普瑞特兩項新方案

陳相國 喬新建 牛家棒 李 超

普瑞特機械制造股份有限公司黨委書記、董事長范偉國

普瑞特機械制造股份有限公司有液態食品工業近20年的專業知識和經驗，本著為用戶服務的理念，推出了兩項新技改措施。一是通過智能無線技術（WirelessHART），提供酒企全新的舊儲罐區數字化改造方案。二是聯合全球最優秀的計量器件生產和控制系統廠家，結合當今最先進的技術及控制方法開發推出了基于數據流的先進智能儲罐計量管理系統一體化解決方案。

一、白酒老儲罐區數字化改造

從20世紀90年代開始，一批酒企在技術改造時上了大量的不銹鋼儲酒容器和設備，由于當時的電子技術水平限制以及酒廠生產制造沒有這方面需求，所以那時的儲酒罐（區）基本上沒有信息化和智能化手段和設施，相對于當今智能制造要求，這些罐（區）普遍存在管理技術漏洞和缺點：

一是酒液儲存和輸送過程中測量精度無法保證，測量設備本身精度誤差再經過多年運行老化，測量精度差距較大，普通在5‰-10%，給酒企的生產和財務管理帶來極大的困難。二是測量數據需要靠人工目視確認，手工記錄易出現失誤。需要進行反復校對、確認。耗費較多的人力資源。三是測量設備本體沒有數字化的信號接口，因此無法與現有企業的系統數據聯網，也無法進行先進的控制改造，進而達到自動化數據管理。四是使某些具有模擬量接口的測量儀表由于受制于現場條件，要進行傳統布線改造在罐區和控制室之間，需要大量地挖溝渠或橋架布線，工作量巨大。五是出于安全考量，老罐區存有大量的酒精，不能在罐區內進行焊接等改造作業，傳統布線安裝作業會帶來極大的安全隱患和安裝困難。六是缺少現代生產中需要的安全防護技術和設施，如防溢體溢出，防人工盜竊，防人為投毒等。

對此，酒類企業普遍希望有一種基于無線網絡的舊罐區數字化改造解決方案。

智能無線技術（WirelessHART）是數字工廠管控網的一部分，采用自組織網絡通訊架構，其性能可靠、安全。通過無線通訊方式，可對敷設電纜困難的設備和區域進行安全和有效監測，從而節省安裝成本，保證作業安全，有效提升工廠的安全管理水平，降低維護成本。對特殊罐區還可以實現有線加無線的傳輸方式。

為確保數據和運輸的可靠性，本系統相較于傳統管理方法和布線改造工藝，一是無線技術可以讓用戶在酒體儲存和生產時獲得正確的信息，可以控制系統中的實時或者隨選信息，或者其工作專屬的獨特應用的信息。這種技術取代了手動記錄信息的方式，提高了現場操作人員的工作效率和信息的精準度。

二是系統采用智能無線技術（WirelessHART），現場儀表通過無線方式接入智能無線網關，智能無線網關通過Modbus RS485 與上位機通信。智能無線網關的數據通過企業網絡（WPN或VPN）并入ERP系統。該方案中儲罐計量系統中的每臺罐配有一個智能無線的底層設備，均可成為一個無線節點，這些節點與智能無線網關構成一個自組織網格架構網絡。 這個自組織網狀網絡會自動查找如何繞過固定或臨時障礙的最佳方法，數據可靠性達到 99%。

三是系統無縫連接，其通信協議可以采用串行通信口Modbus RS485/RTU 方式，也可以通過標準以太網采用Modbus TCP/IP 協議或 OPC 協議與控制系統的上位機相連，實現與控制系統數據交換。

改造后常規罐區計量系統中，基層設備經過無線傳輸把測量值、診斷信息傳送到智能網關，再通過 OPC 通訊方式，直接跟 Wincc 組態軟件相連接，同時有線通訊的數據是由現場通訊單元 FCU 通過 Modbus RS485通訊方式跟 PLC或DCS控制系統相連，再跟上位組態軟件通訊的，這種冗余通訊方式保證了罐區測量數據的安全性和可靠性。

