羅時(shí)金 陳曉東 程博琛 中石化廣東倉(cāng)儲(chǔ)分公司 510730

PLC在公路發(fā)油臺(tái)的應(yīng)用

羅時(shí)金 陳曉東 程博琛 中石化廣東倉(cāng)儲(chǔ)分公司 510730

一、現(xiàn)狀與問題

1.國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

隨著工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的石油庫(kù)采用流體批量控制技術(shù)對(duì)出庫(kù)油品進(jìn)行定量發(fā)放控制。

在國(guó)外，由于電子技術(shù)發(fā)展較快，工業(yè)控制技術(shù)的應(yīng)用范圍和程度比較深廣，知名的工業(yè)控制廠家針對(duì)油庫(kù)油品定量發(fā)放系統(tǒng)已有成套控制產(chǎn)品和技術(shù)方案，如美國(guó)艾默生工業(yè)自動(dòng)化公司采用本公司生產(chǎn)的Danload 控制器、DVC788電液閥和質(zhì)量流量計(jì)等組成批量控制系統(tǒng)，澳大利亞達(dá)基捷能科技有限公司采用Smith公司生產(chǎn)的Accuload控制器、電液閥、流量計(jì)組成油品定量發(fā)放控制系統(tǒng)等。

國(guó)內(nèi)也有很多廠商都在生產(chǎn)油品定量發(fā)放控制器，如南京振興華成套設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DKS611系列控制器，瑞通石化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LK3000系列控制器，湛海儀表廠生產(chǎn)的FKCS系列控制器，以上廠家皆采用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，主要應(yīng)用于公路油臺(tái)油品定量發(fā)放控制。

縱觀國(guó)內(nèi)外油品定量發(fā)放控制解決方案，基本上都是基于單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)油品發(fā)放過程中各受控單元進(jìn)行定量發(fā)放控制。部分國(guó)外公司在設(shè)計(jì)公路發(fā)油控制系統(tǒng)時(shí)引用了PLC，作為公路油臺(tái)批控器的與庫(kù)區(qū)SCADA系統(tǒng)互聯(lián)的橋梁，而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的定量控器幾乎都未能實(shí)現(xiàn)與庫(kù)控PLC進(jìn)行底層通信。

2.主要存在問題

基于單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)油品批量控制方面主要存在以下幾點(diǎn)不足：

第一、系統(tǒng)開放性較弱，產(chǎn)品功能單一。國(guó)內(nèi)外批量控制器功能單一，局限于油品定量發(fā)放控制，各時(shí)期生產(chǎn)的型號(hào)的輸入、輸出接口不一樣，難以互換，產(chǎn)品的拓展性差。且采用自己公司設(shè)計(jì)的通信協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)各異，系統(tǒng)數(shù)據(jù)整合的難度大，不易實(shí)現(xiàn)。

第二、系統(tǒng)拓展能力有限，難以適應(yīng)日漸精細(xì)化管理的需要。為實(shí)現(xiàn)某一功能往往需要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化完善，但由于基于單片機(jī)技術(shù)的底層開發(fā)較為復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)某一管理功能可能需要重新設(shè)計(jì)電路板。

第三、系統(tǒng)抗干擾能力差，故障率較高。由于批量控制器采用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)，卡、板之間采用排線相連，容易造成接觸不良，且選用的電子元件質(zhì)量不能保證或易受外界環(huán)境影響導(dǎo)致參數(shù)改變，因此故障率較高。

二、PLC定量發(fā)油系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用

1.系統(tǒng)構(gòu)成

PLC公路定量發(fā)油系統(tǒng)分為三層架構(gòu)：底層是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，中間層為監(jiān)控層，上層為信息管理應(yīng)用層。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層以工業(yè)以太網(wǎng)（Ethernet）為基礎(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連，集成了PLC系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)層分布式控制網(wǎng)絡(luò)。石油庫(kù)油品定量發(fā)放系統(tǒng)控制對(duì)象為工藝管道上的關(guān)鍵設(shè)備，最少必須具備的設(shè)備有流量計(jì)、溫度傳感器和電液閥（電動(dòng)閥），由這三種設(shè)備便可構(gòu)成最簡(jiǎn)單的油品定量發(fā)放系統(tǒng)，我們針對(duì)這三種設(shè)備的控制開發(fā)油品定量發(fā)放控制模塊，同時(shí)集成添加劑自動(dòng)加注功能，開放一些相對(duì)固定的功能接口，如防靜電防溢油連鎖等。從硬件和功能上在系統(tǒng)中相對(duì)獨(dú)立出來。

