王剛，化曉娜

（濟(jì)南鮑德氣體有限公司，山東濟(jì)南 250101）

信息化建設(shè)

自動控制在低溫液體充裝系統(tǒng)中的應(yīng)用

王剛，化曉娜

（濟(jì)南鮑德氣體有限公司，山東濟(jì)南 250101）

針對目前低溫液體充裝作業(yè)存在的問題，采取改造管道，設(shè)計(jì)和增加自動控制系統(tǒng)、站控系統(tǒng)等措施對充裝管路進(jìn)行改造。實(shí)際運(yùn)行表明，有效降低對充裝管路的損壞，減少人為操作在充裝作業(yè)過程的影響，實(shí)現(xiàn)液體充裝作業(yè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、集約化、可視化。

低溫液體；充裝系統(tǒng)；自動控制；充液機(jī)

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，低溫液體在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，由于低溫液體具有易燃、易爆、易大量汽化、低溫灼傷等危險特點(diǎn)，在生產(chǎn)、使用過程中一旦發(fā)生事故，后果會相當(dāng)嚴(yán)重。然而，由于一些液體充裝企業(yè)對安全生產(chǎn)重視不夠，加上管理手段不完善、技術(shù)力量薄弱等多種原因，使得各類安全事故頻發(fā)，已經(jīng)引起相關(guān)政府部門的重視。為此，在低溫液體充裝系統(tǒng)中應(yīng)用自動控制系統(tǒng)。

2 存在問題

根據(jù)低溫液體充裝、運(yùn)輸和使用過程中出現(xiàn)的事故分析，目前充裝企業(yè)存在的安全隱患主要有：

1）超載。車輛超載是?；愤\(yùn)輸事故的重要原因。在液體充裝過程中，因?yàn)槌溲b點(diǎn)場地一般比較分散，很難保證每個充裝點(diǎn)安裝地磅，超載后卸載又存在污染儲罐和放空浪費(fèi)的問題，因此在充裝過程中對超載控制非常重要，但目前很難做到嚴(yán)格有效控制。

2）裝卸軟管拉斷。充車的低溫液體軟管沒有完全拆開時，司機(jī)啟動車輛，拉斷充裝管路，造成大量液體泄露的事故時有發(fā)生。

3）操作設(shè)備無聯(lián)鎖。因充裝管路壓力、液位控制不當(dāng)，造成的超壓、泄露、液體事故等事故經(jīng)常發(fā)生，因無設(shè)備連鎖控制保護(hù)，從而導(dǎo)致事故的擴(kuò)大、惡化。

4）人為操作失誤。充裝過程中操作閥門失誤、無人監(jiān)護(hù)造成大量液體外溢、液體泵預(yù)冷不徹底損傷設(shè)備、充裝軟管連接不牢固造成脫落等人為失誤操作是造成的安全事故發(fā)生的重要因素。

3 管道改造

以1#2萬m3液氮儲槽為例進(jìn)行管道改造。改造前，低溫液體儲槽有2個充裝出口，1個為自流口，儲槽內(nèi)液體通過壓差直接灌入槽車內(nèi)；1個出口，配置1臺液體泵，儲槽內(nèi)液體通過低溫液體泵加壓后灌入槽車，液體泵預(yù)冷液體通過回流管路返回儲槽頂部。其流程如圖1所示。

圖1 低溫液體充裝系統(tǒng)改造前流程

低溫液體充裝系統(tǒng)改造后流程見圖2，在充裝出口處增加流量計(jì)，用以計(jì)量充裝量；在充裝管路和回流管路均安裝電磁閥，用以控制液體泵的預(yù)冷與啟停；在充裝軟管接口處安裝放拉斷閥，設(shè)置易拉斷點(diǎn)，當(dāng)充裝管路受到外部應(yīng)力時，從拉斷點(diǎn)斷裂，將損失減小到最低。

圖2 低溫液體充裝系統(tǒng)改造后流程

4 應(yīng)用自動控制系統(tǒng)

4.1 構(gòu)架和模塊

自動控制系統(tǒng)構(gòu)架見圖3。

圖3 自動控制系統(tǒng)構(gòu)架

1）中心控制（業(yè)務(wù)）模塊。完成系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)，負(fù)責(zé)對各個模塊進(jìn)行全局調(diào)度與控制。2）GPIO模塊。控制DO口的輸出。3）閥門控制模塊。根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，調(diào)用GPIO模塊，控制閥門開關(guān)。4）AI模塊。負(fù)責(zé)讀取系統(tǒng)連接的模擬量信息，如溫度變送器，壓力變送器等。5）流量計(jì)模塊。通過Modbus協(xié)議，讀取系統(tǒng)連接的流量計(jì)信息，支持多種流量計(jì)型號。6）嵌入式數(shù)據(jù)庫模塊。提供嵌入式數(shù)據(jù)庫訪問的封裝。7）緩存模塊。負(fù)責(zé)緩存外設(shè)的值，供中心控制模塊調(diào)用。

