罐區(qū)自動(dòng)裝卸一體化控制系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

摘 要：在化工生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)過程中成品及原料的裝、卸車都是不可缺少的重要環(huán)節(jié)，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和現(xiàn)代化生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對(duì)于計(jì)量與操作的準(zhǔn)確性和及時(shí)性的要求更加嚴(yán)格，裝、卸車系統(tǒng)的自動(dòng)控制顯得越來越重要。本文介紹了一種應(yīng)用于化工生產(chǎn)中罐區(qū)的自動(dòng)裝、卸車控制系統(tǒng)，對(duì)該系統(tǒng)的自控設(shè)備、控制方式做了詳細(xì)描述。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)裝車；自動(dòng)卸車；控制系統(tǒng)

1 背景介紹

在現(xiàn)代化工企業(yè)中，為了配合生產(chǎn)裝置的運(yùn)行，要對(duì)各種化工原料及產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)輸和存儲(chǔ)，為此企業(yè)普遍建有大量的儲(chǔ)罐及裝卸站臺(tái)。我國(guó)化工企業(yè)長(zhǎng)期以來對(duì)罐區(qū)及裝卸站的管理主要是靠人工進(jìn)行，其精度較低而且伴隨著爆炸的危險(xiǎn)，以及有毒有害氣體的泄漏對(duì)人體造成的傷害。如今，隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)的裝車控制系統(tǒng)已經(jīng)有了比較多的應(yīng)用，不但提高了精度，也保證了工作人員的人身安全。

而相對(duì)裝車控制系統(tǒng)，自動(dòng)卸車的控制應(yīng)用的較少，但在現(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)中，原料卸車的控制和計(jì)量也有著非常重要的意義。目前有些工廠已經(jīng)在使用自動(dòng)裝車控制，但卸車的管理仍依賴于人工。為了滿足用戶的需求，提高生產(chǎn)自動(dòng)化程度，在某化工廠建設(shè)項(xiàng)目中我們?cè)O(shè)計(jì)了自動(dòng)裝、卸車的一體化控制系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)配置

本系統(tǒng)采用了現(xiàn)場(chǎng)總線和系統(tǒng)總線兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)總線層由裝車計(jì)量控制器、卸車計(jì)量控制器和串口服務(wù)器組成。上位機(jī)通過串口服務(wù)器對(duì)掛在現(xiàn)場(chǎng)總線上的設(shè)備進(jìn)行管理、控制和數(shù)據(jù)采集。總線上的裝車計(jì)量控制器實(shí)現(xiàn)定量裝車功能及相關(guān)的控制，卸車計(jì)量控制器完成卸車的全過程自動(dòng)控制和計(jì)量。系統(tǒng)總線層組成了包括上位機(jī)系統(tǒng)、開票系統(tǒng)和串口服務(wù)器共同組成的局域網(wǎng)，還可以和遠(yuǎn)程ERP系統(tǒng)通訊。

裝卸車系統(tǒng)的設(shè)備選用應(yīng)力求統(tǒng)一，即由一個(gè)供貨商成套提供，并進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，這樣可以從整體上控制系統(tǒng)的精度，避免多個(gè)不同廠家設(shè)備之間的配合問題導(dǎo)致的誤差擴(kuò)大；同時(shí)成套提供的系統(tǒng)會(huì)有更高的可靠性和穩(wěn)定性，售后服務(wù)也會(huì)比較全面到位。

如圖1所示為自動(dòng)裝卸車系統(tǒng)配置圖。

2.1 裝車計(jì)量控制器

本系統(tǒng)所采用的裝車計(jì)量控制器，是定量裝車系統(tǒng)中的下位機(jī)，并沒有使用傳統(tǒng)的單片機(jī)控制，而是代之以PLC控制，相比于單片機(jī)有更好的穩(wěn)定性和可靠性。它安裝在汽車槽車旁，能夠接收裝車的命令，并按照預(yù)定的程序打開相關(guān)閥門、輸送泵，同時(shí)采集流量計(jì)的流量信號(hào)和防靜電、防溢聯(lián)鎖信號(hào)，到達(dá)預(yù)定裝車量時(shí)，按預(yù)定程序關(guān)閉相關(guān)閥門。

控制器的流量輸入信號(hào)采用MODBUS總線，可以直接讀取質(zhì)量流量計(jì)傳感器處理器的數(shù)據(jù)而不需要轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，省去了變送器，而且可以同時(shí)獲得質(zhì)量流量、體積流量、密度、溫度及流量計(jì)狀態(tài)等多種數(shù)據(jù)。

2.2 卸車計(jì)量控制器

本系統(tǒng)所采用的卸車計(jì)量控制器，同樣是內(nèi)置PLC控制器控制，安裝在卸車現(xiàn)場(chǎng)，完成卸車過程的設(shè)備控制、物料計(jì)量累積、數(shù)據(jù)上傳等工作。

