基于DCS平臺的潤滑油自動批量調合控制系統開發

姚國輝，李妍

（中國石化潤滑油北京分公司，北京 100085）

基于DCS平臺的潤滑油自動批量調合控制系統開發

姚國輝，李妍

（中國石化潤滑油北京分公司，北京 100085）

中國石化潤滑油北京分公司結合多年的潤滑油調合生產經驗，利用國內較為先進的DCS平臺，自主開發出國內首套具有自主知識產權的自動批量調合（Automatic Batch Blender）控制系統，實現了ABB裝置的自動調合及配套管線的自動清掃功能，并利用通訊手段，實現系統對罐區的動態監控與管理。目前，該系統已成功應用于公司潤滑油生產實踐中。

潤滑油;自動批量調合;DCS;控制系統;罐區監控

0 引言

在20世紀末，中國石化潤滑油北京分公司就從國外引進了SMB、ABB等先進調合裝備技術，歷經10余年的生產使用，其穩定性已漸漸無法滿足生產需要;另一方面，部件的老化及在技術上的封裝壁壘給生產中的技術改造帶來了極大的難題。2010年，中國石化潤滑油北京分公司開展技術創新，利用國內比較成熟的DCS平臺，自主開發出國內首套具有自主知識產權的潤滑油自動批量調合DCS控制系統，并實現了管線自動清掃、罐區動態監控管理等功能，解決了企業技術改造升級的瓶頸問題。

1 自動批量調合工藝簡介

自動批量調合工藝就是根據調合配方要求采用基礎油、添加劑原料依次注入調合釜，然后開啟攪拌器，通過機械攪拌至混合均勻的調合方式，原料計量是通過調合釜設備上所帶的稱重計量元件來控制，一般的ABB裝置采用鋼結構支撐的上下兩層調合釜裝置結構，添加劑進料預調合釜位于裝置上層，底釜一般用于基礎油和加入比例較大添加劑的混配，并配置桶裝添加劑抽提單元（DDU:Drum Decanting Unit）用于桶裝添加劑的加入，具體工藝流程如圖1。

圖1 自動批量調合工藝流程

2 系統開發規模

本次系統開發的對象包括:1套從國外引進的自動批量調合裝置（ABB）、2條配套的管線清掃裝置以及儲罐計量儀表系統。

3 系統網絡結構設計

系統開發采用國內較為成熟的DCS為平臺，在網絡層面上設立了系統網絡（SNET）和控制網絡（CNET），且DCS主控制器具備冗余功能。其中，系統網絡（SNET）采用了100M高速冗余工業實時以太網，用于系統中工程師站、操作站、現場控制站、通信控制站等系統節點的連接，完成節點之間的數據通訊，包括現場控制站的數據下裝、操作控制和數據采集等。控制網絡（CNET）采用了AS－i總線模塊采集現場I/O信號，再利用Profibus－DP現場總線與AS－i主控模塊建立通訊，該通訊結構具有及時響應和模塊自診斷功能，可滿足潤滑油調合過程控制的功能及速度要求。控制網絡具體結構如圖2所示。

圖2 控制網絡結構

4 系統開發

（1）硬件組態

系統硬件組態包括兩方面，其一，即對DCS層面的主控制器組態，其二，利用AS－i總線的設備配置GSD文件，完成對AS－i主控單元及I/O模塊的組態。

（2）軟件組態——控制系統組態

①圖形組態

根據自動批量調合（ABB）工藝流程要求，利用DCS配套的組態軟件對該套自動批量調合裝置及所配套的2套管線清掃系統等單元進行圖形組態，整個ABB系統共設置如下操作（瀏覽）畫面:系統總貌、ABB計量罐、ABB調合罐、基礎油罐區、添加劑、添加劑（OCP）、成品罐區1、成品罐區2、I/O控制界面、配方等。其中系統總貌組態情況如圖3所示。

