張羽（神華物資貿(mào)易有限責(zé)任公司，北京　100011）

自動付油系統(tǒng)中關(guān)鍵問題的解決

張羽（神華物資貿(mào)易有限責(zé)任公司，北京100011）

伴隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國的石油行業(yè)也贏來了大好的發(fā)展契機。與此同時，人們生活水平的提升，私家車輛的迅速增長，也為成品油庫的大量建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)，但同時也對成品油庫的管理工作提出了相對更高的要求。在成品油庫管理工作中，自動付油控制系統(tǒng)是其中十分重要的一項系統(tǒng)，其是實現(xiàn)油庫裝車以及管理自動化的技術(shù)保障。因此文章重點針對自動付油系統(tǒng)中的安全性、精度和可靠性等方面的關(guān)鍵問題予以詳細描述。

自動付油系統(tǒng)；油庫；關(guān)鍵問題；解決

石油公司承擔(dān)著原油的開采、加工以及銷售等多個環(huán)節(jié)的工作，其中自動付油系統(tǒng)則是專為油庫的銷售環(huán)節(jié)而建設(shè)的。具體來說，原油通常在經(jīng)過加工之后就被制成不同標(biāo)號的煤油、汽油和柴油等成品油。成品油用戶通常多為大批量購油單位，其一般選擇容量為十至五十噸左右的油槽車來負責(zé)成品油的運輸。自動付油系統(tǒng)的目的就在于安全、準(zhǔn)確的付油給用戶，也就是實現(xiàn)油槽車的安全、精準(zhǔn)裝車。在此過程中，一方面要確保不發(fā)生溢油現(xiàn)象而導(dǎo)致浪費現(xiàn)象，另一方面還應(yīng)該確保能夠最大限度的裝滿油槽車，并且能夠有效規(guī)避諸如火災(zāi)等安全事故的發(fā)生。在自動付油系統(tǒng)中，PLC作為控制核心，主要功能在于進行邏輯運算、聯(lián)鎖信號的采集、執(zhí)行機構(gòu)和泵等的控制等，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)工控機的通信。工控機的主要作用在于提供付油過程的監(jiān)控界面，并且實現(xiàn)和PLC、管理PC機、數(shù)顯屏等實現(xiàn)通信，同時有效采集現(xiàn)場的一些模擬量信號。管理PC機的作用在于實現(xiàn)對成品油的進、銷、存管理，同時針對IC卡用戶或者是現(xiàn)金用戶，分別支持IC卡支付和開票兩種付油方式。

1　自動付油系統(tǒng)功能和實現(xiàn)方法研究

1.1現(xiàn)有付油系統(tǒng)概述

哈爾烏素油庫改造前沒有自動付油系統(tǒng)，整個發(fā)油過程純粹人工手工干預(yù)。自動化水平低，同時人工成本高，工作效率低下，更重要的是人工手工發(fā)油精度差，整個發(fā)貨過程具有極大的操作風(fēng)險和管理漏洞。

1.2現(xiàn)有付油系統(tǒng)存在問題

（1）系統(tǒng)計量精度不高

發(fā)油系統(tǒng)的計量精度是十分重要的指標(biāo)之一。目前，大部分油庫普遍存在著發(fā)油過誤差現(xiàn)象，雖然一次小小的發(fā)油誤差并不會對一個幾千噸存儲量的油庫產(chǎn)生影響，然而隨著裝車量的不斷增加，發(fā)油過誤差也會導(dǎo)致油品出廠損失逐漸攀升，從而直接影響到油庫的經(jīng)濟效益。此外對于欠誤差來說，其一客戶不會同意，其二也無法通過國家計量單位的檢測。

（2）人工操作不規(guī)范問題

油庫是否安全離不開規(guī)范的操作。然而實際情況是，部分工作人員粗心大意，完全按照個人經(jīng)驗操作，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生。例如在發(fā)油操作前，沒有做好靜電接地。在發(fā)油結(jié)束的時候，沒有及時摘除靜電接地夾。一次小的疏忽可能導(dǎo)致設(shè)備儀表出現(xiàn)損壞，而若大的疏忽則可能引發(fā)難以預(yù)估的危險和損失。

