定量裝車系統(tǒng)在瀝青火車棧橋的應(yīng)用

燕 莎， 張 強(qiáng)

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

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煉油裝置的生產(chǎn)能力不斷增加，瀝青產(chǎn)品的銷售業(yè)務(wù)逐年提高。為了減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少環(huán)境污染，提高儲(chǔ)運(yùn)管理作業(yè)的效率和石油化工企業(yè)的整體效益，以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。石油化工企業(yè)迫切需求自動(dòng)化程度高、安全可靠性好、便于操作維護(hù)的瀝青裝車自動(dòng)化系統(tǒng)，借以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)及管理自動(dòng)化、信息數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化、控制程序化，并使計(jì)量達(dá)到商務(wù)交接標(biāo)準(zhǔn)[1-3]。

1 定量裝車系統(tǒng)概述

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

在PC機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)之間通過RS485通訊網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)的通訊協(xié)議來達(dá)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(jié)構(gòu)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(dòng)裝車控制系統(tǒng)的工藝流程包括數(shù)據(jù)采集設(shè)備、控制設(shè)備、安全保護(hù)設(shè)備等，分別介紹如下：

1）流量計(jì)：可采用體積流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)。體積流量計(jì)根據(jù)精度和介質(zhì)又可選用渦輪、渦街或質(zhì)量流量計(jì)。流量計(jì)的流量信號(hào)輸出一般為脈沖輸出。裝車控制儀采集其流量信號(hào)完成對已發(fā)油量的計(jì)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(hù)設(shè)備，用于過濾液體中的一些雜質(zhì)以免損壞流量計(jì)和閥門。一般有流量計(jì)廠家配套。

4）防溢開關(guān)：是一種防止發(fā)油過量而冒罐的安全保護(hù)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(dāng)接地夾與槽車接觸不良時(shí)其觸點(diǎn)信號(hào)進(jìn)入裝車控制儀，裝車控制儀將輸出控制信號(hào)自動(dòng)停止裝車。

6）付油泵：是發(fā)油的動(dòng)力裝置，其起、停受裝車控制儀控制。由于泵一般為強(qiáng)電供電，所以其起停控制信號(hào)必須先發(fā)到電氣開關(guān)柜，然后再由電氣開關(guān)控制輸出。

7）定量裝車控制儀：是實(shí)現(xiàn)定量自動(dòng)裝車的核心設(shè)備。其主要功能是對發(fā)油過程進(jìn)行程序控制和安全聯(lián)鎖。

2 下位機(jī)（定量裝車控制儀）硬件設(shè)計(jì)

裝車控制儀設(shè)計(jì)有通訊接口、計(jì)時(shí)并具備通訊協(xié)議。下位機(jī)由微機(jī)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(jì)、溫度傳感器、電磁閥、聲音報(bào)警器、泵、防溢開關(guān)、靜電接地開關(guān)等組成一開環(huán)控制系統(tǒng)。下位機(jī)收到上位機(jī)通過通訊傳輸來的發(fā)油參數(shù)后，微機(jī)單元根據(jù)公式把實(shí)時(shí)信號(hào)處理結(jié)果及時(shí)向系統(tǒng)發(fā)出控制命令，使電磁閥、泵按照一定的時(shí)序完成過程控制任務(wù)。信號(hào)的采集是由現(xiàn)場的流量計(jì)變送器、溫度變送器把管線中的流量信號(hào)和溫度信號(hào)通過接口單元發(fā)大整形后送入到微機(jī)單元中進(jìn)行電量處理以及模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，最后通過通訊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行處理[7-9]。下位機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖3所示。

圖3 下位機(jī)硬件結(jié)構(gòu)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(jìn)行組態(tài)，設(shè)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(guān)延遲時(shí)間、泵起停延遲時(shí)間、補(bǔ)償系數(shù)、配方方案以及通訊接口參數(shù)等。

2）實(shí)現(xiàn)定量自動(dòng)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(huì)按照指定的程序完成自動(dòng)發(fā)油過程。一般來講，自動(dòng)發(fā)油的流程如下：接收上位機(jī)發(fā)來的發(fā)油數(shù)據(jù)，現(xiàn)場就位，按啟動(dòng)按鈕開始裝車，裝車時(shí)按組態(tài)指定的時(shí)間順序依次打開小閥、泵、大閥，裝車到定量時(shí)再按照組態(tài)指定的順序和時(shí)間間隔依次關(guān)大閥、泵和小閥，完成自動(dòng)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(jì)、熱電阻等模擬信號(hào)以及防溢、靜電接地夾等開關(guān)信號(hào)，并對這些信號(hào)進(jìn)行計(jì)算、分析和處理。