4.2 充液機(jī)自動控制系統(tǒng)

采用微電腦技術(shù)，通過RS485接口，Modbus RTU協(xié)議通訊的ARM控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在低溫、低壓、密閉狀態(tài)運(yùn)行，主要功能有：

1）通過對工作模式的選擇，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)金額、預(yù)設(shè)容積和任意加液3種工作模式的選擇。

2）通過對加氣流程的選擇設(shè)定，能夠?qū)崿F(xiàn)自流模式和泵加液模式的自動切換。

3）通過對預(yù)冷參數(shù)的設(shè)定，利用預(yù)冷智能判斷，能夠?qū)崿F(xiàn)泵加液運(yùn)行狀態(tài)下，達(dá)到設(shè)定溫度下實(shí)現(xiàn)預(yù)冷與低溫泵運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)變，有效避免人為判斷或操作失誤對充裝系統(tǒng)帶來的損壞。

4）根據(jù)預(yù)設(shè)充裝量或金額，自動實(shí)現(xiàn)充裝系統(tǒng)的啟?？刂?，并完成充裝量的準(zhǔn)確計(jì)量、顯示、結(jié)算、打印等功能，有效控制超載等問題。

5）通過對壓力、流量、溫度等參數(shù)上下限的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)在充裝管路異常狀態(tài)下緊急切斷功能，有效避免事故的發(fā)生。

6）可以實(shí)現(xiàn)加液次數(shù)、加液量、加液金額的查詢和自動累計(jì)等功能。

通過自動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對低溫液體充裝的自動控制，克服因設(shè)備缺陷和人員操作失誤帶來的安全隱患，確保低溫液體充裝安全。

4.3 站控系統(tǒng)

站控系統(tǒng)對低溫泵、站內(nèi)工藝閥門及加液機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)加液等各種工藝過程的采集、控制、顯示、報警等監(jiān)控功能和參數(shù)查詢、歷史記錄查詢及報表打印等管理功能。同時對加液站的安全狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，采用二級監(jiān)測，通過報警器予報警并關(guān)閉緊急切斷閥。

4.3.1 控制功能

1）控制系統(tǒng)狀態(tài)模式的設(shè)計(jì)。加液的工藝分為加液、預(yù)冷和待機(jī)等運(yùn)行模式，控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動進(jìn)行切換和控制。

2）泵的運(yùn)行控制?？刂葡到y(tǒng)針對不同的工藝運(yùn)行模式，對低溫泵進(jìn)行啟停和調(diào)速控制，以保證各種運(yùn)行模式下所需的速度和壓力，保證在安全高效下運(yùn)行。

3）流程閥門的自動控制。控制系統(tǒng)針對不同的工藝運(yùn)行模式對各工藝閥門的開閉進(jìn)行自動控制。

4.3.2 數(shù)據(jù)采集顯示功能

控制盤上實(shí)時顯示的參數(shù)有：泵池溫度、泵的出口壓力、泵的轉(zhuǎn)速、泵的運(yùn)行時間、售氣機(jī)溫度、售氣流量累積等。

充液機(jī)自動控制系統(tǒng)和站控系統(tǒng)有各自不同的控制功能，相互獨(dú)立，但又緊密聯(lián)系。

5 結(jié)語

低溫液體充裝系統(tǒng)改造達(dá)到了充裝預(yù)期效果，有效避免了預(yù)冷不徹底對設(shè)備的損傷，杜絕槽車超載現(xiàn)象，有效降低對充裝管路的損壞，減少人為操作在充裝作業(yè)過程的影響，實(shí)現(xiàn)液體充裝作業(yè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、集約化、可視化。

Application of Automatic Control in Cryogenic Liquid Filling System

WANG Gang,HUA Xiaona
（Jinan Baode Gas Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

Aiming at the cryogenic liquid filling operation problems,the transformation pipeline,designing and adding automatic control system and station control system and other measures for the reconstruction of the filling pipeline were taken.Actual operation showed that to achieve the desired effect,effectively reduce the damage to the filling line,reduce influence of person operating in filling process,and realize the network,integration and visualization of the liquid filling operation system.

cryogenic liquid;filling system;automatic control;liquid filling machine

TP273；X937

B

1004-4620（2013）01-0057-02

2012-10-22

王剛，男，1972年生，1990年畢業(yè)于天津輕工業(yè)學(xué)院工業(yè)分析專業(yè)?，F(xiàn)為濟(jì)南鮑德氣體有限公司市場開發(fā)部部長，工程師，從事市場開發(fā)和?；饭芾砉ぷ鳌?/p>

信息園地