（3）系統(tǒng)的自適應(yīng)能力不強

發(fā)油系統(tǒng)中包含了很多控制系統(tǒng)，然而在設(shè)計這些控制系統(tǒng)的時候，未能考慮到現(xiàn)場環(huán)境因素，導(dǎo)致系統(tǒng)在正常環(huán)境中可穩(wěn)定安全運行，但是一旦外界環(huán)境出現(xiàn)變化，例如某個元件、儀表出現(xiàn)更換，設(shè)備維修等，都會導(dǎo)致系統(tǒng)難以正常發(fā)揮作用，嚴(yán)重情況下，還可能出現(xiàn)系統(tǒng)無法運行的現(xiàn)象?？刂葡到y(tǒng)缺乏自適應(yīng)的功能，使得系統(tǒng)的應(yīng)用范圍大打折扣，同時也增加了系統(tǒng)維護的工作量。

（4）保護措施欠健全

對于發(fā)油系統(tǒng)來說，在建設(shè)以及使用的過程中，需要做好自動化設(shè)備內(nèi)外部雙重的防護。內(nèi)部防護主要指的是在設(shè)計時，考慮到的保護性能，諸如出現(xiàn)異常斷電、報警等。而外部防護則主要指的是防雨、防塵和防撞擊等措施。但是現(xiàn)實中，有些系統(tǒng)在保護方面缺乏對于異常情況的緩解和解救措施，系統(tǒng)的快速恢復(fù)能力較弱，不利于系統(tǒng)可靠性的發(fā)揮。

（5）信息化網(wǎng)絡(luò)安全性不高

網(wǎng)絡(luò)硬件的管理以及運行環(huán)境，使用人員的安全意識，軟件和數(shù)據(jù)管理等方面均可能產(chǎn)生安全漏洞，輕微情況下可能導(dǎo)致信息系統(tǒng)癱瘓，嚴(yán)重情況下可能會導(dǎo)致失竊、失盜事件，進而導(dǎo)致經(jīng)濟犯罪。

1.3自動付油系統(tǒng)需求概述

為了從根本上解決人工手動發(fā)貨效率低、操作過程風(fēng)險高、業(yè)務(wù)管理漏洞大的油庫實際發(fā)貨既有問題，本項目研究用自動付油系統(tǒng)來完善整個發(fā)貨的操作流程、發(fā)貨精度以及安全運行的聯(lián)鎖機制。

通過設(shè)計規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化操作流程，基于IC卡身份識別規(guī)范流程操作，同時借助穩(wěn)定可靠的自動化儀表技術(shù)和過程管理軟件實現(xiàn)發(fā)油自動化操作，基于數(shù)據(jù)流推動業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)，杜絕管理漏洞，并可根據(jù)安全聯(lián)鎖報警系統(tǒng)實現(xiàn)緊急停止作業(yè)，確保油庫作業(yè)安全。

1.4自動付油系統(tǒng)設(shè)計思路

為保證發(fā)油系統(tǒng)的精度、質(zhì)量、現(xiàn)場使用、維護和維修，本次自動付油系統(tǒng)設(shè)備選擇精確度高、維護量少、硬件具有當(dāng)今國內(nèi)先進水平，且經(jīng)過實踐論證是完善的產(chǎn)品，其它配套的設(shè)備合理、可靠，整套裝置能滿足所處區(qū)域的壓力、溫度、防爆等級及環(huán)境要求。

自動付油系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)形成了一套相對穩(wěn)定的實施模式，一般由現(xiàn)場儀表、發(fā)油控制器、上位管理系統(tǒng)軟件及通訊部分組成。本次自動付油系統(tǒng)的研究實施在原有系統(tǒng)產(chǎn)品架構(gòu)的基礎(chǔ)上，基于哈爾烏素油庫現(xiàn)場實際，從發(fā)油流程設(shè)計、發(fā)油管理精確控制、發(fā)油業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理等角度設(shè)計了規(guī)范化流程，并且重點結(jié)合儀表的實際性能參數(shù)，優(yōu)化電液閥、優(yōu)化控制邏輯算法、優(yōu)化發(fā)油管理軟件功能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行且符合油庫管理要求。

