自動(dòng)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）

自動(dòng)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(huì)經(jīng)濟(jì)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(jī)。與此同時(shí)，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(shí)也對(duì)成品油庫的管理工作提出了相對(duì)更高的要求。在成品油庫管理工作中，自動(dòng)付油控制系統(tǒng)是其中十分重要的一項(xiàng)系統(tǒng)，其是實(shí)現(xiàn)油庫裝車以及管理自動(dòng)化的技術(shù)保障。因此文章重點(diǎn)針對(duì)自動(dòng)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(xì)描述。

自動(dòng)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(gè)環(huán)節(jié)的工作，其中自動(dòng)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(hào)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(fù)責(zé)成品油的運(yùn)輸。自動(dòng)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(shí)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(fèi)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(dòng)付油系統(tǒng)中，PLC作為控制核心，主要功能在于進(jìn)行邏輯運(yùn)算、聯(lián)鎖信號(hào)的采集、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和泵等的控制等，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)工控機(jī)的通信。工控機(jī)的主要作用在于提供付油過程的監(jiān)控界面，并且實(shí)現(xiàn)和PLC、管理PC機(jī)、數(shù)顯屏等實(shí)現(xiàn)通信，同時(shí)有效采集現(xiàn)場的一些模擬量信號(hào)。管理PC機(jī)的作用在于實(shí)現(xiàn)對(duì)成品油的進(jìn)、銷、存管理，同時(shí)針對(duì)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(dòng)付油系統(tǒng)功能和實(shí)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(dòng)付油系統(tǒng)，整個(gè)發(fā)油過程純粹人工手工干預(yù)。自動(dòng)化水平低，同時(shí)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(gè)發(fā)貨過程具有極大的操作風(fēng)險(xiǎn)和管理漏洞。

1.2現(xiàn)有付油系統(tǒng)存在問題

（1）系統(tǒng)計(jì)量精度不高

發(fā)油系統(tǒng)的計(jì)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(huì)對(duì)一個(gè)幾千噸存儲(chǔ)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(huì)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(jì)效益。此外對(duì)于欠誤差來說，其一客戶不會(huì)同意，其二也無法通過國家計(jì)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(shí)際情況是，部分工作人員粗心大意，完全按照個(gè)人經(jīng)驗(yàn)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(shí)候，沒有及時(shí)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(xiǎn)和損失。

（3）系統(tǒng)的自適應(yīng)能力不強(qiáng)

發(fā)油系統(tǒng)中包含了很多控制系統(tǒng)，然而在設(shè)計(jì)這些控制系統(tǒng)的時(shí)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(yùn)行，但是一旦外界環(huán)境出現(xiàn)變化，例如某個(gè)元件、儀表出現(xiàn)更換，設(shè)備維修等，都會(huì)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(yùn)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(shí)也增加了系統(tǒng)維護(hù)的工作量。

（4）保護(hù)措施欠健全

對(duì)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(dòng)化設(shè)備內(nèi)外部雙重的防護(hù)。內(nèi)部防護(hù)主要指的是在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到的保護(hù)性能，諸如出現(xiàn)異常斷電、報(bào)警等。而外部防護(hù)則主要指的是防雨、防塵和防撞擊等措施。但是現(xiàn)實(shí)中，有些系統(tǒng)在保護(hù)方面缺乏對(duì)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(yùn)行環(huán)境，使用人員的安全意識(shí)，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(huì)導(dǎo)致失竊、失盜事件，進(jìn)而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)犯罪。

1.3自動(dòng)付油系統(tǒng)需求概述

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

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

1.4自動(dòng)付油系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

為保證發(fā)油系統(tǒng)的精度、質(zhì)量、現(xiàn)場使用、維護(hù)和維修，本次自動(dòng)付油系統(tǒng)設(shè)備選擇精確度高、維護(hù)量少、硬件具有當(dāng)今國內(nèi)先進(jìn)水平，且經(jīng)過實(shí)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(jí)及環(huán)境要求。

