摘????? 要：成品油的裝車外運(yùn)是石油化工銷售的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。以撫順石化公司新建項(xiàng)目為例，根據(jù)該企業(yè)汽油及柴油產(chǎn)品的總體銷售規(guī)劃及生產(chǎn)能力，確定了合理的汽柴油裝車流程。根據(jù)工藝流程，對(duì)當(dāng)前主流的定量裝車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，對(duì)定量裝車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)儀表的組成以及配套設(shè)備的選擇進(jìn)行了介紹。該系統(tǒng)主要是為了提高裝車的效率、保證發(fā)貨精度、保障裝車作業(yè)的安全、降低人工成本，并最大限度地減少人為因素引發(fā)的各種事故，以保障使用方的財(cái)產(chǎn)以及人員的安全。

關(guān)? 鍵? 詞：定量裝車;自動(dòng)控制;批量控制器;自動(dòng)化門禁系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TH865??? ???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A?? ????文章編號(hào)： 1671-0460（2020）07-1548-04

Design and Application of Control System for

Quantitative Vehicle Loading

LI Zhi

（CNPC Northeast Refining & Chemical Engineering Co.， Ltd.， Shenyang Company， Shenyang Liaoning 110167， China）

Abstract： Loading and transportation of refined oil is an important link of chemical sales. In this paper， taking a new project of Fushun petrochemical company as an example， a reasonable gasoline and diesel loading process was determined based on the company's overall sales planning and production capacity of gasoline and diesel products. According to the production technological process， current mainstream quantitative loading system designs were compared and selected， the structure of the quantitative loading system was introduced as well as the composition of field instruments and the selection of supporting equipment. The main purpose of the system is to improve the efficiency of loading， guarantee the delivery accuracy， ensure the safety of loading operations， reduce labor costs， and minimize various accidents caused by human factors to protect the safety of loading system users staff and property.

Key words： Quantitative loading; Automatic control; Batch controller; Automatic entrance guard system

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)對(duì)于成品油的供需關(guān)系產(chǎn)生了新的變化，這使得汽油及柴油的裝車任務(wù)愈發(fā)繁重了。以往的人工裝車方式既耗時(shí)耗力又易出現(xiàn)因人工操作疏忽而造成的財(cái)產(chǎn)損失。因此，如何有效地提高汽車裝車的效率成為人們關(guān)注的問題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，定量裝車系統(tǒng)已經(jīng)成為外運(yùn)生產(chǎn)過程中的核心部分，其控制方案的合理性及相關(guān)配套自控設(shè)備的選用將直接影響到石油化工企業(yè)的整體效益。本文以撫順石化公司新建成品油輸轉(zhuǎn)設(shè)施工程定量裝車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為例，對(duì)汽車定量裝車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用進(jìn)行探討^[1]。

1? 設(shè)計(jì)方案

1.1? 裝置的規(guī)模與組成

撫順石化公司新建成品油輸轉(zhuǎn)設(shè)施工程共設(shè)有9座裝車島，其中2^#-6^#為乙醇汽油等比例混合裝車島，7^#-10^#為0^#柴油裝車島。為了防止油品的揮發(fā)造成安全隱患及財(cái)產(chǎn)的損失、提高裝車的效率，每座裝車島在單側(cè)共設(shè)置3個(gè)鶴位，其中包括2個(gè)裝車鶴位和1個(gè)油氣回收鶴位。

為了提高裝車過程的自動(dòng)化程度并降低人員成本，本項(xiàng)目的汽車定量裝車系統(tǒng)設(shè)計(jì)共包括3大部分：上位計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)部分、現(xiàn)場(chǎng)儀表控制部分及門禁系統(tǒng)部分。

1.2? 工藝技術(shù)方案及裝車流程

1.2.1 ?工藝技術(shù)方案

目前裝車方式分為兩種：泵送裝車方式和高架罐裝車方式。

泵送裝車方式：儲(chǔ)罐中的油品通過油品管線進(jìn)入裝車泵進(jìn)行升壓，當(dāng)壓力上升至額定壓力后打開裝車閥，經(jīng)計(jì)量流量計(jì)后裝入油車內(nèi)。

