普瑞特兩項新方案

陳相國 喬新建 牛家棒 李 超

普瑞特機械制造股份有限公司黨委書記、董事長范偉國

普瑞特機械制造股份有限公司有液態(tài)食品工業(yè)近20年的專業(yè)知識和經(jīng)驗，本著為用戶服務(wù)的理念，推出了兩項新技改措施。一是通過智能無線技術(shù)（WirelessHART），提供酒企全新的舊儲罐區(qū)數(shù)字化改造方案。二是聯(lián)合全球最優(yōu)秀的計量器件生產(chǎn)和控制系統(tǒng)廠家，結(jié)合當今最先進的技術(shù)及控制方法開發(fā)推出了基于數(shù)據(jù)流的先進智能儲罐計量管理系統(tǒng)一體化解決方案。

一、白酒老儲罐區(qū)數(shù)字化改造

從20世紀90年代開始，一批酒企在技術(shù)改造時上了大量的不銹鋼儲酒容器和設(shè)備，由于當時的電子技術(shù)水平限制以及酒廠生產(chǎn)制造沒有這方面需求，所以那時的儲酒罐（區(qū)）基本上沒有信息化和智能化手段和設(shè)施，相對于當今智能制造要求，這些罐（區(qū)）普遍存在管理技術(shù)漏洞和缺點：

一是酒液儲存和輸送過程中測量精度無法保證，測量設(shè)備本身精度誤差再經(jīng)過多年運行老化，測量精度差距較大，普通在5‰-10%，給酒企的生產(chǎn)和財務(wù)管理帶來極大的困難。二是測量數(shù)據(jù)需要靠人工目視確認，手工記錄易出現(xiàn)失誤。需要進行反復(fù)校對、確認。耗費較多的人力資源。三是測量設(shè)備本體沒有數(shù)字化的信號接口，因此無法與現(xiàn)有企業(yè)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，也無法進行先進的控制改造，進而達到自動化數(shù)據(jù)管理。四是使某些具有模擬量接口的測量儀表由于受制于現(xiàn)場條件，要進行傳統(tǒng)布線改造在罐區(qū)和控制室之間，需要大量地挖溝渠或橋架布線，工作量巨大。五是出于安全考量，老罐區(qū)存有大量的酒精，不能在罐區(qū)內(nèi)進行焊接等改造作業(yè)，傳統(tǒng)布線安裝作業(yè)會帶來極大的安全隱患和安裝困難。六是缺少現(xiàn)代生產(chǎn)中需要的安全防護技術(shù)和設(shè)施，如防溢體溢出，防人工盜竊，防人為投毒等。

對此，酒類企業(yè)普遍希望有一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的舊罐區(qū)數(shù)字化改造解決方案。

智能無線技術(shù)（WirelessHART）是數(shù)字工廠管控網(wǎng)的一部分，采用自組織網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu)，其性能可靠、安全。通過無線通訊方式，可對敷設(shè)電纜困難的設(shè)備和區(qū)域進行安全和有效監(jiān)測，從而節(jié)省安裝成本，保證作業(yè)安全，有效提升工廠的安全管理水平，降低維護成本。對特殊罐區(qū)還可以實現(xiàn)有線加無線的傳輸方式。

為確保數(shù)據(jù)和運輸?shù)目煽啃裕鞠到y(tǒng)相較于傳統(tǒng)管理方法和布線改造工藝，一是無線技術(shù)可以讓用戶在酒體儲存和生產(chǎn)時獲得正確的信息，可以控制系統(tǒng)中的實時或者隨選信息，或者其工作專屬的獨特應(yīng)用的信息。這種技術(shù)取代了手動記錄信息的方式，提高了現(xiàn)場操作人員的工作效率和信息的精準度。

二是系統(tǒng)采用智能無線技術(shù)（WirelessHART），現(xiàn)場儀表通過無線方式接入智能無線網(wǎng)關(guān)，智能無線網(wǎng)關(guān)通過Modbus RS485 與上位機通信。智能無線網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通過企業(yè)網(wǎng)絡(luò)（WPN或VPN）并入ERP系統(tǒng)。該方案中儲罐計量系統(tǒng)中的每臺罐配有一個智能無線的底層設(shè)備，均可成為一個無線節(jié)點，這些節(jié)點與智能無線網(wǎng)關(guān)構(gòu)成一個自組織網(wǎng)格架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。 這個自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)會自動查找如何繞過固定或臨時障礙的最佳方法，數(shù)據(jù)可靠性達到 99%。

