立式金屬儲罐自動裝卸一體化控制系統(tǒng)

曹旭升

（東營華泰化工集團有限公司，山東 東營 257000）

在現(xiàn)代化的工業(yè)生產中，為了讓生產裝置更方便的運行，不斷完善化工原材料和產品的運輸和儲存能力，各個企業(yè)紛紛建立其大型的立式金屬儲罐設備以及大型裝卸平臺。傳統(tǒng)的裝卸控制管理主要依靠人力進行，這樣做的結果會造成控制的精準度降低，并且隨時有可能產生爆炸的危險或有毒氣體的泄露，對工作人員的生命安全造成威脅[1]。但隨著自動化技術的引入，在工業(yè)生產車間，成品及原材料的裝卸控制系統(tǒng)得到了更多的應用，不僅提高了控制的精度，也保證了工作人員的人身安全。

1 立式金屬儲罐自動裝卸一體化控制系統(tǒng)硬件設計

圖1 自動裝卸一體化控制系統(tǒng)硬件配置圖

本文設計的立式金屬儲罐自動裝卸一體化控制系統(tǒng)硬件配置可分為兩部分，一部分為現(xiàn)場總線，一部分為系統(tǒng)總線中的兩層結構，現(xiàn)場總線中包含了罐車的裝車數(shù)量控制器、卸車數(shù)量控制器以及串口服務器三部分組成。上位機主要負責利用串口服務器對生產現(xiàn)場的總線上的所有硬件設備進行管理和控制?？偩€上的裝車數(shù)量控制器用來實現(xiàn)固定數(shù)量的裝車功能以及相關的一系列控制，卸車數(shù)量控制器負責對整個生產過程的卸車自動控制和數(shù)量的統(tǒng)計。圖1為立式金屬儲罐自動裝卸一體化控制系統(tǒng)硬件配置圖。

（1）裝車數(shù)量控制器。本文設計的控制系統(tǒng)采用的裝車數(shù)量控制器沒有傳統(tǒng)意義上的單片機控制設備，利用PLC控制設備代替原有單片機控制，能夠有效提高系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。裝車數(shù)量控制器的流量輸入信號本文采用MODBUS總線，該設備可以直接對數(shù)據(jù)進行讀取，不需要將其轉換為標準的信號，省去了不必要的環(huán)節(jié)，從而獲取到更精確的質量流量、密度、溫度等數(shù)據(jù)信息。

（2）卸車數(shù)量控制器。本文設計的控制系統(tǒng)采用的卸車數(shù)量控制器與上文的裝車數(shù)量控制器相同，內部配置了PLC控制器設備，并將其安裝在卸罐的現(xiàn)場，用以完成對卸車過程中的設備控制、物料計量等數(shù)據(jù)的上傳工作。中間罐中的物料低于事先設定的位置時，啟動報警裝置，停止卸車，同時將數(shù)據(jù)進行采集并傳輸給上位機。在整個過程中，該控制器設備始終進行對防靜電聯(lián)鎖信號的采集，一旦信號消失則立即停止卸車，以確保工作人員的生命安全。

（3）輸送泵設計。輸送泵是本文設計的控制系統(tǒng)中物料提供輸送動力的設備，為了防止在裝卸的過程中，輸送泵出現(xiàn)空轉的現(xiàn)象導致危害的發(fā)生，在輸送泵上加裝電流保護設備，該保護設備可以用于對電流值的檢測，根據(jù)事先設定的電流值停止輸送泵的運轉，防止空轉現(xiàn)象。由變頻器控制整個輸送泵設備，配合控制系統(tǒng)中的切斷閥門從而控制裝卸車的流量。

2 立式金屬儲罐自動裝卸一體化控制系統(tǒng)軟件設計

（1）數(shù)據(jù)采集及處理。數(shù)據(jù)采集的主要信息包括模擬量、數(shù)字量以及報警信號。

模擬量是指裝卸現(xiàn)場管道中的介質流量、立式金屬儲罐內的物料液位、儲罐內壓力以及溫度等。數(shù)字量主要包括裝卸過程中的狀態(tài)量以及開關情況。報警信號指的是以事件的形式將裝卸過程中的運行狀況報告給系統(tǒng)。

（2）界面功能設計。本文設計的控制系統(tǒng)中界面主要包括頁面導航、菜單欄、報警欄、數(shù)據(jù)庫界面等等。頁面導航主要是用于當系統(tǒng)啟動時，控制系統(tǒng)的界面自動跳轉到主頁上，在主頁上顯示四個導航圖標，分別為立式金屬儲罐的導航圖標、裝卸現(xiàn)場導航圖標、裝車導航圖標、卸車導航圖標。當用戶點擊不同的菜單，系統(tǒng)將會顯示不同的畫面。在系統(tǒng)界面的最下方建立警報欄，當裝卸現(xiàn)場出現(xiàn)報警情況時，警報欄會出現(xiàn)閃爍的紅燈，同時將報警的相關信息列舉出來，報警欄中主要包括確認欄、裝卸開始時間、裝卸結束時間、節(jié)點等。

（3）報警模塊設計。報警模塊中主要包括低級報警、中級報警以及高級報警，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供的報警數(shù)據(jù)與系統(tǒng)界面當中的圖素進行動態(tài)地銜接，從而方便實現(xiàn)控制系統(tǒng)的動態(tài)報警、語音報警，并將相關的數(shù)據(jù)信息進行記錄并保存。

3 對比實驗

為了驗證本文設計的立式金屬儲罐自動裝卸一體化控制系統(tǒng)是否可以使物料裝卸控制的精準度提高，建立了如下的對比實驗：選取6組結構相同、物料相同的儲罐，隨機選擇其中三組利用傳統(tǒng)裝卸方法對立式金屬儲罐進行裝卸并將其設為對照組，另外三組利用本文設計的控制系統(tǒng)對物料進行裝卸并將其設為實驗組，將兩種方法的精準度結果進行比較。表1為兩種控制方法的精準度對比。

表1 實驗組與對照組精準度對比

從表1可以看出，實驗組的控制方法精準度明顯高于對照組，因此可以說明本文設計的立式金屬儲罐自動裝卸一體化控制系統(tǒng)具有良好的控制能力，并且在操作時穩(wěn)定性更高，可以有效的減輕工作人員的勞動強度，避免事故的發(fā)生?？刂葡到y(tǒng)的可靠性能夠保證裝卸操作的穩(wěn)定、安全運行，提升總體的工作效率，為操作和管理帶來更大的便利，提升企業(yè)整體的經(jīng)濟和社會效益。

4 結語

立式金屬儲罐的裝卸工作是一項靈活而又復雜的作業(yè)過程，尤其是對于整個流程的監(jiān)控部分，更需要考慮到現(xiàn)場多個設備的運作情況，例如能源的類別、消耗、輸送泵的功率等。本文設計的立式金屬儲罐自動裝卸一體化控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對物料裝卸的自動化控制。加入了先進技術的控制系統(tǒng)可以有效提高工業(yè)生產的現(xiàn)代化管理水平。在日后的研究中還將對儲罐的生產運行方式進行更加全面的優(yōu)化，以消除人為的不確定因素在控制管理當中差生的影響，保證工業(yè)自動化生產的平穩(wěn)高效運行。