定量裝車系統在瀝青火車棧橋的應用

燕 莎， 張 強

（1.西安理工大學 陜西 西安 710082；2.寶雞石油鋼管有限責任公司 陜西 寶雞 721008）

隨著國民經濟的發展，煉油裝置的生產能力不斷增加，瀝青產品的銷售業務逐年提高。為了減少工人勞動強度，減少環境污染，提高儲運管理作業的效率和石油化工企業的整體效益，以適應經濟發展的需求。石油化工企業迫切需求自動化程度高、安全可靠性好、便于操作維護的瀝青裝車自動化系統，借以實現生產及管理自動化、信息數據網絡化、控制程序化，并使計量達到商務交接標準[1-3]。

1 定量裝車系統概述

定量裝車系統由PC機、定量裝車控制儀、通訊模塊等組成，由一臺用于“集中管理”的PC機作為上位機，安裝在裝車棧橋現場的若干臺用于“分散控制”的定量裝車控制儀作為下位機。下位機與上位機之間通過RS485通訊網絡及相應的通訊協議來達到數據采集、裝車管理和流程控制的功能。一臺PC機能管理多臺定量裝車控制儀，PC機與局域網相連，實現數據共享，如圖1所示。

在PC機上可以實現下位機與上位機之間通過RS485通訊網絡及相應的通訊協議來達到數據采集、裝車管理和流程控制的功能，如圖2所示。

圖1 系統結構框圖Fig.1 System block diagram

圖2 裝車工藝流程及控制原理圖Fig.2 Loading process and control schematic diagram

圖2中，自動裝車控制系統的工藝流程包括數據采集設備、控制設備、安全保護設備等，分別介紹如下：

1）流量計：可采用體積流量計和質量流量計。體積流量計根據精度和介質又可選用渦輪、渦街或質量流量計。流量計的流量信號輸出一般為脈沖輸出。裝車控制儀采集其流量信號完成對已發油量的計量[4-6]。

2）電液閥或多段閥：為消除裝車過程中出現水擊現象，提高裝車的精度，裝車系統控制閥一般選擇可多段啟、停的電液閥和多段閥，閥門受裝車控制儀控制。

3）消氣過濾器：為一種安全保護設備，用于過濾液體中的一些雜質以免損壞流量計和閥門。一般有流量計廠家配套。

4）防溢開關：是一種防止發油過量而冒罐的安全保護裝置。

5）靜電接地夾：與大地連接，將槽車上的靜電倒入大地。當接地夾與槽車接觸不良時其觸點信號進入裝車控制儀，裝車控制儀將輸出控制信號自動停止裝車。

6）付油泵：是發油的動力裝置，其起、停受裝車控制儀控制。由于泵一般為強電供電，所以其起停控制信號必須先發到電氣開關柜，然后再由電氣開關控制輸出。

7）定量裝車控制儀：是實現定量自動裝車的核心設備。其主要功能是對發油過程進行程序控制和安全聯鎖。

2 下位機（定量裝車控制儀）硬件設計

裝車控制儀設計有通訊接口、計時并具備通訊協議。下位機由微機單元、顯示單元、鍵盤單元、接口單元和電源單元組成，現場配有流量計、溫度傳感器、電磁閥、聲音報警器、泵、防溢開關、靜電接地開關等組成一開環控制系統。下位機收到上位機通過通訊傳輸來的發油參數后，微機單元根據公式把實時信號處理結果及時向系統發出控制命令，使電磁閥、泵按照一定的時序完成過程控制任務。信號的采集是由現場的流量計變送器、溫度變送器把管線中的流量信號和溫度信號通過接口單元發大整形后送入到微機單元中進行電量處理以及模擬量到數字量的轉換，最后通過通訊將數據傳輸到上位機進行處理[7-9]。下位機的硬件結構框圖，如圖3所示。

圖3 下位機硬件結構框圖Fig.3 Machine hardware block diagram

定量裝車控制儀均具有以下功能：

1）組態功能：即根據發油需要，可通過通訊程序或裝車儀面板對裝車儀進行組態，設定發油參數。這些參數包括：單位、流量系數、提前量、閥開關延遲時間、泵起停延遲時間、補償系數、配方方案以及通訊接口參數等。

2）實現定量自動發油：確定定量裝車儀的組態參數之后，定量裝車儀就會按照指定的程序完成自動發油過程。一般來講，自動發油的流程如下：接收上位機發來的發油數據，現場就位，按啟動按鈕開始裝車，裝車時按組態指定的時間順序依次打開小閥、泵、大閥，裝車到定量時再按照組態指定的順序和時間間隔依次關大閥、泵和小閥，完成自動裝車作業。

