集散型自動(dòng)控制系統(tǒng)在鐵路油品裝卸線的應(yīng)用

陳華，孫魯

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

1 工程概況

以往建設(shè)的鐵路發(fā)油裝車設(shè)施，以手工操作方式為主。裝車作業(yè)一般通過(guò)人工控制鶴管、目測(cè)加注介質(zhì)的形式來(lái)完成，這種作業(yè)方式存在以下不足：

1）人工手動(dòng)控制裝車鶴管導(dǎo)致操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，裝車效率低下；

2）人工計(jì)量的準(zhǔn)確度達(dá)不到要求，貿(mào)易交接過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生計(jì)量糾紛；

3）裝車油量依靠人工目測(cè)不易控制，經(jīng)常造成溢油、跑油及冒車等事故，給安全生產(chǎn)帶來(lái)較大的事故隱患；

4）在裝車過(guò)程中沒有計(jì)量控制手段，裝車液位需要依靠人工控制，操作人員需要站在裝車口處監(jiān)控裝車液位，會(huì)吸入大量的油氣，直接影響到職工身體健康。

針對(duì)上述情況，為了提高油品裝車自動(dòng)化水平，保障安全生產(chǎn)，介紹一種采用集散型自動(dòng)裝車控制系統(tǒng)的案例。

北方某港油庫(kù)區(qū)裝火車的運(yùn)量設(shè)計(jì)為150萬(wàn) t/a，主要貨種為燃料油和重質(zhì)原油。鐵路裝車棧橋設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為740m，棧橋每間隔12m設(shè)置1個(gè)裝車貨位，設(shè)有2條裝車線，每線設(shè)置有62個(gè)貨位，2線共設(shè)有124個(gè)裝車貨位。2組裝車棧橋并排布置，輸油管線設(shè)于2組裝車棧橋之間，鐵路線沿2組棧橋外側(cè)布置。每個(gè)裝車貨位上安裝有流量計(jì)、電動(dòng)閥門、溫度變送器、溢油控制器、可燃?xì)怏w探測(cè)器和過(guò)濾器等設(shè)備[1]。鐵路裝車系統(tǒng)采用大鶴管裝車作業(yè)方式，其操作流程為將整列車在裝備線平均列解為4部分，由牽引車先將兩部分分別推入到裝車線盡頭，由配套自動(dòng)小爬車自動(dòng)對(duì)位，人工打開罐蓋后，鶴管自動(dòng)對(duì)位伸進(jìn)罐內(nèi)，自動(dòng)裝車，達(dá)到控制液位后，自動(dòng)停止；收鶴管，小爬車將下一組罐對(duì)位裝車，依次進(jìn)行，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量。

2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

鐵路裝車控制系統(tǒng)[2]（如圖1所示）包括火車裝車站輸油系統(tǒng)裝車鶴位工藝管線電動(dòng)閥門的控制、裝車流量計(jì)和管線壓力及溫度數(shù)據(jù)采集、裝車站區(qū)域可燃?xì)怏w檢測(cè)系統(tǒng)和消防報(bào)警等項(xiàng)內(nèi)容。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Control system structure

裝車控制系統(tǒng)可在每個(gè)鶴位的發(fā)油控制系統(tǒng)完成對(duì)該車位裝車數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)閥的自動(dòng)控制、定量自動(dòng)灌裝、靜電溢出檢測(cè)報(bào)警連鎖控制和現(xiàn)場(chǎng)指示等功能，并通過(guò)設(shè)于庫(kù)區(qū)控制室的監(jiān)控工作站（上位機(jī)）對(duì)發(fā)油控制系統(tǒng)傳輸?shù)陌l(fā)油作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類、列表、存盤、查詢以及監(jiān)控發(fā)油控制系統(tǒng)等工作。

