定量裝車系統(tǒng)在油庫(kù)自動(dòng)化儲(chǔ)運(yùn)中的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

穆道彬(中海石油煉化有限責(zé)任公司，廣東 惠州 516081)

1 概述

1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與不足

國(guó)外油庫(kù)自動(dòng)化起步較早，數(shù)字化水平較高。尤其是美國(guó)、日本及歐洲國(guó)家，在收發(fā)作業(yè)、檢測(cè)、計(jì)量和統(tǒng)計(jì)管理工作方面已完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，并利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了信息實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程共享。大型油庫(kù)的發(fā)油控制系統(tǒng)多數(shù)采用分布式(DCS)控制系統(tǒng)。油庫(kù)自動(dòng)化系統(tǒng)由中央控制室、罐區(qū)檢測(cè)控制分控制室、油品輸入輸出管理分控制室組成，對(duì)油罐溫度、液位測(cè)量、事故預(yù)報(bào)和油品輸入輸出進(jìn)行統(tǒng)一控制管理。系統(tǒng)采用巡回檢測(cè)方式，從而達(dá)到25毫秒檢測(cè)一個(gè)油罐，3秒檢測(cè)整個(gè)罐區(qū)，顯著地提高了儲(chǔ)運(yùn)公司對(duì)市場(chǎng)的反應(yīng)能力，同時(shí)提高了安全性和效率，降低了運(yùn)營(yíng)成本。

國(guó)外油庫(kù)自動(dòng)化系統(tǒng)也有不足：售價(jià)高，在國(guó)內(nèi)的推廣和應(yīng)用有難度；系統(tǒng)維護(hù)成本高，技術(shù)服務(wù)不能及時(shí)高效[1]。

1.2 油庫(kù)自動(dòng)化系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的任務(wù)和功能

油庫(kù)自動(dòng)化控制管理系統(tǒng)分為油庫(kù)庫(kù)區(qū)自動(dòng)化作業(yè)系統(tǒng)和安全防范監(jiān)測(cè)系統(tǒng)兩部分，簡(jiǎn)稱為自控系統(tǒng)和安防系統(tǒng)，如表1所示。

表1 油庫(kù)自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成圖

1.2.2 安防系統(tǒng)

安防系統(tǒng)是防范油庫(kù)區(qū)內(nèi)和油庫(kù)周圍的安全隱患，不僅包括視頻監(jiān)控的可視危險(xiǎn)的監(jiān)測(cè)，還包括可燃?xì)怏w、火源檢測(cè)和火災(zāi)報(bào)警等的檢測(cè)。

1.3 油庫(kù)油料定量裝車系統(tǒng)

定量裝車控制系統(tǒng)由管理機(jī)、定量裝車儀、流量計(jì)、多段式控制闊、靜電接地裝置、防溢流開(kāi)關(guān)等構(gòu)成。其中定量裝車儀是以PLC為控制核心的智能防爆儀表。定量裝車系統(tǒng)，以定量裝車儀為核心，控制精密流量計(jì)和其他設(shè)備，對(duì)油品的裝載進(jìn)行多油品高精度混合定量的控制，保證油品高效公正地進(jìn)行交易。操作室中的管理機(jī)與裝車儀通過(guò)一定通訊方式，實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與中央控制中心(上位機(jī))的通訊，從而管理對(duì)裝車系統(tǒng)的監(jiān)控。

2 油庫(kù)自動(dòng)化分布式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.2.1 自控系統(tǒng)

自控系統(tǒng)主要是對(duì)油庫(kù)的作業(yè)進(jìn)行智能控制和作業(yè)流程監(jiān)管的部分。自控系統(tǒng)需要檢測(cè)罐區(qū)油罐液位、油氣回收情況、監(jiān)控作業(yè)流程等的情況，并且也需要對(duì)油庫(kù)油料的發(fā)油和卸油進(jìn)行有效的控制和監(jiān)管，定量裝車控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、安全性等也是該系統(tǒng)的關(guān)鍵，我國(guó)油庫(kù)也在逐步地采用DCS控制系統(tǒng)。

2.1 油庫(kù)油料定量裝車系統(tǒng)功能需求

2.1.1 控制功能

系統(tǒng)的控制站必須滿足油庫(kù)過(guò)程控制的功能要求和速度要求，并且需具備連續(xù)過(guò)程控制和順序控制的功能。控制器應(yīng)具備快速運(yùn)算控制的能力，并且保證油庫(kù)的發(fā)油數(shù)量準(zhǔn)確，計(jì)量精度達(dá)到0.1%。油庫(kù)油料發(fā)油系統(tǒng)設(shè)計(jì)為分布式系統(tǒng)，可完成聯(lián)機(jī)、直控和脫機(jī)模式發(fā)油。系統(tǒng)應(yīng)同時(shí)控制多個(gè)貨位的發(fā)油控制，每一貨位應(yīng)可做到二配比的發(fā)油控制，在二配比發(fā)油時(shí)二路管道發(fā)油量均可調(diào)節(jié)且發(fā)油時(shí)間相當(dāng)，發(fā)油支持質(zhì)量和體積兩種發(fā)油計(jì)量方法。

