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井口气回收领域汽车发动机取力的液压压缩机流量控制研究

文章出处:网责任编辑:作者:万腾、方红星人气:-发表时间:2019-07-30 10:29:00【

作者:万腾 方红星

(武汉齐达康环保科技股份有限公司,湖北,武汉) 

摘要 介绍了井口气回收领域汽车发动机取力的液压压缩机流量控制系统的整体方案设计,包括整体架构、控制算法设计、流量信号采集,并重点介绍了其PID(比例积分微分控制)的设计。该流量控制系统将从源头达到稳定与控制流量的目的。

关键词  汽车取力; 调速; 流量控制; PID控制

一、研究应用的意义

随着气井开发的深入和气井生产时间的延长,科学经济有效的排除井筒积液,成为稳产的关键,根据临界携液流量理论,通过合理控制开井采气流量即可经济的达到排水稳定产气的效果。传统的气井的流量控制根据终端用户的用量对油嘴进行自动或手动调节,本次研究的重点是通过控制压缩机的排量来从源头来实现稳定和控制流量的目的,同时当区块低效气井较多,通常采用流动采气车在区块内循环作业,采气车内天然气液压压缩机采用汽车取力驱动减少了发电机、电机等成本,该方案可产生良好的经济效益,具有研究和推广价值。

二、系统整体方案设计

1整体架构

系统分为三层,如上图所示

监控层为HMI(人机接口),负责给定目标流量,报警信息显示。

核心控制层采用PLC内置PID(比例微积分)控制器,PLC通讯采集端口,报警检测与处理模块组成。

采集与动作层 由流量计、电磁阀等组成。

2系统特点

本系统整体设计的特点在于:

(1) PID控制结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数可以依靠经验和现场调试来确定。

(2) 改造工程量小,实施简单,不影响原车的行驶安全性,系统可设置多重保护,以保障安全。

三、控制算法设计

1汽车取力液压压缩机控制特点及方案选择

1.1汽车取力液压压缩机控制特点

(1)液压压缩机的结构原理(局部)如下(图一),通过液压系统推动活塞压缩天然气,压力油的流量决定了液压活塞的运行速度,液压活塞的运行速度与液压活塞压缩机的排气量呈正相关,因此可以通过调节液压油流量实现控制压缩机流量。

(2)天然气井进气压力,压缩机出口压力,均为持续变化工况,很难确切描述这一系统的数学模型

(3)汽车取力传动系统结构图如下(图二),液压油泵的流量可以通过控制发动机转数来实现。

1.2控制方案选择

根据以上控制特点,系统采用PID控制有独特的优势。

2. PID控制器设计

2.1 PID控制结构

PID控制器的微分方程为:

2.2 PID参数校调与控制功能的实现

(1)离合取力控制

根据汽车取力传动系统结构图(图二),取力器采用前置取力方式,取力器安装变速器和离合器之间.取力器为双向气操作,气路活塞左侧(b孔)为常压(压力0.4-0.44MPa),右侧(a孔)为高压,a孔为两位三通气控电磁阀(常开)控制,当需要取力时PLC控制两位三通气控电磁阀得电,断开a孔气路,取力器活塞叉轴在常压的作用下,将带动拨叉拨动二轴滑移齿轮向右移动,使滑移此轮与输入齿轮的齿部啮合,动力即可输出。需要断开取力时,PLC控制两位三通气控电磁阀失电,接通a孔气源,活塞叉轴在高压的作用下,带动拨叉拨动二轴滑移齿轮向左移动,使脱离与输入轴齿轮的啮合,取力器动力即被切断。断开取力后,气缸右侧在高压的作用下,可以防止在不使用取力时,因车辆震动或其他原因使取力器错误的进入挂挡状态。

(2)油泵调速实现

油门驱动机构安装在手动油门拉丝上,步进电机驱动齿轮,齿轮带动齿条前后移动,达到加速旋转轴的控制,从而达到调速的目的。该结构的好处是不影响原行车油门的结构,不会对行车安全造成影响。

通过工程方法对比例系数KP、积分时间T1、微分时间TD三个参数进行调整,就可以得到令人满意的控制效果。

四、流量信号采集

通过质量流量计测量天然气实时流量,4-20mA输出,通过模拟量输入模块做A/D转换。

五、结束语

通过叙述井口气回收领域汽车发动机取力的液压压缩机流量控制的原理、结构及应用情况,说明了本系统的可行性。随着产品的进一步改进和完善,可大大提高汽车取力天然气液压压缩机的稳定性和效率,达到从源头来实现稳定和控制流量的目的。


作者简介:

万腾(1987- )男,湖北武汉人,电气工程师,从事压缩机控制系统的研究和设计

参考文献:

《现代控制工程》尾形克彦 电子工业出版社2011年版

尚利国,禚圆圆.发动机和底盘取力系统智能控制的研究.农业装备与车辆工程,2009,(10)

此文关键字:井口气回收

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