燕 莎， 張 強

（1.西安理工大學 陜西 西安 710082；2.寶雞石油鋼管有限責任公司 陜西 寶雞 721008）

隨著國民經濟的發(fā)展，煉油裝置的生產能力不斷增加，瀝青產品的銷售業(yè)務逐年提高。為了減少工人勞動強度，減少環(huán)境污染，提高儲運管理作業(yè)的效率和石油化工企業(yè)的整體效益，以適應經濟發(fā)展的需求。石油化工企業(yè)迫切需求自動化程度高、安全可靠性好、便于操作維護的瀝青裝車自動化系統(tǒng)，借以實現(xiàn)生產及管理自動化、信息數(shù)據(jù)網絡化、控制程序化，并使計量達到商務交接標準[1-3]。

1 定量裝車系統(tǒng)概述

定量裝車系統(tǒng)由PC機、定量裝車控制儀、通訊模塊等組成，由一臺用于“集中管理”的PC機作為上位機，安裝在裝車棧橋現(xiàn)場的若干臺用于“分散控制”的定量裝車控制儀作為下位機。下位機與上位機之間通過RS485通訊網絡及相應的通訊協(xié)議來達到數(shù)據(jù)采集、裝車管理和流程控制的功能。一臺PC機能管理多臺定量裝車控制儀，PC機與局域網相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，如圖1所示。

在PC機上可以實現(xiàn)下位機與上位機之間通過RS485通訊網絡及相應的通訊協(xié)議來達到數(shù)據(jù)采集、裝車管理和流程控制的功能，如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)結構框圖Fig.1 System block diagram

圖2 裝車工藝流程及控制原理圖Fig.2 Loading process and control schematic diagram

圖2中，自動裝車控制系統(tǒng)的工藝流程包括數(shù)據(jù)采集設備、控制設備、安全保護設備等，分別介紹如下：

1）流量計：可采用體積流量計和質量流量計。體積流量計根據(jù)精度和介質又可選用渦輪、渦街或質量流量計。流量計的流量信號輸出一般為脈沖輸出。裝車控制儀采集其流量信號完成對已發(fā)油量的計量[4-6]。

2）電液閥或多段閥：為消除裝車過程中出現(xiàn)水擊現(xiàn)象，提高裝車的精度，裝車系統(tǒng)控制閥一般選擇可多段啟、停的電液閥和多段閥，閥門受裝車控制儀控制。

3）消氣過濾器：為一種安全保護設備，用于過濾液體中的一些雜質以免損壞流量計和閥門。一般有流量計廠家配套。

4）防溢開關：是一種防止發(fā)油過量而冒罐的安全保護裝置。

5）靜電接地夾：與大地連接，將槽車上的靜電倒入大地。當接地夾與槽車接觸不良時其觸點信號進入裝車控制儀，裝車控制儀將輸出控制信號自動停止裝車。

6）付油泵：是發(fā)油的動力裝置，其起、停受裝車控制儀控制。由于泵一般為強電供電，所以其起?？刂菩盘柋仨毾劝l(fā)到電氣開關柜，然后再由電氣開關控制輸出。

7）定量裝車控制儀：是實現(xiàn)定量自動裝車的核心設備。其主要功能是對發(fā)油過程進行程序控制和安全聯(lián)鎖。

2 下位機（定量裝車控制儀）硬件設計

裝車控制儀設計有通訊接口、計時并具備通訊協(xié)議。下位機由微機單元、顯示單元、鍵盤單元、接口單元和電源單元組成，現(xiàn)場配有流量計、溫度傳感器、電磁閥、聲音報警器、泵、防溢開關、靜電接地開關等組成一開環(huán)控制系統(tǒng)。下位機收到上位機通過通訊傳輸來的發(fā)油參數(shù)后，微機單元根據(jù)公式把實時信號處理結果及時向系統(tǒng)發(fā)出控制命令，使電磁閥、泵按照一定的時序完成過程控制任務。信號的采集是由現(xiàn)場的流量計變送器、溫度變送器把管線中的流量信號和溫度信號通過接口單元發(fā)大整形后送入到微機單元中進行電量處理以及模擬量到數(shù)字量的轉換，最后通過通訊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C進行處理[7-9]。下位機的硬件結構框圖，如圖3所示。

圖3 下位機硬件結構框圖Fig.3 Machine hardware block diagram

定量裝車控制儀均具有以下功能：

1）組態(tài)功能：即根據(jù)發(fā)油需要，可通過通訊程序或裝車儀面板對裝車儀進行組態(tài)，設定發(fā)油參數(shù)。這些參數(shù)包括：單位、流量系數(shù)、提前量、閥開關延遲時間、泵起停延遲時間、補償系數(shù)、配方方案以及通訊接口參數(shù)等。

2）實現(xiàn)定量自動發(fā)油：確定定量裝車儀的組態(tài)參數(shù)之后，定量裝車儀就會按照指定的程序完成自動發(fā)油過程。一般來講，自動發(fā)油的流程如下：接收上位機發(fā)來的發(fā)油數(shù)據(jù)，現(xiàn)場就位，按啟動按鈕開始裝車，裝車時按組態(tài)指定的時間順序依次打開小閥、泵、大閥，裝車到定量時再按照組態(tài)指定的順序和時間間隔依次關大閥、泵和小閥，完成自動裝車作業(yè)。

