定量装车系统在油库自动化储运中的实现与应用

穆道彬(中海石油炼化有限责任公司，广东 惠州 516081)

1 概述

1.1 国内外研究现状与不足

国外油库自动化起步较早，数字化水平较高。尤其是美国、日本及欧洲国家，在收发作业、检测、计量和统计管理工作方面已完全实现了自动化，并利用网络实现了信息实时远程共享。大型油库的发油控制系统多数采用分布式(DCS)控制系统。油库自动化系统由中央控制室、罐区检测控制分控制室、油品输入输出管理分控制室组成，对油罐温度、液位测量、事故预报和油品输入输出进行统一控制管理。系统采用巡回检测方式，从而达到25毫秒检测一个油罐，3秒检测整个罐区，显著地提高了储运公司对市场的反应能力，同时提高了安全性和效率，降低了运营成本。

国外油库自动化系统也有不足：售价高，在国内的推广和应用有难度；系统维护成本高，技术服务不能及时高效[1]。

1.2 油库自动化系统要求实现的任务和功能

油库自动化控制管理系统分为油库库区自动化作业系统和安全防范监测系统两部分，简称为自控系统和安防系统，如表1所示。

表1 油库自动化系统构成图

1.2.2 安防系统

安防系统是防范油库区内和油库周围的安全隐患，不仅包括视频监控的可视危险的监测，还包括可燃气体、火源检测和火灾报警等的检测。

1.3 油库油料定量装车系统

定量装车控制系统由管理机、定量装车仪、流量计、多段式控制阔、静电接地装置、防溢流开关等构成。其中定量装车仪是以PLC为控制核心的智能防爆仪表。定量装车系统，以定量装车仪为核心，控制精密流量计和其他设备，对油品的装载进行多油品高精度混合定量的控制，保证油品高效公正地进行交易。操作室中的管理机与装车仪通过一定通讯方式，实现下位机与中央控制中心(上位机)的通讯，从而管理对装车系统的监控。

2 油库自动化分布式控制系统设计

1.2.1 自控系统

自控系统主要是对油库的作业进行智能控制和作业流程监管的部分。自控系统需要检测罐区油罐液位、油气回收情况、监控作业流程等的情况，并且也需要对油库油料的发油和卸油进行有效的控制和监管，定量装车控制系统的准确性、数据实时性、安全性等也是该系统的关键，我国油库也在逐步地采用DCS控制系统。

2.1 油库油料定量装车系统功能需求

2.1.1 控制功能

系统的控制站必须满足油库过程控制的功能要求和速度要求，并且需具备连续过程控制和顺序控制的功能。控制器应具备快速运算控制的能力，并且保证油库的发油数量准确，计量精度达到0.1%。油库油料发油系统设计为分布式系统，可完成联机、直控和脱机模式发油。系统应同时控制多个货位的发油控制，每一货位应可做到二配比的发油控制，在二配比发油时二路管道发油量均可调节且发油时间相当，发油支持质量和体积两种发油计量方法。

2.1.2 数据采集和存储功能

控制站应当满足全部变量的检测需要，包括油料实时发油流量数据、油品温度、泵和阀的开关状态，并且基本的安全状态参数，如接地状态判断和和溢油判断。系统应具有数据存储和管理功能,发油过程的各种信息，如发油的油品和油量、提油人的信息等需要存储的信息存到存储器，可进行任意指定期间数据的查询，并生成报表，所有数据也可进行存档、备份。

2.1.3 冗余功能

对控制站的硬件设备如：控制器、电源单元、通信单元等必须1∶1冗余配置。

2.1.4 人机界面交互要求

管理机界面必需干净整洁，功能明了，方便操作和管理人员的控制监管。

2.2 油库油料定量装车系统总体结构分析

油库油料定量装车系统设计由开票机、上位机(管理机)、下位机(装车仪)和现场控制器和仪表构成。一台管理机，可控制多台装车仪，即同时控制多辆车的装车作业互不干预。现场控制器可负责发油控制和监控功能，并且采集并记录流量温度等信息，按预设程序完成定量装车。现场包括流量计、油泵、电液阀、静电溢油检测报警和温度检测器。流量计检测流量，传送脉冲信号至装车仪控制器，装车仪根据流量信号控制电液阀的开度，从而完成开启时小流速，重装时大流量，关闭时小流量的安全过程，防止静电火花，减小冲击；装车仪实时检测接地溢油信号，当出现接地不良或溢油情况时，马上报警，中止发油；装车仪实时提取温度检测器温度信号，这不仅是发油量的体积和质量的转换必不可少的环节，而且监测温度保证安全生产。定量装车系统总体结构设计图如图2所示。