卸車計(jì)量控制器接到卸車命令后按預(yù)定程序打開回氣電磁閥，由裝設(shè)在中間罐上的料位計(jì)檢測(cè)中間罐中的物位，滿足要求時(shí)即打開進(jìn)料的切斷閥和卸車泵；在中間罐中的料位低于預(yù)先設(shè)定的低報(bào)警值時(shí)，即按照預(yù)定程序停止卸車，并將卸車的數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)。在整個(gè)卸車過程中控制器還采集防靜電聯(lián)鎖信號(hào)，當(dāng)聯(lián)鎖信號(hào)缺失時(shí)緊急停止卸車，確保卸車安全。

2.3 卸車中間罐

本系統(tǒng)中采用中間罐的方式作為緩沖，避免氣體進(jìn)入儲(chǔ)罐，并且方便需要卸車的物料量控制（通過液位開關(guān)），但是這必然造成物料在中間罐中的殘留，造成浪費(fèi)。由于中間罐相對(duì)較為靈活，可以制作成上部為圓柱形，底部縮小成圓錐形，加裝一個(gè)底座，并將低液位控制點(diǎn)設(shè)定在較低的位置，這樣做可以盡量減少中間罐內(nèi)部物料殘留，保證經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 防溢流防靜電控制器

防溢流防靜電控制器是自動(dòng)裝卸系統(tǒng)中的防溢檢測(cè)、靜電接地檢測(cè)的裝置。通過防溢探桿檢測(cè)液位信號(hào)和靜電接地夾檢測(cè)接地信號(hào)，當(dāng)液位超過報(bào)警位置或接地回路電阻超過規(guī)定阻值時(shí)，系統(tǒng)輸出聲光報(bào)警信號(hào)供現(xiàn)場(chǎng)工作人員及時(shí)了解系統(tǒng)工作狀態(tài)，同時(shí)輸出繼電器開關(guān)信號(hào)供自動(dòng)裝卸系統(tǒng)控制切斷閥門。

2.5 氣動(dòng)兩段式球閥

氣動(dòng)兩段式球閥是由球閥與三位式氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配套組成，可以在打開或關(guān)閉過程中停頓一次。相比普通切斷閥，在裝車控制中可以兩段式控制裝車流量，使裝車控制系統(tǒng)對(duì)物料的裝車量實(shí)現(xiàn)更精確、有效地控制。

2.6 質(zhì)量流量計(jì)

為了達(dá)到精確測(cè)量的要求，系統(tǒng)中選用的流量計(jì)最好為進(jìn)口質(zhì)量流量計(jì)，可以將流量信息傳送給裝、卸車計(jì)量控制器。質(zhì)量流量計(jì)本身就具有較高的檢測(cè)精度，和系統(tǒng)中的泵與閥門配合可以實(shí)現(xiàn)高精度的物料控制。

2.7 排氣電磁閥

裝設(shè)于卸車中間罐和罐車之間的回氣管線上。當(dāng)排氣閥打開時(shí)，罐車中的物料因重力流入中間罐，同時(shí)將中間罐中的氣體排到罐車中。一方面實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)封閉，減少危險(xiǎn)的發(fā)生，另一方面也回到罐車中的氣體又會(huì)保持罐車中的壓力，有助于卸車過程的進(jìn)行。

2.8 中間罐液位開關(guān)

裝設(shè)于中間罐上，根據(jù)需要可以設(shè)置多個(gè)報(bào)警點(diǎn)，一般可以設(shè)置高高報(bào)警只是儲(chǔ)罐液位滿，高報(bào)警指示卸車流量的大小切換點(diǎn)，低報(bào)警指示停止卸車。

2.9 輸送泵

泵為系統(tǒng)中物料的輸送提供動(dòng)力，為了防止泵空轉(zhuǎn)所帶來的危險(xiǎn)，在裝車泵上加裝電流保護(hù)器，該保護(hù)器可以檢測(cè)電流值，并根據(jù)設(shè)定的電流值停止泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，防止空轉(zhuǎn)；卸車泵則由變頻器控制，配合卸車系統(tǒng)中的切斷閥控制卸車的流量。

3 裝卸車自動(dòng)控制過程

本系統(tǒng)中的自動(dòng)裝、卸車控制由內(nèi)置于裝、卸車計(jì)量控制器的PLC控制器按照預(yù)先設(shè)定好的控制程序進(jìn)行自動(dòng)控制。一般需要工作人員在確認(rèn)系統(tǒng)正常后再給予啟動(dòng)信號(hào)以啟動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)在完成一次自動(dòng)控制過程后，會(huì)將當(dāng)次過程數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)總線上傳至管理系統(tǒng)進(jìn)行集中管理。下面分別指出了裝。卸車的控制過程以及上位機(jī)系統(tǒng)功能的說明。

