集储站罐车装载智能控制系统

朱世飞 黄显德 李志玉

(甘肃蓝科石化高新股份有限公司，兰州 730070)

20世纪70年代末，国外油库开始使用计算机进行发油作业[1]。早期的发油装置包括体积流量计、过滤器、气体分离器、阀门及油温检测等设备，根据管线油温、密度和发油体积，由计算机自动算出发油重量，并通过计算机控制阀门的开启与关闭，达到自由灌装的目的。

20世纪80年代以后，随着计算机在国内的普及，不少研究单位和厂家研发了自动发油系统，实现了集中控制的功能，受到小型油库和加油站的青睐。但由于受到国内生产工艺水平限制等原因，国产自动发油系统与国外先进水平相比还有一定差距。

笔者提出并设计了一种自动灌装控制系统，应用于炼油厂和化工厂油库，可满足各种罐车装载的自动化控制和管理需求。从开单、提货、装车到出库、核算、报表，每一个环节都有相应的软、硬件功能支持；系统出错自动报警，操作自动记录，既可有效防止事故发生，又能防止人为误操作，使操作和管理更加完善[2]。

1 罐车装载智能系统的组成与功能①

集储站罐车装载智能控制系统由3部分组成：上位机操作站管理系统、现场分散式装载控制系统和远程安全消防报警系统[3]。

上位机操作站管理系统。通过电脑处理日常事务，实现无纸办公和数据的实时存储；实现库区生产进销流程业务、财务与人事的管理，并可以按照规定生成数据和详细的财务报表；实现各类生产报表的实时和定时生成与数据网络共享。

现场分散式装载控制系统。实现现场控制系统的监测，显示储罐的液位和温度，高、低限报警，计算现存油品的体积、质量及剩余罐容等；实现自动关阀、停泵与自动化装车生产。

远程安全消防报警系统。现场分布式控制系统可实现对可燃气体浓度的检测、高/低限报警、信号上传(监控终端)、火灾监测、报警、记录、打印及消防水池液位自动控制等功能。出现险情时，可自动启动紧急停车系统，切断与险情部位相连接的油路和电路，停止一切相关的设施，对险区进行紧急自动隔离。

2 控制系统技术方案

罐车装载智能控制系统如图1所示，包括以控制室上位机操作站为集中管理的集中控制系统和以现场定量装车控制仪为分散独立控制单元的集散控制系统。集散控制系统包括若干个灌装台，每个灌装台上设有流量计算机/积算仪，并与集中控制系统信号连接。同时，灌装台上还设有若干个装载臂，每个装载臂上依次设有压力表、温度测量元件、流量计和流量数字控制阀，并与流量计算机/积算仪信号连接[4]。 该系统采用模块化结构，便于安装调试，选用工业控制可靠性极好的PLC控制电路和通用工业计算机，降低了维护水平，加强了系统抗干扰能力，起到提高系统可靠性的目的，同时网络化管理定位设计能够高速、准确地传输数据。集中式系统管理具备可视化、网络化和网络安全性(指定数据管理机分级加密，能准确获得数据[5])的特点。

图1 罐车装载智能控制系统

2.1 流量计算机/积算仪

集中控制系统与灌装台装载臂上的相关仪器为整体设计，并且作为一个单一的可自动、自主运作的模块运行，每个灌装台上的流量计算机/积算仪可实现管理、监控和报告至各自的控制室。

流量计算机/积算仪是用于密闭输送测量的电子设备，在使用电子微处理器的基础上，以同时处理的方式调节多个装载臂，连续的或按顺序的方式均可。其最终测量依赖于温度、压力和燃料密度修正的体积校正因数进行自动补偿。流量计算机/积算仪具有生成本地结算和支持远程控制单据印刷的能力，此外还具备处理多个智能输入的功能，如数字控制阀、流量变送器及温度等。流量计算机/积算仪还有两个数字通信端口，用于同时交换信息至两个不同的远程信息系统和监视、控制油罐车灌装过程。在RS-485标准和Modbus RTU协议下，通过执行领域的通信网络对油罐车进行监测和控制。这些渠道传递的信息将用于实时监测和记录上述操作。