1.5自動付油子系統(tǒng)架構(gòu)研究

本次哈爾烏素油庫自動付油系統(tǒng)采用集散式控制模式，現(xiàn)場共設(shè)有2個鶴位，系統(tǒng)由上位機（發(fā)貨前置機、開票客戶端）、下位機（智能操作編碼器、智能批量控制器）、現(xiàn)場儀表（數(shù)控電液閥、雙轉(zhuǎn)子流量計、溫度變送器、靜電溢油保護器、管道泵）等組成。

圖1　哈爾烏素油庫自動付油系統(tǒng)

現(xiàn)場儀表主要實現(xiàn)現(xiàn)場工藝參數(shù)的檢測并將數(shù)據(jù)信息傳送到發(fā)油控制器，同時執(zhí)行發(fā)油控制器下達的相關(guān)指令。

下位機（智能操作編碼器、智能批量控制器）：操作編碼器作為現(xiàn)場輸入和顯示單元，可以讀取IC卡信息，同時也可以通過密碼進行身份驗證提油，在授權(quán)許可的情況下，同時通過操作編碼器可以實現(xiàn)現(xiàn)場參數(shù)的設(shè)置和查看，在授權(quán)許可的情況下將參數(shù)下載至控制器；批量控制器作為整個系統(tǒng)的核心組成部分，主要用于接收上位管理系統(tǒng)及現(xiàn)場儀表反饋的信息，并根據(jù)控制算法執(zhí)行泵閥控制，確保業(yè)務(wù)正常執(zhí)行與安全操作。

上位機（發(fā)貨前置機、開票客戶端）：主要安裝發(fā)油管理軟件實現(xiàn)人機界面交互和系統(tǒng)運行記錄和管理。

防溢油靜電接地系統(tǒng)主要應(yīng)用于油品及液態(tài)化工品的裝車過程中，以便于對液位的高度進行監(jiān)測。若液位高度上升到危險高度的時候，聲光報警則會提示，并輸出相應(yīng)的信號，并自動斷開裝車系統(tǒng)的溢油靜電保護其，避免溢流事故的發(fā)生。與此同時，還需要對靜電接地情況進行持續(xù)的檢測。若接地回路不良或者出現(xiàn)斷開時，聲光報警也會提示同時輸出信號，自動停止裝車，以保障生產(chǎn)作業(yè)能夠安全運行。

在定量裝車系統(tǒng)中，溢油靜電接地保護器已經(jīng)成為了必不可少的設(shè)備之一。

2　自動付油系統(tǒng)的特殊性

油庫的付油系統(tǒng)雖然簡單，然其也有著一定的特殊性。首先，成品油非普通商品，其具備著易燃和易爆的特性，付油過程中任意一個微小的火花放電，都可能導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生。若不能及時采取可靠的安全保護措施，則后果難以設(shè)想。因此在設(shè)計自動付油系統(tǒng)時首要考慮的問題是安全問題。其次，該自動付油系統(tǒng)利用計算機實現(xiàn)了全自動化付油，不僅能夠有效降低工人的勞動強度，提升工作效率，還能夠充分體現(xiàn)精度方面的優(yōu)勢。由于影響付油系統(tǒng)精度的因素較多，一般的軟件算法難以有效解決該問題。因此需要選擇特殊的辦法予以解決。最后，自動付油系統(tǒng)在運行過程中，還應(yīng)該考慮到可靠性的問題，只有確保了可靠性，才能夠真正實現(xiàn)經(jīng)濟效益。

