（烏魯木齊石化公司煉油廠,烏魯木齊 830019）

煉油廠定量裝車遠(yuǎn)傳控制系統(tǒng)的應(yīng)用

張棟，姚磊，王毅

（烏魯木齊石化公司煉油廠,烏魯木齊 830019）

介紹了烏石化公司煉油廠油品拉運(yùn)定量裝車遠(yuǎn)傳控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，重點(diǎn)闡述了定量裝車遠(yuǎn)傳控制系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，比較其優(yōu)缺點(diǎn)，為今后煉廠油品定量裝車控制系統(tǒng)的選擇提供參考。

油品；定量裝車；批控儀；PLC；通訊

0 引言

烏石化公司煉油廠現(xiàn)有三套六道小鶴管火車裝車系統(tǒng)，裝車控制系統(tǒng)采用批控儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制定量裝車的方式，這種設(shè)計(jì)方案在國(guó)內(nèi)其他煉廠有很多成功經(jīng)驗(yàn)，但是在本廠的實(shí)際使用中，情況并不是特別理想，尤其在高溫和嚴(yán)寒情況下，設(shè)備故障率明顯增加，主要表現(xiàn)在面板按鍵失靈、批控儀死機(jī)、零點(diǎn)漂移、線路故障等影響裝車的問題。因此，在2013年新建的30個(gè)鶴位的汽車裝車系統(tǒng)本廠采用了PLC控制的定量裝車遠(yuǎn)傳控制系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的應(yīng)用大大降低了儀表故障率，提高了控制穩(wěn)定性。

1 設(shè)計(jì)思路

1.1裝車設(shè)施概況.

煉油廠成品油裝車設(shè)施共設(shè)有30個(gè)鶴位，油品包含汽油、柴油、液化氣、航煤、戊烷油、苯、溶劑油、石腦油、丙烷、拔頭油等?，F(xiàn)場(chǎng)介質(zhì)為易燃易爆，為滿足儲(chǔ)運(yùn)過程的操作要求，現(xiàn)場(chǎng)儀表全部選用安全可靠、性能穩(wěn)定的防爆設(shè)備，控制系統(tǒng)采用技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定的冗余PLC。

1.2裝車流程簡(jiǎn)介

司機(jī)將車開至裝車區(qū)停車場(chǎng)，驗(yàn)車完成后，司機(jī)在休息室取號(hào)排隊(duì)。根據(jù)電子排隊(duì)系統(tǒng)提示，到窗口將提貨單轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的IC卡。待室內(nèi)電子顯示屏上通知車輛到裝車區(qū)某個(gè)鶴位裝車時(shí)，司機(jī)開車至進(jìn)場(chǎng)入口，在門禁處刷卡進(jìn)裝車區(qū)地磅。司機(jī)下車后在地磅室刷IC卡，系統(tǒng)自動(dòng)讀取相關(guān)裝車信息，進(jìn)行空車過磅。過磅后到指定鶴位，接上鶴管、溢油開關(guān)、靜電接地夾等，具備裝車條件時(shí)，刷IC卡，裝車管理系統(tǒng)自動(dòng)核對(duì)IC卡數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)核對(duì)正確后裝車管理系統(tǒng)允許裝車指示燈亮，操作人員按下啟動(dòng)裝車按鈕實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝車。裝車完畢后，車輛到地磅室刷卡，刷卡后自動(dòng)出現(xiàn)車輛皮重信息，過重磅，打印過磅單。過完重磅后，將車開至停車場(chǎng)，司機(jī)到操作室交還IC卡，操作人員打印出庫(kù)單，司機(jī)憑結(jié)算票據(jù)出門。

2 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)包括：排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)、裝車管理系統(tǒng)（上位機(jī)）、裝車控制系統(tǒng)（PLC）、IC卡管理系統(tǒng)、門禁控制系統(tǒng)、地磅稱重管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及紅外防作弊系統(tǒng)、油氣回收裝置等，本文重點(diǎn)闡述定量裝車管理系統(tǒng)。如圖1所示。