火車裝車系統(tǒng)的作業(yè)監(jiān)控操作由監(jiān)控操作站完成，通過(guò)設(shè)于控制室的交換機(jī)與控制系統(tǒng)服務(wù)器相連，與庫(kù)區(qū)[3]控制和管理系統(tǒng)組成一個(gè)具有實(shí)時(shí)控制、操作、監(jiān)控及數(shù)據(jù)管理功能的控制系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)采用分散控制集中管理方式對(duì)62個(gè)貨位火車灌裝重油、燃料油的自動(dòng)定量控制，在火車棧橋的每個(gè)裝油鶴位上設(shè)置發(fā)油控制器（簡(jiǎn)稱下位機(jī)），對(duì)每個(gè)鶴位的灌裝流量進(jìn)行控制和計(jì)量，同時(shí)對(duì)油品的溫度、裝車鶴管的液位開關(guān)狀態(tài)、防靜電接地開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)；在中控室內(nèi)設(shè)置發(fā)油管理工作站（簡(jiǎn)稱上位機(jī)），與棧橋區(qū)的下位機(jī)以RS485總線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，對(duì)火車棧橋裝油的操作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

發(fā)油管理工作站通過(guò)10/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)與中控室的服務(wù)器通訊，接收火車灌裝調(diào)度指令，同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)油實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的共享；通過(guò)RS485方式采集可燃?xì)怏w報(bào)警器的報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)二次集中顯示及報(bào)警。

2.1 控制系統(tǒng)組成

火車自動(dòng)定量集散式發(fā)油控制系統(tǒng)由以下部分組成：

1）發(fā)油控制工作站（上位機(jī)）；

2）PLC隔爆型發(fā)油控制器（下位機(jī)）；

3）流量計(jì)；

4）電動(dòng)閥；

5）灌車鶴管；

6）溫度變送器；

7）可燃?xì)怏w報(bào)警器；

8）溢油靜電保護(hù)器等設(shè)備構(gòu)成。

控制系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)[4]，在火車棧橋兩側(cè)的每2個(gè)裝油鶴位上設(shè)置1臺(tái)PLC隔爆型發(fā)油控制器（下位機(jī)），現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)鶴位上設(shè)置的1臺(tái)流量計(jì)、2臺(tái)電動(dòng)閥、1套防溢液位開關(guān)、1臺(tái)溫度變送器和靜電接地夾等均接入下位機(jī)。由下位機(jī)對(duì)每個(gè)鶴位的灌裝流量進(jìn)行控制和計(jì)量，同時(shí)對(duì)油品裝車鶴管的液位開關(guān)狀態(tài)、防靜電接地開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。

棧橋區(qū)的31臺(tái)下位機(jī)以RS485總線的方式連接至庫(kù)區(qū)控制室的發(fā)油工作站。在發(fā)油工作站上對(duì)火車棧橋裝油的操作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

根據(jù)配置設(shè)備的功能，由下位機(jī)完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)閥的自動(dòng)控制、定量自動(dòng)灌裝、靜電溢出檢測(cè)報(bào)警連鎖控制、現(xiàn)場(chǎng)指示，由上位機(jī)完成對(duì)下位機(jī)上傳的與發(fā)油相關(guān)數(shù)據(jù)的歸類、列表、存盤、查詢及對(duì)下位機(jī)監(jiān)控等。

下位機(jī)與上位機(jī)通信采用IEEE標(biāo)準(zhǔn)，RS485通信協(xié)議；上位機(jī)通過(guò)設(shè)于庫(kù)區(qū)控制室的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)與控制室的服務(wù)器相連，接收火車灌裝調(diào)度指令，并把發(fā)油系統(tǒng)的發(fā)油實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸出共享。

在集散型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，上位機(jī)與下位機(jī)通過(guò)RS-485通訊，上位機(jī)能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置、發(fā)油參數(shù)設(shè)置、發(fā)油實(shí)時(shí)控制、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)各下位機(jī)的工作狀態(tài)；同時(shí)下位機(jī)可接收上位機(jī)的各種命令，實(shí)時(shí)向上位機(jī)傳送發(fā)油數(shù)據(jù)，在顯示界面上實(shí)時(shí)顯示發(fā)油情況，進(jìn)行聯(lián)機(jī)控制，也可獨(dú)立工作。

此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：

1）系統(tǒng)配置方式比較靈活；

2）上位機(jī)與下位機(jī)之間通過(guò)RS485總線的方式連接，每個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)掛31臺(tái)下位機(jī)。同時(shí)也給現(xiàn)場(chǎng)的安裝帶來(lái)便利，不僅節(jié)省了線纜及埋管材料，也減少了施工的工作量。

2.2 控制系統(tǒng)功能特點(diǎn)