3　自動付油系統(tǒng)關(guān)鍵問題的解決

3.1安全性保證

針對油庫這種易燃易爆的場所，首要任務(wù)是確保其安全。通常而言，可以選取隔爆型產(chǎn)品或者本質(zhì)安全型產(chǎn)品。該自動化付油系統(tǒng)的主要設(shè)備包括：流量計、數(shù)顯屏、電液閥和操作按鈕等，全部都選用了隔爆產(chǎn)品。而可燃氣體報警器、液位計、溢油靜電控制其、IC卡控制器則全部選用的是本安型產(chǎn)品。隔爆型產(chǎn)品是外殼經(jīng)過特殊設(shè)計的產(chǎn)品，將其用在危險場所，能夠有效阻止殼內(nèi)的危險能力到達殼外。本安信號主要指的是信號自身是安全的，即便其位于危險場所中也不會出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象。本安型產(chǎn)品和計算機連接的時候，需要借助安全柵，并將安全柵安裝在控制室中，借助其促使本安信號能夠進入到危險場所中，并能夠有效阻止危險火花進入到易燃易爆場所中來。

以下以可燃氣氣體報警控制回路和溢油靜電檢測控制回路為例，著重就該系統(tǒng)的安全性進行描述。第一，在油罐區(qū)以及鶴位上安全可燃氣體變送器一次儀表，其主要輸出模擬量信號，且這種信號主要是利用安全柵傳輸給工控機，也就是PLC系統(tǒng)。一旦可燃氣體的濃度超過了PLC規(guī)定設(shè)置的值時，系統(tǒng)便會主動報警，同時PLC則會響應(yīng)，實現(xiàn)控制停泵和關(guān)閥等操作。第二，溢油靜電系統(tǒng)控制主要有兩個方面。其一為防靜電溢油控制。其二為防槽車溢油控制。該系統(tǒng)設(shè)置靜電接地夾在鶴位處，其材質(zhì)主要為鐵質(zhì)，并直接和PLC開關(guān)量輸入模塊相互連接。同時夾的兩端短路和開路直接對應(yīng)著輸入PLC的開關(guān)量信號的通斷，若該開關(guān)信號斷開的時候，在表示系統(tǒng)存有故障。

不付油的時候，其夾在導(dǎo)電的工作狀態(tài)板上，而付油的時候則是夾在槽車的導(dǎo)電部位。與此同時，夾本身和大地相通，夾在槽車上的時候，則會形成槽車外殼對地的通路，進而促使靜電火花能夠更好的對外放電。

實際付油的時候，如果接地夾出現(xiàn)脫落或者接觸不良的時候，則輸入給PLC的信號會自動斷開，PLC一旦掃描到該狀態(tài)，則會立即控制停泵和關(guān)閥，防止付油系統(tǒng)在接地不良的狀況下繼續(xù)工作。此外，還安裝一個液位開關(guān)在鶴管位置的上部。在正常付油的時候，確保油品液面不會上升到開關(guān)位置。如果液位達到了開關(guān)的位置，則開關(guān)將會自動閉合，并可能出現(xiàn)溢油現(xiàn)象，PLC掃描到該信息后，立即控制停泵和關(guān)閥，促使付油過程立即結(jié)束。

3.2付油精度的保證

自動付油系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢之一就是精度。付油過程實質(zhì)上是將油庫儲油罐中的油品利用付油管線輸送到裝車鶴位，然后在注入到油槽車中。通常而言，會設(shè)置調(diào)節(jié)閥在輸油管線上，或者利用變頻器調(diào)節(jié)輸油泵的轉(zhuǎn)速來對輸油量進行有效調(diào)節(jié)。因此，確保自動付油系統(tǒng)的精度，可以從調(diào)節(jié)閥和變頻器兩個角度入手。調(diào)節(jié)閥和變頻器屬于兩個獨立的方案，實際中需要綜合經(jīng)濟性、安全性等多種因素來合理選擇。

