煉油廠定量裝車遠傳控制系統(tǒng)的應(yīng)用

（烏魯木齊石化公司煉油廠,烏魯木齊 830019）

煉油廠定量裝車遠傳控制系統(tǒng)的應(yīng)用

張棟，姚磊，王毅

（烏魯木齊石化公司煉油廠,烏魯木齊 830019）

介紹了烏石化公司煉油廠油品拉運定量裝車遠傳控制系統(tǒng)的設(shè)計思路，重點闡述了定量裝車遠傳控制系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，比較其優(yōu)缺點，為今后煉廠油品定量裝車控制系統(tǒng)的選擇提供參考。

油品；定量裝車；批控儀；PLC；通訊

0 引言

烏石化公司煉油廠現(xiàn)有三套六道小鶴管火車裝車系統(tǒng)，裝車控制系統(tǒng)采用批控儀進行現(xiàn)場控制定量裝車的方式，這種設(shè)計方案在國內(nèi)其他煉廠有很多成功經(jīng)驗，但是在本廠的實際使用中，情況并不是特別理想，尤其在高溫和嚴(yán)寒情況下，設(shè)備故障率明顯增加，主要表現(xiàn)在面板按鍵失靈、批控儀死機、零點漂移、線路故障等影響裝車的問題。因此，在2013年新建的30個鶴位的汽車裝車系統(tǒng)本廠采用了PLC控制的定量裝車遠傳控制系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的應(yīng)用大大降低了儀表故障率，提高了控制穩(wěn)定性。

1 設(shè)計思路

1.1裝車設(shè)施概況.

煉油廠成品油裝車設(shè)施共設(shè)有30個鶴位，油品包含汽油、柴油、液化氣、航煤、戊烷油、苯、溶劑油、石腦油、丙烷、拔頭油等。現(xiàn)場介質(zhì)為易燃易爆，為滿足儲運過程的操作要求，現(xiàn)場儀表全部選用安全可靠、性能穩(wěn)定的防爆設(shè)備，控制系統(tǒng)采用技術(shù)先進、性能穩(wěn)定的冗余PLC。

1.2裝車流程簡介

司機將車開至裝車區(qū)停車場，驗車完成后，司機在休息室取號排隊。根據(jù)電子排隊系統(tǒng)提示，到窗口將提貨單轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的IC卡。待室內(nèi)電子顯示屏上通知車輛到裝車區(qū)某個鶴位裝車時，司機開車至進場入口，在門禁處刷卡進裝車區(qū)地磅。司機下車后在地磅室刷IC卡，系統(tǒng)自動讀取相關(guān)裝車信息，進行空車過磅。過磅后到指定鶴位，接上鶴管、溢油開關(guān)、靜電接地夾等，具備裝車條件時，刷IC卡，裝車管理系統(tǒng)自動核對IC卡數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)核對正確后裝車管理系統(tǒng)允許裝車指示燈亮，操作人員按下啟動裝車按鈕實現(xiàn)自動裝車。裝車完畢后，車輛到地磅室刷卡，刷卡后自動出現(xiàn)車輛皮重信息，過重磅，打印過磅單。過完重磅后，將車開至停車場，司機到操作室交還IC卡，操作人員打印出庫單，司機憑結(jié)算票據(jù)出門。

2 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)包括：排隊叫號系統(tǒng)、裝車管理系統(tǒng)（上位機）、裝車控制系統(tǒng)（PLC）、IC卡管理系統(tǒng)、門禁控制系統(tǒng)、地磅稱重管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及紅外防作弊系統(tǒng)、油氣回收裝置等，本文重點闡述定量裝車管理系統(tǒng)。如圖1所示。