裝車控制系統(tǒng)根據(jù)油工藝系統(tǒng)平面布置（裝車棧橋的長(zhǎng)度，裝車系統(tǒng)控制室的位置）采用集散型控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有安全性、可靠性、可擴(kuò)展性、易維護(hù)性等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)如下功能：

1）上位機(jī)依據(jù)下發(fā)的灌裝調(diào)度指令執(zhí)行不同的程序，完成不同的火車灌裝作業(yè)流程。即按油品名稱（電動(dòng)閥的選擇）、火車列數(shù)和火車油罐的容量（定量值）進(jìn)行程序選擇，同時(shí)，以10個(gè)火車油罐為1組進(jìn)行自動(dòng)分配幾次完成該列火車的灌裝作業(yè)流程，依次對(duì)整列火車油灌進(jìn)行灌裝。

2）通過(guò)總線系統(tǒng)發(fā)出灌裝指令直接控制現(xiàn)場(chǎng)發(fā)油控制器開啟電動(dòng)閥進(jìn)行自動(dòng)定量灌裝作業(yè)。

3）發(fā)油系統(tǒng)可以選擇通過(guò)自動(dòng)判斷來(lái)決定1次灌裝操作和1列火車灌裝操作是否完成，實(shí)際灌裝數(shù)據(jù)和報(bào)表的自動(dòng)形成及正確傳送。

4）系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)單機(jī)和集中2種操作方式?，F(xiàn)場(chǎng)單機(jī)操作是在操作棧橋區(qū)的下位機(jī)上直接現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)設(shè)定灌裝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)定量灌裝；遠(yuǎn)程自動(dòng)操作是在庫(kù)區(qū)控制室的上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)棧橋區(qū)域火車灌裝的遠(yuǎn)程集中定量設(shè)置，并按灌裝工藝流程要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌裝。

5）系統(tǒng)具有防溢、防靜電聯(lián)鎖控制功能。當(dāng)位于油罐上部的防溢開關(guān)動(dòng)作或當(dāng)連接油罐的防靜電接地開關(guān)檢測(cè)到接地電阻超限時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)緊急停止灌裝。

6）系統(tǒng)對(duì)防溢開關(guān)動(dòng)作、接地電阻超限、誤操作等各種異常情況進(jìn)行報(bào)警，報(bào)警提示有多種方式，通過(guò)圖形顏色的變化或通過(guò)報(bào)警窗口顯示報(bào)警信息。設(shè)計(jì)有報(bào)警自動(dòng)彈出功能，無(wú)論在哪個(gè)監(jiān)控畫面下，只要現(xiàn)場(chǎng)有報(bào)警發(fā)生，自動(dòng)彈出報(bào)警畫面顯示在當(dāng)前畫面中。

7）系統(tǒng)自動(dòng)記錄操作事件、報(bào)警事件、人員登錄事件。如報(bào)警、開關(guān)機(jī)器時(shí)間、通信故障、設(shè)備故障、操作人員等。

3 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)于2010年成功投運(yùn)，該裝車控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單便捷，其裝車作業(yè)時(shí)間較先前人工操作方式縮短了近25%，實(shí)現(xiàn)了鐵路裝車的自動(dòng)化要求，使裝車過(guò)程中的油品揮發(fā)損失降低到最低限度，減少了裝車作業(yè)對(duì)環(huán)境的污染，符合安全環(huán)保規(guī)范要求，確保裝車作業(yè)可靠運(yùn)行，有力保障了職工身心健康和環(huán)境質(zhì)量，提高油品裝車自動(dòng)化程度，使油品計(jì)量更為準(zhǔn)確。為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，取得了較好的應(yīng)用效果。

[1] 解懷仁.石油化工儀表控制系統(tǒng)選用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.XIE Huai-ren.Selection manual of the petroleum chemical instrumentation control system[M].Beijing：Chemical Industry Press，2010.

[2] 陸德民.石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第3版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.LU De-min.Petroleum chemical industry automatic control and design manual[M].Third edition.Beijing：Chemical Industry Press，2009.

[3] GB 50074—2002，石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].GB 50074—2002，Code for design of oil depot[S].

[4] 李猛.新型火車棧橋自動(dòng)化裝車系統(tǒng)的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2010，46（2）：18-22.LI Meng.Application of a new type of train bridge automatic loading system[J].Automation in Petro-Chemical Industry，2010，46（2）：18-22.