2.1裝車控制系統(tǒng)（PLC）介紹

本廠裝車控制系統(tǒng)采用Rockwell Allen-Bradley(AB)的大型ControlLogix PLC，Controllogix系統(tǒng)是一種框架式控制系統(tǒng)，它將順序控制、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制和傳動(dòng)控制功能集成在一起，同時(shí)還提供通訊和I/O功能[1]。Controllogix控制器是由一個(gè)Logix CPU和一個(gè)背板CPU構(gòu)成，Logix CPU負(fù)責(zé)處理應(yīng)用程序代碼和信息報(bào)文，背板CPU負(fù)責(zé)與I/O通訊，以及從背板發(fā)送/接收數(shù)據(jù)。此套裝車控制系統(tǒng)采用的是冗余控制器結(jié)構(gòu)，這表明如果主控制器機(jī)架出現(xiàn)任何故障——主機(jī)架掉電、主機(jī)架上任一模塊出現(xiàn)硬件

或固件故障、主控制器的用戶程序出現(xiàn)主要故障、在主機(jī)架內(nèi)，斷開一個(gè)ControlNet分接頭、拔出主機(jī)架內(nèi)任一模塊、用戶指令引起切換等，控制權(quán)都會(huì)切換到從控制器機(jī)架，這種冗余功能為系統(tǒng)提供了更高的可靠性[2]，如圖2所示。Controllogix控制器支持EtherNet/IP、ControlNet、DeviceNet、通用遠(yuǎn)程I/O、現(xiàn)場(chǎng)總線、HART等多種通訊網(wǎng)絡(luò)，本廠這套系統(tǒng)采用的是ControlNet連接，ControlNet通訊模塊支持信息報(bào)文，以及分布式I/O；與DeviceNet和EtherNet/IP采用相同的應(yīng)用層協(xié)議；支持同軸和光纖中繼器，從而實(shí)現(xiàn)隔離，增加傳輸距離等特點(diǎn)。在ControlNet網(wǎng)絡(luò)上，1756-CNB可以支持最多64個(gè)CIP連接[3]。各個(gè)子站通過冗余ControlNet網(wǎng)絡(luò)和CPU進(jìn)行連接，負(fù)責(zé)30個(gè)鶴位定量裝車邏輯的實(shí)現(xiàn)及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、處理等。

圖1 定量裝車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Quantitative loading system structure

圖2 ControlLogix冗余系統(tǒng)Fig.2 ControlLogix redundant systems

現(xiàn)場(chǎng)裝車部分包括流量計(jì)、單控氣動(dòng)閥、靜電接地和溢油報(bào)警器（上下裝）、IC卡讀卡器、按鈕、指示燈。流量計(jì)使用分體式安裝，24V供電，脈沖信號(hào)直接連接到PLC。單控氣動(dòng)閥由PLC控制，PLC和單控氣動(dòng)閥之間加裝按鈕，可緊急關(guān)閉閥門。

2.2發(fā)車的批量控制說明

PLC系統(tǒng)接收到每個(gè)鶴位IC卡數(shù)據(jù)后裝車啟動(dòng)，PLC打開切斷閥，在裝車過程中，PLC實(shí)時(shí)采集流量計(jì)的計(jì)量值，當(dāng)計(jì)量值大于“設(shè)定量-提前關(guān)閥量”時(shí)，關(guān)閉閥門。在裝車過程中，如果出現(xiàn)靜電接地?cái)嚅_或者溢油報(bào)警，自動(dòng)關(guān)閉閥門，進(jìn)入暫停狀態(tài)。故障解除后，可以繼續(xù)啟動(dòng)裝車直到裝車完成。在控制室操作人員可在操作站對(duì)裝車過程進(jìn)行全程監(jiān)控，操作站可以顯示鶴位的實(shí)時(shí)狀態(tài)、裝車瞬時(shí)流量、累積流量、閥門狀態(tài)、可燃?xì)鉂舛?、壓力等信?hào)，可以隨時(shí)控制裝車的啟動(dòng)、暫停、結(jié)束等操作。