3）數據采集功能：定量裝車儀可采集流量計、熱電阻等模擬信號以及防溢、靜電接地夾等開關信號，并對這些信號進行計算、分析和處理。

4）溢油、靜電保護功能：當有溢油或靜電接地不好時，發油系統停止發油。

5）掉電保護功能：在發油過程中出現意外掉電時可保存發油參數，通電后可繼續發油。

6）現場顯示功能：裝車儀一般均配有數碼或液晶顯示儀，顯示發油進程和相關設備的狀態。

7）現場急停功能：若發油時現場發生緊急情況，操作員只需按操作面盤上的急停按鈕即可停止發油。

8）遠程/就地發油模式轉換功能：一般正常情況下均通過上位機遠程發油。但需要就地發油時也可在現場直接發油。本系統中每個發油鶴位就是一個完整的計量、控制和顯示單元，對上位機沒有依賴性。

9）給現場儀表供電功能：裝車儀還提供了電源輸出端子，為現場儀表如流量計、閥門提供24 VDC和220 VAC兩種類型的電源。

3 上位機軟件設計

軟件設計要求實現定量裝車流程，并生成各種發油報表，保存發油數據。其功能結構，如圖4所示。

圖4 上位機軟件功能框圖Fig.4 Functional block diagram of the host computer software

圖4是上位機軟件功能框圖，上位機程序使用Vasual Basic 6.0軟件平臺開發，上位機管理軟件主要有以下功能：

1）自動發油：將用戶所需的油品名稱、數量等參數傳至相應的下位機，利用下位機鍵盤鍵入相應的發票號后，按發油鍵即可發油。當發油量達到預定量后，自動關閉閥門和泵，本次發油結束。同時上位機記錄本次發油的相關數據，并打印發油票據。

2）下位機狀態瀏覽：按裝車臺位順序在上位機上顯示所有下位機的狀態，包括待機、脫機、正在發油3種狀態。其中，當下位機正在發油時，程序以動畫的形式動態直觀地顯示發油量和溫度的變化情況。

3）本地發油：利用下位機鍵盤直接鍵入客戶提油量及油品物性、儀表系數等脫離上位機獨立完成發油過程。

4）發油記錄查詢：查詢所有發油記錄，包括已發、待發、正在發油3種狀態的記錄，程序允許對待發的發油記錄進行檢測、換位、刪除。

5）報表統計：包括日報、月報、年報、時段報的統計和打印。

6）權限設置：為了便于管理采用管理者和操作者兩級權限設置。

7）油品物性參數設置：設置各種油品標準密度、物料參數和儀表系數。

8）數據通訊參數的設置：包括波特率、串行口、數據采集間隔和巡檢間隔等。

4 使用效果

該系統在火車瀝青裝車棧橋應用半年多來，與原有的傳統裝車方式相比具有以下優點：

1）原有的傳統裝車方式裝車，鶴管高度人為確定，易發生超量或不足量的情況。裝車超量時，需要人工用桶提出多余瀝青，不僅污染環境而且容易燙傷員工，存在重大安全隱患；裝車不足量時，一年增加運輸成本十幾萬元，長久會造成巨大的經濟損失。使用定量裝車系統后，裝車時由電腦控制裝車量，裝車量準確無誤，當裝車液位高報時，聯鎖切斷裝車鶴管，不會造成超裝事故。

2)原有的傳統裝車方式裝車，裝車工1人在罐口觀察液位，1人切斷裝車閥門的方法裝車。一次開多個鶴管時，需要6名員工裝車。使用定量裝車系統后，只需2名員工即可實現多鶴管裝車，定量裝車系統可以有效減少裝車員工人數，降低員工勞動強度。

3）原有的傳統裝車方式用于瀝青貿易交接的方法是檢空尺計量和軌道衡計量兩種方法，瀝青裝車時和冷卻后的溫差很大，檢空尺計量受溫度影響誤差較大；軌道衡計量是用于鐵路方檢查裝車是否超重的設施，用于貿易交接計量誤差也很大，這兩種計量方法用戶接油后投訴情況較多。定量裝車系統采用的質量流量計用于瀝青貿易交接精度高、計量誤差較小，能夠準確的測量裝車重量，達到企業精確計量的要求。

5 結束語

本文介紹了以定量裝車控制儀為核心的定量裝車控制系統的設計原理和實現過程。上位機軟件可采用通用的組態軟件，便于系統的擴展與維護；同時，監控軟件采用中文界面，使得工藝流程操作簡單易學[10]。通過實際應用證明，定量裝車控制系統操作安全快捷，定量裝車控制精度高，很大程度上提高了瀝青裝車計量的精度和裝車效率。本文提出的定量裝車系統有待進一步的研究與實踐，為其他瀝青裝車控制系統提供了一定的借鑒作用。

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