定量装车系统在沥青火车栈桥的应用

燕 莎， 张 强

（1.西安理工大学 陕西 西安 710082；2.宝鸡石油钢管有限责任公司 陕西 宝鸡 721008）

随着国民经济的发展，炼油装置的生产能力不断增加，沥青产品的销售业务逐年提高。为了减少工人劳动强度，减少环境污染，提高储运管理作业的效率和石油化工企业的整体效益，以适应经济发展的需求。石油化工企业迫切需求自动化程度高、安全可靠性好、便于操作维护的沥青装车自动化系统，借以实现生产及管理自动化、信息数据网络化、控制程序化，并使计量达到商务交接标准[1-3]。

1 定量装车系统概述

定量装车系统由PC机、定量装车控制仪、通讯模块等组成，由一台用于“集中管理”的PC机作为上位机，安装在装车栈桥现场的若干台用于“分散控制”的定量装车控制仪作为下位机。下位机与上位机之间通过RS485通讯网络及相应的通讯协议来达到数据采集、装车管理和流程控制的功能。一台PC机能管理多台定量装车控制仪，PC机与局域网相连，实现数据共享，如图1所示。

在PC机上可以实现下位机与上位机之间通过RS485通讯网络及相应的通讯协议来达到数据采集、装车管理和流程控制的功能，如图2所示。

图1 系统结构框图Fig.1 System block diagram

图2 装车工艺流程及控制原理图Fig.2 Loading process and control schematic diagram

图2中，自动装车控制系统的工艺流程包括数据采集设备、控制设备、安全保护设备等，分别介绍如下：

1）流量计：可采用体积流量计和质量流量计。体积流量计根据精度和介质又可选用涡轮、涡街或质量流量计。流量计的流量信号输出一般为脉冲输出。装车控制仪采集其流量信号完成对已发油量的计量[4-6]。

2）电液阀或多段阀：为消除装车过程中出现水击现象，提高装车的精度，装车系统控制阀一般选择可多段启、停的电液阀和多段阀，阀门受装车控制仪控制。

3）消气过滤器：为一种安全保护设备，用于过滤液体中的一些杂质以免损坏流量计和阀门。一般有流量计厂家配套。

4）防溢开关：是一种防止发油过量而冒罐的安全保护装置。

5）静电接地夹：与大地连接，将槽车上的静电倒入大地。当接地夹与槽车接触不良时其触点信号进入装车控制仪，装车控制仪将输出控制信号自动停止装车。

6）付油泵：是发油的动力装置，其起、停受装车控制仪控制。由于泵一般为强电供电，所以其起停控制信号必须先发到电气开关柜，然后再由电气开关控制输出。

7）定量装车控制仪：是实现定量自动装车的核心设备。其主要功能是对发油过程进行程序控制和安全联锁。

2 下位机（定量装车控制仪）硬件设计

装车控制仪设计有通讯接口、计时并具备通讯协议。下位机由微机单元、显示单元、键盘单元、接口单元和电源单元组成，现场配有流量计、温度传感器、电磁阀、声音报警器、泵、防溢开关、静电接地开关等组成一开环控制系统。下位机收到上位机通过通讯传输来的发油参数后，微机单元根据公式把实时信号处理结果及时向系统发出控制命令，使电磁阀、泵按照一定的时序完成过程控制任务。信号的采集是由现场的流量计变送器、温度变送器把管线中的流量信号和温度信号通过接口单元发大整形后送入到微机单元中进行电量处理以及模拟量到数字量的转换，最后通过通讯将数据传输到上位机进行处理[7-9]。下位机的硬件结构框图，如图3所示。

图3 下位机硬件结构框图Fig.3 Machine hardware block diagram

定量装车控制仪均具有以下功能：

1）组态功能：即根据发油需要，可通过通讯程序或装车仪面板对装车仪进行组态，设定发油参数。这些参数包括：单位、流量系数、提前量、阀开关延迟时间、泵起停延迟时间、补偿系数、配方方案以及通讯接口参数等。

2）实现定量自动发油：确定定量装车仪的组态参数之后，定量装车仪就会按照指定的程序完成自动发油过程。一般来讲，自动发油的流程如下：接收上位机发来的发油数据，现场就位，按启动按钮开始装车，装车时按组态指定的时间顺序依次打开小阀、泵、大阀，装车到定量时再按照组态指定的顺序和时间间隔依次关大阀、泵和小阀，完成自动装车作业。