流量计算机/积算仪带有本地印表机。当油罐车完成装载过程时，本地印表机生成一份实时印刷记录，在记录中有装载的产品类型和最终准确的交货量。通过RS-232标准的通信端口或高频模拟信号与流量计算机/积算仪互连。

2.2 流量计

流量计为涡轮型流量计，在测量室中具有逐步降低压力的机械装置以确保测量的高精度，使用可锁定定子的配件以提高其耐用性并改善动力平衡。为了确保流量计入口流体的流动模式达到最优的预期效果，并减小安装尺寸，系统使用了整流器装置。流量计精度为±0.25%。

2.3 流量数字控制阀

流量数字控制阀为球形阀，其特点是高效率、设计紧凑、机械结构简单和密封泄漏少[6]，该阀门的主要功能是可以让货车舱室的灌注依次完成，即若开始时的流量很低，就会使其逐渐跳转到一个最高峰值，之后又以同样的方式逐渐跳转到最低点。阀门具备通过自动操作进行调节和控制所需的所有设备和配件的功能，利用两个电磁阀进行控制，一个常开，一个常闭，分别位于进口处和出口处以交替使用。

2.4 温度、压力测量元件

温度元件是RTD，PT-100类型，三线型，精度为±0.1%℃。该元件的主要功能是补偿计算从装载臂到油罐车排出的瞬时流量。压力表的主要作用是允许液化石油气调度至货车的瞬时流量通过调度过程中实施的实际压力值得到补偿。

2.5 静电防溢开关监视器

流量计算机/积算仪与和罐车连接的溢出控制、接地控制监视器连接[7]。溢出控制和接地控制监视器作为一个保护系统，当检查出车辆已正确配备并有接地机制时，在油罐车可能出现燃料溢出之前保护油罐车。当设备检测出油罐车的某些内部油罐溢出界限时，将会自动停止灌装，而不会影响到其他储存设施的填充，同时立即通过Modbus RTU的标准通信通道RS-485或TCP/IP的标准以太网TCP/IP协议向集中控制系统报告此事件。

装载臂上设有两个手动紧急按钮，该手动紧急按钮通过集中控制系统的离散输出和集中控制系统连接，在灌装台出现任何异常事件的情况下，采取适当行动。

3 控制系统上位机数据库

集中控制系统设有监测、控制主服务器和与其相匹配的备用服务器[8]，显示用来调度特定产品的每一个灌装台的状态并实时显示分配流程中的分配量、所需量和所测得的瞬时流量。

数据采集处理功能：对装车现场的数据实时采集和处理；对下位机进行控制，并采集其数据，对数据进行实时处理和保存[9]。

画面显示功能：显示画面分数据显示画面、工艺流程图画面、设备状态显示画面、趋势曲线记录显示画面、报警信息汇总显示画面及其他辅助显示画面等。画面显示直观、色彩鲜明、操作简便，主要部分采用动态显示。

操作保护功能：为防止非授权人员操作系统，系统对误操作有报警提示，同时在进行重要的操作时均设有密码保护功能，以保证系统安全。

权限分配功能：系统设有权限设置，每位操作员只能在自己的权限范围内进行操作。

报表功能：根据客户要求制定各类报表格式和内容，报表输出分自动定时和人工随机两种打印输出方式。

网络通信功能：可与DCS系统、公司网络和Internet联网，实现资源共享，方便系统管理。

4 结束语

笔者提出了一种基于流量计算机/积算仪流量测量方法的集散式液化气与油料自动灌装系统设计方案。系统采用二级布网方式，以控制室操作站为集中管理控制单元，现场装车控制为分散独立控制单元的集散控制系统，实行整个系统监控管理集中、控制风险分散的方法，同时将可燃气体探测器、声光报警器及LED大屏幕显示等纳入装车管理系统，确保系统安全、可靠、高效地运行。该系统能够以远程自动化的形式从位于控制室的工作站到流量计算机/积算仪传输启动任何油罐车的装载程序获取所需要的信息，结构简单，模块化强，抗干扰能力强，提高了集储站灌装精度，并具有实时性好及可靠性高等特点。