目前基于WirelessHART系統的底層設備已經可以涵蓋現場儀表（溫度、壓力、流量、PH測量等）現場反饋（振動監測）現場執行器（數字閥門），可以基于WirelessHART組成完整的罐區管理控制系統。

本方案可以有效降低接線或信號電纜本身出現問題時對儲罐失去監視的可能性問題。同時，最大好處是解決了安全施工問題，無需動火動焊即可實現。相對于傳統有線技術，無線方案可以節約95%的安裝成本，節約95%的安裝時間，可節省大量 電纜、布線、施工、調試成本，大大縮短工期。同時可以利用無線 HART技術，對設備快速便捷地組態、及時獲得現場故障信息、全面了解現場設備運行的整體狀況。對于基礎設施差的老罐區，利用智能無線技術改造的優勢更加突出。隨著無線技術的發展，實現對財務數據的精準管理，可以隨時獲取準確的庫存信息和酒體輸送信息，滿足酒廠信息化，數據化要求。對于生產操作，可以獲得可靠安全的液位及報警信息。對于安全管理，無線設備采用內置低電壓本安電池，不需要引入電源到罐區，避免了易燃易爆罐區的安全風險。系統“即插即用”，一物一碼，簡單方便，無需專業知識，可以方便自行增加系統設備。系統采用國際標準開放接口，可以方便地與工廠其他系統如ERP數據對接。在儲罐區無線技術的使用可以大大增強關鍵數據的及時性，可靠性，安全性，完善罐區的生產管理。

二、白酒數字化儲罐計量管理系統

隨著智能化和信息化的技術在白酒行業中的廣泛應用，特別是白酒企業基于生產信息的有效管控和資本化運作的需要，數字化儲罐計量管理系統的完善越來越迫切。該套系統方案可提供儲罐（群）物料的整個流程及生產周期的監管和控制，包含常規罐區酒體接收作業、儲存作業、周轉作業、發送作業、儲運全過程等子流程。物料主要為酒精，也可擴展為食品油、果汁、乳制品等。系統基于數據整合為核心，將自動控制和分項業務管理功能整合，是一個集成化、模塊化、開放式可擴展的解決方案，最終為罐（群）安全穩定運行、優化管理、降低生產成本和利潤最大化提供保證。

系統方案主要包括以下內容：儲罐靜態計量、動態計量、總線通訊等三個系統。

1.儲罐靜態計量系統。儲罐計量是對大型儲罐內液態物料的靜態儲量進行計量的過程。通過存量測定，即測定儲罐內物料的存量，或輸轉計量，即作為生產鏈數據或貿易結算依據。目前新建罐(區)主要采用兩種方法：

基于體積和基于質量的計量升級為混合式測量系統。在基于體積方式計量的系統中，物料存量測量經由液位和溫度的測量實現。在基于質量的儲罐計量系統中，存量測量通過對液體的液柱靜壓的測量取得。

儲罐計量系統可以監控庫存，能讓生產者即時了解儲存物料的準確數量。 系統可以精確測量物料載具、站點和管道輸送系統之間的批次和交接量。 該系統可用于日常運作；物料移動、調度和混配方案之中。準確追蹤泄漏并防止溢出，從而降低由于損耗造成的環境污染和財務損失。

儲罐計量系統的應用場景基本涵蓋儲罐管理系統的所有儲罐作業任務：庫存管理、輸轉計量（收料及發料）、物料的轉移和操作（倒罐或配料）、損耗控制和平衡。

為此，普瑞特公司整合兩種計量方法開發了混合式儲罐測量系統（HTMS）。

混合法HTMS是液位計法與靜壓法的一種結合。它結合了液位和靜壓測量這兩種方法的優點，綜合了壓力和液位測量，從而獲得整個液位高度內介質的真實平均密度。

由混合法的測量原理和各參數的計算可以看出，此種方法對液位質量、密度的測量精度都較高。因而混合法是一種較理想的計量方法。 混合法另一最大優點是它可以測量出儲罐所有已知的參數。 如采用高級混合法設計方案，可以在計算機上自動地得到諸如液位、點密度、平均密度、點溫度、平均溫度、液體界面（高度）、體積、實際質量等所需要的所有物理參數。因此可以說混合法是儲罐自動計量系統中功能最全面、測量精度最高、可靠性最好的一種。