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

5）掉電保護(hù)功能：在發(fā)油過程中出現(xiàn)意外掉電時(shí)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(jìn)程和相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)。

7）現(xiàn)場急停功能：若發(fā)油時(shí)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(yuǎn)程/就地發(fā)油模式轉(zhuǎn)換功能：一般正常情況下均通過上位機(jī)遠(yuǎn)程發(fā)油。但需要就地發(fā)油時(shí)也可在現(xiàn)場直接發(fā)油。本系統(tǒng)中每個(gè)發(fā)油鶴位就是一個(gè)完整的計(jì)量、控制和顯示單元，對上位機(jī)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(jì)、閥門提供24 VDC和220 VAC兩種類型的電源。

3 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)定量裝車流程，并生成各種發(fā)油報(bào)表，保存發(fā)油數(shù)據(jù)。其功能結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

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

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

1）自動(dòng)發(fā)油：將用戶所需的油品名稱、數(shù)量等參數(shù)傳至相應(yīng)的下位機(jī)，利用下位機(jī)鍵盤鍵入相應(yīng)的發(fā)票號(hào)后，按發(fā)油鍵即可發(fā)油。當(dāng)發(fā)油量達(dá)到預(yù)定量后，自動(dòng)關(guān)閉閥門和泵，本次發(fā)油結(jié)束。同時(shí)上位機(jī)記錄本次發(fā)油的相關(guān)數(shù)據(jù)，并打印發(fā)油票據(jù)。

2）下位機(jī)狀態(tài)瀏覽：按裝車臺(tái)位順序在上位機(jī)上顯示所有下位機(jī)的狀態(tài)，包括待機(jī)、脫機(jī)、正在發(fā)油3種狀態(tài)。其中，當(dāng)下位機(jī)正在發(fā)油時(shí)，程序以動(dòng)畫的形式動(dòng)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(jī)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(jī)獨(dú)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(jìn)行檢測、換位、刪除。

5）報(bào)表統(tǒng)計(jì)：包括日報(bào)、月報(bào)、年報(bào)、時(shí)段報(bào)的統(tǒng)計(jì)和打印。

6）權(quán)限設(shè)置：為了便于管理采用管理者和操作者兩級(jí)權(quán)限設(shè)置。

7）油品物性參數(shù)設(shè)置：設(shè)置各種油品標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(yīng)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(diǎn)：

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(shí)，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(shí)，一年增加運(yùn)輸成本十幾萬元，長久會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。使用定量裝車系統(tǒng)后，裝車時(shí)由電腦控制裝車量，裝車量準(zhǔn)確無誤，當(dāng)裝車液位高報(bào)時(shí)，聯(lián)鎖切斷裝車鶴管，不會(huì)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(gè)鶴管時(shí)，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(shí)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(dòng)強(qiáng)度。

3）原有的傳統(tǒng)裝車方式用于瀝青貿(mào)易交接的方法是檢空尺計(jì)量和軌道衡計(jì)量兩種方法，瀝青裝車時(shí)和冷卻后的溫差很大，檢空尺計(jì)量受溫度影響誤差較大；軌道衡計(jì)量是用于鐵路方檢查裝車是否超重的設(shè)施，用于貿(mào)易交接計(jì)量誤差也很大，這兩種計(jì)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(zhì)量流量計(jì)用于瀝青貿(mào)易交接精度高、計(jì)量誤差較小，能夠準(zhǔn)確的測量裝車重量，達(dá)到企業(yè)精確計(jì)量的要求。

5 結(jié)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(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)過程。上位機(jī)軟件可采用通用的組態(tài)軟件，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展與維護(hù)；同時(shí)，監(jiān)控軟件采用中文界面，使得工藝流程操作簡單易學(xué)[10]。通過實(shí)際應(yīng)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(jì)量的精度和裝車效率。本文提出的定量裝車系統(tǒng)有待進(jìn)一步的研究與實(shí)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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