自動付油系統中關鍵問題的解決

張羽（神華物資貿易有限責任公司，北京　100011）

自動付油系統中關鍵問題的解決

張羽（神華物資貿易有限責任公司，北京100011）

伴隨著社會經濟的不斷發展，我國的石油行業也贏來了大好的發展契機。與此同時，人們生活水平的提升，私家車輛的迅速增長，也為成品油庫的大量建設奠定了良好的基礎，但同時也對成品油庫的管理工作提出了相對更高的要求。在成品油庫管理工作中，自動付油控制系統是其中十分重要的一項系統，其是實現油庫裝車以及管理自動化的技術保障。因此文章重點針對自動付油系統中的安全性、精度和可靠性等方面的關鍵問題予以詳細描述。

自動付油系統；油庫；關鍵問題；解決

石油公司承擔著原油的開采、加工以及銷售等多個環節的工作，其中自動付油系統則是專為油庫的銷售環節而建設的。具體來說，原油通常在經過加工之后就被制成不同標號的煤油、汽油和柴油等成品油。成品油用戶通常多為大批量購油單位，其一般選擇容量為十至五十噸左右的油槽車來負責成品油的運輸。自動付油系統的目的就在于安全、準確的付油給用戶，也就是實現油槽車的安全、精準裝車。在此過程中，一方面要確保不發生溢油現象而導致浪費現象，另一方面還應該確保能夠最大限度的裝滿油槽車，并且能夠有效規避諸如火災等安全事故的發生。在自動付油系統中，PLC作為控制核心，主要功能在于進行邏輯運算、聯鎖信號的采集、執行機構和泵等的控制等，同時還能夠實現工控機的通信。工控機的主要作用在于提供付油過程的監控界面，并且實現和PLC、管理PC機、數顯屏等實現通信，同時有效采集現場的一些模擬量信號。管理PC機的作用在于實現對成品油的進、銷、存管理，同時針對IC卡用戶或者是現金用戶，分別支持IC卡支付和開票兩種付油方式。

1　自動付油系統功能和實現方法研究

1.1現有付油系統概述

哈爾烏素油庫改造前沒有自動付油系統，整個發油過程純粹人工手工干預。自動化水平低，同時人工成本高，工作效率低下，更重要的是人工手工發油精度差，整個發貨過程具有極大的操作風險和管理漏洞。

1.2現有付油系統存在問題

（1）系統計量精度不高

發油系統的計量精度是十分重要的指標之一。目前，大部分油庫普遍存在著發油過誤差現象，雖然一次小小的發油誤差并不會對一個幾千噸存儲量的油庫產生影響，然而隨著裝車量的不斷增加，發油過誤差也會導致油品出廠損失逐漸攀升，從而直接影響到油庫的經濟效益。此外對于欠誤差來說，其一客戶不會同意，其二也無法通過國家計量單位的檢測。

（2）人工操作不規范問題

油庫是否安全離不開規范的操作。然而實際情況是，部分工作人員粗心大意，完全按照個人經驗操作，從而導致事故的發生。例如在發油操作前，沒有做好靜電接地。在發油結束的時候，沒有及時摘除靜電接地夾。一次小的疏忽可能導致設備儀表出現損壞，而若大的疏忽則可能引發難以預估的危險和損失。

（3）系統的自適應能力不強

發油系統中包含了很多控制系統，然而在設計這些控制系統的時候，未能考慮到現場環境因素，導致系統在正常環境中可穩定安全運行，但是一旦外界環境出現變化，例如某個元件、儀表出現更換，設備維修等，都會導致系統難以正常發揮作用，嚴重情況下，還可能出現系統無法運行的現象。控制系統缺乏自適應的功能，使得系統的應用范圍大打折扣，同時也增加了系統維護的工作量。

（4）保護措施欠健全

對于發油系統來說，在建設以及使用的過程中，需要做好自動化設備內外部雙重的防護。內部防護主要指的是在設計時，考慮到的保護性能，諸如出現異常斷電、報警等。而外部防護則主要指的是防雨、防塵和防撞擊等措施。但是現實中，有些系統在保護方面缺乏對于異常情況的緩解和解救措施，系統的快速恢復能力較弱，不利于系統可靠性的發揮。

（5）信息化網絡安全性不高

網絡硬件的管理以及運行環境，使用人員的安全意識，軟件和數據管理等方面均可能產生安全漏洞，輕微情況下可能導致信息系統癱瘓，嚴重情況下可能會導致失竊、失盜事件，進而導致經濟犯罪。

1.3自動付油系統需求概述

為了從根本上解決人工手動發貨效率低、操作過程風險高、業務管理漏洞大的油庫實際發貨既有問題，本項目研究用自動付油系統來完善整個發貨的操作流程、發貨精度以及安全運行的聯鎖機制。

通過設計規范的標準化操作流程，基于IC卡身份識別規范流程操作，同時借助穩定可靠的自動化儀表技術和過程管理軟件實現發油自動化操作，基于數據流推動業務流轉，杜絕管理漏洞，并可根據安全聯鎖報警系統實現緊急停止作業，確保油庫作業安全。