高架罐裝車方式：儲(chǔ)罐中的油品通過油品管線進(jìn)入裝車泵進(jìn)行升壓，升壓后的油品進(jìn)入高架罐，利用高架罐與油車艙內(nèi)的壓差自流至油車內(nèi)。

由于泵送裝車方式投資低、管理簡(jiǎn)單、易于維護(hù)，因此本項(xiàng)目采用泵送裝車方式，裝車工藝流程詳見圖1^[2]。

1.2.2 ?裝車流程

首先裝車管理員在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)可下載提取當(dāng)?shù)氐母队椭噶钣唵危唵沃性敿?xì)列出了油車及司機(jī)信息。司機(jī)應(yīng)持提貨單及相關(guān)證件空車駛?cè)胪＼噲?chǎng)內(nèi)。

司機(jī)應(yīng)先在營(yíng)業(yè)大廳的自助排隊(duì)終端機(jī)處錄入相應(yīng)信息進(jìn)行排隊(duì)叫號(hào)。裝車管理員對(duì)司機(jī)持有的提貨單及相關(guān)證件在付油指令訂單中進(jìn)行審核確認(rèn)后將寫有裝車信息的一卡通IC卡發(fā)放至司機(jī)手中，司機(jī)可憑IC卡完成一整套連貫的裝車流程。

空車在進(jìn)廠之前應(yīng)在入口處進(jìn)行安全檢查，此環(huán)節(jié)是為了保證油車內(nèi)置的溢油靜電保護(hù)裝置是否有效以及司機(jī)身份的二次核實(shí)。

檢查后司機(jī)應(yīng)根據(jù)車輛排隊(duì)叫號(hào)的信息將空車駛?cè)胫付ㄓ蛵u，接入鶴管及防靜電溢油保護(hù)裝置。司機(jī)在批量控制器上刷IC卡后，批量控制器將自動(dòng)讀取裝車信息并可一鍵自動(dòng)裝油。當(dāng)司機(jī)在批量控制器的控制面板上啟動(dòng)確認(rèn)裝車后，將啟動(dòng)裝車泵對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行加壓。當(dāng)裝車泵后的壓力變送器的讀數(shù)達(dá)到設(shè)定值后，將對(duì)多段電液閥進(jìn)行開啟控制。批量控制器會(huì)根據(jù)質(zhì)量流量計(jì)的累計(jì)數(shù)值對(duì)電液閥進(jìn)行多段式開度調(diào)整，當(dāng)達(dá)到預(yù)裝量時(shí)，批量控制器將自動(dòng)關(guān)閉裝車泵及電液閥。在裝車完畢后司機(jī)應(yīng)將鶴管及防靜電溢油保護(hù)裝置歸位。

最后，司機(jī)應(yīng)在營(yíng)業(yè)大廳打印出庫(kù)單及結(jié)算票據(jù)。當(dāng)裝滿油的車輛行駛至出口時(shí)，門禁系統(tǒng)將回收IC卡，并識(shí)別車號(hào)自動(dòng)開啟出口大門。裝車流程詳見圖2^[3]。

2? 定量裝車控制系統(tǒng)

2.1? 定量裝車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

針對(duì)汽車定量裝車系統(tǒng)，現(xiàn)階段的主流設(shè)計(jì)方式有兩種：集中型定量裝車系統(tǒng)和分布型定量裝車系統(tǒng)。

2.1.1 ?集中型定量裝車系統(tǒng)

集中型定量裝車系統(tǒng)以一套PLC控制系統(tǒng)為主體，裝車島內(nèi)的所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制信號(hào)均引入PLC系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)控。

由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)需全部接入控制室內(nèi)，因此此種設(shè)計(jì)方案在鶴位數(shù)量較多時(shí)才會(huì)顯現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。

2.1.2 ?分布型定量裝車系統(tǒng)

