定量裝車系統在油庫自動化儲運中的實現與應用

穆道彬(中海石油煉化有限責任公司，廣東 惠州 516081)

1 概述

1.1 國內外研究現狀與不足

國外油庫自動化起步較早，數字化水平較高。尤其是美國、日本及歐洲國家，在收發作業、檢測、計量和統計管理工作方面已完全實現了自動化，并利用網絡實現了信息實時遠程共享。大型油庫的發油控制系統多數采用分布式(DCS)控制系統。油庫自動化系統由中央控制室、罐區檢測控制分控制室、油品輸入輸出管理分控制室組成，對油罐溫度、液位測量、事故預報和油品輸入輸出進行統一控制管理。系統采用巡回檢測方式，從而達到25毫秒檢測一個油罐，3秒檢測整個罐區，顯著地提高了儲運公司對市場的反應能力，同時提高了安全性和效率，降低了運營成本。

國外油庫自動化系統也有不足：售價高，在國內的推廣和應用有難度；系統維護成本高，技術服務不能及時高效[1]。

1.2 油庫自動化系統要求實現的任務和功能

油庫自動化控制管理系統分為油庫庫區自動化作業系統和安全防范監測系統兩部分，簡稱為自控系統和安防系統，如表1所示。

表1 油庫自動化系統構成圖

1.2.2 安防系統

安防系統是防范油庫區內和油庫周圍的安全隱患，不僅包括視頻監控的可視危險的監測，還包括可燃氣體、火源檢測和火災報警等的檢測。

1.3 油庫油料定量裝車系統

定量裝車控制系統由管理機、定量裝車儀、流量計、多段式控制闊、靜電接地裝置、防溢流開關等構成。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，以定量裝車儀為核心，控制精密流量計和其他設備，對油品的裝載進行多油品高精度混合定量的控制，保證油品高效公正地進行交易。操作室中的管理機與裝車儀通過一定通訊方式，實現下位機與中央控制中心(上位機)的通訊，從而管理對裝車系統的監控。

2 油庫自動化分布式控制系統設計

1.2.1 自控系統

自控系統主要是對油庫的作業進行智能控制和作業流程監管的部分。自控系統需要檢測罐區油罐液位、油氣回收情況、監控作業流程等的情況，并且也需要對油庫油料的發油和卸油進行有效的控制和監管，定量裝車控制系統的準確性、數據實時性、安全性等也是該系統的關鍵，我國油庫也在逐步地采用DCS控制系統。

2.1 油庫油料定量裝車系統功能需求

2.1.1 控制功能

系統的控制站必須滿足油庫過程控制的功能要求和速度要求，并且需具備連續過程控制和順序控制的功能。控制器應具備快速運算控制的能力，并且保證油庫的發油數量準確，計量精度達到0.1%。油庫油料發油系統設計為分布式系統，可完成聯機、直控和脫機模式發油。系統應同時控制多個貨位的發油控制，每一貨位應可做到二配比的發油控制，在二配比發油時二路管道發油量均可調節且發油時間相當，發油支持質量和體積兩種發油計量方法。

2.1.2 數據采集和存儲功能

控制站應當滿足全部變量的檢測需要，包括油料實時發油流量數據、油品溫度、泵和閥的開關狀態，并且基本的安全狀態參數，如接地狀態判斷和和溢油判斷。系統應具有數據存儲和管理功能,發油過程的各種信息，如發油的油品和油量、提油人的信息等需要存儲的信息存到存儲器，可進行任意指定期間數據的查詢，并生成報表，所有數據也可進行存檔、備份。

2.1.3 冗余功能

對控制站的硬件設備如：控制器、電源單元、通信單元等必須1∶1冗余配置。

2.1.4 人機界面交互要求

管理機界面必需干凈整潔，功能明了，方便操作和管理人員的控制監管。

2.2 油庫油料定量裝車系統總體結構分析

油庫油料定量裝車系統設計由開票機、上位機(管理機)、下位機(裝車儀)和現場控制器和儀表構成。一臺管理機，可控制多臺裝車儀，即同時控制多輛車的裝車作業互不干預。現場控制器可負責發油控制和監控功能，并且采集并記錄流量溫度等信息，按預設程序完成定量裝車。現場包括流量計、油泵、電液閥、靜電溢油檢測報警和溫度檢測器。流量計檢測流量，傳送脈沖信號至裝車儀控制器，裝車儀根據流量信號控制電液閥的開度，從而完成開啟時小流速，重裝時大流量，關閉時小流量的安全過程，防止靜電火花，減小沖擊；裝車儀實時檢測接地溢油信號，當出現接地不良或溢油情況時，馬上報警，中止發油；裝車儀實時提取溫度檢測器溫度信號，這不僅是發油量的體積和質量的轉換必不可少的環節，而且監測溫度保證安全生產。定量裝車系統總體結構設計圖如圖2所示。