1.4自動付油系統設計思路

為保證發油系統的精度、質量、現場使用、維護和維修，本次自動付油系統設備選擇精確度高、維護量少、硬件具有當今國內先進水平，且經過實踐論證是完善的產品，其它配套的設備合理、可靠，整套裝置能滿足所處區域的壓力、溫度、防爆等級及環境要求。

自動付油系統經過多年的發展已經形成了一套相對穩定的實施模式，一般由現場儀表、發油控制器、上位管理系統軟件及通訊部分組成。本次自動付油系統的研究實施在原有系統產品架構的基礎上，基于哈爾烏素油庫現場實際，從發油流程設計、發油管理精確控制、發油業務數據管理等角度設計了規范化流程，并且重點結合儀表的實際性能參數，優化電液閥、優化控制邏輯算法、優化發油管理軟件功能，確保系統穩定運行且符合油庫管理要求。

1.5自動付油子系統架構研究

本次哈爾烏素油庫自動付油系統采用集散式控制模式，現場共設有2個鶴位，系統由上位機（發貨前置機、開票客戶端）、下位機（智能操作編碼器、智能批量控制器）、現場儀表（數控電液閥、雙轉子流量計、溫度變送器、靜電溢油保護器、管道泵）等組成。

圖1　哈爾烏素油庫自動付油系統

現場儀表主要實現現場工藝參數的檢測并將數據信息傳送到發油控制器，同時執行發油控制器下達的相關指令。

下位機（智能操作編碼器、智能批量控制器）：操作編碼器作為現場輸入和顯示單元，可以讀取IC卡信息，同時也可以通過密碼進行身份驗證提油，在授權許可的情況下，同時通過操作編碼器可以實現現場參數的設置和查看，在授權許可的情況下將參數下載至控制器；批量控制器作為整個系統的核心組成部分，主要用于接收上位管理系統及現場儀表反饋的信息，并根據控制算法執行泵閥控制，確保業務正常執行與安全操作。

上位機（發貨前置機、開票客戶端）：主要安裝發油管理軟件實現人機界面交互和系統運行記錄和管理。

防溢油靜電接地系統主要應用于油品及液態化工品的裝車過程中，以便于對液位的高度進行監測。若液位高度上升到危險高度的時候，聲光報警則會提示，并輸出相應的信號，并自動斷開裝車系統的溢油靜電保護其，避免溢流事故的發生。與此同時，還需要對靜電接地情況進行持續的檢測。若接地回路不良或者出現斷開時，聲光報警也會提示同時輸出信號，自動停止裝車，以保障生產作業能夠安全運行。

在定量裝車系統中，溢油靜電接地保護器已經成為了必不可少的設備之一。

2　自動付油系統的特殊性

油庫的付油系統雖然簡單，然其也有著一定的特殊性。首先，成品油非普通商品，其具備著易燃和易爆的特性，付油過程中任意一個微小的火花放電，都可能導致爆炸事故的發生。若不能及時采取可靠的安全保護措施，則后果難以設想。因此在設計自動付油系統時首要考慮的問題是安全問題。其次，該自動付油系統利用計算機實現了全自動化付油，不僅能夠有效降低工人的勞動強度，提升工作效率，還能夠充分體現精度方面的優勢。由于影響付油系統精度的因素較多，一般的軟件算法難以有效解決該問題。因此需要選擇特殊的辦法予以解決。最后，自動付油系統在運行過程中，還應該考慮到可靠性的問題，只有確保了可靠性，才能夠真正實現經濟效益。

3　自動付油系統關鍵問題的解決

3.1安全性保證

針對油庫這種易燃易爆的場所，首要任務是確保其安全。通常而言，可以選取隔爆型產品或者本質安全型產品。該自動化付油系統的主要設備包括：流量計、數顯屏、電液閥和操作按鈕等，全部都選用了隔爆產品。而可燃氣體報警器、液位計、溢油靜電控制其、IC卡控制器則全部選用的是本安型產品。隔爆型產品是外殼經過特殊設計的產品，將其用在危險場所，能夠有效阻止殼內的危險能力到達殼外。本安信號主要指的是信號自身是安全的，即便其位于危險場所中也不會出現爆炸現象。本安型產品和計算機連接的時候，需要借助安全柵，并將安全柵安裝在控制室中，借助其促使本安信號能夠進入到危險場所中，并能夠有效阻止危險火花進入到易燃易爆場所中來。