2.1裝車控制系統(tǒng)（PLC）介紹

本廠裝車控制系統(tǒng)采用Rockwell Allen-Bradley(AB)的大型ControlLogix PLC，Controllogix系統(tǒng)是一種框架式控制系統(tǒng)，它將順序控制、過程控制、運動控制和傳動控制功能集成在一起，同時還提供通訊和I/O功能[1]。Controllogix控制器是由一個Logix CPU和一個背板CPU構(gòu)成，Logix CPU負責(zé)處理應(yīng)用程序代碼和信息報文，背板CPU負責(zé)與I/O通訊，以及從背板發(fā)送/接收數(shù)據(jù)。此套裝車控制系統(tǒng)采用的是冗余控制器結(jié)構(gòu)，這表明如果主控制器機架出現(xiàn)任何故障——主機架掉電、主機架上任一模塊出現(xiàn)硬件

或固件故障、主控制器的用戶程序出現(xiàn)主要故障、在主機架內(nèi)，斷開一個ControlNet分接頭、拔出主機架內(nèi)任一模塊、用戶指令引起切換等，控制權(quán)都會切換到從控制器機架，這種冗余功能為系統(tǒng)提供了更高的可靠性[2]，如圖2所示。Controllogix控制器支持EtherNet/IP、ControlNet、DeviceNet、通用遠程I/O、現(xiàn)場總線、HART等多種通訊網(wǎng)絡(luò)，本廠這套系統(tǒng)采用的是ControlNet連接，ControlNet通訊模塊支持信息報文，以及分布式I/O；與DeviceNet和EtherNet/IP采用相同的應(yīng)用層協(xié)議；支持同軸和光纖中繼器，從而實現(xiàn)隔離，增加傳輸距離等特點。在ControlNet網(wǎng)絡(luò)上，1756-CNB可以支持最多64個CIP連接[3]。各個子站通過冗余ControlNet網(wǎng)絡(luò)和CPU進行連接，負責(zé)30個鶴位定量裝車邏輯的實現(xiàn)及現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、處理等。

圖1 定量裝車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Quantitative loading system structure

圖2 ControlLogix冗余系統(tǒng)Fig.2 ControlLogix redundant systems

現(xiàn)場裝車部分包括流量計、單控氣動閥、靜電接地和溢油報警器（上下裝）、IC卡讀卡器、按鈕、指示燈。流量計使用分體式安裝，24V供電，脈沖信號直接連接到PLC。單控氣動閥由PLC控制，PLC和單控氣動閥之間加裝按鈕，可緊急關(guān)閉閥門。

2.2發(fā)車的批量控制說明

PLC系統(tǒng)接收到每個鶴位IC卡數(shù)據(jù)后裝車啟動，PLC打開切斷閥，在裝車過程中，PLC實時采集流量計的計量值，當(dāng)計量值大于“設(shè)定量-提前關(guān)閥量”時，關(guān)閉閥門。在裝車過程中，如果出現(xiàn)靜電接地斷開或者溢油報警，自動關(guān)閉閥門，進入暫停狀態(tài)。故障解除后，可以繼續(xù)啟動裝車直到裝車完成。在控制室操作人員可在操作站對裝車過程進行全程監(jiān)控，操作站可以顯示鶴位的實時狀態(tài)、裝車瞬時流量、累積流量、閥門狀態(tài)、可燃氣濃度、壓力等信號，可以隨時控制裝車的啟動、暫停、結(jié)束等操作。

2.3系統(tǒng)功能

控制室內(nèi)設(shè)置3套操作站（1臺操作站用于結(jié)算管理和提貨管理、1臺用于發(fā)油監(jiān)控、一臺用于調(diào)度系統(tǒng)，操作站互為冗余配置，當(dāng)一臺操作站出現(xiàn)故障時其它操作站可以實現(xiàn)故障操作證的功能，不影響裝車的正常運行）及裝車管理軟件，2臺打印機（1臺用于裝車管理過程報表打印、1臺用于提貨結(jié)算票據(jù)打印），1個IC卡讀卡器。機柜間設(shè)置有PLC系統(tǒng)控制站，包括系統(tǒng)柜、安全柵柜、端子柜共5面，現(xiàn)場檢測和控制儀表信號直接送至PLC控制站，PLC控制站同時與油氣回收裝置的PLC、現(xiàn)場IC卡、溢油及靜電接地報警儀、地磅裝車管理系統(tǒng)等實現(xiàn)通訊。裝車管理系統(tǒng)具有以下功能特點：