分布型定量裝車系統(tǒng)的主體調(diào)控由布置在各個(gè)裝車島內(nèi)的批量控制器來完成。裝車島內(nèi)的相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信號(hào)就近引入相應(yīng)的批量控制器，每臺(tái)批量控制器采用通訊形式與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

此種設(shè)計(jì)方案可大大降低電纜敷設(shè)成本，當(dāng)鶴位數(shù)量不多時(shí)是最佳選擇。每臺(tái)批量控制器相對(duì)獨(dú)立，單體的故障不會(huì)影響裝車廠的運(yùn)行。由于與上位機(jī)進(jìn)行通訊，因此若需增加裝車島相對(duì)簡(jiǎn)單。

本項(xiàng)目共計(jì)18個(gè)鶴位，由于鶴位數(shù)量較少，因此采用了分布式定量裝車的設(shè)計(jì)方案。

2.2? 上位計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)部分

2.2.1 ?上位計(jì)算機(jī)

上位計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)由控制計(jì)算機(jī)、打印機(jī)和通訊接口模板組成。配備應(yīng)用軟件的計(jì)算機(jī)通過通訊接口與定量裝車批量控制器相連，可全程控制裝車過程：設(shè)定授權(quán)量，監(jiān)控和顯示裝車過程中的溫度、瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)狀況，顯示批量控制器的工作狀態(tài)和處理各種報(bào)警信號(hào)等功能及輸出報(bào)表。整個(gè)過程和參數(shù)可在顯示器上進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。上位計(jì)算機(jī)可通過建立專門的付油數(shù)據(jù)庫(kù)或與現(xiàn)有的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)接的方式讀寫裝車指令及結(jié)果，并可方便地對(duì)發(fā)油數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、檢索、統(tǒng)計(jì)、分析等操作。上位計(jì)算機(jī)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)如下功能：

1）質(zhì)量流量計(jì)信號(hào)的采集和處理（包含在體積與重量換算時(shí)采用密度及溫度進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算）。

2）現(xiàn)場(chǎng)批量控制器的信號(hào)的采集和處理。

3）與其他計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和共享。

4）控制器報(bào)警信號(hào)的顯示和處理。

5）發(fā)油數(shù)據(jù)連網(wǎng)遠(yuǎn)傳功能，包括與Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)對(duì)接。

6）發(fā)油過程的自動(dòng)控制。

7）顯示動(dòng)態(tài)工藝流程。

8）裝車數(shù)據(jù)的采集、歸檔和顯示。

9）歷史記錄數(shù)據(jù)的查詢、檢索、統(tǒng)計(jì)、分析。

10）裝車票據(jù)及報(bào)表的生成和打印。

11）強(qiáng)大的人機(jī)對(duì)話能力，可提供人機(jī)對(duì)話窗口。

12）顯示各種工藝參數(shù)和其他有關(guān)參數(shù)。

13）可上位機(jī)定量裝車，也可現(xiàn)場(chǎng)定量裝車。

14）相關(guān)軟件應(yīng)支持全中文界面，操作簡(jiǎn)單，便于維護(hù)和使用。

15）采用MODBUS通訊協(xié)議，具有更好的通用性和兼容性。

16）系統(tǒng)具有很高的性能價(jià)格比。

17）可實(shí)現(xiàn)畫面遠(yuǎn)程監(jiān)控裝車情況，有問題可以遠(yuǎn)程操作處理。

18）系統(tǒng)的硬件、軟件有一定的擴(kuò)展能力，保證了系統(tǒng)控制功能有超過50%的冗余。

19）系統(tǒng)軟件應(yīng)可在Windows平臺(tái)下編寫，特點(diǎn)是面向?qū)ο?，編程靈活，升級(jí)容易，可迅速滿足用戶新增加功能。。

2.2.2 ?一卡通

開單發(fā)卡一般有如下幾種形式：

1）上位機(jī)連接至中石油Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)同步裝油單據(jù)，司機(jī)到達(dá)營(yíng)業(yè)大廳后憑有效證件在終端機(jī)或營(yíng)業(yè)窗口取卡。