圖3 系統總貌

②控制邏輯組態

根據ABB自動調合的功能要求，逐一對計量罐單元、調合罐單元、機泵閥門單元、管線自動清掃單元（2套）和配方單元進行開發，以下就其中調合罐單元、管線自動清掃單元和配方單元的開發做簡單介紹。

a.調合罐單元

調合罐工藝實現過程主要包括來料源罐現場機泵的啟停、調合罐所連接的兩位開關閥（POV）和流量調節閥（FCV）配合稱重傳感器的開關（調節）以及懸掛式機械攪拌器的啟停等。其中，所有現場機泵的啟停以及機械攪拌器的啟停采用梯形圖的形式來實現。POV開關閥的（開關）動作主要根據稱重單元實時讀數、系統設定的提前停車量以及目的任務量來組態實現。FCV調節閥的（調節）動作主要根據閥門實時開度、稱重單元讀數、目的任務量以及經驗補償量的PID調節來實現。

b.管線自動清掃單元

管線清掃系統一般是由清掃球、發球站、收球站，特殊的輸送管線和管線分配閥（常見的有三通和四通兩種形式）組成。就功能單元而言，一條管線自動清掃系統一般包括一個發球站、一個收球站以及數個中間站。下面以本ABB系統配套的三通管線清掃系統為例，簡單介紹其邏輯開發原理。

本系統開發的工具很多，其中之一就是功能塊，可根據需求實現功能“函數化”，調用方便。圖4中所示的HLDV_F、HLDV_S和ILDV分別是管線清掃系統發球站、收球站和中間站的功能塊。其中左側管腳為輸入信號，右側管腳為輸出信號。

圖4 三通管線清掃系統功能塊

c.配方單元

ABB分計量罐調合和計量罐結合調合罐調合，其中，計量罐進料多為添加劑和多采用流量調節閥（FCV）來控制;調合罐進料多為基礎油及大組分添加劑，相應的更多采用兩位的開關閥（POV）來控制組分重量。相同的是，上述任何一種方式，均需要配方原料依次分批注入，從而實現組分的精確計量。

根據上述特點，在計量罐和調合罐調合工藝的邏輯實現問題上，分別采用不同的控制策略。前者采用PID控制，以調節閥瞬時開度和任務實際完成量為信號輸入;后者采用提前停車量來實現兩位開發閥的控制。

在配方功能的上層實現上，采用Batch處理器，實現實時控制和數據顯示，其主要的功能包括:自動速度控制、配方儲存、檢索和執行、調合數據儲存和報表生成和其他操作控制（批量接收、清管和批量裝載）等。圖5為系統配方編輯單元界面。

圖5 配方編輯界面

5 系統功能擴展（見圖6）

圖6 液位監控功能通訊集成框架

結合潤滑油調合生產的需要，本次開發將原來兩套獨立的液位監控系統納入到DCS的監控范疇，采用通訊的方式，將相關儲罐的動態數據（溫度、質量、液位及密度等）上傳到DCS系統，并在DCS中設立監控畫面。如圖6所示，通過Modbus－DP協議轉化卡，實現Modbus（RS485和RS232）向Profibus－DP的轉換，然后通過DP線實現液位監控系統與DCS主控的動態數據傳輸，使ABB控制系統具備液位監控功能。

6 結論

系統自2011年4月投用以來，運行平穩，一次調合合格率達到100%。在ABB系統完成油品輸送任務后，配套的兩條管線清掃系統可順利實現主輸油管線的自動清掃，掃線效果明顯，進一步提高了潤滑油的生產效率。

（1）利用DCS平臺，實現了自動批量調合工藝的要求，能夠達到自動批量調合裝置對計量罐和調合罐不同的工藝計量要求，生產出了合格的油品，且一次合格率達到100%。

（2）在DCS系統中還實現了ABB所配套管線的自動清掃功能，且掃線效果明顯。由于整個功能模塊采用功能塊設計，具有移植性強、使用方便的特點，可直接借鑒到其他潤滑油自動管線清掃裝置的系統開發中。

（3）借助DCS系統所支持的Profibus－DP現場總線協議，利用Modbus－DP協議轉換器，實現系統對原液位監控系統的通訊集成，能夠更好地滿足潤滑油生產的需要。

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Developm ent of Lub ricant Autom atic Batch Blender Contro l System Based on DCS

YAO Guo－hui，LIYan
（Beijing Branch，Lubricant Company，Sinopec Corp.，Beijing 100085，China）

With many years of experience in lube oil production，Beijing Branch of Sinopec Lubricant Company independently developed China＇s first automatic batch blender control system with independent intellectual property right based on DCSplatform，which realized automatic blending of automatic batch blender（ABB）device，automatic cleaning of thematched pigging line，and dynamicalmonitoring and management of the tank systems via a protocol conversion card.At present，the system has been successfully app lied in lube oil production.

lube oil;automatic batch blender;DCS;control system;tank monitoring

TE626.3

A

1002-3119（2012）02-0062-03

2011－11－28。

姚國輝（1982－），男，研究生，助工，2008年畢業于中國石油大學（北京）機械電子工程專業，現從事設備生產維護工作。