3）數(shù)據(jù)采集功能：定量裝車儀可采集流量計、熱電阻等模擬信號以及防溢、靜電接地夾等開關信號，并對這些信號進行計算、分析和處理。

4）溢油、靜電保護功能：當有溢油或靜電接地不好時，發(fā)油系統(tǒng)停止發(fā)油。

5）掉電保護功能：在發(fā)油過程中出現(xiàn)意外掉電時可保存發(fā)油參數(shù)，通電后可繼續(xù)發(fā)油。

6）現(xiàn)場顯示功能：裝車儀一般均配有數(shù)碼或液晶顯示儀，顯示發(fā)油進程和相關設備的狀態(tài)。

7）現(xiàn)場急停功能：若發(fā)油時現(xiàn)場發(fā)生緊急情況，操作員只需按操作面盤上的急停按鈕即可停止發(fā)油。

8）遠程/就地發(fā)油模式轉換功能：一般正常情況下均通過上位機遠程發(fā)油。但需要就地發(fā)油時也可在現(xiàn)場直接發(fā)油。本系統(tǒng)中每個發(fā)油鶴位就是一個完整的計量、控制和顯示單元，對上位機沒有依賴性。

9）給現(xiàn)場儀表供電功能：裝車儀還提供了電源輸出端子，為現(xiàn)場儀表如流量計、閥門提供24 VDC和220 VAC兩種類型的電源。

3 上位機軟件設計

軟件設計要求實現(xiàn)定量裝車流程，并生成各種發(fā)油報表，保存發(fā)油數(shù)據(jù)。其功能結構，如圖4所示。

圖4 上位機軟件功能框圖Fig.4 Functional block diagram of the host computer software

圖4是上位機軟件功能框圖，上位機程序使用Vasual Basic 6.0軟件平臺開發(fā)，上位機管理軟件主要有以下功能：

1）自動發(fā)油：將用戶所需的油品名稱、數(shù)量等參數(shù)傳至相應的下位機，利用下位機鍵盤鍵入相應的發(fā)票號后，按發(fā)油鍵即可發(fā)油。當發(fā)油量達到預定量后，自動關閉閥門和泵，本次發(fā)油結束。同時上位機記錄本次發(fā)油的相關數(shù)據(jù)，并打印發(fā)油票據(jù)。

2）下位機狀態(tài)瀏覽：按裝車臺位順序在上位機上顯示所有下位機的狀態(tài)，包括待機、脫機、正在發(fā)油3種狀態(tài)。其中，當下位機正在發(fā)油時，程序以動畫的形式動態(tài)直觀地顯示發(fā)油量和溫度的變化情況。

3）本地發(fā)油：利用下位機鍵盤直接鍵入客戶提油量及油品物性、儀表系數(shù)等脫離上位機獨立完成發(fā)油過程。

4）發(fā)油記錄查詢：查詢所有發(fā)油記錄，包括已發(fā)、待發(fā)、正在發(fā)油3種狀態(tài)的記錄，程序允許對待發(fā)的發(fā)油記錄進行檢測、換位、刪除。

5）報表統(tǒng)計：包括日報、月報、年報、時段報的統(tǒng)計和打印。

6）權限設置：為了便于管理采用管理者和操作者兩級權限設置。

7）油品物性參數(shù)設置：設置各種油品標準密度、物料參數(shù)和儀表系數(shù)。

8）數(shù)據(jù)通訊參數(shù)的設置：包括波特率、串行口、數(shù)據(jù)采集間隔和巡檢間隔等。

4 使用效果

該系統(tǒng)在火車瀝青裝車棧橋應用半年多來，與原有的傳統(tǒng)裝車方式相比具有以下優(yōu)點：

1）原有的傳統(tǒng)裝車方式裝車，鶴管高度人為確定，易發(fā)生超量或不足量的情況。裝車超量時，需要人工用桶提出多余瀝青，不僅污染環(huán)境而且容易燙傷員工，存在重大安全隱患；裝車不足量時，一年增加運輸成本十幾萬元，長久會造成巨大的經濟損失。使用定量裝車系統(tǒng)后，裝車時由電腦控制裝車量，裝車量準確無誤，當裝車液位高報時，聯(lián)鎖切斷裝車鶴管，不會造成超裝事故。

2)原有的傳統(tǒng)裝車方式裝車，裝車工1人在罐口觀察液位，1人切斷裝車閥門的方法裝車。一次開多個鶴管時，需要6名員工裝車。使用定量裝車系統(tǒng)后，只需2名員工即可實現(xiàn)多鶴管裝車，定量裝車系統(tǒng)可以有效減少裝車員工人數(shù)，降低員工勞動強度。

3）原有的傳統(tǒng)裝車方式用于瀝青貿易交接的方法是檢空尺計量和軌道衡計量兩種方法，瀝青裝車時和冷卻后的溫差很大，檢空尺計量受溫度影響誤差較大；軌道衡計量是用于鐵路方檢查裝車是否超重的設施，用于貿易交接計量誤差也很大，這兩種計量方法用戶接油后投訴情況較多。定量裝車系統(tǒng)采用的質量流量計用于瀝青貿易交接精度高、計量誤差較小，能夠準確的測量裝車重量，達到企業(yè)精確計量的要求。

5 結束語

本文介紹了以定量裝車控制儀為核心的定量裝車控制系統(tǒng)的設計原理和實現(xiàn)過程。上位機軟件可采用通用的組態(tài)軟件，便于系統(tǒng)的擴展與維護；同時，監(jiān)控軟件采用中文界面，使得工藝流程操作簡單易學[10]。通過實際應用證明，定量裝車控制系統(tǒng)操作安全快捷，定量裝車控制精度高，很大程度上提高了瀝青裝車計量的精度和裝車效率。本文提出的定量裝車系統(tǒng)有待進一步的研究與實踐，為其他瀝青裝車控制系統(tǒng)提供了一定的借鑒作用。

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