圖2 定量裝車系統總體結構設計圖

3 裝車儀控制系統研究

3.1 裝車儀控制系統

定量裝車系統裝車儀是以PLC為控制核心的防爆設備。以裝車儀為核心，輔以高精度流量計、溫度計等輔助設備，檢測溫度、靜電接地及溢油預警等參數，控制泵和電液閥的開閉，對于油品的裝車過程進行高精度定量的控制，實現發油過程自動控制，確保油品裝車安全合理的完成。裝車儀上亦配置了顯示器，精確顯示發油過程中的發油量速率等參數，保證操作員在貨位也能夠進行實時監控作業。

3.2 裝車儀表特性

(1)與閥門的連接：可同時與四個閥門連接，對它們進行程序控制。(2)流量計的選型：具有信號輸出的體積或質量流量計。(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)液位開關的連接：可與各種電流型、電壓型或無源液位開關連接。

3.3 裝車儀控制原理

3.3.1 靜電接地和液位報警信號采集

為了避免裝車過程中靜電積累過高引起火災事故，要求槽車有良好的接地系統，裝車儀啟動后首先監測接地報警信號，若大于100 Ω，則發出接地報警鈴聲，拒絕執行裝車，同時人機界面顯示接地報警信息。

為了避免液位過高，裝車溢出。當裝車液位超過額定高度時，液位開關發出信號，裝車儀關閉閥門，發出報警鈴聲，同時HMI顯示液位報警信息。

3.3.2 閥門控制與回訊采集

四組閥門控制開關的延長時間，可根據HMI顯示的信息由面板輸入。當到達設定的時間裝車儀自動打開閥門，當裝車完畢，裝車儀自動按延遲時間關閉閥門。閥門的開關狀態可直接由HMI看出，同時采集閥門位置信息(回訊)。

3.3.3 流量檢測

裝車儀可根據用戶的要求連接各種流量計：

(1)在油庫自動化精度要求下，流量計一般采用脈沖體積流量計，可接收0～10 kHz的脈沖信號。根據系數計算當前秒流量，累計裝車量；

(2)在對精度要求不高的情況下，流量計采用標準4～20 mA流量計，根據系數計算當前秒流量，累計裝車量；

(3)對于具有流量、累計發油量功能的質量流量計，裝車儀能夠與這些智能設備連接，讀取裝車信息。

3.3.4 溫度檢測

對于部分對溫度變化敏感的液態物料，一定條件下需進行溫度補償，所以裝車儀必須能夠實時采集溫度，裝車儀采集工業通用溫度傳感器信號，一般用PT100信號，12位A/D轉換器完成溫度測量。

3.3.5 精度校正

為了達到定量裝車的目的，通過流量檢測、小流量控制、時間性提前量控制、溫度補償控制等控制措施保證控制精確。

4 管理機控制系統研究

4.1 系統管理機設計

系統管理機本質是對所有信息數據的管理和操作。為保證信息數據安全性、正確性、實時性，系統以兩大紐帶來保證系統信息數據的有效互通，即開票機與管理機以數據為紐帶和管理機與裝車儀通訊協議及狀態為紐帶。開票機得到的數據錄入數據庫，管理機從數據庫中讀取數據并進行下一步的顯示和監控。而管理機通過通訊協議對裝車儀發出命令，讓裝車儀上傳狀態、實際提油數據、在直控模式下發出控制命令。

管理機作為管理中心，需要知道裝車儀當前的狀態，即是否在線、是否在發油、發油是否完成，并對其進行相應的命令和操作。所以管理機對裝車儀要以通訊協議及狀態為紐帶顯示登錄界面，等待輸入帳號密碼屏蔽重要參數修改功能，進行管理控制。裝車儀的狀態設置為空閑、呼叫、聯機密碼、就緒、裝車中和裝車完畢六個狀態[2]。

5 結語

油庫分布式油料定量裝車系統在實際應用中運行穩定性、準確性好，大大方便了油庫的發油作業控制管理。隨著國家工業化程度的加深，對能源的消耗加大，油庫的作業量也在日益增加。為更好地應對國際國內的機遇與挑戰，改進油庫的裝載管理系統，保證安全和提高運營效率，油庫走向信息化、自動化、智能化、規范化已成為必然趨勢。油庫分布式油料定量裝車系統在發油管理中做了很多工作，但在數據聯網、安防系統方面還應進行進一步的研究和擴展改進。