三是系統(tǒng)無縫連接，其通信協(xié)議可以采用串行通信口Modbus RS485/RTU 方式，也可以通過標準以太網(wǎng)采用Modbus TCP/IP 協(xié)議或 OPC 協(xié)議與控制系統(tǒng)的上位機相連，實現(xiàn)與控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換。

改造后常規(guī)罐區(qū)計量系統(tǒng)中，基層設(shè)備經(jīng)過無線傳輸把測量值、診斷信息傳送到智能網(wǎng)關(guān)，再通過 OPC 通訊方式，直接跟 Wincc 組態(tài)軟件相連接，同時有線通訊的數(shù)據(jù)是由現(xiàn)場通訊單元 FCU 通過 Modbus RS485通訊方式跟 PLC或DCS控制系統(tǒng)相連，再跟上位組態(tài)軟件通訊的，這種冗余通訊方式保證了罐區(qū)測量數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。

目前基于WirelessHART系統(tǒng)的底層設(shè)備已經(jīng)可以涵蓋現(xiàn)場儀表（溫度、壓力、流量、PH測量等）現(xiàn)場反饋（振動監(jiān)測）現(xiàn)場執(zhí)行器（數(shù)字閥門），可以基于WirelessHART組成完整的罐區(qū)管理控制系統(tǒng)。

本方案可以有效降低接線或信號電纜本身出現(xiàn)問題時對儲罐失去監(jiān)視的可能性問題。同時，最大好處是解決了安全施工問題，無需動火動焊即可實現(xiàn)。相對于傳統(tǒng)有線技術(shù)，無線方案可以節(jié)約95%的安裝成本，節(jié)約95%的安裝時間，可節(jié)省大量 電纜、布線、施工、調(diào)試成本，大大縮短工期。同時可以利用無線 HART技術(shù)，對設(shè)備快速便捷地組態(tài)、及時獲得現(xiàn)場故障信息、全面了解現(xiàn)場設(shè)備運行的整體狀況。對于基礎(chǔ)設(shè)施差的老罐區(qū)，利用智能無線技術(shù)改造的優(yōu)勢更加突出。隨著無線技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)對財務(wù)數(shù)據(jù)的精準管理，可以隨時獲取準確的庫存信息和酒體輸送信息，滿足酒廠信息化，數(shù)據(jù)化要求。對于生產(chǎn)操作，可以獲得可靠安全的液位及報警信息。對于安全管理，無線設(shè)備采用內(nèi)置低電壓本安電池，不需要引入電源到罐區(qū)，避免了易燃易爆罐區(qū)的安全風險。系統(tǒng)“即插即用”，一物一碼，簡單方便，無需專業(yè)知識，可以方便自行增加系統(tǒng)設(shè)備。系統(tǒng)采用國際標準開放接口，可以方便地與工廠其他系統(tǒng)如ERP數(shù)據(jù)對接。在儲罐區(qū)無線技術(shù)的使用可以大大增強關(guān)鍵數(shù)據(jù)的及時性，可靠性，安全性，完善罐區(qū)的生產(chǎn)管理。

二、白酒數(shù)字化儲罐計量管理系統(tǒng)

隨著智能化和信息化的技術(shù)在白酒行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，特別是白酒企業(yè)基于生產(chǎn)信息的有效管控和資本化運作的需要，數(shù)字化儲罐計量管理系統(tǒng)的完善越來越迫切。該套系統(tǒng)方案可提供儲罐（群）物料的整個流程及生產(chǎn)周期的監(jiān)管和控制，包含常規(guī)罐區(qū)酒體接收作業(yè)、儲存作業(yè)、周轉(zhuǎn)作業(yè)、發(fā)送作業(yè)、儲運全過程等子流程。物料主要為酒精，也可擴展為食品油、果汁、乳制品等。系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)整合為核心，將自動控制和分項業(yè)務(wù)管理功能整合，是一個集成化、模塊化、開放式可擴展的解決方案，最終為罐（群）安全穩(wěn)定運行、優(yōu)化管理、降低生產(chǎn)成本和利潤最大化提供保證。