普瑞特HTMS混合法儲罐（群）計量系統、集國際最新儲罐群計量技術之優點，采用高精度液位計、高精度差壓/ 壓力變送器和完善的系統管理軟件，實現罐區進、轉、存操作的全面自動化管理。

其主要功能包括：一是數據采集和處理功能：能實時測量各儲罐的液位、界面、溫度、密度、容積、重量等參數。二是顯示及報警功能：顯示屏動態地顯示各儲罐液位、 水位的棒狀圖。 當液位或水位超過設定值時，連接在操作現場的喇叭就會發出語音警告，或蜂鳴報警提醒操作者注意。三是數據庫管理功能：數據庫是系統管理軟件的重要組成部分它包括當月數據庫、歷史數據庫、 系統參數數據庫和儲罐容積表數據庫等。當月數據庫中的數據超過規定的時間后就會自動地轉存到歷史數據庫中。 在系統運行過程中，操作者可對各數據庫進行查詢、 刪除、保存或打印等操作。四是報表打印功能：具有各種統計報表輸出打印功能。例如進、轉驗收作業記錄，散裝收貨倉庫記帳單，進、轉業務工作記錄，以及罐區動態日報表等。五是遠程通訊功能：系統使用兩臺標準配置的 586PC機作為監測管理計算機，兩臺計算機分別經上網通訊，使管理決策人員能夠隨時了解、管理儲罐的運行和生產。五是儲罐與安全：近幾年國內出現的罐區爆炸事故，以及往年國外的重大罐區事故絕大部分是由儲罐溢罐造成的。拿油品罐舉例來說，罐表系統需要檢測罐的壓力，液位，溫度并實時進行補償計算。但是這還遠遠不夠。普瑞特公司推出的數據化儲罐系統為了最大程度地提高安全性， 特定型號的雷達液位計除了精確測量液位以外，還可以輸出達到 SIL 3 認證的溢罐保護聯鎖信號。

2.動態計量系統

為了實現精確裝車， 許多企業都采用批控器對裝車進行控制。 它不僅接收質量流量計的信號按定量控制裝車閥，還可以連接靜電保護開關和溢流保護開關確保安全。普瑞特儲罐管理系統使用的專用批量控制器還具備多級安全限制和措施保證裝車的操作合規，如：可設置裝車定量值，實現裝車的定量控制。具有防溢、防靜電連鎖控制功能。顯示屏顯示現場 閥門、液位開關、接地開關狀態及故障狀態。現場設備、通信和批控儀電路之間光電隔離。通信的站地址、通信速率均可面板操作設置。有就地（脫機）和聯機兩種工作方式，聯機狀態下 禁止鍵盤的參數設置。有啟動時間、結束時間、定量、實裝量的裝車工況記錄和查詢功能；有開機時間、關機時間、累計裝車批次、累計裝車 量的運行記錄和查詢功能。冗余通信功能。IC卡管理功能（可選）：帶防爆大屏幕點陣式顯示器。小流量及無流量報警功能： 當切除了質量流量計變送器電源后，便接收不到流量脈沖信號，若操作人員私自切除流量計電源，就有可能會發生介質丟失問題。使用該報警功能，如果在設置的時間范圍內無流量信號進入則產生報警并關閉閥門結束作業，如果流量小于所設置的限值同樣會報警并關閉閥門結束作業。這給企業的運營監管帶來很大的便利。

3.總線通訊系統

通過在罐區管理上使用變送器，流量計、電動閥門、批控器等現場設備，以總線通訊方式，將采集的數據通過罐表系統、DCS（分布式控制系統）、SIS（安全儀表系統）對罐區進行監控和保護。由于罐區管理涉及大量的訂單管理，庫存管理，計劃調度，路徑選擇，自動裝車等相關作業 ,這些采集的數據同步提報到MES系統（生產信息化管理系統）對整個生產作業的全流程監控。進一步地，我們可以通過 ERP系統進行運營的全局優化。

經過系統的運行實踐，該系統對白酒企業的庫存管理、生產管理具有極大的提高和完善作用，是基于數據化、安全化、智慧化的解決方案。目前正在推出基于該系統的老庫區完善改造方案，基于MES系統的全生產流程智慧化解決方案。