定量裝車系統(tǒng)在油庫自動化儲運中的實現(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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與不足

國外油庫自動化起步較早，數(shù)字化水平較高。尤其是美國、日本及歐洲國家，在收發(fā)作業(yè)、檢測、計量和統(tǒng)計管理工作方面已完全實現(xiàn)了自動化，并利用網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了信息實時遠程共享。大型油庫的發(fā)油控制系統(tǒng)多數(shù)采用分布式(DCS)控制系統(tǒng)。油庫自動化系統(tǒng)由中央控制室、罐區(qū)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(yù)報和油品輸入輸出進行統(tǒng)一控制管理。系統(tǒng)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(qū)，顯著地提高了儲運公司對市場的反應(yīng)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(tǒng)也有不足：售價高，在國內(nèi)的推廣和應(yīng)用有難度；系統(tǒng)維護成本高，技術(shù)服務(wù)不能及時高效[1]。

1.2 油庫自動化系統(tǒng)要求實現(xiàn)的任務(wù)和功能

油庫自動化控制管理系統(tǒng)分為油庫庫區(qū)自動化作業(yè)系統(tǒng)和安全防范監(jiān)測系統(tǒng)兩部分，簡稱為自控系統(tǒng)和安防系統(tǒng)，如表1所示。

表1 油庫自動化系統(tǒng)構(gòu)成圖

1.2.2 安防系統(tǒng)

安防系統(tǒng)是防范油庫區(qū)內(nèi)和油庫周圍的安全隱患，不僅包括視頻監(jiān)控的可視危險的監(jiān)測，還包括可燃氣體、火源檢測和火災(zāi)報警等的檢測。

1.3 油庫油料定量裝車系統(tǒng)

定量裝車控制系統(tǒng)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(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，控制精密流量計和其他設(shè)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(xiàn)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(tǒng)的監(jiān)控。

2 油庫自動化分布式控制系統(tǒng)設(shè)計

1.2.1 自控系統(tǒng)

自控系統(tǒng)主要是對油庫的作業(yè)進行智能控制和作業(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，并且也需要對油庫油料的發(fā)油和卸油進行有效的控制和監(jiān)管，定量裝車控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)實時性、安全性等也是該系統(tǒng)的關(guān)鍵，我國油庫也在逐步地采用DCS控制系統(tǒng)。

2.1 油庫油料定量裝車系統(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過程控制的功能要求和速度要求，并且需具備連續(xù)過程控制和順序控制的功能。控制器應(yīng)具備快速運算控制的能力，并且保證油庫的發(fā)油數(shù)量準(zhǔn)確，計量精度達到0.1%。油庫油料發(fā)油系統(tǒng)設(shè)計為分布式系統(tǒng)，可完成聯(lián)機、直控和脫機模式發(fā)油。系統(tǒng)應(yīng)同時控制多個貨位的發(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)油時二路管道發(fā)油量均可調(diào)節(jié)且發(fā)油時間相當(dāng)，發(fā)油支持質(zhì)量和體積兩種發(fā)油計量方法。

2.1.2 數(shù)據(jù)采集和存儲功能

控制站應(yīng)當(dāng)滿足全部變量的檢測需要，包括油料實時發(fā)油流量數(shù)據(jù)、油品溫度、泵和閥的開關(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)存儲和管理功能,發(fā)油過程的各種信息，如發(fā)油的油品和油量、提油人的信息等需要存儲的信息存到存儲器，可進行任意指定期間數(shù)據(jù)的查詢，并生成報表，所有數(shù)據(jù)也可進行存檔、備份。

2.1.3 冗余功能

對控制站的硬件設(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(jiān)管。

2.2 油庫油料定量裝車系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析

油庫油料定量裝車系統(tǒng)設(shè)計由開票機、上位機(管理機)、下位機(裝車儀)和現(xiàn)場控制器和儀表構(gòu)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(yè)互不干預(yù)。現(xiàn)場控制器可負責(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(jù)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(guān)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(dāng)出現(xiàn)接地不良或溢油情況時，馬上報警，中止發(fā)油；裝車儀實時提取溫度檢測器溫度信號，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)計圖如圖2所示。

圖2 定量裝車系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

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、溫度計等輔助設(shè)備，檢測溫度、靜電接地及溢油預(yù)警等參數(shù)，控制泵和電液閥的開閉，對于油品的裝車過程進行高精度定量的控制，實現(xiàn)發(fā)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(fā)油過程中的發(fā)油量速率等參數(shù)，保證操作員在貨位也能夠進行實時監(jiān)控作業(yè)。

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(zhì)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(guān)的連接：可與各種電流型、電壓型或無源液位開關(guān)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(zāi)事故，要求槽車有良好的接地系統(tǒng)，裝車儀啟動后首先監(jiān)測接地報警信號，若大于100 Ω，則發(fā)出接地報警鈴聲，拒絕執(zhí)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(dāng)裝車液位超過額定高度時，液位開關(guān)發(fā)出信號，裝車儀關(guān)閉閥門，發(fā)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(guān)的延長時間，可根據(jù)HMI顯示的信息由面板輸入。當(dāng)?shù)竭_設(shè)定的時間裝車儀自動打開閥門，當(dāng)裝車完畢，裝車儀自動按延遲時間關(guān)閉閥門。閥門的開關(guān)狀態(tài)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(jù)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(jù)系數(shù)計算當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)4～20 mA流量計，根據(jù)系數(shù)計算當(dāng)前秒流量，累計裝車量；

(3)對于具有流量、累計發(fā)油量功能的質(zhì)量流量計，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

對于部分對溫度變化敏感的液態(tài)物料，一定條件下需進行溫度補償，所以裝車儀必須能夠?qū)崟r采集溫度，裝車儀采集工業(yè)通用溫度傳感器信號，一般用PT100信號，12位A/D轉(zhuǎn)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(tǒng)研究

4.1 系統(tǒng)管理機設(shè)計

系統(tǒng)管理機本質(zhì)是對所有信息數(shù)據(jù)的管理和操作。為保證信息數(shù)據(jù)安全性、正確性、實時性，系統(tǒng)以兩大紐帶來保證系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的有效互通，即開票機與管理機以數(shù)據(jù)為紐帶和管理機與裝車儀通訊協(xié)議及狀態(tài)為紐帶。開票機得到的數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫，管理機從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)并進行下一步的顯示和監(jiān)控。而管理機通過通訊協(xié)議對裝車儀發(fā)出命令，讓裝車儀上傳狀態(tài)、實際提油數(shù)據(jù)、在直控模式下發(fā)出控制命令。

管理機作為管理中心，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，并對其進行相應(yīng)的命令和操作。所以管理機對裝車儀要以通訊協(xié)議及狀態(tài)為紐帶顯示登錄界面，等待輸入帳號密碼屏蔽重要參數(shù)修改功能，進行管理控制。裝車儀的狀態(tài)設(shè)置為空閑、呼叫、聯(lián)機密碼、就緒、裝車中和裝車完畢六個狀態(tài)[2]。

5 結(jié)語

油庫分布式油料定量裝車系統(tǒng)在實際應(yīng)用中運行穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性好，大大方便了油庫的發(fā)油作業(yè)控制管理。隨著國家工業(yè)化程度的加深，對能源的消耗加大，油庫的作業(yè)量也在日益增加。為更好地應(yīng)對國際國內(nèi)的機遇與挑戰(zhàn)，改進油庫的裝載管理系統(tǒng)，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(guī)范化已成為必然趨勢。油庫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)進行進一步的研究和擴展改進。