集散型自動控制系統在鐵路油品裝卸線的應用

陳華，孫魯

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

1 工程概況

以往建設的鐵路發油裝車設施，以手工操作方式為主。裝車作業一般通過人工控制鶴管、目測加注介質的形式來完成，這種作業方式存在以下不足：

1）人工手動控制裝車鶴管導致操作人員勞動強度大，裝車效率低下；

2）人工計量的準確度達不到要求，貿易交接過程中經常發生計量糾紛；

3）裝車油量依靠人工目測不易控制，經常造成溢油、跑油及冒車等事故，給安全生產帶來較大的事故隱患；

4）在裝車過程中沒有計量控制手段，裝車液位需要依靠人工控制，操作人員需要站在裝車口處監控裝車液位，會吸入大量的油氣，直接影響到職工身體健康。

針對上述情況，為了提高油品裝車自動化水平，保障安全生產，介紹一種采用集散型自動裝車控制系統的案例。

北方某港油庫區裝火車的運量設計為150萬 t/a，主要貨種為燃料油和重質原油。鐵路裝車棧橋設計長度為740m，棧橋每間隔12m設置1個裝車貨位，設有2條裝車線，每線設置有62個貨位，2線共設有124個裝車貨位。2組裝車棧橋并排布置，輸油管線設于2組裝車棧橋之間，鐵路線沿2組棧橋外側布置。每個裝車貨位上安裝有流量計、電動閥門、溫度變送器、溢油控制器、可燃氣體探測器和過濾器等設備[1]。鐵路裝車系統采用大鶴管裝車作業方式，其操作流程為將整列車在裝備線平均列解為4部分，由牽引車先將兩部分分別推入到裝車線盡頭，由配套自動小爬車自動對位，人工打開罐蓋后，鶴管自動對位伸進罐內，自動裝車，達到控制液位后，自動停止；收鶴管，小爬車將下一組罐對位裝車，依次進行，并實現自動計量。

2 控制系統結構

鐵路裝車控制系統[2]（如圖1所示）包括火車裝車站輸油系統裝車鶴位工藝管線電動閥門的控制、裝車流量計和管線壓力及溫度數據采集、裝車站區域可燃氣體檢測系統和消防報警等項內容。

圖1 控制系統結構圖Fig.1 Control system structure

裝車控制系統可在每個鶴位的發油控制系統完成對該車位裝車數據的采集、運算，對現場電動閥的自動控制、定量自動灌裝、靜電溢出檢測報警連鎖控制和現場指示等功能，并通過設于庫區控制室的監控工作站（上位機）對發油控制系統傳輸的發油作業數據進行歸類、列表、存盤、查詢以及監控發油控制系統等工作。

火車裝車系統的作業監控操作由監控操作站完成，通過設于控制室的交換機與控制系統服務器相連，與庫區[3]控制和管理系統組成一個具有實時控制、操作、監控及數據管理功能的控制系統。

控制系統采用分散控制集中管理方式對62個貨位火車灌裝重油、燃料油的自動定量控制，在火車棧橋的每個裝油鶴位上設置發油控制器（簡稱下位機），對每個鶴位的灌裝流量進行控制和計量，同時對油品的溫度、裝車鶴管的液位開關狀態、防靜電接地開關狀態進行檢測；在中控室內設置發油管理工作站（簡稱上位機），與棧橋區的下位機以RS485總線的方式進行數據通訊，對火車棧橋裝油的操作進行實時監控和管理。

發油管理工作站通過10/100M自適應網絡與中控室的服務器通訊，接收火車灌裝調度指令，同時實現發油實時數據的共享；通過RS485方式采集可燃氣體報警器的報警信號，實現二次集中顯示及報警。

2.1 控制系統組成

火車自動定量集散式發油控制系統由以下部分組成：

1）發油控制工作站（上位機）；

2）PLC隔爆型發油控制器（下位機）；

3）流量計；

4）電動閥；

5）灌車鶴管；

6）溫度變送器；

7）可燃氣體報警器；

8）溢油靜電保護器等設備構成。

控制系統采用分布式結構[4]，在火車棧橋兩側的每2個裝油鶴位上設置1臺PLC隔爆型發油控制器（下位機），現場每個鶴位上設置的1臺流量計、2臺電動閥、1套防溢液位開關、1臺溫度變送器和靜電接地夾等均接入下位機。由下位機對每個鶴位的灌裝流量進行控制和計量，同時對油品裝車鶴管的液位開關狀態、防靜電接地開關狀態進行檢測。