图2 定量装车系统总体结构设计图

3 装车仪控制系统研究

3.1 装车仪控制系统

定量装车系统装车仪是以PLC为控制核心的防爆设备。以装车仪为核心，辅以高精度流量计、温度计等辅助设备，检测温度、静电接地及溢油预警等参数，控制泵和电液阀的开闭，对于油品的装车过程进行高精度定量的控制，实现发油过程自动控制，确保油品装车安全合理的完成。装车仪上亦配置了显示器，精确显示发油过程中的发油量速率等参数，保证操作员在货位也能够进行实时监控作业。

3.2 装车仪表特性

(1)与阀门的连接：可同时与四个阀门连接，对它们进行程序控制。(2)流量计的选型：具有信号输出的体积或质量流量计。(3)静电接地装置的连接：可与各种常用的静电接地装置相连接。(4)液位开关的连接：可与各种电流型、电压型或无源液位开关连接。

3.3 装车仪控制原理

3.3.1 静电接地和液位报警信号采集

为了避免装车过程中静电积累过高引起火灾事故，要求槽车有良好的接地系统，装车仪启动后首先监测接地报警信号，若大于100 Ω，则发出接地报警铃声，拒绝执行装车，同时人机界面显示接地报警信息。

为了避免液位过高，装车溢出。当装车液位超过额定高度时，液位开关发出信号，装车仪关闭阀门，发出报警铃声，同时HMI显示液位报警信息。

3.3.2 阀门控制与回讯采集

四组阀门控制开关的延长时间，可根据HMI显示的信息由面板输入。当到达设定的时间装车仪自动打开阀门，当装车完毕，装车仪自动按延迟时间关闭阀门。阀门的开关状态可直接由HMI看出，同时采集阀门位置信息(回讯)。

3.3.3 流量检测

装车仪可根据用户的要求连接各种流量计：

(1)在油库自动化精度要求下，流量计一般采用脉冲体积流量计，可接收0～10 kHz的脉冲信号。根据系数计算当前秒流量，累计装车量；

(2)在对精度要求不高的情况下，流量计采用标准4～20 mA流量计，根据系数计算当前秒流量，累计装车量；

(3)对于具有流量、累计发油量功能的质量流量计，装车仪能够与这些智能设备连接，读取装车信息。

3.3.4 温度检测

对于部分对温度变化敏感的液态物料，一定条件下需进行温度补偿，所以装车仪必须能够实时采集温度，装车仪采集工业通用温度传感器信号，一般用PT100信号，12位A/D转换器完成温度测量。

3.3.5 精度校正

为了达到定量装车的目的，通过流量检测、小流量控制、时间性提前量控制、温度补偿控制等控制措施保证控制精确。

4 管理机控制系统研究

4.1 系统管理机设计

系统管理机本质是对所有信息数据的管理和操作。为保证信息数据安全性、正确性、实时性，系统以两大纽带来保证系统信息数据的有效互通，即开票机与管理机以数据为纽带和管理机与装车仪通讯协议及状态为纽带。开票机得到的数据录入数据库，管理机从数据库中读取数据并进行下一步的显示和监控。而管理机通过通讯协议对装车仪发出命令，让装车仪上传状态、实际提油数据、在直控模式下发出控制命令。

管理机作为管理中心，需要知道装车仪当前的状态，即是否在线、是否在发油、发油是否完成，并对其进行相应的命令和操作。所以管理机对装车仪要以通讯协议及状态为纽带显示登录界面，等待输入帐号密码屏蔽重要参数修改功能，进行管理控制。装车仪的状态设置为空闲、呼叫、联机密码、就绪、装车中和装车完毕六个状态[2]。

5 结语

油库分布式油料定量装车系统在实际应用中运行稳定性、准确性好，大大方便了油库的发油作业控制管理。随着国家工业化程度的加深，对能源的消耗加大，油库的作业量也在日益增加。为更好地应对国际国内的机遇与挑战，改进油库的装载管理系统，保证安全和提高运营效率，油库走向信息化、自动化、智能化、规范化已成为必然趋势。油库分布式油料定量装车系统在发油管理中做了很多工作，但在数据联网、安防系统方面还应进行进一步的研究和扩展改进。