集儲站罐車裝載智能控制系統(tǒng)

朱世飛 黃顯德 李志玉

(甘肅藍科石化高新股份有限公司，蘭州 730070)

20世紀(jì)70年代末，國外油庫開始使用計算機進行發(fā)油作業(yè)[1]。早期的發(fā)油裝置包括體積流量計、過濾器、氣體分離器、閥門及油溫檢測等設(shè)備，根據(jù)管線油溫、密度和發(fā)油體積，由計算機自動算出發(fā)油重量，并通過計算機控制閥門的開啟與關(guān)閉，達到自由灌裝的目的。

20世紀(jì)80年代以后，隨著計算機在國內(nèi)的普及，不少研究單位和廠家研發(fā)了自動發(fā)油系統(tǒng)，實現(xiàn)了集中控制的功能，受到小型油庫和加油站的青睞。但由于受到國內(nèi)生產(chǎn)工藝水平限制等原因，國產(chǎn)自動發(fā)油系統(tǒng)與國外先進水平相比還有一定差距。

筆者提出并設(shè)計了一種自動灌裝控制系統(tǒng)，應(yīng)用于煉油廠和化工廠油庫，可滿足各種罐車裝載的自動化控制和管理需求。從開單、提貨、裝車到出庫、核算、報表，每一個環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的軟、硬件功能支持；系統(tǒng)出錯自動報警，操作自動記錄，既可有效防止事故發(fā)生，又能防止人為誤操作，使操作和管理更加完善[2]。

1 罐車裝載智能系統(tǒng)的組成與功能①

集儲站罐車裝載智能控制系統(tǒng)由3部分組成：上位機操作站管理系統(tǒng)、現(xiàn)場分散式裝載控制系統(tǒng)和遠程安全消防報警系統(tǒng)[3]。

上位機操作站管理系統(tǒng)。通過電腦處理日常事務(wù)，實現(xiàn)無紙辦公和數(shù)據(jù)的實時存儲；實現(xiàn)庫區(qū)生產(chǎn)進銷流程業(yè)務(wù)、財務(wù)與人事的管理，并可以按照規(guī)定生成數(shù)據(jù)和詳細的財務(wù)報表；實現(xiàn)各類生產(chǎn)報表的實時和定時生成與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享。

現(xiàn)場分散式裝載控制系統(tǒng)。實現(xiàn)現(xiàn)場控制系統(tǒng)的監(jiān)測，顯示儲罐的液位和溫度，高、低限報警，計算現(xiàn)存油品的體積、質(zhì)量及剩余罐容等；實現(xiàn)自動關(guān)閥、停泵與自動化裝車生產(chǎn)。

遠程安全消防報警系統(tǒng)。現(xiàn)場分布式控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對可燃氣體濃度的檢測、高/低限報警、信號上傳(監(jiān)控終端)、火災(zāi)監(jiān)測、報警、記錄、打印及消防水池液位自動控制等功能。出現(xiàn)險情時，可自動啟動緊急停車系統(tǒng)，切斷與險情部位相連接的油路和電路，停止一切相關(guān)的設(shè)施，對險區(qū)進行緊急自動隔離。

2 控制系統(tǒng)技術(shù)方案

罐車裝載智能控制系統(tǒng)如圖1所示，包括以控制室上位機操作站為集中管理的集中控制系統(tǒng)和以現(xiàn)場定量裝車控制儀為分散獨立控制單元的集散控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)包括若干個灌裝臺，每個灌裝臺上設(shè)有流量計算機/積算儀，并與集中控制系統(tǒng)信號連接。同時，灌裝臺上還設(shè)有若干個裝載臂，每個裝載臂上依次設(shè)有壓力表、溫度測量元件、流量計和流量數(shù)字控制閥，并與流量計算機/積算儀信號連接[4]。 該系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于安裝調(diào)試，選用工業(yè)控制可靠性極好的PLC控制電路和通用工業(yè)計算機，降低了維護水平，加強了系統(tǒng)抗干擾能力，起到提高系統(tǒng)可靠性的目的，同時網(wǎng)絡(luò)化管理定位設(shè)計能夠高速、準(zhǔn)確地傳輸數(shù)據(jù)。集中式系統(tǒng)管理具備可視化、網(wǎng)絡(luò)化和網(wǎng)絡(luò)安全性(指定數(shù)據(jù)管理機分級加密，能準(zhǔn)確獲得數(shù)據(jù)[5])的特點。

圖1 罐車裝載智能控制系統(tǒng)

2.1 流量計算機/積算儀

集中控制系統(tǒng)與灌裝臺裝載臂上的相關(guān)儀器為整體設(shè)計，并且作為一個單一的可自動、自主運作的模塊運行，每個灌裝臺上的流量計算機/積算儀可實現(xiàn)管理、監(jiān)控和報告至各自的控制室。

流量計算機/積算儀是用于密閉輸送測量的電子設(shè)備，在使用電子微處理器的基礎(chǔ)上，以同時處理的方式調(diào)節(jié)多個裝載臂，連續(xù)的或按順序的方式均可。其最終測量依賴于溫度、壓力和燃料密度修正的體積校正因數(shù)進行自動補償。流量計算機/積算儀具有生成本地結(jié)算和支持遠程控制單據(jù)印刷的能力，此外還具備處理多個智能輸入的功能，如數(shù)字控制閥、流量變送器及溫度等。流量計算機/積算儀還有兩個數(shù)字通信端口，用于同時交換信息至兩個不同的遠程信息系統(tǒng)和監(jiān)視、控制油罐車灌裝過程。在RS-485標(biāo)準(zhǔn)和Modbus RTU協(xié)議下，通過執(zhí)行領(lǐng)域的通信網(wǎng)絡(luò)對油罐車進行監(jiān)測和控制。這些渠道傳遞的信息將用于實時監(jiān)測和記錄上述操作。