2.3系統(tǒng)功能

控制室內(nèi)設(shè)置3套操作站（1臺(tái)操作站用于結(jié)算管理和提貨管理、1臺(tái)用于發(fā)油監(jiān)控、一臺(tái)用于調(diào)度系統(tǒng)，操作站互為冗余配置，當(dāng)一臺(tái)操作站出現(xiàn)故障時(shí)其它操作站可以實(shí)現(xiàn)故障操作證的功能，不影響裝車的正常運(yùn)行）及裝車管理軟件，2臺(tái)打印機(jī)（1臺(tái)用于裝車管理過程報(bào)表打印、1臺(tái)用于提貨結(jié)算票據(jù)打?。?，1個(gè)IC卡讀卡器。機(jī)柜間設(shè)置有PLC系統(tǒng)控制站，包括系統(tǒng)柜、安全柵柜、端子柜共5面，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和控制儀表信號(hào)直接送至PLC控制站，PLC控制站同時(shí)與油氣回收裝置的PLC、現(xiàn)場(chǎng)IC卡、溢油及靜電接地報(bào)警儀、地磅裝車管理系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)通訊。裝車管理系統(tǒng)具有以下功能特點(diǎn)：

1）掉電保護(hù)功能

裝車系統(tǒng)采用220VAC 10KVAUPS電源，發(fā)油過程中出現(xiàn)掉電時(shí)可保存發(fā)油參數(shù)，通電后繼續(xù)發(fā)油。

2）閥門和泵的順序控制功能

在裝車開始時(shí)按預(yù)定時(shí)間順序依次打開閥（泵），裝車到設(shè)定量時(shí)再按照預(yù)定的時(shí)間和順序依次關(guān)閥（泵），完成自動(dòng)裝車作業(yè)。

3）IC卡發(fā)油功能

每個(gè)鶴位旁設(shè)置1面的立柜（1750×800×350）,立柜內(nèi)設(shè)置有三個(gè)按鈕：?jiǎn)?dòng)按鈕、急停按鈕、結(jié)束按鈕，3個(gè)指示燈：允許啟動(dòng)指示燈、運(yùn)行指示燈、故障指示燈，一臺(tái)IC卡讀卡器。為便于操作人員現(xiàn)場(chǎng)查看裝車過程，將質(zhì)量流量計(jì)變送器表頭也安裝在立柜內(nèi)。

現(xiàn)場(chǎng)操作人員在IC卡讀卡器刷卡后，控制室IC卡管理系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)IC卡內(nèi)所有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)，數(shù)據(jù)核實(shí)無誤后，下發(fā)裝車數(shù)據(jù)到PLC，PLC輸出允許裝車信號(hào),現(xiàn)場(chǎng)的允許裝車指示燈亮?xí)r，現(xiàn)場(chǎng)裝車操作人員確認(rèn)一切設(shè)備就緒后，按下啟動(dòng)按鈕,由PLC控制裝車過程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定量裝車。

4）權(quán)限管理功能

裝車管理系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置和發(fā)油管理設(shè)有密碼保護(hù)，只有具有該權(quán)限的操作人員才可以進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置，從而加強(qiáng)安全管理，防止作弊。

5）安全保護(hù)功能

當(dāng)裝車的液位超限時(shí)，裝于鶴管上部的液位開關(guān)動(dòng)作，輸出信號(hào)至現(xiàn)場(chǎng)溢油靜電接地報(bào)警儀及PLC，以實(shí)現(xiàn)暫停裝車并發(fā)出聲光報(bào)警，防止液體溢出。

在裝車過程中，要求槽車良好接地，以防靜電過高，當(dāng)靜電檢測(cè)儀檢測(cè)到槽車接地電阻大于100Ω時(shí)，立即發(fā)出

信號(hào)關(guān)閉閥門暫停裝車，并發(fā)出聲光報(bào)警，故障排除后可繼續(xù)裝車。

現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w檢測(cè)器信號(hào)直接引入PLC系統(tǒng)專用獨(dú)立卡件，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)某區(qū)域中燃?xì)庑孤r(shí)，發(fā)出信號(hào)暫停該區(qū)域內(nèi)裝車（直至現(xiàn)場(chǎng)操作人員確認(rèn)排除一切故障后，方可手動(dòng)復(fù)位該區(qū)域鶴位裝車），操作站及現(xiàn)場(chǎng)探頭均發(fā)出聲光報(bào)警。

6）急停功能

裝車管理系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面上或現(xiàn)場(chǎng)立柜內(nèi)均設(shè)有急停按鈕，若發(fā)油過程中現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生緊急情況，操作員只需按下暫停按鈕即可暫停發(fā)油，在故障排除后，可繼續(xù)裝車。