3）数据采集功能：定量装车仪可采集流量计、热电阻等模拟信号以及防溢、静电接地夹等开关信号，并对这些信号进行计算、分析和处理。

4）溢油、静电保护功能：当有溢油或静电接地不好时，发油系统停止发油。

5）掉电保护功能：在发油过程中出现意外掉电时可保存发油参数，通电后可继续发油。

6）现场显示功能：装车仪一般均配有数码或液晶显示仪，显示发油进程和相关设备的状态。

7）现场急停功能：若发油时现场发生紧急情况，操作员只需按操作面盘上的急停按钮即可停止发油。

8）远程/就地发油模式转换功能：一般正常情况下均通过上位机远程发油。但需要就地发油时也可在现场直接发油。本系统中每个发油鹤位就是一个完整的计量、控制和显示单元，对上位机没有依赖性。

9）给现场仪表供电功能：装车仪还提供了电源输出端子，为现场仪表如流量计、阀门提供24 VDC和220 VAC两种类型的电源。

3 上位机软件设计

软件设计要求实现定量装车流程，并生成各种发油报表，保存发油数据。其功能结构，如图4所示。

图4 上位机软件功能框图Fig.4 Functional block diagram of the host computer software

图4是上位机软件功能框图，上位机程序使用Vasual Basic 6.0软件平台开发，上位机管理软件主要有以下功能：

1）自动发油：将用户所需的油品名称、数量等参数传至相应的下位机，利用下位机键盘键入相应的发票号后，按发油键即可发油。当发油量达到预定量后，自动关闭阀门和泵，本次发油结束。同时上位机记录本次发油的相关数据，并打印发油票据。

2）下位机状态浏览：按装车台位顺序在上位机上显示所有下位机的状态，包括待机、脱机、正在发油3种状态。其中，当下位机正在发油时，程序以动画的形式动态直观地显示发油量和温度的变化情况。

3）本地发油：利用下位机键盘直接键入客户提油量及油品物性、仪表系数等脱离上位机独立完成发油过程。

4）发油记录查询：查询所有发油记录，包括已发、待发、正在发油3种状态的记录，程序允许对待发的发油记录进行检测、换位、删除。

5）报表统计：包括日报、月报、年报、时段报的统计和打印。

6）权限设置：为了便于管理采用管理者和操作者两级权限设置。

7）油品物性参数设置：设置各种油品标准密度、物料参数和仪表系数。

8）数据通讯参数的设置：包括波特率、串行口、数据采集间隔和巡检间隔等。

4 使用效果

该系统在火车沥青装车栈桥应用半年多来，与原有的传统装车方式相比具有以下优点：

1）原有的传统装车方式装车，鹤管高度人为确定，易发生超量或不足量的情况。装车超量时，需要人工用桶提出多余沥青，不仅污染环境而且容易烫伤员工，存在重大安全隐患；装车不足量时，一年增加运输成本十几万元，长久会造成巨大的经济损失。使用定量装车系统后，装车时由电脑控制装车量，装车量准确无误，当装车液位高报时，联锁切断装车鹤管，不会造成超装事故。

2)原有的传统装车方式装车，装车工1人在罐口观察液位，1人切断装车阀门的方法装车。一次开多个鹤管时，需要6名员工装车。使用定量装车系统后，只需2名员工即可实现多鹤管装车，定量装车系统可以有效减少装车员工人数，降低员工劳动强度。

3）原有的传统装车方式用于沥青贸易交接的方法是检空尺计量和轨道衡计量两种方法，沥青装车时和冷却后的温差很大，检空尺计量受温度影响误差较大；轨道衡计量是用于铁路方检查装车是否超重的设施，用于贸易交接计量误差也很大，这两种计量方法用户接油后投诉情况较多。定量装车系统采用的质量流量计用于沥青贸易交接精度高、计量误差较小，能够准确的测量装车重量，达到企业精确计量的要求。

5 结束语

本文介绍了以定量装车控制仪为核心的定量装车控制系统的设计原理和实现过程。上位机软件可采用通用的组态软件，便于系统的扩展与维护；同时，监控软件采用中文界面，使得工艺流程操作简单易学[10]。通过实际应用证明，定量装车控制系统操作安全快捷，定量装车控制精度高，很大程度上提高了沥青装车计量的精度和装车效率。本文提出的定量装车系统有待进一步的研究与实践，为其他沥青装车控制系统提供了一定的借鉴作用。

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