新型流量自控仪的研究与设计

李扬

（大庆油田有限责任公司第七采油厂规划设计研究所黑龙江大庆163517）

摘要：若想对油田注水环节自动化不足、流量控制精准度差等问题予以妥善处理，就要进行技术更新，而新型流量自控仪的诞生无疑对于上述问题的解决带来了巨大的契机，此自控仪将高性能的STM32芯片作为控制的核心点，运用元器件功能模块互相组合的方式，使之实际控制精度得到相应的保障，在此过程中，需要有效运用滤波或是隔离等抗干扰措施，体现其应用优势，发挥其实际功能。此外，还可利用不完全微分PID控制技术，对系统运行中性能的不足之处予以弥补，并借助MATLAB方针验证此技术应用性能上的优势，最终构筑与之相对应的实验平台，多次实验过后，可得出诸多实验数据信息，而后可知系统控制过程中所产生的误差小于2%，体现了超强的运行稳定性和控制精密度。因此，笔者主要针对新型流量自控仪的设计进行研究，而后提出了自身的相关思考和见解。

关键词：新型流量自控仪；研究；设计；发展前景

现阶段，我国的石油开采行业的发展不断进步，在此领域的运作环节，需要诸多技术手段的支撑，一般都会利用注水的形式，对油层压力进行相应的补充和增强，促使油田生产过程更加高效、稳定，值得一提的是，注水的实际效果，将会给石油采收率带来直接影响，因此，注水技术的更新和改革显得尤为必要。国内有研究人士对高压力量自控仪及其应用方式进行探讨和分析，而后发现此装置的运用，极大的提高了注水效率，还能有效适应高压环境的变化趋势，但是，它自身的力量控制误差相对较大，应用时需重点处理数据误差。也有学者对物联网高压流量自控仪的应用进行分析，它是在物联网技术手段的应用基础上，促使流量控制全过程更具智能化的特点，借助常规PID控制技术的作用，达到自动控制的效果。以上研究学者的探讨对于注水效率的提高具有一定的现实性意义，但是，在此过程中，仍旧伴随着控制精准度不高的现象，同时控制过程还易受高频干扰的制约，使得最终的系统运行不稳，增加了注水误差。

一、流量自控仪的控制研究

基于注水环节的瞬时力量控制精准度差、自动化程度弱以及注水误差大等各类问题，需要重点设计新式的流量自控仪，将以往自控仪应用中的弊端予以解决，此装置要从硬件的选用上进行更新，运用性能相对较高的处理芯片，令系统的控制能力得到相应的提升。

在此过程中，还应对油田生产和开采工作中的干扰性因素予以规避，从电路设计角度入手，渗透抗干扰设计理念，确保信号的纯净度。而软件的利用，也要尽可能选用微分PID控制，逐步解决干扰性强、控制精确度低等各类问题，使流量自控仪的使用性能得到一定程度的优化[1]。

对元器件进行择选和设计的环节，需要首先注重系统运行设置工作的把控，降低系统运行中的能源消耗量，提高系统的控制精准度，力求达到低能耗运作的效果，提高控制效率[2]。

二、流量自控仪系统的运行原理和基本结构

若想增强自控仪的流量控制准确度，就要尽可能运用闭环控制理念，完成此装置的设计任务，将STM32F103VET6单片机作为核心部分，对石油开采中的各类流量值予以全面采集，将此值和设定值进行有效比对，而后结合两个值的差值大小，进一步确定自动控制调节阀的实际开度，可将实际流量值调节到设定值范围内，变化之后的流量值将会反馈给流量自控仪系统，达到闭环反馈的效果。与此同时，此系统的运作还可对流量进行自动计量，确保注水量记录的精准度[3]。