自動(dòng)付油系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)形成了一套相對(duì)穩(wěn)定的實(shí)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(dòng)付油系統(tǒng)的研究實(shí)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(shí)際，從發(fā)油流程設(shè)計(jì)、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(jì)了規(guī)范化流程，并且重點(diǎn)結(jié)合儀表的實(shí)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(yùn)行且符合油庫管理要求。

1.5自動(dòng)付油子系統(tǒng)架構(gòu)研究

本次哈爾烏素油庫自動(dòng)付油系統(tǒng)采用集散式控制模式，現(xiàn)場共設(shè)有2個(gè)鶴位，系統(tǒng)由上位機(jī)（發(fā)貨前置機(jī)、開票客戶端）、下位機(jī)（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(jì)、溫度變送器、靜電溢油保護(hù)器、管道泵）等組成。

圖1　哈爾烏素油庫自動(dòng)付油系統(tǒng)

現(xiàn)場儀表主要實(shí)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(shí)執(zhí)行發(fā)油控制器下達(dá)的相關(guān)指令。

下位機(jī)（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(shí)也可以通過密碼進(jìn)行身份驗(yàn)證提油，在授權(quán)許可的情況下，同時(shí)通過操作編碼器可以實(shí)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(gè)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(jī)（發(fā)貨前置機(jī)、開票客戶端）：主要安裝發(fā)油管理軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面交互和系統(tǒng)運(yùn)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(duì)液位的高度進(jìn)行監(jiān)測。若液位高度上升到危險(xiǎn)高度的時(shí)候，聲光報(bào)警則會(huì)提示，并輸出相應(yīng)的信號(hào)，并自動(dòng)斷開裝車系統(tǒng)的溢油靜電保護(hù)其，避免溢流事故的發(fā)生。與此同時(shí)，還需要對(duì)靜電接地情況進(jìn)行持續(xù)的檢測。若接地回路不良或者出現(xiàn)斷開時(shí)，聲光報(bào)警也會(huì)提示同時(shí)輸出信號(hào)，自動(dòng)停止裝車，以保障生產(chǎn)作業(yè)能夠安全運(yùn)行。

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

2　自動(dòng)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(gè)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(shí)采取可靠的安全保護(hù)措施，則后果難以設(shè)想。因此在設(shè)計(jì)自動(dòng)付油系統(tǒng)時(shí)首要考慮的問題是安全問題。其次，該自動(dòng)付油系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化付油，不僅能夠有效降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)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(dòng)付油系統(tǒng)在運(yùn)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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。

3　自動(dòng)付油系統(tǒng)關(guān)鍵問題的解決

3.1安全性保證

針對(duì)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(dòng)化付油系統(tǒng)的主要設(shè)備包括：流量計(jì)、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?xì)怏w報(bào)警器、液位計(jì)、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(jì)的產(chǎn)品，將其用在危險(xiǎn)場所，能夠有效阻止殼內(nèi)的危險(xiǎn)能力到達(dá)殼外。本安信號(hào)主要指的是信號(hào)自身是安全的，即便其位于危險(xiǎn)場所中也不會(huì)出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象。本安型產(chǎn)品和計(jì)算機(jī)連接的時(shí)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(hào)能夠進(jìn)入到危險(xiǎn)場所中，并能夠有效阻止危險(xiǎn)火花進(jìn)入到易燃易爆場所中來。

以下以可燃?xì)鈿怏w報(bào)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(jìn)行描述。第一，在油罐區(qū)以及鶴位上安全可燃?xì)怏w變送器一次儀表，其主要輸出模擬量信號(hào)，且這種信號(hào)主要是利用安全柵傳輸給工控機(jī)，也就是PLC系統(tǒng)。一旦可燃?xì)怏w的濃度超過了PLC規(guī)定設(shè)置的值時(shí)，系統(tǒng)便會(huì)主動(dòng)報(bào)警，同時(shí)PLC則會(huì)響應(yīng)，實(shí)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(gè)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(shí)夾的兩端短路和開路直接對(duì)應(yīng)著輸入PLC的開關(guān)量信號(hào)的通斷，若該開關(guān)信號(hào)斷開的時(shí)候，在表示系統(tǒng)存有故障。

