视参数整定状态。
在PLC调试界面里可以看到自整定情况，如下图：
自整定后，可以得出KP、Ti、Tc参数，再把出站压力调到起始压力——4#泵变频器刚开时达到的压力，触摸屏回到“主窗口”界面，分别输入设定点3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0.观察实际PID运行效果。
如果效果不十分理想，可以适当修改KP、Ti、Tc参数，达到理想效果。KP、Ti、Tc参数在调试窗口里可以通过触摸屏设定。
最后，自整定结KP为0.298、n为0.066、Tc为0.005。
直接由站控PLC管理水击保护程序，不但节约了管理成本，还提高了整个系统的可靠性和效率。利用PLC的PID自整定功能较快计算出的KP、Ti、Tc参数，整定出来的参数一般能平稳控制长输管线的整定点，即使不理想，适当修改KP、Ti、Tc参数，也能很快的达到理想效果。
3 结束语
随着国内长输管线高速发展，长输管线的输送量越越大，距离越来越长，工艺操作复杂，要求自动控制化程度高，合理的设计操作控制逻辑至关重要。本文提出的两个方面的设计思想和方法希望能对自动化控制在长输管线上的应用提供帮助。
【关键词】长输管线PLC自动控制水击保护自整定
一套完整的自动化控制系统可分上位机、PLC、现场设备三部分，PLC作为自动化控制系统核心部分，关系到自动控制系统的控制命令、逻辑运算、现场数据采集等功能的实现，在企业的生产运行中起到重要作用。伴随着长输管线的快速发展，长输管道的长度从几百公里到几千公里，中间有多个加压站，站与站之间的相互影响，其工艺复杂，只靠人工操作，安全风险大。为了保证管线运行安全，长输管线的水击保护程序和、高低压保护联锁、PID控制都是由PLC完成。因此，PLC的设计关系的长输管线的运行安全和输油能力，本文分别对长输管线PLC系统这两个方面做探讨，希望能对我国长输管线自动化控制系统的设计和投用起到帮助作用。
1 直接由站控PLC管理水击保护程序
长输管线沿线每隔一定距离都建一个加压站，除终端站没有泵外，其他站主要设备有高压机泵、电动阀、变频器、压力＼温度＼流量计变送器，个别长输管线公司可能还建有储罐，有液位计、高低液位报警开关，更复杂的地方可能还有码头。不管怎样复杂，自控系统无非都是实现对数字信号、模拟信号、开关信号和RTD等信号的处理。自控系统对长输管线设备的控制是根据长输管线操作原则来设计。自动化控制操作原则核心内容之一就是水击保护，水击保护程序都是冗余的PLC来管理，以此确保长输管线的运行安全。
水击保护程序的作用是在长输管线整个水利系统中某处或几处泵的停止或阀的关闭造成管线压力、流量等的剧烈变化而采取提前相应操作来抵消这种剧烈变化的保护程序，从而保证长输管线的安全、平稳运行，采取操作的发布命令是由水击保护程序PLC来下达，大多数长输管线的水击保护程序直接执行部分是由站控的PLC来执行，水击保护程序PLC起到管理和发布命令的作用。也就是说，如果站控PLC出问题，即使水击保护PLC主备都工作正常，一旦出现水击源，水击保护指令即使执行，现场设备也无法操作，水击保护也就失去了作用。而水击保护PLC就是用来处理长输管线运行时的突发事件，必须快速、准确，一旦站控PLC故障，水击保护失效，降低了系统的可靠性；如果把水击保护程序放在站控PLC里，直接由站控PLC管理水击保护程序，这样就避免了常规设计的缺陷。虽然将水击PLC系统的程序嵌入到站控PLC系统会增加站控PLC系统的负载，但长输管线的罐区，加压站、分输口、码头非常分散，每个站的PLC各自监视和控制本站内设备的状态，各个站的设备位号相应很少，站控PLC的负载很小，特别是中间的一些站，基本没有什么负载。即使增加了水击保护程序，任然能满足40%的余量的要求，而且还节省了水击保护PLC设备，节省这样一套水击保护PLC相当于节约了三四十万元人民币。直接由站控PLC实现水击保护不但保证了系统的稳定性和执行效率，而且节省了企业投资成本和运行管理成本。
2 PLC自整定KP、Ti、Tc参数
泵只有停止和运行两个状态，启停控制很简单，在没有变频器之前，长输管线控制管线压力和流量有两中方式：启动或停止一台泵或调节调节阀。
第一种方式操作相对复杂，频繁启动造成管线压力波动比较大，对设备和管线影响大，属于阶梯性控制流量和压力，控制效果一般达不到最佳状态。第二种控制相对简单，可以有效的达到控制目的，但对站内管线要求高，增大了站内管线压力，增大了泵的负荷，浪费了电能。目前，大多数输油泵都投用变频器来控制泵的转速，达到控制管线压力和流量的目的。变频器输送频率的控制是靠PLC的PID控制功能来完成，其工作原理是：给定出口或入口压力提供设定控制目标变频器的输出转速，调节单元比较给定压力与反馈信号压力的差别并进行PID运算（比例、积分、微分）最后输出变频器控制转速，达到调节出入口压力目的，如此构成【闭环】自动调节控制系统。如何给定PID运算参数？如果给定不正确，在长输管线压力调节时会造成调节不稳定、偏差大、调节速度太快或则太慢，对泵和管线影响较大。确定PID参数比例带PB、积分时间Ti和和微分时间Td，一般可以通过理论计算来确定，但误差太大。PID参数确定方法应用最多的是工程整定法：如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法。为了更好的确定PID参数，在此介绍一种新的PID参数整定方法一自动整定法。
自动整定法以两台并联给油泵，4台大泵串联运行的工况下，以TWIDO可编程控制器控制变频器，达到平稳控制长输管线出站压力为例，首先我们建立好PID自动整定调试窗口，进入调试窗口，人为给定变频器速度信号（4～20mA），找出大线出站压力与变频器输入毫安（mA）信号的关系。为下一步自整定做准备。示例数据如下表1：
把“PID工作模式”改成AT模式——参数自整定模式。输入测量值范围、输出设定点。
假设变频器初始启动后，出站压力是3Mpa，则我们将分别按照表2设定值进行整定：
点击“PID动作”按钮，显示值为“1”，表示PID命令执行，此时PLC根据预先设定的值进行参数整定。调节过程可以通过PLC维护程序实时监视参数整定状态。
在PLC调试界面里可以看到自整定情况，如下图：
自整定后，可以得出KP、Ti、Tc参数，再把出站压力调到起始压力——4#泵变频器刚开时达到的压力，触摸屏回到“主窗口”界面，分别输入设定点3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0.观察实际PID运行效果。
如果效果不十分理想，可以适当修改KP、Ti、Tc参数，达到理想效果。KP、Ti、Tc参数在调试窗口里可以通过触摸屏设定。
最后，自整定结KP为0.298、n为0.066、Tc为0.005。
直接由站控PLC管理水击保护程序，不但节约了管理成本，还提高了整个系统的可靠性和效率。利用PLC的PID自整定功能较快计算出的KP、Ti、Tc参数，整定出来的参数一般能平稳控制长输管线的整定点，即使不理想，适当修改KP、Ti、Tc参数，也能很快的达到理想效果。
3 结束语
随着国内长输管线高速发展，长输管线的输送量越越大，距离越来越长，工艺操作复杂，要求自动控制化程度高，合理的设计操作控制逻辑至关重要。本文提出的两个方面的设计思想和方法希望能对自动化控制在长输管线上的应用提供帮助。