3.1 自動(dòng)裝車控制

自動(dòng)裝車主要由裝車計(jì)量控制器控制，并將數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)保存。按照預(yù)先設(shè)定好的程序，工作人員在啟動(dòng)裝車后，控制系統(tǒng)自動(dòng)打開兩段式氣動(dòng)球閥和裝車泵，以最大流量開始裝車；流量計(jì)檢測(cè)實(shí)時(shí)流量信息，并及時(shí)回傳給裝車控制器；在累積流量到達(dá)設(shè)定好的閾值時(shí)，有裝車控制器發(fā)送信號(hào)控制兩段式氣動(dòng)球閥動(dòng)作，轉(zhuǎn)為小流量開度，以控制物料流量；當(dāng)流量及檢測(cè)到累積流量到達(dá)設(shè)定值時(shí)，則關(guān)閉球閥并停止裝車泵，裝車過程完畢。整個(gè)裝車過程中，接地溢流檢測(cè)器會(huì)持續(xù)進(jìn)行接地和溢流的檢測(cè)，一旦發(fā)生異常，則中斷裝車過程并發(fā)出聲光報(bào)警，此時(shí)有工作人員檢查并排除故障，確認(rèn)一切正常后，再次啟動(dòng)裝車。

3.2 自動(dòng)卸車控制

自動(dòng)卸車主要由卸車計(jì)量控制器控制，并將卸車數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)處理。卸車時(shí)工作人員接好相關(guān)軟管，在控制器上輸入好卸車單號(hào)，然后啟動(dòng)卸車。卸車控制器會(huì)自動(dòng)打開中間罐和罐車間的排氣閥，罐車內(nèi)的物料在重力的作用下由罐車流入中間罐，而中間罐中的氣體則經(jīng)由排氣閥回流至罐車內(nèi)，形成物流交換；控制器會(huì)不斷檢測(cè)中間罐上裝設(shè)的液位開關(guān)，當(dāng)檢測(cè)到高液位報(bào)警時(shí)，說明中間罐已滿，滿足開泵條件，則關(guān)閉排氣閥，停止物料流入；然后卸車控制器會(huì)打開切斷閥和卸車泵，將中間罐中的物料輸送至儲(chǔ)罐內(nèi)；當(dāng)高液位信號(hào)消失時(shí)，則由變頻器控制卸車泵的輸出，減小流量，當(dāng)檢測(cè)到低液位信號(hào)時(shí)，關(guān)閉切斷閥并暫停卸車；如果未完成卸車，則再次打開排氣閥進(jìn)行卸車，相反則停止卸車，并將此次卸車的數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)保存。

和裝車的自動(dòng)控制過程類似，卸車過程也全程檢測(cè)接地和溢流信號(hào)，一旦發(fā)生異常就停止卸車，在工作人員排除異常后方可繼續(xù)卸車工作，以確保卸車安全。

3.3 控制系統(tǒng)的上位機(jī)功能說明

控制系統(tǒng)的上位機(jī)使用組態(tài)軟件編程，以方便用戶維護(hù)和系統(tǒng)擴(kuò)展。上位機(jī)包括的主要功能有：以圖形界面的形式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的操作和控制過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示，對(duì)各項(xiàng)過程參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；收集裝車過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)各種報(bào)表，以盡快反映實(shí)際營(yíng)銷、庫存、日、月裝車清單以及買方、物料統(tǒng)計(jì)情況等；具有權(quán)限管理和口令功能，能過分配各種等級(jí)的操作權(quán)限；有歷史的事件記錄和操作記錄以便查詢。

另外還提供多種接口，包括OPC、DDE、ODBC、WEB等數(shù)據(jù)接口，以及為了建立辦公自動(dòng)化系統(tǒng)的ERP或SCM接口。

上位機(jī)通過總線通訊連接到現(xiàn)場(chǎng)控制器的PLC，接受PLC各項(xiàng)過程控制數(shù)據(jù)，并在PLC故障時(shí)，作出指示并發(fā)出警告。

4 結(jié)束語

文中所述的自動(dòng)裝、卸車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了該廠罐區(qū)的物料進(jìn)出的自動(dòng)化控制。先進(jìn)控制系統(tǒng)的實(shí)施提高了罐區(qū)的現(xiàn)代化管理水平，有效地減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度及消除了生產(chǎn)事故隱患；同時(shí)優(yōu)化了罐區(qū)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行方式，將人為不確定因素在控制管理上的影響徹底消除；控制系統(tǒng)的可靠性確保了罐區(qū)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的平穩(wěn)、安全、高效運(yùn)行，提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率，給操作和管理帶來了很大的便利，必將產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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