監(jiān)控層以工業(yè)以太網(wǎng)（Ethernet）為基礎(chǔ)，采用集中式管理模式從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，完成發(fā)油泵(變頻器)、工藝閥門、壓力變送器、緊急停車信號(hào)等次要關(guān)鍵設(shè)備的響應(yīng)和控制、運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)、報(bào)警和趨勢(shì)分析等功能，包括控制組態(tài)的設(shè)計(jì)。

信息管理層是通過園區(qū)網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和ERP數(shù)據(jù)交互。由于現(xiàn)場(chǎng)總線是專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備通信設(shè)計(jì)，它只解決了底層自動(dòng)化系統(tǒng)的信息集成問題，并不適用于傳輸較大量的數(shù)據(jù)，也不容易與管理層進(jìn)行集成。而以太網(wǎng)設(shè)計(jì)初衷就是用于數(shù)據(jù)處理的辦公網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)可以達(dá)到很高的通信速率。利用以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合PLC控制器及現(xiàn)場(chǎng)總線，可構(gòu)成全分散、全開放的集散式控制系統(tǒng)。

基于工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議，系統(tǒng)硬件按石油庫(kù)定量發(fā)油系統(tǒng)所需功能及現(xiàn)場(chǎng)位置進(jìn)行劃分。硬件架構(gòu)如左圖所示。

其中安檢ATM安裝于油臺(tái)入口處，驗(yàn)單ATM、工藝監(jiān)控電腦與后臺(tái)管理電腦安裝于發(fā)油控制室，數(shù)據(jù)服務(wù)器、交換機(jī)與中控PLC機(jī)柜安裝于發(fā)油控制室，司機(jī)操作器與小型PLC安裝于油臺(tái)發(fā)油島上。

2.主要實(shí)現(xiàn)功能

(1)系統(tǒng)靈活架構(gòu)，滿足不同工藝需求

系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)架設(shè)，分控系統(tǒng)最多可同時(shí)控制4路鶴管同時(shí)發(fā)油，通過簡(jiǎn)單配置便可滿足1個(gè)發(fā)油島（1路,2路或多路）的控制需求。中控系統(tǒng)通過簡(jiǎn)單配置，既可滿足對(duì)變頻泵和非變頻泵的控制要求，又可滿足1個(gè)或多個(gè)發(fā)油島的控制需求。

(2)系統(tǒng)控制平穩(wěn)，具備水擊消除效果

系統(tǒng)組態(tài)參數(shù)設(shè)置靈活，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同的工藝現(xiàn)狀，通過對(duì)起泵延遲量、停泵提前量、電液閥門初次開閥的開度、電液閥門開閥關(guān)閥的步進(jìn)量等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，無論是膜片式電液閥還是活塞式電液閥，可平穩(wěn)開閥和多級(jí)關(guān)閥，達(dá)到防止噴濺發(fā)油和消除水擊的良好效果。

(3)先進(jìn)的油品計(jì)量計(jì)算方法，界面數(shù)據(jù)豐富

系統(tǒng)具備質(zhì)量、體積兩種發(fā)油模式，在體積發(fā)油模式下，若指定發(fā)油溫度，系統(tǒng)可根據(jù)要求實(shí)現(xiàn)按高補(bǔ)償，全補(bǔ)償，不補(bǔ)償三種方式進(jìn)行體積發(fā)油。無論在哪種發(fā)油模式下，界面顯示實(shí)發(fā)體積、補(bǔ)償體積、實(shí)發(fā)質(zhì)量、當(dāng)筆發(fā)油平均溫度、實(shí)時(shí)溫度、瞬時(shí)流速等參數(shù)。

(4)系統(tǒng)定量控制精確，發(fā)油誤差較小

分控系統(tǒng)運(yùn)算器采用國(guó)際知名公司器件，運(yùn)行速度快，對(duì)流量數(shù)據(jù)能快速反應(yīng)到系統(tǒng)運(yùn)算中，對(duì)閥門控制輸出實(shí)時(shí)性高，恒定發(fā)油流速穩(wěn)態(tài)控制良好，開閥和關(guān)閥階段的小流速控制穩(wěn)定，從而使系統(tǒng)在小流速狀態(tài)下結(jié)束發(fā)油，系統(tǒng)定量控制誤差小，定量發(fā)放控制精度達(dá)到0.3%以內(nèi)。