2.1.2 數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)功能

控制站應(yīng)當(dāng)滿足全部變量的檢測(cè)需要，包括油料實(shí)時(shí)發(fā)油流量數(shù)據(jù)、油品溫度、泵和閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并且基本的安全狀態(tài)參數(shù)，如接地狀態(tài)判斷和和溢油判斷。系統(tǒng)應(yīng)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理功能,發(fā)油過(guò)程的各種信息，如發(fā)油的油品和油量、提油人的信息等需要存儲(chǔ)的信息存到存儲(chǔ)器，可進(jìn)行任意指定期間數(shù)據(jù)的查詢，并生成報(bào)表，所有數(shù)據(jù)也可進(jìn)行存檔、備份。

2.1.3 冗余功能

對(duì)控制站的硬件設(shè)備如：控制器、電源單元、通信單元等必須1∶1冗余配置。

2.1.4 人機(jī)界面交互要求

管理機(jī)界面必需干凈整潔，功能明了，方便操作和管理人員的控制監(jiān)管。

2.2 油庫(kù)油料定量裝車系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析

油庫(kù)油料定量裝車系統(tǒng)設(shè)計(jì)由開(kāi)票機(jī)、上位機(jī)(管理機(jī))、下位機(jī)(裝車儀)和現(xiàn)場(chǎng)控制器和儀表構(gòu)成。一臺(tái)管理機(jī)，可控制多臺(tái)裝車儀，即同時(shí)控制多輛車的裝車作業(yè)互不干預(yù)。現(xiàn)場(chǎng)控制器可負(fù)責(zé)發(fā)油控制和監(jiān)控功能，并且采集并記錄流量溫度等信息，按預(yù)設(shè)程序完成定量裝車。現(xiàn)場(chǎng)包括流量計(jì)、油泵、電液閥、靜電溢油檢測(cè)報(bào)警和溫度檢測(cè)器。流量計(jì)檢測(cè)流量，傳送脈沖信號(hào)至裝車儀控制器，裝車儀根據(jù)流量信號(hào)控制電液閥的開(kāi)度，從而完成開(kāi)啟時(shí)小流速，重裝時(shí)大流量，關(guān)閉時(shí)小流量的安全過(guò)程，防止靜電火花，減小沖擊；裝車儀實(shí)時(shí)檢測(cè)接地溢油信號(hào)，當(dāng)出現(xiàn)接地不良或溢油情況時(shí)，馬上報(bào)警，中止發(fā)油；裝車儀實(shí)時(shí)提取溫度檢測(cè)器溫度信號(hào)，這不僅是發(fā)油量的體積和質(zhì)量的轉(zhuǎn)換必不可少的環(huán)節(jié)，而且監(jiān)測(cè)溫度保證安全生產(chǎn)。定量裝車系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 定量裝車系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

3 裝車儀控制系統(tǒng)研究

3.1 裝車儀控制系統(tǒng)

定量裝車系統(tǒng)裝車儀是以PLC為控制核心的防爆設(shè)備。以裝車儀為核心，輔以高精度流量計(jì)、溫度計(jì)等輔助設(shè)備，檢測(cè)溫度、靜電接地及溢油預(yù)警等參數(shù)，控制泵和電液閥的開(kāi)閉，對(duì)于油品的裝車過(guò)程進(jìn)行高精度定量的控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)油過(guò)程自動(dòng)控制，確保油品裝車安全合理的完成。裝車儀上亦配置了顯示器，精確顯示發(fā)油過(guò)程中的發(fā)油量速率等參數(shù)，保證操作員在貨位也能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控作業(yè)。

3.2 裝車儀表特性

(1)與閥門的連接：可同時(shí)與四個(gè)閥門連接，對(duì)它們進(jìn)行程序控制。(2)流量計(jì)的選型：具有信號(hào)輸出的體積或質(zhì)量流量計(jì)。(3)靜電接地裝置的連接：可與各種常用的靜電接地裝置相連接。(4)液位開(kāi)關(guān)的連接：可與各種電流型、電壓型或無(wú)源液位開(kāi)關(guān)連接。

3.3 裝車儀控制原理

3.3.1 靜電接地和液位報(bào)警信號(hào)采集

為了避免裝車過(guò)程中靜電積累過(guò)高引起火災(zāi)事故，要求槽車有良好的接地系統(tǒng)，裝車儀啟動(dòng)后首先監(jiān)測(cè)接地報(bào)警信號(hào)，若大于100 Ω，則發(fā)出接地報(bào)警鈴聲，拒絕執(zhí)行裝車，同時(shí)人機(jī)界面顯示接地報(bào)警信息。

