裝車控制系統應用實例

摘 要：文章以美克化工罐區裝車為例，介紹以DCS控制系統與定量裝車控制系統相結合的方式，實現罐區化工物料的裝車自動控制和裝車管理。該控制方式可以提高裝車的精度，減輕勞動強度，提升管理水平和效益。

關鍵詞：定量裝車控制系統；批控儀；DCS控制系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.103

1 引言

隨著化工企業的自動化水平越來越高，一體化化工裝置規模越來越大，企業生產管理對裝車控制的要求也越來越高。為滿足現代化企業的需求，美克化工三期成品罐區裝車采用DCS控制系統與定量裝車控制系統相結合的方式，并配以高精度質量流量計，安全溢油靜電保護裝置等現場儀表，很好地實現了生產部門的要求。該控制方式具有安全可靠、精確計量、可擴展性好等特點。

2 自動裝車系統的組成

美克三期成品罐區共有2臺甲醇儲罐，2臺BDO儲罐，1臺丁醇儲罐，1臺廢液儲罐，1臺乙酸甲酯儲罐，2臺PTHF儲罐。在罐區西北側，布置有4個裝車臺，4個裝車臺上共布置有7個裝車鶴管，用于甲醇，BDO等儲罐物料的裝車。本項目中所有裝車為汽車裝車。

2.1 裝車控制系統網絡示意圖

本項目中DCS控制系統布置在中央控制室，批量控制裝車控制系統布置在裝車現場操作室。7臺批控儀通過串行RS485通訊到現場操作室，通過通訊轉換器與DCS通訊。裝車控制系統網絡示意圖見圖1。

2.2 DCS控制系統簡介

本項目采用浙江中控ECS700 型DCS控制系統。在DCS控制系統內，采用了對等的網絡結構，并配置了兩層通訊網絡：過程控制網和過程信息網。過程控制網直接連接了系統的控制站和操作站節點，是傳送過程控制實時信息的通道，完成實時IO信息、控制命令、報警和各種歷史數據等的傳輸和發送，并采用雙重化冗余設計，數據傳輸可靠、實時、高效；過程信息網連接控制系統中所有操作節點，包括工程師站、操作員站等，在操作節點間傳輸歷史數據、報警信息和操作記錄等，DCS系統還可實現與工廠管理信息網的連接。

本項目中DCS控制系統主要實現以下功能：

（1）罐區所有儀表信號監控和聯鎖控制，及卸車泵遠程停止功能；

（2）裝車流程中的吹掃和加藥順控功能；

（3）裝車流量累積信號及批控儀相關控制信號接收與發送；

（4）罐區及裝車區域重要數據上傳至工廠MIS（管理信息系統）。

2.3 定量裝車控制系統簡介

定量裝車控制系統主要由批量裝車控制儀（以下簡稱批控儀）和現場流量計、控制閥及靜電接地夾、防溢開關、通訊控制器等組成，用于完成對裝車作業的控制和管理。該系統是一種以RS485標準工業總線為基礎的集散式裝車控制系統。

2.3.1 定量裝車控制系統層次結構

（1）控制室管理層：主要包括裝車操作站，通訊控制器，打印機等；

（2）裝車現場控制層：批制儀；

（3）現場儀表層：主要包括流量計，控制閥，防溢開關，靜電接地夾等；

2.3.2 批控儀介紹

本項目選用AccuCount-（SS）型批控儀，該批控儀采用高性能32位工業級微控制器作為核心的智能控制部件，保證控制功能的實時性和可靠性，控制精度達0.1%以上。

批控儀可實現單鶴位在線定量裝車、溫度補償功能，實時顯示裝車瞬時流速、流量、總裝載量等信息，并實時遠傳上位機。用戶可現場或者遠程設定裝車過程中的各種參數，具有故障自診斷功能。

批控儀具備兩級開啟，多級關斷功能，有效防止水擊現象。

批控儀具有大容量發油業務存儲器，可存儲200條發油記錄，數據可作為備份參考記錄。

2.3.3 定量裝車控制系統主要功能

（1）參數設置功能：可以根據發貨需要通過批控儀設定發貨參數。這些數據包括：預置灌裝量、流量系數、開閥（泵）延遲時間、流體密度等。

（2）定量發貨控制：確定批控儀的工作參數之后，批控儀就會按照設定的程序完成自動發貨，當發貨量達到設定值時，自動停止發貨。

（3）溢出保護功能：當發生溢出冒罐，停止灌裝。

（4）掉電保護功能：發貨過程中出現意外掉電時可保存發貨參數，通電后繼續發貨。

（5）數據采集功能：批控儀可采集流量計脈沖信號用于流量換算，可接入防溢開關信號用于聯鎖，以及與DCS系統的通訊信號和急停信號。

（6）閥門和泵的順序控制功能：在灌裝時按預定時間依次打開閥（泵），灌裝到定量時再按照預定的時間和順序依次關閥（泵），完成自動灌裝作業，實現開閉閥門控制。

（7）現場急停功能：批控儀上設置有急停按鈕，若發貨時現場發生緊急情況，操作人員只需按急停按鈕即可立即停止發貨。緊急情況消除后可繼續發貨。

（8）遠程急停功能：批控儀上設有遠程信號輸入，若發貨時現場發生緊急情況，操作人員只需按遠程急停按鈕即可立即停止發貨，緊急情況消除后即可繼續發貨。

（9）遠程和就地實時監控功能：批控儀配有高亮度液晶顯示屏，實時顯示發貨進程。控制室操作站與批控儀同步實時顯示發貨進程和相關設備狀態。

（10）遠程、就地發貨模式功能：可通過操作站進行數據下發控制，也可根據需要在現場直接發貨。現場每臺批控儀為一個完整的計量、控制和顯示單元，獨立于操作站。

（11）給現場儀表供電功能：為批控儀提供一路220VAC電源后，批控儀可提供電源輸出到端子，為現場儀表：如流量計，閥門等提供電源。

（12）通訊聯網功能：批控儀具有通訊和聯網功能，可通過RS-485形式與操作站和DCS連接。傳輸流量累積信息給DCS系統，以便DCS系統能夠監測到現場的發貨情況。

