摘要：接收铁路油槽车都存在如何高效的收尽槽车底油的问题,若按每个槽车残留底油5kg计算,按去年一年收油车数6741车，一年将损失33.7吨油品。本案采取配备扫槽泵收油的方法，但是在运转过程中，因无法控制泵机运行转速，时常会出现强烈震动，严重损害泵机运行并且影响收油的效果。为此，本文将针对这一问题，提出解决方案，详细的介绍了运用的方法和理论。
一、泵机配备变频的原因
在用摆动转子泵扫槽车剩余底油时，由于扫舱软管口径较小,在全液流动时,易产生泵进口真空过高，导致泵振动、噪声增大的问题。采用摆动转子泵扫舱是进行气液混输，因此必须考虑泵的汽蚀性能，在槽车底油多时，扫舱软管吸入饱满，泵进口真空度高，当真空超过泵汽蚀点后，泵的振动、噪声将增大。因此摆动转子泵扫舱时需随时调节电机的运行速度,以便控制泵进口的真空度 ,达到泵平稳工作,提高效率,同时减少噪音的效果.本案例采取配置变频器及仕乐克仪表压力变送器，利用PID 控制器进行调节。
二、PID控制器原理
PID控制器(Proportion Integration Differentiation比例-积分-微分控制器 )由比例控制单元P、积分控制单元I和微分控制单元D组成，并分别通过参数K，Ti，Td的设定把收集到的数据和预设的经验值进行比较，经过将比较的结果计算产生新的值作为输入信号。这个新的输入值的目的是可以让系统稳定在设定参考值的一定范围内，这样可以使系统更加准确，更加稳定。PID控制系统它的特点是原理简单，使用方便、适用性强等特点。
1.PID具体含义。比例控制单元P的特点是快速反应，但是对具有自平衡性的被控对象存在静差。增加积分调节单元I后，对消除静差起到一定的积极作用，但是却降低了系统的响应速度。为了解决这一问题，必须要在偏差出现前，对偏差量做出反应，也要对偏差的变化趋势做出判断并加以控制，便增加微分控制单元D。综上所述，为达到控制效果，要选择PID控制器。PID是以比例、积分、微分函数的算法而命名的，这三个参数是取得高性能算法的关键。这三种算法是：
1.1比例控制单元:按比例反映系统的偏差。加大比例系数,可以减少系统的稳态误差,提高系统的控制精度,加快响应速度。但是过大的比例系数会造成系统的稳定性下降,甚至系统的不稳定。
1.2积分控制单元:主要使系统消除稳态误差,提高系统的稳态性能。积分作用的强弱取决于积分时间常数T,T越小,积分作用越强,反之,作用越弱。积分作用使系统的稳定性下降,动态响应变慢.因此,积分环节通常与其他两种调节器结合使用。
1.3微分控制单元:微分作用反映偏差信号的变化趋势,具有预见性。适当的微分调节,能改善系统的动态性能,减少调节时间.但过强的微分调节,对系统干扰不利。
2.仕乐克仪表的PID参数设定。过程PID用于压力过程变量的控制。比例环节产生与偏差成比例变化的控制作用来减少偏差；积分环节主要用于消除静差，积分时间越大，积分的作用越弱，积分时间越短，积分作用越强；微分环节通过偏差的变化趋势预测偏差信号的变化，并在偏差变大之前产生抑制变差变化的控制信号，从而加快控制的响应速度。
PID参数调整原则：
比例参数的调节。先将比例增益从较小值如（0.20）增加直至反馈信号开始震荡，然后减少40-60%使反馈信号稳定，比例系数P设置较大值会导致系统不稳定，频繁震荡；P值设置较小，又会使系统敏感性下降。恰当的设置比例系数会使系统有足够的灵敏度但又不会反应过于灵敏，一定时间的延迟要通过对积分时间设置来进行调节积分、微分参数的调节。将积分时间从较大值（如20.00s）直至反馈信号开始震荡，然后增加10-50%使反馈信号稳定。如果通过比例、积分参数的调节还是收不到理想的控制要求，而且系统对超调和动态误差要求较高，就需要增加微分单元（有的系统要求时间滞后，才需要附加这个参数），可以通过调节微分时间参数，初次调试时要从小到大，逐步调节的方法，直到系统稳定。