為了避免液位過(guò)高，裝車溢出。當(dāng)裝車液位超過(guò)額定高度時(shí)，液位開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，裝車儀關(guān)閉閥門，發(fā)出報(bào)警鈴聲，同時(shí)HMI顯示液位報(bào)警信息。

3.3.2 閥門控制與回訊采集

四組閥門控制開(kāi)關(guān)的延長(zhǎng)時(shí)間，可根據(jù)HMI顯示的信息由面板輸入。當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的時(shí)間裝車儀自動(dòng)打開(kāi)閥門，當(dāng)裝車完畢，裝車儀自動(dòng)按延遲時(shí)間關(guān)閉閥門。閥門的開(kāi)關(guān)狀態(tài)可直接由HMI看出，同時(shí)采集閥門位置信息(回訊)。

3.3.3 流量檢測(cè)

裝車儀可根據(jù)用戶的要求連接各種流量計(jì)：

(1)在油庫(kù)自動(dòng)化精度要求下，流量計(jì)一般采用脈沖體積流量計(jì)，可接收0～10 kHz的脈沖信號(hào)。根據(jù)系數(shù)計(jì)算當(dāng)前秒流量，累計(jì)裝車量；

(2)在對(duì)精度要求不高的情況下，流量計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)4～20 mA流量計(jì)，根據(jù)系數(shù)計(jì)算當(dāng)前秒流量，累計(jì)裝車量；

(3)對(duì)于具有流量、累計(jì)發(fā)油量功能的質(zhì)量流量計(jì)，裝車儀能夠與這些智能設(shè)備連接，讀取裝車信息。

3.3.4 溫度檢測(cè)

對(duì)于部分對(duì)溫度變化敏感的液態(tài)物料，一定條件下需進(jìn)行溫度補(bǔ)償，所以裝車儀必須能夠?qū)崟r(shí)采集溫度，裝車儀采集工業(yè)通用溫度傳感器信號(hào)，一般用PT100信號(hào)，12位A/D轉(zhuǎn)換器完成溫度測(cè)量。

3.3.5 精度校正

為了達(dá)到定量裝車的目的，通過(guò)流量檢測(cè)、小流量控制、時(shí)間性提前量控制、溫度補(bǔ)償控制等控制措施保證控制精確。

4 管理機(jī)控制系統(tǒng)研究

4.1 系統(tǒng)管理機(jī)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)管理機(jī)本質(zhì)是對(duì)所有信息數(shù)據(jù)的管理和操作。為保證信息數(shù)據(jù)安全性、正確性、實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)以兩大紐帶來(lái)保證系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的有效互通，即開(kāi)票機(jī)與管理機(jī)以數(shù)據(jù)為紐帶和管理機(jī)與裝車儀通訊協(xié)議及狀態(tài)為紐帶。開(kāi)票機(jī)得到的數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，管理機(jī)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行下一步的顯示和監(jiān)控。而管理機(jī)通過(guò)通訊協(xié)議對(duì)裝車儀發(fā)出命令，讓裝車儀上傳狀態(tài)、實(shí)際提油數(shù)據(jù)、在直控模式下發(fā)出控制命令。

管理機(jī)作為管理中心，需要知道裝車儀當(dāng)前的狀態(tài)，即是否在線、是否在發(fā)油、發(fā)油是否完成，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的命令和操作。所以管理機(jī)對(duì)裝車儀要以通訊協(xié)議及狀態(tài)為紐帶顯示登錄界面，等待輸入帳號(hào)密碼屏蔽重要參數(shù)修改功能，進(jìn)行管理控制。裝車儀的狀態(tài)設(shè)置為空閑、呼叫、聯(lián)機(jī)密碼、就緒、裝車中和裝車完畢六個(gè)狀態(tài)[2]。

5 結(jié)語(yǔ)

油庫(kù)分布式油料定量裝車系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)行穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性好，大大方便了油庫(kù)的發(fā)油作業(yè)控制管理。隨著國(guó)家工業(yè)化程度的加深，對(duì)能源的消耗加大，油庫(kù)的作業(yè)量也在日益增加。為更好地應(yīng)對(duì)國(guó)際國(guó)內(nèi)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，改進(jìn)油庫(kù)的裝載管理系統(tǒng)，保證安全和提高運(yùn)營(yíng)效率，油庫(kù)走向信息化、自動(dòng)化、智能化、規(guī)范化已成為必然趨勢(shì)。油庫(kù)分布式油料定量裝車系統(tǒng)在發(fā)油管理中做了很多工作，但在數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)、安防系統(tǒng)方面還應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步的研究和擴(kuò)展改進(jìn)。