棧橋區的31臺下位機以RS485總線的方式連接至庫區控制室的發油工作站。在發油工作站上對火車棧橋裝油的操作進行實時監控和管理。

根據配置設備的功能，由下位機完成對數據的采集、運算、對現場電動閥的自動控制、定量自動灌裝、靜電溢出檢測報警連鎖控制、現場指示，由上位機完成對下位機上傳的與發油相關數據的歸類、列表、存盤、查詢及對下位機監控等。

下位機與上位機通信采用IEEE標準，RS485通信協議；上位機通過設于庫區控制室的工業以太網交換機與控制室的服務器相連，接收火車灌裝調度指令，并把發油系統的發油實時數據輸出共享。

在集散型控制系統結構中，上位機與下位機通過RS-485通訊，上位機能實現系統設置、發油參數設置、發油實時控制、監測系統內各下位機的工作狀態；同時下位機可接收上位機的各種命令，實時向上位機傳送發油數據，在顯示界面上實時顯示發油情況，進行聯機控制，也可獨立工作。

此系統結構特點是：

1）系統配置方式比較靈活；

2）上位機與下位機之間通過RS485總線的方式連接，每個通訊網絡掛31臺下位機。同時也給現場的安裝帶來便利，不僅節省了線纜及埋管材料，也減少了施工的工作量。

2.2 控制系統功能特點

裝車控制系統根據油工藝系統平面布置（裝車棧橋的長度，裝車系統控制室的位置）采用集散型控制系統。該系統具有安全性、可靠性、可擴展性、易維護性等特點，可實現如下功能：

1）上位機依據下發的灌裝調度指令執行不同的程序，完成不同的火車灌裝作業流程。即按油品名稱（電動閥的選擇）、火車列數和火車油罐的容量（定量值）進行程序選擇，同時，以10個火車油罐為1組進行自動分配幾次完成該列火車的灌裝作業流程，依次對整列火車油灌進行灌裝。

2）通過總線系統發出灌裝指令直接控制現場發油控制器開啟電動閥進行自動定量灌裝作業。

3）發油系統可以選擇通過自動判斷來決定1次灌裝操作和1列火車灌裝操作是否完成，實際灌裝數據和報表的自動形成及正確傳送。

4）系統能實現單機和集中2種操作方式。現場單機操作是在操作棧橋區的下位機上直接現場手動設定灌裝參數，實現現場定量灌裝；遠程自動操作是在庫區控制室的上位機實現對棧橋區域火車灌裝的遠程集中定量設置，并按灌裝工藝流程要求實現自動灌裝。

5）系統具有防溢、防靜電聯鎖控制功能。當位于油罐上部的防溢開關動作或當連接油罐的防靜電接地開關檢測到接地電阻超限時，系統自動緊急停止灌裝。

6）系統對防溢開關動作、接地電阻超限、誤操作等各種異常情況進行報警，報警提示有多種方式，通過圖形顏色的變化或通過報警窗口顯示報警信息。設計有報警自動彈出功能，無論在哪個監控畫面下，只要現場有報警發生，自動彈出報警畫面顯示在當前畫面中。

7）系統自動記錄操作事件、報警事件、人員登錄事件。如報警、開關機器時間、通信故障、設備故障、操作人員等。

3 結語

本系統于2010年成功投運，該裝車控制系統運行穩定，操作簡單便捷，其裝車作業時間較先前人工操作方式縮短了近25%，實現了鐵路裝車的自動化要求，使裝車過程中的油品揮發損失降低到最低限度，減少了裝車作業對環境的污染，符合安全環保規范要求，確保裝車作業可靠運行，有力保障了職工身心健康和環境質量，提高油品裝車自動化程度，使油品計量更為準確。為企業創造了可觀的經濟效益和環保效益，取得了較好的應用效果。

[1] 解懷仁.石油化工儀表控制系統選用手冊[M].北京：化學工業出版社，2010.XIE Huai-ren.Selection manual of the petroleum chemical instrumentation control system[M].Beijing：Chemical Industry Press，2010.

[2] 陸德民.石油化工自動控制設計手冊[M].第3版.北京：化學工業出版社，2009.LU De-min.Petroleum chemical industry automatic control and design manual[M].Third edition.Beijing：Chemical Industry Press，2009.

[3] GB 50074—2002，石油庫設計規范[S].GB 50074—2002，Code for design of oil depot[S].

[4] 李猛.新型火車棧橋自動化裝車系統的應用[J].石油化工自動化，2010，46（2）：18-22.LI Meng.Application of a new type of train bridge automatic loading system[J].Automation in Petro-Chemical Industry，2010，46（2）：18-22.