PLC在公路發油臺的應用

羅時金 陳曉東 程博琛 中石化廣東倉儲分公司 510730

PLC在公路發油臺的應用

羅時金 陳曉東 程博琛 中石化廣東倉儲分公司 510730

一、現狀與問題

1.國內外發展現狀

隨著工業控制技術的不斷發展，越來越多的石油庫采用流體批量控制技術對出庫油品進行定量發放控制。

在國外，由于電子技術發展較快，工業控制技術的應用范圍和程度比較深廣，知名的工業控制廠家針對油庫油品定量發放系統已有成套控制產品和技術方案，如美國艾默生工業自動化公司采用本公司生產的Danload 控制器、DVC788電液閥和質量流量計等組成批量控制系統，澳大利亞達基捷能科技有限公司采用Smith公司生產的Accuload控制器、電液閥、流量計組成油品定量發放控制系統等。

國內也有很多廠商都在生產油品定量發放控制器，如南京振興華成套設備有限公司生產的DKS611系列控制器，瑞通石化設備有限公司生產的LK3000系列控制器，湛海儀表廠生產的FKCS系列控制器，以上廠家皆采用單片機技術進行設計開發，主要應用于公路油臺油品定量發放控制。

縱觀國內外油品定量發放控制解決方案，基本上都是基于單片機技術實現對油品發放過程中各受控單元進行定量發放控制。部分國外公司在設計公路發油控制系統時引用了PLC，作為公路油臺批控器的與庫區SCADA系統互聯的橋梁，而國內生產的定量控器幾乎都未能實現與庫控PLC進行底層通信。

2.主要存在問題

基于單片機技術實現對油品批量控制方面主要存在以下幾點不足：

第一、系統開放性較弱，產品功能單一。國內外批量控制器功能單一，局限于油品定量發放控制，各時期生產的型號的輸入、輸出接口不一樣，難以互換，產品的拓展性差。且采用自己公司設計的通信協議，標準各異，系統數據整合的難度大，不易實現。

第二、系統拓展能力有限，難以適應日漸精細化管理的需要。為實現某一功能往往需要對控制系統進行優化完善，但由于基于單片機技術的底層開發較為復雜，實現某一管理功能可能需要重新設計電路板。

第三、系統抗干擾能力差，故障率較高。由于批量控制器采用單片機技術設計，卡、板之間采用排線相連，容易造成接觸不良，且選用的電子元件質量不能保證或易受外界環境影響導致參數改變，因此故障率較高。

二、PLC定量發油系統的研發和應用

1.系統構成

PLC公路定量發油系統分為三層架構：底層是現場設備層，中間層為監控層，上層為信息管理應用層。

現場設備層以工業以太網（Ethernet）為基礎，現場設備互連，集成了PLC系統的現場層分布式控制網絡。石油庫油品定量發放系統控制對象為工藝管道上的關鍵設備，最少必須具備的設備有流量計、溫度傳感器和電液閥（電動閥），由這三種設備便可構成最簡單的油品定量發放系統，我們針對這三種設備的控制開發油品定量發放控制模塊，同時集成添加劑自動加注功能，開放一些相對固定的功能接口，如防靜電防溢油連鎖等。從硬件和功能上在系統中相對獨立出來。

監控層以工業以太網（Ethernet）為基礎，采用集中式管理模式從現場設備中獲取數據，完成發油泵(變頻器)、工藝閥門、壓力變送器、緊急停車信號等次要關鍵設備的響應和控制、運行參數的監測、報警和趨勢分析等功能，包括控制組態的設計。

信息管理層是通過園區網絡與Internet網絡連接，實現分布式網絡環境下的遠程監控系統和ERP數據交互。由于現場總線是專為工業現場層設備通信設計，它只解決了底層自動化系統的信息集成問題，并不適用于傳輸較大量的數據，也不容易與管理層進行集成。而以太網設計初衷就是用于數據處理的辦公網，工業以太網可以達到很高的通信速率。利用以太網的優點，結合PLC控制器及現場總線，可構成全分散、全開放的集散式控制系統。

基于工業以太網TCP/IP協議，系統硬件按石油庫定量發油系統所需功能及現場位置進行劃分。硬件架構如左圖所示。

其中安檢ATM安裝于油臺入口處，驗單ATM、工藝監控電腦與后臺管理電腦安裝于發油控制室，數據服務器、交換機與中控PLC機柜安裝于發油控制室，司機操作器與小型PLC安裝于油臺發油島上。

2.主要實現功能

(1)系統靈活架構，滿足不同工藝需求

系統采用工業以太網架設，分控系統最多可同時控制4路鶴管同時發油，通過簡單配置便可滿足1個發油島（1路,2路或多路）的控制需求。中控系統通過簡單配置，既可滿足對變頻泵和非變頻泵的控制要求，又可滿足1個或多個發油島的控制需求。

(2)系統控制平穩，具備水擊消除效果

系統組態參數設置靈活，根據現場不同的工藝現狀，通過對起泵延遲量、停泵提前量、電液閥門初次開閥的開度、電液閥門開閥關閥的步進量等參數進行調節，無論是膜片式電液閥還是活塞式電液閥，可平穩開閥和多級關閥，達到防止噴濺發油和消除水擊的良好效果。

(3)先進的油品計量計算方法，界面數據豐富

系統具備質量、體積兩種發油模式，在體積發油模式下，若指定發油溫度，系統可根據要求實現按高補償，全補償，不補償三種方式進行體積發油。無論在哪種發油模式下，界面顯示實發體積、補償體積、實發質量、當筆發油平均溫度、實時溫度、瞬時流速等參數。