3 系統(tǒng)之間的通訊

現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)以4～20mA、脈沖信號(hào)、Pt100、開關(guān)量等方式，將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)送至裝車系統(tǒng)PLC控制站， PLC與油氣回收裝置PLC控制站、地磅稱重管理系統(tǒng)、紅外對(duì)射系統(tǒng)、門禁管理系統(tǒng)、排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)以及IC卡系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務(wù)器等通過交換機(jī)和指定的通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)通訊，各系統(tǒng)之間構(gòu)成一個(gè)局域網(wǎng)[4]，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，同時(shí)通過服務(wù)器OPC[5]協(xié)議將數(shù)據(jù)通訊至建南罐區(qū)中心控制室內(nèi)現(xiàn)有DCS，再通過MES系統(tǒng)將數(shù)據(jù)發(fā)送至辦公樓內(nèi)ERP系統(tǒng)，為全廠計(jì)算機(jī)管理和生產(chǎn)調(diào)度提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管控一體化的自動(dòng)化水平。

4 遠(yuǎn)傳PLC裝車系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)批控儀裝車系統(tǒng)對(duì)比

本系統(tǒng)采用設(shè)置于機(jī)柜間內(nèi)PLC系統(tǒng)替換設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的裝車控制器的設(shè)計(jì)方案，這種設(shè)計(jì)方案與常規(guī)批控儀裝車方案比較有如下特點(diǎn)：

1）采用PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)之間的通訊連接更為靈活快捷，為管控一體化的自動(dòng)化水平提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2）遠(yuǎn)傳控制系統(tǒng)設(shè)置于室內(nèi)，比較容易控制室內(nèi)的環(huán)境溫度和濕度，克服了現(xiàn)場(chǎng)批控儀在低溫環(huán)境下工作故障頻次高，巡檢維護(hù)工作量大，檢修困難等問題。

3）現(xiàn)場(chǎng)儀表出現(xiàn)故障可利用PLC診斷軟件迅速查找到故障點(diǎn)，縮短處理故障的時(shí)間。

4）定量裝車遠(yuǎn)傳控制系統(tǒng)較現(xiàn)場(chǎng)批控儀裝車系統(tǒng)性價(jià)比高。

5）定量裝車遠(yuǎn)傳控制系統(tǒng)采用冗余的PLC系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過系統(tǒng)運(yùn)行近一年的情況看來，本廠定量裝車系統(tǒng)采用PLC控制能夠適應(yīng)新疆夏季高溫及冬季低溫環(huán)境下的運(yùn)行工況，克服了現(xiàn)場(chǎng)批控儀對(duì)環(huán)境要求的限制及故障率高的情況。通過PLC系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)30個(gè)鶴位裝車的集中控制，每個(gè)鶴位都可以獨(dú)立進(jìn)行操作，互不影響。并且PLC控制系統(tǒng)在使用過程中能夠與排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、地磅計(jì)量系統(tǒng)、IC卡管理等系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起，組成了本廠油品定量裝車管理系統(tǒng)。系統(tǒng)在使用過程中運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，并且故障率大幅度降低，可以滿足烏石化煉油廠的裝車需求，為油品計(jì)量準(zhǔn)確、安全出廠打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但在使用過程中也發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量流量計(jì)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)[6]由于傳輸距離較遠(yuǎn)（500m左右），出現(xiàn)信號(hào)衰減及脈沖丟失的問題，從而造成質(zhì)量流量計(jì)累計(jì)量指示與現(xiàn)場(chǎng)汽車軌道衡累計(jì)量[7]指示存在微小偏差，因此本廠下期工作重點(diǎn)是提高系統(tǒng)裝車精度。計(jì)劃對(duì)信號(hào)電纜屏蔽層、接地及強(qiáng)電干擾源進(jìn)行檢查確認(rèn)，來降低脈沖信號(hào)衰減及脈沖丟失現(xiàn)象，減小與軌道衡計(jì)量偏差，確保裝車計(jì)量準(zhǔn)確無誤。

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Application of Ration Loading Remote Control System in Refinery

Zhang Dong,Yao Lei,Wang Yi
（refinery of Urumqi petrochemical company Urumqi East Mi 830019,China）

Introduced how to realize ration loading remote control system and application of ration loading remote control system in urumqi petrified refinery,The summary of advantages and disadv antages,Provide a reference for future refinery oil ration loading control system selection.

oile ration loading Batch control instrument PLC communication

TH814

B

Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.018

2014-03-21

張棟，男，儀表主任，從事煉化儀表專業(yè)。