1）掉電保護功能

裝車系統(tǒng)采用220VAC 10KVAUPS電源，發(fā)油過程中出現(xiàn)掉電時可保存發(fā)油參數(shù)，通電后繼續(xù)發(fā)油。

2）閥門和泵的順序控制功能

在裝車開始時按預(yù)定時間順序依次打開閥（泵），裝車到設(shè)定量時再按照預(yù)定的時間和順序依次關(guān)閥（泵），完成自動裝車作業(yè)。

3）IC卡發(fā)油功能

每個鶴位旁設(shè)置1面的立柜（1750×800×350）,立柜內(nèi)設(shè)置有三個按鈕：啟動按鈕、急停按鈕、結(jié)束按鈕，3個指示燈：允許啟動指示燈、運行指示燈、故障指示燈，一臺IC卡讀卡器。為便于操作人員現(xiàn)場查看裝車過程，將質(zhì)量流量計變送器表頭也安裝在立柜內(nèi)。

現(xiàn)場操作人員在IC卡讀卡器刷卡后，控制室IC卡管理系統(tǒng)自動對IC卡內(nèi)所有相關(guān)數(shù)據(jù)進行核實，數(shù)據(jù)核實無誤后，下發(fā)裝車數(shù)據(jù)到PLC，PLC輸出允許裝車信號,現(xiàn)場的允許裝車指示燈亮?xí)r，現(xiàn)場裝車操作人員確認一切設(shè)備就緒后，按下啟動按鈕,由PLC控制裝車過程，實現(xiàn)自動定量裝車。

4）權(quán)限管理功能

裝車管理系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置和發(fā)油管理設(shè)有密碼保護，只有具有該權(quán)限的操作人員才可以進行相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置，從而加強安全管理，防止作弊。

5）安全保護功能

當(dāng)裝車的液位超限時，裝于鶴管上部的液位開關(guān)動作，輸出信號至現(xiàn)場溢油靜電接地報警儀及PLC，以實現(xiàn)暫停裝車并發(fā)出聲光報警，防止液體溢出。

在裝車過程中，要求槽車良好接地，以防靜電過高，當(dāng)靜電檢測儀檢測到槽車接地電阻大于100Ω時，立即發(fā)出

信號關(guān)閉閥門暫停裝車，并發(fā)出聲光報警，故障排除后可繼續(xù)裝車。

現(xiàn)場可燃氣體檢測器信號直接引入PLC系統(tǒng)專用獨立卡件，當(dāng)現(xiàn)場某區(qū)域中燃氣泄漏時，發(fā)出信號暫停該區(qū)域內(nèi)裝車（直至現(xiàn)場操作人員確認排除一切故障后，方可手動復(fù)位該區(qū)域鶴位裝車），操作站及現(xiàn)場探頭均發(fā)出聲光報警。

6）急停功能

裝車管理系統(tǒng)遠程監(jiān)控畫面上或現(xiàn)場立柜內(nèi)均設(shè)有急停按鈕，若發(fā)油過程中現(xiàn)場發(fā)生緊急情況，操作員只需按下暫停按鈕即可暫停發(fā)油，在故障排除后，可繼續(xù)裝車。