第一，調(diào)節(jié)閥。在該系統(tǒng)中，安裝調(diào)節(jié)閥在每一個付油鶴位關(guān)系上。常規(guī)的做法在于選用防爆調(diào)節(jié)閥，但是成本過高。因此可選擇能夠確保精度的相應(yīng)替代產(chǎn)品，在該系統(tǒng)中，最終確定選用性價比合理的數(shù)控閥，亦可以稱之為電液閥，其主要利用數(shù)字量控制，并分多段開關(guān)，類似于調(diào)節(jié)閥，確保能夠?qū)崿F(xiàn)精度目標(biāo)。運用數(shù)控閥時，具體付油流程如下：開始付油，首先啟動付油泵，為防止水擊問題，確保先小后大的控制數(shù)控閥的開度。實際付油過程中，工控機需要對流量計的實際數(shù)值進行實時檢測。付油結(jié)束后，工控機——PLC系統(tǒng)需要控制閥門，并分多段開關(guān)，直到完成付油過程。由于閥門的個體差異較大，且閥門在開關(guān)時存有一定的時延，加之使用環(huán)境對于閥門等的影響，軟件上的一般算法難以解決實際問題。因此通?？梢圆捎米赃m應(yīng)的方式來予以解決：預(yù)存流量所對應(yīng)的關(guān)閥提前量數(shù)據(jù)庫在工控機中，然后將實際檢測的流量和流量預(yù)存量進行對比，一旦累計流量達到了數(shù)據(jù)庫設(shè)置的值的時候，輸出閥門關(guān)斷信號，同時始終對比流量值和數(shù)據(jù)庫中的預(yù)設(shè)值，如果相等則輸出一次關(guān)段信號，直到閥門完全關(guān)閉，從而實現(xiàn)精確付油。同時，完成每次付油后，還應(yīng)該對付油誤差進行計算，一旦超出規(guī)定范圍就應(yīng)該將數(shù)據(jù)庫中的參考值進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確保系統(tǒng)的精度能夠滿足需求。

第二，變頻器。其主要應(yīng)用流程為：工控機——PLC系統(tǒng)輸出4～20mA的連續(xù)模擬量信號給變頻器，確保泵電機的轉(zhuǎn)速能夠在工頻和靜止間保持連續(xù)的變化，進而實現(xiàn)精準(zhǔn)付油。通常需要將變頻器安裝在室內(nèi)，需要遠離易燃易爆場所，無需考慮防爆問題。不過變頻器投資成本較高。主要原因在于變頻器通常在某一時刻內(nèi)只能控制一臺電機。因此需要確保變頻器和鶴位的數(shù)量相等。因此該措施的適用范圍為鶴位較少的小型油庫中。

3.3可靠性保證

自動付油系統(tǒng)是否可靠直接關(guān)系到系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。若系統(tǒng)不穩(wěn)定，則會導(dǎo)致停運等事故，嚴(yán)重情況還可能導(dǎo)致較大的經(jīng)濟損失。因此需要采用一定的措施來確保自動付油系統(tǒng)的運行可靠性。在實際運行中，可以借助手動以及自動的方式能夠全面提升系統(tǒng)的可靠性。例如增加手動和自動切換開關(guān)。若自動付油系統(tǒng)出行故障時，可以快速切換到手動方式來開展付油操作。不過值得注意的是，需要分開安裝手動和自動控制電源，便于后期的維護檢修工作的開展。

4　結(jié)語

總之，伴隨著成品油市場的逐步發(fā)展和日漸完善，自動付油控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍也日漸廣泛。對于自動付油系統(tǒng)來說，其具備著一定的特殊性，也就是成品油本身具備著易燃、易爆等特點，安全問題成為自動付油系統(tǒng)首要解決的關(guān)鍵性問題。同時自動付油系統(tǒng)還應(yīng)該確保精度精準(zhǔn)和可靠等要求。文章結(jié)合自動付油系統(tǒng)的實際狀況，詳細就其涉及到的安全問題、精度問題和可靠性問題等進行了詳細的探討，能夠確保更好的改進自動付油控制系統(tǒng)，從而更好的發(fā)揮其應(yīng)用的功能。

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