(4)系統定量控制精確，發油誤差較小

分控系統運算器采用國際知名公司器件，運行速度快，對流量數據能快速反應到系統運算中，對閥門控制輸出實時性高，恒定發油流速穩態控制良好，開閥和關閥階段的小流速控制穩定，從而使系統在小流速狀態下結束發油，系統定量控制誤差小，定量發放控制精度達到0.3%以內。

(5)多種檢測手段，提高油臺發油的安全性

在發油過程中，系統除了對接地、溢油報警等信號進行檢測外，對發油溫度異常、流速過低、過沖量過大等狀態進行報警連鎖，報警發生時暫停當筆發油，需要油庫管理人員進行確認解鎖后方可繼續發油，當過沖量超過設定值時，系統啟用快速切斷閥切斷當前發油操作。確保每筆油品都是在工藝及設備狀態正常準確的情況下完成發放，定量控制安全準確。

系統設置急停按鈕，若油臺發生重大事故需要緊急疏散發油車輛時，該按鈕可快速中斷整個發油臺所有油品發放，使車輛在能以最快速度進行撤離。

(6)司機刷卡發油，操作方便快捷，衛生環保

系統與倉儲公司IC卡自助驗單系統無縫連接，司機自助驗單過帳后，可憑提油卡直接到油臺進行刷卡發油，無需再打印提油小票。司機操作方便、快捷，可防止司機錄入發油單號過程中出現誤操作，利用信息化手段保證了數據的安全性。同時，系統與當前操作模式兼容，司機也可選擇以輸入提單號的方式進行發油操作。

(7) 管理界面內容豐富、形象直觀

發油臺集中監控管理系統采用國外著名組態軟件進行開發，系統界面既可形象地觀看全部臺位發油狀態和所有報警信息，又可對起泵延遲量、停泵提前量、電液閥門初次開閥的開度、電液閥門開閥關閥的步進量、發油臺位的啟停等參數進行設置，人機界面內容豐富，形象直觀，使整個油臺的管理一目了然。

(8)系統應急、容錯能力強

系統具備本地、聯網兩種方式進行發油操作。在網絡中斷時，可啟用本地發油模式下，不會影響油臺發油作業，發油數據能在網絡恢復正常后自動上傳。若數據上傳不成功，則啟用定時嘗試上傳機制，直到所有發油數據成功上傳。

(9)數據高度集成

工業以太網架設的控制系統采用實時數據庫(RTDB)技術，兼容關系型數據庫，使數據存儲與功能模塊的集中統一，系統擴展性能強，運維管理方便，從而實現了從信息層傳輸到現場控制層網絡的無縫連接，通過Internet技術建成完善的企業管理、生產、過程監控的信息網絡，實現控制網絡與ERP網絡數據鏈的緊密集成。

3.應用情況

該系統在廣東石油南村油庫成功投用，南村油庫發油臺有18條發油鶴管，安裝有PLC發油控制器9套，系統上線穩定運行三個多月，系統穩定，定量控制準確，未出現一例補油現象，客戶滿意度高。從數據分析，反映發油控制精度誤差的指標，絕對誤差最大為3.8升，相對誤差最大為千分之1.4，發放控制精度完全滿足商業貿易交接的要求。

三、結論及前景

PLC定量發放系統的成功應用，取得了良好的效益。具體體現在：

1.降低石油庫公路油臺運維成本。隨著油庫公路油臺的管理、服務要求越來越高，發油臺的批量控制器設備需不斷改進、更新，才能滿足發展的趨勢，如增加添加劑的通訊接口，單片機技術的批量控制器就必須重新設計、更換主板才能滿足要求。以廣東石油倉儲分公司270多個臺位為例，按更換一塊主板平均5000元計算，需要135萬元，而PLC若有足夠的I/O接口，則不需要增加設備，只需進行程序編寫就可完成，可節約90～95%的費用，即使增加I/O設備，按在用的30多座油庫計算，平均每座油庫約2萬元，可節約40～50%的費用。

2.減輕油臺工作人員勞動強度。提油司機自助驗單和油品添加劑自動加注功能，大大減輕發油臺工作人員的勞動強度，降低油庫生產經營的勞動力成本。縮短司機提油候裝時間，使整個公路油臺高效運行，提高客戶的滿意度。

3.油品發放場所是石油庫面向社會的服務窗口，精確的油品計量交接和穩定可靠的發放控制有利于提高企業的社會公信度，樹立良好的企業形象，同時為環境保護提供有力的保障，促進企業與社會的和諧發展。

4.系統可靠穩定地運行能為企業節省運維投入，加快油品的周轉速度，提高裝油場地、設備的利用率，縮短客戶候裝時間。

由此可見，PLC發油系統采用通用性設計開發，能滿足各類油庫發油臺現場對設備的需求；系統核心程序由具有石化現場多年工作經驗人員自行編寫，比較適合國內企業當前實際管理需求；同時，系統硬件采用知名公司當前新型產品，較有生命力，質量穩定可靠；系統總線采用開放式架構成，系統應用拓展能力強，隨著工業化的進一步發展，易與庫區其它控制系統連接，實現數據交互。該技術的成功應用不但能極大地提高生產效率，給企業帶來巨大的經濟效益和社會效益，極具推廣應用價值。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.14.041