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

實(shí)際付油的時(shí)候，如果接地夾出現(xiàn)脫落或者接觸不良的時(shí)候，則輸入給PLC的信號(hào)會(huì)自動(dòng)斷開，PLC一旦掃描到該狀態(tài)，則會(huì)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(gè)液位開關(guān)在鶴管位置的上部。在正常付油的時(shí)候，確保油品液面不會(huì)上升到開關(guān)位置。如果液位達(dá)到了開關(guān)的位置，則開關(guān)將會(huì)自動(dòng)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(dòng)付油系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢之一就是精度。付油過程實(shí)質(zhì)上是將油庫儲(chǔ)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(huì)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(duì)輸油量進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。因此，確保自動(dòng)付油系統(tǒng)的精度，可以從調(diào)節(jié)閥和變頻器兩個(gè)角度入手。調(diào)節(jié)閥和變頻器屬于兩個(gè)獨(dú)立的方案，實(shí)際中需要綜合經(jīng)濟(jì)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(gè)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(jià)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(yùn)用數(shù)控閥時(shí)，具體付油流程如下：開始付油，首先啟動(dòng)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(shí)際付油過程中，工控機(jī)需要對(duì)流量計(jì)的實(shí)際數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。付油結(jié)束后，工控機(jī)——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(gè)體差異較大，且閥門在開關(guān)時(shí)存有一定的時(shí)延，加之使用環(huán)境對(duì)于閥門等的影響，軟件上的一般算法難以解決實(shí)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(duì)應(yīng)的關(guān)閥提前量數(shù)據(jù)庫在工控機(jī)中，然后將實(shí)際檢測的流量和流量預(yù)存量進(jìn)行對(duì)比，一旦累計(jì)流量達(dá)到了數(shù)據(jù)庫設(shè)置的值的時(shí)候，輸出閥門關(guān)斷信號(hào)，同時(shí)始終對(duì)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(hào)，直到閥門完全關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)精確付油。同時(shí)，完成每次付油后，還應(yīng)該對(duì)付油誤差進(jìn)行計(jì)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(jìn)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(jī)——PLC系統(tǒng)輸出4～20mA的連續(xù)模擬量信號(hào)給變頻器，確保泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠在工頻和靜止間保持連續(xù)的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)付油。通常需要將變頻器安裝在室內(nèi)，需要遠(yuǎn)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(shí)刻內(nèi)只能控制一臺(tái)電機(jī)。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(dòng)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(yùn)行。若系統(tǒng)不穩(wěn)定，則會(huì)導(dǎo)致停運(yùn)等事故，嚴(yán)重情況還可能導(dǎo)致較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此需要采用一定的措施來確保自動(dòng)付油系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。在實(shí)際運(yùn)行中，可以借助手動(dòng)以及自動(dòng)的方式能夠全面提升系統(tǒng)的可靠性。例如增加手動(dòng)和自動(dòng)切換開關(guān)。若自動(dòng)付油系統(tǒng)出行故障時(shí)，可以快速切換到手動(dòng)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(dòng)和自動(dòng)控制電源，便于后期的維護(hù)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(dòng)付油控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍也日漸廣泛。對(duì)于自動(dòng)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(diǎn)，安全問題成為自動(dòng)付油系統(tǒng)首要解決的關(guān)鍵性問題。同時(shí)自動(dòng)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(dòng)付油系統(tǒng)的實(shí)際狀況，詳細(xì)就其涉及到的安全問題、精度問題和可靠性問題等進(jìn)行了詳細(xì)的探討，能夠確保更好的改進(jìn)自動(dòng)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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