2）司機(jī)持有統(tǒng)一發(fā)放的IC卡，卡內(nèi)已經(jīng)寫入相關(guān)數(shù)據(jù)，只需要在營(yíng)業(yè)大廳激活即可。

3）司機(jī)到達(dá)營(yíng)業(yè)大廳后憑有效證件在終端機(jī)產(chǎn)生排隊(duì)號(hào)碼。在被叫號(hào)后到營(yíng)業(yè)窗口人工填寫付油表格行成IC卡。

本項(xiàng)目選擇第一種開單發(fā)卡形式，大大地節(jié)約了人員成本、提升了發(fā)卡效率、完善了裝車流程的整體性^[4]。

2.2.3 ?排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)

排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)由排隊(duì)叫號(hào)終端機(jī)、音響、LED顯示屏及功率放大器組成。排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)排隊(duì)叫號(hào)功能，又能對(duì)已開票車輛進(jìn)行排隊(duì)提醒功能。司機(jī)在領(lǐng)取IC卡后即在營(yíng)業(yè)大廳或休息區(qū)等待呼叫。系統(tǒng)根據(jù)領(lǐng)卡取票的時(shí)間、油品種類、鶴位號(hào)自動(dòng)進(jìn)行排隊(duì)。

排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)應(yīng)成套配有LED顯示屏，用于顯示每個(gè)排隊(duì)車輛的排隊(duì)信息，裝車島內(nèi)的裝油進(jìn)度信息。當(dāng)上一輛油車裝車量達(dá)到80%（或其他設(shè)定值）時(shí)，會(huì)進(jìn)行廣播呼叫下一輛排到的車輛進(jìn)廠。

排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)也可外擴(kuò)展APP及短信提醒功能，司機(jī)可憑證件號(hào)登陸APP實(shí)時(shí)觀看排隊(duì)進(jìn)度和相關(guān)信息。

若司機(jī)未在指定時(shí)間內(nèi)辦理進(jìn)廠手續(xù)，可實(shí)施過號(hào)作廢機(jī)制，同時(shí)將錯(cuò)過入廠的車輛信息重新列入排隊(duì)系統(tǒng)。

排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)應(yīng)具有功能：

1）屏參設(shè)定。

2）語(yǔ)音播報(bào)。

3）裝車排隊(duì)。

4）數(shù)據(jù)同步上傳。

2.3? 現(xiàn)場(chǎng)儀表控制部分

現(xiàn)場(chǎng)儀表控制部分以批量控制器為主體，負(fù)責(zé)調(diào)控設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)設(shè)備、傳送及接收來自上位機(jī)的指令。

2.3.1 ?批量控制器

分布型定量裝車系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)核心是批量控制器。批量控制器的處理核心通常為小型PLC或單片機(jī)，它能接收來自現(xiàn)場(chǎng)的各設(shè)備信號(hào)，并通過預(yù)置程序自動(dòng)完成裝車的自動(dòng)控制、溢油靜電保護(hù)及緊急停車。

批量控制器應(yīng)能實(shí)現(xiàn)如下功能：

1）輸入、輸出和發(fā)油控制可現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)。

2）有以太網(wǎng)通訊端口。

3）可發(fā)出/接收RS485通訊信號(hào)，通訊速率不低于9 600 bps，能實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)雙向通訊。

4）可連續(xù)監(jiān)控流量、靜電接地等信號(hào)，保證安全操作。

5）能將一卡通IC卡上的裝車指令進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別并裝車。

6）可實(shí)現(xiàn)人機(jī)操作界面交互。

7）可實(shí)現(xiàn)裝車溢油、靜電、鶴管歸位及現(xiàn)場(chǎng)急停聯(lián)鎖。

8）應(yīng)隨時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)自診斷，出現(xiàn)故障馬上產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，并關(guān)閉系統(tǒng)，確保安全。