（13）設備自檢功能：系統自動檢測批控儀工作狀態，批控儀發生故障時，系統會自動提示。

3 裝車基本介紹

3.1 裝車基本業務流程

（1）開票。在裝車之前要對業務進行審查。操作人員對合理業務進行登記，登記業務時必須確定客戶名稱、品名規格、數量等數據對應身份寫入IC卡。

（2）裝車。在現場批控儀上輸入裝車量。控制儀自動控制閥門打開、計量裝車量；并實時檢測現場靜電、溢出信號；如遇意外自動停止裝車；正常裝車量到達后關閉閥門，裝車結束。

（3）結算。裝車結束后，控制系統通過批控儀自動獲得流量計讀數，通過在控制室刷卡，提取發貨數據進行結算，并打印發貨單。

3.2 裝車數量的設定

（1）操作站密碼設定方式：上位機將車輛身份信息寫入IC卡，每次裝車前，在控制儀上刷IC卡，每次裝車前，在批孔儀上刷IC卡，批孔儀將IC卡身份信息經通訊系統上傳至裝車操作站，操作站找到對應的提貨單核對正確后，將裝車數量下發批控儀。

（2）批控儀本地定方式：批控儀在必要的控制權限認定后，操作人員直接在批控儀上輸入裝車數量。

3.3 裝車順序控制舉例

（1）控制面板內輸入裝車總量和裝車流速。

（2）通過批控儀上啟動按鈕HM H240895啟動裝車程序，同時將啟動裝車信號送DCS。

（3）批控儀程序檢查確認接地正確，聯鎖未觸發。

（4）DCS程序檢查確認手動切斷閥G240840處于開位。

（5）DCS程序開氮氣吹掃閥HVKH240893、HVKH240892，氮氣吹掃15分鐘。

（6）程序關氮氣切斷閥HVKH240892、HVKH240893。

（7）程序開物料切斷閥HVKH240891，逐漸開物料調節閥FVK F240891-1至設定流量。

（8）流量計計量至總量前（500 kg），逐漸關小物料調節閥FVKF240891-1，至總量后關閉FVKF240891-1。

（9）30秒鐘后，DCS程序開氮氣切斷閥HVKH240892，對槽車吹掃3分鐘。

（10）DCS程序關氮氣切斷閥HVKH240892、物料切斷閥HVKH240891，裝車程序停。

（11）關閉槽車人孔，接氮氣軟管給槽車充壓，確保槽車氮氣保壓。

批控儀緊急停車按鈕HM H240890-2：現場出現巨大險情，需停止作業，DCS聯鎖停裝車馬達NP2408，關物料調節閥FVKF240891-1，裝車暫停。

批控儀復位按鈕HM H240890-1：險情解除，取消緊急停止裝車。

4 控制方式的優點

（1）設計有效地結合了DCS系統的高可靠性和良好的擴展性。由于DCS控制系統的可靠性明顯高于批控儀，所以本項目將區域緊急停車信號送至DCS，由DCS完成裝車區域的緊急停車。由于DCS控制系統的修改程序相比批控儀要方便，所以裝車流程中需要吹掃和加藥的，將吹掃和加藥的順控設置在DCS中實現，生產中可根據實際情況，調整吹掃時間及加藥濃度等參數。同時，DCS系統有更好的信息管理及擴展能力，可以將罐區及裝車信息上傳至工廠MIS系統及相關生產裝置控制系統，很好地實現信息資源共享。

（2）設計很好地利用了批控儀的專業性和靈活性。批控儀將裝車順序控制，靜電保護，單臺緊急停車，液晶顯示，裝車指示燈等集為一體，很好地體現了其專業性。且其費用相對較低，可以為每一個流程配置一臺批控儀，批控儀程序可以很好地適應對應流程工藝需求。

（3）對中大型規模裝車及裝車工藝流程復雜的裝置優勢明顯。中大型規模裝車項目中，往往有裝車工藝復雜的流程，相應輔助設施也較多，且對裝車信息管理的要求也會越高。單純依靠批控儀的功能，實現起來相對困難，運用DCS系統與批控儀相結合的方式，能很好地體現各自優勢。

5 結束語

以DCS控制系統與定量裝車控制系統相結合的方式來實現裝車控制，很好地利用了各自的優點，以彌補單一控制系統的不足。這種控制方式適用于中大型裝車控制及裝車工藝復雜的項目。在本項目中實現了安全精確的裝車控制，且操作簡單，顯示直觀，獲得了良好的運用。

參考文獻：

[1]陸德民.石油化工自動控制設計手冊（第三版）[K].北京：化學工業出版社，2000：1074-1082.

作者簡介：鄧云鴻（1982-），男，重慶人，本科，學士學位，工程師，主要從事：化工自控工程設計。