以下以可燃氣氣體報警控制回路和溢油靜電檢測控制回路為例，著重就該系統的安全性進行描述。第一，在油罐區以及鶴位上安全可燃氣體變送器一次儀表，其主要輸出模擬量信號，且這種信號主要是利用安全柵傳輸給工控機，也就是PLC系統。一旦可燃氣體的濃度超過了PLC規定設置的值時，系統便會主動報警，同時PLC則會響應，實現控制停泵和關閥等操作。第二，溢油靜電系統控制主要有兩個方面。其一為防靜電溢油控制。其二為防槽車溢油控制。該系統設置靜電接地夾在鶴位處，其材質主要為鐵質，并直接和PLC開關量輸入模塊相互連接。同時夾的兩端短路和開路直接對應著輸入PLC的開關量信號的通斷，若該開關信號斷開的時候，在表示系統存有故障。

不付油的時候，其夾在導電的工作狀態板上，而付油的時候則是夾在槽車的導電部位。與此同時，夾本身和大地相通，夾在槽車上的時候，則會形成槽車外殼對地的通路，進而促使靜電火花能夠更好的對外放電。

實際付油的時候，如果接地夾出現脫落或者接觸不良的時候，則輸入給PLC的信號會自動斷開，PLC一旦掃描到該狀態，則會立即控制停泵和關閥，防止付油系統在接地不良的狀況下繼續工作。此外，還安裝一個液位開關在鶴管位置的上部。在正常付油的時候，確保油品液面不會上升到開關位置。如果液位達到了開關的位置，則開關將會自動閉合，并可能出現溢油現象，PLC掃描到該信息后，立即控制停泵和關閥，促使付油過程立即結束。

3.2付油精度的保證

自動付油系統的顯著優勢之一就是精度。付油過程實質上是將油庫儲油罐中的油品利用付油管線輸送到裝車鶴位，然后在注入到油槽車中。通常而言，會設置調節閥在輸油管線上，或者利用變頻器調節輸油泵的轉速來對輸油量進行有效調節。因此，確保自動付油系統的精度，可以從調節閥和變頻器兩個角度入手。調節閥和變頻器屬于兩個獨立的方案，實際中需要綜合經濟性、安全性等多種因素來合理選擇。

第一，調節閥。在該系統中，安裝調節閥在每一個付油鶴位關系上。常規的做法在于選用防爆調節閥，但是成本過高。因此可選擇能夠確保精度的相應替代產品，在該系統中，最終確定選用性價比合理的數控閥，亦可以稱之為電液閥，其主要利用數字量控制，并分多段開關，類似于調節閥，確保能夠實現精度目標。運用數控閥時，具體付油流程如下：開始付油，首先啟動付油泵，為防止水擊問題，確保先小后大的控制數控閥的開度。實際付油過程中，工控機需要對流量計的實際數值進行實時檢測。付油結束后，工控機——PLC系統需要控制閥門，并分多段開關，直到完成付油過程。由于閥門的個體差異較大，且閥門在開關時存有一定的時延，加之使用環境對于閥門等的影響，軟件上的一般算法難以解決實際問題。因此通常可以采用自適應的方式來予以解決：預存流量所對應的關閥提前量數據庫在工控機中，然后將實際檢測的流量和流量預存量進行對比，一旦累計流量達到了數據庫設置的值的時候，輸出閥門關斷信號，同時始終對比流量值和數據庫中的預設值，如果相等則輸出一次關段信號，直到閥門完全關閉，從而實現精確付油。同時，完成每次付油后，還應該對付油誤差進行計算，一旦超出規定范圍就應該將數據庫中的參考值進行適當的調整，確保系統的精度能夠滿足需求。

第二，變頻器。其主要應用流程為：工控機——PLC系統輸出4～20mA的連續模擬量信號給變頻器，確保泵電機的轉速能夠在工頻和靜止間保持連續的變化，進而實現精準付油。通常需要將變頻器安裝在室內，需要遠離易燃易爆場所，無需考慮防爆問題。不過變頻器投資成本較高。主要原因在于變頻器通常在某一時刻內只能控制一臺電機。因此需要確保變頻器和鶴位的數量相等。因此該措施的適用范圍為鶴位較少的小型油庫中。

3.3可靠性保證

自動付油系統是否可靠直接關系到系統的正常穩定運行。若系統不穩定，則會導致停運等事故，嚴重情況還可能導致較大的經濟損失。因此需要采用一定的措施來確保自動付油系統的運行可靠性。在實際運行中，可以借助手動以及自動的方式能夠全面提升系統的可靠性。例如增加手動和自動切換開關。若自動付油系統出行故障時，可以快速切換到手動方式來開展付油操作。不過值得注意的是，需要分開安裝手動和自動控制電源，便于后期的維護檢修工作的開展。

4　結語

總之，伴隨著成品油市場的逐步發展和日漸完善，自動付油控制系統的應用范圍也日漸廣泛。對于自動付油系統來說，其具備著一定的特殊性，也就是成品油本身具備著易燃、易爆等特點，安全問題成為自動付油系統首要解決的關鍵性問題。同時自動付油系統還應該確保精度精準和可靠等要求。文章結合自動付油系統的實際狀況，詳細就其涉及到的安全問題、精度問題和可靠性問題等進行了詳細的探討，能夠確保更好的改進自動付油控制系統，從而更好的發揮其應用的功能。

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