系統(tǒng)方案主要包括以下內(nèi)容：儲罐靜態(tài)計量、動態(tài)計量、總線通訊等三個系統(tǒng)。

1.儲罐靜態(tài)計量系統(tǒng)。儲罐計量是對大型儲罐內(nèi)液態(tài)物料的靜態(tài)儲量進行計量的過程。通過存量測定，即測定儲罐內(nèi)物料的存量，或輸轉(zhuǎn)計量，即作為生產(chǎn)鏈數(shù)據(jù)或貿(mào)易結(jié)算依據(jù)。目前新建罐(區(qū))主要采用兩種方法：

基于體積和基于質(zhì)量的計量升級為混合式測量系統(tǒng)。在基于體積方式計量的系統(tǒng)中，物料存量測量經(jīng)由液位和溫度的測量實現(xiàn)。在基于質(zhì)量的儲罐計量系統(tǒng)中，存量測量通過對液體的液柱靜壓的測量取得。

儲罐計量系統(tǒng)可以監(jiān)控庫存，能讓生產(chǎn)者即時了解儲存物料的準確數(shù)量。 系統(tǒng)可以精確測量物料載具、站點和管道輸送系統(tǒng)之間的批次和交接量。 該系統(tǒng)可用于日常運作；物料移動、調(diào)度和混配方案之中。準確追蹤泄漏并防止溢出，從而降低由于損耗造成的環(huán)境污染和財務(wù)損失。

儲罐計量系統(tǒng)的應(yīng)用場景基本涵蓋儲罐管理系統(tǒng)的所有儲罐作業(yè)任務(wù)：庫存管理、輸轉(zhuǎn)計量（收料及發(fā)料）、物料的轉(zhuǎn)移和操作（倒罐或配料）、損耗控制和平衡。

為此，普瑞特公司整合兩種計量方法開發(fā)了混合式儲罐測量系統(tǒng)（HTMS）。

混合法HTMS是液位計法與靜壓法的一種結(jié)合。它結(jié)合了液位和靜壓測量這兩種方法的優(yōu)點，綜合了壓力和液位測量，從而獲得整個液位高度內(nèi)介質(zhì)的真實平均密度。

由混合法的測量原理和各參數(shù)的計算可以看出，此種方法對液位質(zhì)量、密度的測量精度都較高。因而混合法是一種較理想的計量方法。 混合法另一最大優(yōu)點是它可以測量出儲罐所有已知的參數(shù)。 如采用高級混合法設(shè)計方案，可以在計算機上自動地得到諸如液位、點密度、平均密度、點溫度、平均溫度、液體界面（高度）、體積、實際質(zhì)量等所需要的所有物理參數(shù)。因此可以說混合法是儲罐自動計量系統(tǒng)中功能最全面、測量精度最高、可靠性最好的一種。

普瑞特HTMS混合法儲罐（群）計量系統(tǒng)、集國際最新儲罐群計量技術(shù)之優(yōu)點，采用高精度液位計、高精度差壓/ 壓力變送器和完善的系統(tǒng)管理軟件，實現(xiàn)罐區(qū)進、轉(zhuǎn)、存操作的全面自動化管理。