3 系統(tǒng)之間的通訊

現(xiàn)場儀表信號以4～20mA、脈沖信號、Pt100、開關(guān)量等方式，將現(xiàn)場信號送至裝車系統(tǒng)PLC控制站， PLC與油氣回收裝置PLC控制站、地磅稱重管理系統(tǒng)、紅外對射系統(tǒng)、門禁管理系統(tǒng)、排隊叫號系統(tǒng)以及IC卡系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務(wù)器等通過交換機和指定的通訊協(xié)議實現(xiàn)通訊，各系統(tǒng)之間構(gòu)成一個局域網(wǎng)[4]，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，同時通過服務(wù)器OPC[5]協(xié)議將數(shù)據(jù)通訊至建南罐區(qū)中心控制室內(nèi)現(xiàn)有DCS，再通過MES系統(tǒng)將數(shù)據(jù)發(fā)送至辦公樓內(nèi)ERP系統(tǒng)，為全廠計算機管理和生產(chǎn)調(diào)度提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)管控一體化的自動化水平。

4 遠傳PLC裝車系統(tǒng)和現(xiàn)場批控儀裝車系統(tǒng)對比

本系統(tǒng)采用設(shè)置于機柜間內(nèi)PLC系統(tǒng)替換設(shè)置在現(xiàn)場的裝車控制器的設(shè)計方案，這種設(shè)計方案與常規(guī)批控儀裝車方案比較有如下特點：

1）采用PLC系統(tǒng)實現(xiàn)多系統(tǒng)之間的通訊連接更為靈活快捷，為管控一體化的自動化水平提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2）遠傳控制系統(tǒng)設(shè)置于室內(nèi)，比較容易控制室內(nèi)的環(huán)境溫度和濕度，克服了現(xiàn)場批控儀在低溫環(huán)境下工作故障頻次高，巡檢維護工作量大，檢修困難等問題。

3）現(xiàn)場儀表出現(xiàn)故障可利用PLC診斷軟件迅速查找到故障點，縮短處理故障的時間。

4）定量裝車遠傳控制系統(tǒng)較現(xiàn)場批控儀裝車系統(tǒng)性價比高。

5）定量裝車遠傳控制系統(tǒng)采用冗余的PLC系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

通過系統(tǒng)運行近一年的情況看來，本廠定量裝車系統(tǒng)采用PLC控制能夠適應(yīng)新疆夏季高溫及冬季低溫環(huán)境下的運行工況，克服了現(xiàn)場批控儀對環(huán)境要求的限制及故障率高的情況。通過PLC系統(tǒng)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和控制，實現(xiàn)了對30個鶴位裝車的集中控制，每個鶴位都可以獨立進行操作，互不影響。并且PLC控制系統(tǒng)在使用過程中能夠與排隊叫號系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、地磅計量系統(tǒng)、IC卡管理等系統(tǒng)有機結(jié)合在一起，組成了本廠油品定量裝車管理系統(tǒng)。系統(tǒng)在使用過程中運行穩(wěn)定、操作簡單、維護方便，并且故障率大幅度降低，可以滿足烏石化煉油廠的裝車需求，為油品計量準(zhǔn)確、安全出廠打下了堅實的基礎(chǔ)。但在使用過程中也發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場質(zhì)量流量計產(chǎn)生的脈沖信號[6]由于傳輸距離較遠（500m左右），出現(xiàn)信號衰減及脈沖丟失的問題，從而造成質(zhì)量流量計累計量指示與現(xiàn)場汽車軌道衡累計量[7]指示存在微小偏差，因此本廠下期工作重點是提高系統(tǒng)裝車精度。計劃對信號電纜屏蔽層、接地及強電干擾源進行檢查確認，來降低脈沖信號衰減及脈沖丟失現(xiàn)象，減小與軌道衡計量偏差，確保裝車計量準(zhǔn)確無誤。

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Application of Ration Loading Remote Control System in Refinery

Zhang Dong,Yao Lei,Wang Yi
（refinery of Urumqi petrochemical company Urumqi East Mi 830019,China）

Introduced how to realize ration loading remote control system and application of ration loading remote control system in urumqi petrified refinery,The summary of advantages and disadv antages,Provide a reference for future refinery oil ration loading control system selection.

oile ration loading Batch control instrument PLC communication

TH814

B

Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.018

2014-03-21

張棟，男，儀表主任，從事煉化儀表專業(yè)。