3.本案采取的算法本案例采取PID增量式算法 ,具体算法如下:
离散化公式：
其中:u(k)为第k次采样时刻控制器的输出；e(k)、ec(k)分别为系统的偏差、偏差变化量；kp、ki、kd分别为比例系数、积分系数、微分系。PID控制通过对这三个参数的整定,从而获得良好的系统控制性能。增量型控制,即输出量是两个采样周期,控制器的输出增量△u(k)由下式可得:
其中 T1为积分时间常数；TD为微分时间常数；T为采样周期。上公式称为PID增量是控制算式,增量式算式具有下速优点 :
(1)计算机只输出控制增量,即执行机构位置的变化部分,误动作影响小。
(2)在进行手动和自动切换时 ,控制量冲击小,能较平滑的过度。
(3)增量算法中增量△u(k)只受最近的第k次的输出数值，这样运算就可以通过加权算法来处理，可以得到理想的控制效果，由于没有累加，消除了当前偏差存在时发生饱和的危险。
比例项与积分项的符号有以下关系：
在增量式算法中，如果被控量偏离预设值，则比例项和积分项的符号相同，而当被控量向设定值靠近时，则这两项的符号反相。但如果被控量与设定值相差较远，而仅在刚开始向设定值靠近时，由于比例项和积分项反向，将会延缓控制过程，增加控制时间。为了提高控制效率，本案设定一个偏差范围△l，当偏差△u(k)< △l时，就按正常规律调节，而当△u(k)>= △l时，则取消判断比例项作用为正或为负，使它向有利于接近设定值的方向调整，使其符号与积分项一致。可以大大加快控制的动态过程。
三、现场变频器工作原理
变频调速的基本控制方式，在电动机调速时，一个重要的因素是希望保持电机每极磁通量￠m为额定值￠m太小，电机的铁心没有得到充分的利用，浪费较大；如果增加￠m，会导致点击的绕组过热而损毁电机，为此，通过三相异步电机定子每相电动势的有效值公式来看；
式中Eg为感应电动势； f1为定子频率； N1为定子每相绕组串联匝数； KN1为基波绕组系数；
（1）基频（额定频率）以下调速：通过公式可以看出，要保持￠m不变，当频率f1从额定值向下调节时，必须同时降低Eg，从而使得Eg/ f1=常值，属于“恒转矩调速”的性质。
（2）基频以上调速：频率可以从额定频率往上增高，但那时电压却不能增加的比额定电压还高，最多只能保持在额定电压下工作，通过公式可以看出￠m与f1 成反比的降低，属于“恒功率调速”的性质。
本案中系统采用一台变频器控制一台扫槽泵运行方式，安装在扫槽泵进口真空压力变送器，用于检测扫槽泵进口真空压力，将压力转化为4～20mA的电流信号，提供变频器，经过变频器模拟量输入，变频器根据给定的真空压力设定值与实际的检测值进行PID运算，变频器调节扫槽泵电机的供电电压和频率。变频器是扫槽泵电机的控制设备，能按照真空压力恒定需要将0～50HZ的频率信号供给扫槽泵电机，调整其转速。本系统采用PID控制的应用宏，进行闭环控制，采用仕乐克仪表压力变送器，变频器作为中心控制装置，实现所需功能。
在泵进口真空度较低时，提高转速，增大泵的排量；泵进口较高时，降低转速，减少排量，从而达到控制泵进口真空的目的。避免在泵进口真空较高时，泵发生汽蚀，产生振动、噪声。避免在未安装变频器的情况下,泵进口真空较低时，扫舱吸入速度慢，需要人工调节提高泵转速，这样较繁琐操作。
四、结语
在现场实际应用，变频器采用 PID 调节，可以减轻操作的繁琐性，使泵工作更加平稳，提高了泵的扫舱效果，是一种较好的扫舱作业控制方式。