其主要功能包括：一是數(shù)據(jù)采集和處理功能：能實時測量各儲罐的液位、界面、溫度、密度、容積、重量等參數(shù)。二是顯示及報警功能：顯示屏動態(tài)地顯示各儲罐液位、 水位的棒狀圖。 當液位或水位超過設(shè)定值時，連接在操作現(xiàn)場的喇叭就會發(fā)出語音警告，或蜂鳴報警提醒操作者注意。三是數(shù)據(jù)庫管理功能：數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)管理軟件的重要組成部分它包括當月數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、 系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)庫和儲罐容積表數(shù)據(jù)庫等。當月數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)超過規(guī)定的時間后就會自動地轉(zhuǎn)存到歷史數(shù)據(jù)庫中。 在系統(tǒng)運行過程中，操作者可對各數(shù)據(jù)庫進行查詢、 刪除、保存或打印等操作。四是報表打印功能：具有各種統(tǒng)計報表輸出打印功能。例如進、轉(zhuǎn)驗收作業(yè)記錄，散裝收貨倉庫記帳單，進、轉(zhuǎn)業(yè)務(wù)工作記錄，以及罐區(qū)動態(tài)日報表等。五是遠程通訊功能：系統(tǒng)使用兩臺標準配置的 586PC機作為監(jiān)測管理計算機，兩臺計算機分別經(jīng)上網(wǎng)通訊，使管理決策人員能夠隨時了解、管理儲罐的運行和生產(chǎn)。五是儲罐與安全：近幾年國內(nèi)出現(xiàn)的罐區(qū)爆炸事故，以及往年國外的重大罐區(qū)事故絕大部分是由儲罐溢罐造成的。拿油品罐舉例來說，罐表系統(tǒng)需要檢測罐的壓力，液位，溫度并實時進行補償計算。但是這還遠遠不夠。普瑞特公司推出的數(shù)據(jù)化儲罐系統(tǒng)為了最大程度地提高安全性， 特定型號的雷達液位計除了精確測量液位以外，還可以輸出達到 SIL 3 認證的溢罐保護聯(lián)鎖信號。

2.動態(tài)計量系統(tǒng)

為了實現(xiàn)精確裝車， 許多企業(yè)都采用批控器對裝車進行控制。 它不僅接收質(zhì)量流量計的信號按定量控制裝車閥，還可以連接靜電保護開關(guān)和溢流保護開關(guān)確保安全。普瑞特儲罐管理系統(tǒng)使用的專用批量控制器還具備多級安全限制和措施保證裝車的操作合規(guī)，如：可設(shè)置裝車定量值，實現(xiàn)裝車的定量控制。具有防溢、防靜電連鎖控制功能。顯示屏顯示現(xiàn)場 閥門、液位開關(guān)、接地開關(guān)狀態(tài)及故障狀態(tài)。現(xiàn)場設(shè)備、通信和批控儀電路之間光電隔離。通信的站地址、通信速率均可面板操作設(shè)置。有就地（脫機）和聯(lián)機兩種工作方式，聯(lián)機狀態(tài)下 禁止鍵盤的參數(shù)設(shè)置。有啟動時間、結(jié)束時間、定量、實裝量的裝車工況記錄和查詢功能；有開機時間、關(guān)機時間、累計裝車批次、累計裝車 量的運行記錄和查詢功能。冗余通信功能。IC卡管理功能（可選）：帶防爆大屏幕點陣式顯示器。小流量及無流量報警功能： 當切除了質(zhì)量流量計變送器電源后，便接收不到流量脈沖信號，若操作人員私自切除流量計電源，就有可能會發(fā)生介質(zhì)丟失問題。使用該報警功能，如果在設(shè)置的時間范圍內(nèi)無流量信號進入則產(chǎn)生報警并關(guān)閉閥門結(jié)束作業(yè)，如果流量小于所設(shè)置的限值同樣會報警并關(guān)閉閥門結(jié)束作業(yè)。這給企業(yè)的運營監(jiān)管帶來很大的便利。

3.總線通訊系統(tǒng)

通過在罐區(qū)管理上使用變送器，流量計、電動閥門、批控器等現(xiàn)場設(shè)備，以總線通訊方式，將采集的數(shù)據(jù)通過罐表系統(tǒng)、DCS（分布式控制系統(tǒng)）、SIS（安全儀表系統(tǒng)）對罐區(qū)進行監(jiān)控和保護。由于罐區(qū)管理涉及大量的訂單管理，庫存管理，計劃調(diào)度，路徑選擇，自動裝車等相關(guān)作業(yè) ,這些采集的數(shù)據(jù)同步提報到MES系統(tǒng)（生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)）對整個生產(chǎn)作業(yè)的全流程監(jiān)控。進一步地，我們可以通過 ERP系統(tǒng)進行運營的全局優(yōu)化。

經(jīng)過系統(tǒng)的運行實踐，該系統(tǒng)對白酒企業(yè)的庫存管理、生產(chǎn)管理具有極大的提高和完善作用，是基于數(shù)據(jù)化、安全化、智慧化的解決方案。目前正在推出基于該系統(tǒng)的老庫區(qū)完善改造方案，基于MES系統(tǒng)的全生產(chǎn)流程智慧化解決方案。