正如下图1显示，它即是流量自控仪系统的运行结构简图，流量自控仪的内部组成主要有单片机控制系统、传感器和自动调节阀，每个部分都极其重要。系统外设模块中，显示屏模块可对注水时的累积注水量、实时流量值以及实际压力值予以全面显示，还可发挥触摸屏的作用，为技术人员的操作提供界面支持。其中的通信模块中还可细化为无线通信模块和悠闲通信模块，每个模块均有其独有的功能，分别完成数据传输任务，为技术人员对于注水实际情况的掌握提供数据支持。内部电源模块的运用则是为了实现系统化的供电[4]。

图1-流量自控仪内部结构简图

流量自控仪不仅具备手动控制功能，还有自动控制功能，操作人员可通过终端自动控制方式，对突发情况及时处理，妥善解决各类事故，与此同时，还能及时切换到手动控制界面，使手动控制工作的落实更具实效性[5]。

三、硬件设计分析

流量自控仪系统的应用过程中，硬件是最为主要的组成部分，它是系统的骨架结构，更加是软件程序运行的有效载体，所以，笔者首先对硬件设计进行分析和探讨，希望借此提高系统的控制能力。

可运用STM32作为处理芯片，这一芯片的运算能力强、整体性能较佳，可以对数据参数进行高效护理，使数据可以得到精准的处理，此款芯片的运用具有超强的性价比，整体能源率较低，若想对外界电磁噪声亦或是其他芯片的干扰问题予以规避，就应借助晶振的作用，完成STM32芯片布置工作[6]。

系统需要压力和采集流量两种物理量的支持，进而对流量进行准确把控，这一过程中，要求流量传感器的实际精度应进行有效把控，保证涡轮流量的抗干扰能力，运用涡轮流量采集的方式，使最终的流量数据采集更加精准以及全面，而值得一提的是，压力传感器的择选，可运用扩散硅式的传感器。

若想最大程度的确保传感器信号采集的质量和精准度，并将有效信息输送给单片机，就要实现信号处理，其中需要进行模数转换电路、滤波电路和放大电路等等，录播电路滤除信号中夹杂着的噪音，而模数转换的运用，应借助STM32自带12位的魔术转换器，提高转换的实际精准度，体现STM12的应用优势，利用放大电路对信号大小进行合理调节。

四、软件设计分析

程序主要负责发送系统指令，令系统可对数据进行全面采集，并高效完成数据传输和流量控制工作，软件设计工作中需要保证其精准度，体现其功能性，在此过程中，还要注重陆良调节精准的提高，降低给系统运作带来的负面影响，从软件控制程序设计角度进行分析，利用不完全微分PID控制算法，完成软件的设计工作。流量自控仪软件的组成中主要有：模数转换程序、主程序、不完全微分PID控制程序和中断程序等等，系统在接收外部信号时将会从休眠状态中被唤醒，实现高速运行，这将减少系统运行中的内部消耗，相应的延长电池的使用时长。

结束语：

综上所述，经过笔者的分析可知，石油开采过程中，需要有新型流量自控仪的支撑，新型流量自控仪对以往自控仪体系中的不足和缺陷予以弥补，同时，也更具高效性和精密度，减少了能源消耗量，同时具备超强的抗干扰能力，为技术人员提供辅助性作用，可在油田产业中得以广泛运用。

参考文献：

[1]尹梅.新型移动式全自控流量标定系统[J].建筑工程技术与设计，2015，15（21）：2098-2098.

[2]黄安贻，厉荣杰.新型流量自控仪的研究与设计[J].国外电子测量技术，2017，36（1）：57-60.

[3]鄢仁生.回路协议转换器在自控仪标定流程中的应用[J].科技与企业，2014，26（16）：405-405.

[4]陈海岩.高压流量自控仪在吉林油田注水系统中的应用[J].化工管理，2015，11（26）：15.

[5]何柳甘.浅谈在化工企业中自控仪表的设计及选型心得[J].中国高新技术企业（中旬刊），2016，19（11）：66-67.

[6]王贺谊，汤瑞佳，王维波等.采油厂空气泡沫注入站自控系统的设计与应用[J].化工自动化及仪表，2016，43（8）：878-881，886.