流量計算機/積算儀帶有本地印表機。當(dāng)油罐車完成裝載過程時，本地印表機生成一份實時印刷記錄，在記錄中有裝載的產(chǎn)品類型和最終準(zhǔn)確的交貨量。通過RS-232標(biāo)準(zhǔn)的通信端口或高頻模擬信號與流量計算機/積算儀互連。

2.2 流量計

流量計為渦輪型流量計，在測量室中具有逐步降低壓力的機械裝置以確保測量的高精度，使用可鎖定定子的配件以提高其耐用性并改善動力平衡。為了確保流量計入口流體的流動模式達到最優(yōu)的預(yù)期效果，并減小安裝尺寸，系統(tǒng)使用了整流器裝置。流量計精度為±0.25%。

2.3 流量數(shù)字控制閥

流量數(shù)字控制閥為球形閥，其特點是高效率、設(shè)計緊湊、機械結(jié)構(gòu)簡單和密封泄漏少[6]，該閥門的主要功能是可以讓貨車艙室的灌注依次完成，即若開始時的流量很低，就會使其逐漸跳轉(zhuǎn)到一個最高峰值，之后又以同樣的方式逐漸跳轉(zhuǎn)到最低點。閥門具備通過自動操作進行調(diào)節(jié)和控制所需的所有設(shè)備和配件的功能，利用兩個電磁閥進行控制，一個常開，一個常閉，分別位于進口處和出口處以交替使用。

2.4 溫度、壓力測量元件

溫度元件是RTD，PT-100類型，三線型，精度為±0.1%℃。該元件的主要功能是補償計算從裝載臂到油罐車排出的瞬時流量。壓力表的主要作用是允許液化石油氣調(diào)度至貨車的瞬時流量通過調(diào)度過程中實施的實際壓力值得到補償。

2.5 靜電防溢開關(guān)監(jiān)視器

流量計算機/積算儀與和罐車連接的溢出控制、接地控制監(jiān)視器連接[7]。溢出控制和接地控制監(jiān)視器作為一個保護系統(tǒng)，當(dāng)檢查出車輛已正確配備并有接地機制時，在油罐車可能出現(xiàn)燃料溢出之前保護油罐車。當(dāng)設(shè)備檢測出油罐車的某些內(nèi)部油罐溢出界限時，將會自動停止灌裝，而不會影響到其他儲存設(shè)施的填充，同時立即通過Modbus RTU的標(biāo)準(zhǔn)通信通道RS-485或TCP/IP的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議向集中控制系統(tǒng)報告此事件。

裝載臂上設(shè)有兩個手動緊急按鈕，該手動緊急按鈕通過集中控制系統(tǒng)的離散輸出和集中控制系統(tǒng)連接，在灌裝臺出現(xiàn)任何異常事件的情況下，采取適當(dāng)行動。

3 控制系統(tǒng)上位機數(shù)據(jù)庫

集中控制系統(tǒng)設(shè)有監(jiān)測、控制主服務(wù)器和與其相匹配的備用服務(wù)器[8]，顯示用來調(diào)度特定產(chǎn)品的每一個灌裝臺的狀態(tài)并實時顯示分配流程中的分配量、所需量和所測得的瞬時流量。

數(shù)據(jù)采集處理功能：對裝車現(xiàn)場的數(shù)據(jù)實時采集和處理；對下位機進行控制，并采集其數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行實時處理和保存[9]。

畫面顯示功能：顯示畫面分數(shù)據(jù)顯示畫面、工藝流程圖畫面、設(shè)備狀態(tài)顯示畫面、趨勢曲線記錄顯示畫面、報警信息匯總顯示畫面及其他輔助顯示畫面等。畫面顯示直觀、色彩鮮明、操作簡便，主要部分采用動態(tài)顯示。

操作保護功能：為防止非授權(quán)人員操作系統(tǒng)，系統(tǒng)對誤操作有報警提示，同時在進行重要的操作時均設(shè)有密碼保護功能，以保證系統(tǒng)安全。

權(quán)限分配功能：系統(tǒng)設(shè)有權(quán)限設(shè)置，每位操作員只能在自己的權(quán)限范圍內(nèi)進行操作。

報表功能：根據(jù)客戶要求制定各類報表格式和內(nèi)容，報表輸出分自動定時和人工隨機兩種打印輸出方式。

網(wǎng)絡(luò)通信功能：可與DCS系統(tǒng)、公司網(wǎng)絡(luò)和Internet聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)資源共享，方便系統(tǒng)管理。

4 結(jié)束語

筆者提出了一種基于流量計算機/積算儀流量測量方法的集散式液化氣與油料自動灌裝系統(tǒng)設(shè)計方案。系統(tǒng)采用二級布網(wǎng)方式，以控制室操作站為集中管理控制單元，現(xiàn)場裝車控制為分散獨立控制單元的集散控制系統(tǒng)，實行整個系統(tǒng)監(jiān)控管理集中、控制風(fēng)險分散的方法，同時將可燃氣體探測器、聲光報警器及LED大屏幕顯示等納入裝車管理系統(tǒng)，確保系統(tǒng)安全、可靠、高效地運行。該系統(tǒng)能夠以遠程自動化的形式從位于控制室的工作站到流量計算機/積算儀傳輸啟動任何油罐車的裝載程序獲取所需要的信息，結(jié)構(gòu)簡單，模塊化強，抗干擾能力強，提高了集儲站灌裝精度，并具有實時性好及可靠性高等特點。