9）與標(biāo)定裝置相連，具有自動(dòng)計(jì)算儀表系數(shù)功能。

10）具有布爾/邏輯編程組態(tài)功能。

11）與上位機(jī)組成監(jiān)控系統(tǒng)，可操作發(fā)油。

12）具有事故記錄功能。

13）啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)尋找關(guān)斷點(diǎn)，確保發(fā)油量與設(shè)定量一致。

14）具有3級(jí)安全密碼，無關(guān)人員無法隨意改動(dòng)相關(guān)參數(shù)。

15）通過控制信號(hào)控制多段電液切斷閥來完成裝車過程。

2.3.2 ?其他現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備

一套成熟的定量裝車現(xiàn)場(chǎng)儀表部分應(yīng)配有：質(zhì)量流量計(jì)、多段式電液閥、壓力變送器、API溢油靜電保護(hù)裝置、防爆開關(guān)、鶴位歸位控制箱。

在對(duì)以上現(xiàn)場(chǎng)儀表及設(shè)備進(jìn)行選型時(shí)應(yīng)充分考慮精度、防爆等級(jí)、防護(hù)等級(jí)、供電方式及現(xiàn)場(chǎng)的自然條件。

除了以上提到的設(shè)備以外，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表部分進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)也可外擴(kuò)展其他組件。

1）LED條狀顯示屏：可在每座裝車島附近設(shè)置LED顯示屏用于顯示當(dāng)前裝車島的運(yùn)行狀態(tài)。條狀顯示屏的內(nèi)容可涵蓋當(dāng)前裝車量、預(yù)計(jì)裝車量及油品的類型。

2）鑰匙保護(hù)盒：當(dāng)司機(jī)停車熄火后可將拔出的鑰匙放置在鑰匙保護(hù)盒內(nèi)。若未將鑰匙放入保護(hù)盒則不可進(jìn)行裝車。此法可有效避免司機(jī)忘記停車熄火導(dǎo)致的意外溜車。

2.4? 門禁系統(tǒng)部分

在廠區(qū)的出入口設(shè)置門禁系統(tǒng)并與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是定量裝車系統(tǒng)必不可少的一部分。

門禁系統(tǒng)應(yīng)包含如下設(shè)備：

1）操作站及相關(guān)軟件。

2）入口刷卡器/出口吞卡器。

3）雷達(dá)/紅外線感應(yīng)檢測(cè)設(shè)備。

4）車牌識(shí)別攝像機(jī)及補(bǔ)光燈。

5）LED顯示屏。

6）地感線圈。

7）道閘。

門禁系統(tǒng)操作站可與上位機(jī)同步付油指令訂單，從中提取出有裝車指令的車牌號(hào)。當(dāng)指定車輛駛?cè)牖蝰偝鰪S區(qū)時(shí)，門禁系統(tǒng)首先將車牌號(hào)與系統(tǒng)中的訂單進(jìn)行比對(duì)。當(dāng)確認(rèn)無誤后，司機(jī)可通過入口刷卡器/出口吞卡器打開道閘，此時(shí)LED顯示屏同步顯示當(dāng)前出/入廠車輛的車牌號(hào)及出/入廠時(shí)間。當(dāng)雷達(dá)/紅外線感應(yīng)檢測(cè)設(shè)備及地感線圈檢測(cè)到有車輛駛?cè)?駛出時(shí)，道閘不應(yīng)關(guān)閉。

3? 結(jié)束語(yǔ)

汽車定量裝車系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)，并有取代傳統(tǒng)裝車方式的趨勢(shì)。定量裝車系統(tǒng)的裝車效率的提升及控制誤差的降低，將會(huì)顯著提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。而選用適用的相關(guān)儀表設(shè)備是設(shè)計(jì)合理的汽車定量裝車控制系統(tǒng)的重中之重^[5]。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2020-03-19

作者簡(jiǎn)介：李智（1990-），女，遼寧省撫順市人，工程師，2012年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)，從事石油化工自動(dòng)化設(shè)計(jì)工作。E-mail：lizhi01-hqc@cnpc.com.cn。