(5)多種檢測(cè)手段，提高油臺(tái)發(fā)油的安全性

在發(fā)油過程中，系統(tǒng)除了對(duì)接地、溢油報(bào)警等信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)外，對(duì)發(fā)油溫度異常、流速過低、過沖量過大等狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警連鎖，報(bào)警發(fā)生時(shí)暫停當(dāng)筆發(fā)油，需要油庫(kù)管理人員進(jìn)行確認(rèn)解鎖后方可繼續(xù)發(fā)油，當(dāng)過沖量超過設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)啟用快速切斷閥切斷當(dāng)前發(fā)油操作。確保每筆油品都是在工藝及設(shè)備狀態(tài)正常準(zhǔn)確的情況下完成發(fā)放，定量控制安全準(zhǔn)確。

系統(tǒng)設(shè)置急停按鈕，若油臺(tái)發(fā)生重大事故需要緊急疏散發(fā)油車輛時(shí)，該按鈕可快速中斷整個(gè)發(fā)油臺(tái)所有油品發(fā)放，使車輛在能以最快速度進(jìn)行撤離。

(6)司機(jī)刷卡發(fā)油，操作方便快捷，衛(wèi)生環(huán)保

系統(tǒng)與倉(cāng)儲(chǔ)公司IC卡自助驗(yàn)單系統(tǒng)無縫連接，司機(jī)自助驗(yàn)單過帳后，可憑提油卡直接到油臺(tái)進(jìn)行刷卡發(fā)油，無需再打印提油小票。司機(jī)操作方便、快捷，可防止司機(jī)錄入發(fā)油單號(hào)過程中出現(xiàn)誤操作，利用信息化手段保證了數(shù)據(jù)的安全性。同時(shí)，系統(tǒng)與當(dāng)前操作模式兼容，司機(jī)也可選擇以輸入提單號(hào)的方式進(jìn)行發(fā)油操作。

(7) 管理界面內(nèi)容豐富、形象直觀

發(fā)油臺(tái)集中監(jiān)控管理系統(tǒng)采用國(guó)外著名組態(tài)軟件進(jìn)行開發(fā)，系統(tǒng)界面既可形象地觀看全部臺(tái)位發(fā)油狀態(tài)和所有報(bào)警信息，又可對(duì)起泵延遲量、停泵提前量、電液閥門初次開閥的開度、電液閥門開閥關(guān)閥的步進(jìn)量、發(fā)油臺(tái)位的啟停等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，人機(jī)界面內(nèi)容豐富，形象直觀，使整個(gè)油臺(tái)的管理一目了然。

(8)系統(tǒng)應(yīng)急、容錯(cuò)能力強(qiáng)

系統(tǒng)具備本地、聯(lián)網(wǎng)兩種方式進(jìn)行發(fā)油操作。在網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，可啟用本地發(fā)油模式下，不會(huì)影響油臺(tái)發(fā)油作業(yè)，發(fā)油數(shù)據(jù)能在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常后自動(dòng)上傳。若數(shù)據(jù)上傳不成功，則啟用定時(shí)嘗試上傳機(jī)制，直到所有發(fā)油數(shù)據(jù)成功上傳。

(9)數(shù)據(jù)高度集成

工業(yè)以太網(wǎng)架設(shè)的控制系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)(RTDB)技術(shù)，兼容關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與功能模塊的集中統(tǒng)一，系統(tǒng)擴(kuò)展性能強(qiáng)，運(yùn)維管理方便，從而實(shí)現(xiàn)了從信息層傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)控制層網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，通過Internet技術(shù)建成完善的企業(yè)管理、生產(chǎn)、過程監(jiān)控的信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與ERP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈的緊密集成。

3.應(yīng)用情況

該系統(tǒng)在廣東石油南村油庫(kù)成功投用，南村油庫(kù)發(fā)油臺(tái)有18條發(fā)油鶴管，安裝有PLC發(fā)油控制器9套，系統(tǒng)上線穩(wěn)定運(yùn)行三個(gè)多月，系統(tǒng)穩(wěn)定，定量控制準(zhǔn)確，未出現(xiàn)一例補(bǔ)油現(xiàn)象，客戶滿意度高。從數(shù)據(jù)分析，反映發(fā)油控制精度誤差的指標(biāo)，絕對(duì)誤差最大為3.8升，相對(duì)誤差最大為千分之1.4，發(fā)放控制精度完全滿足商業(yè)貿(mào)易交接的要求。

三、結(jié)論及前景

PLC定量發(fā)放系統(tǒng)的成功應(yīng)用，取得了良好的效益。具體體現(xiàn)在：

1.降低石油庫(kù)公路油臺(tái)運(yùn)維成本。隨著油庫(kù)公路油臺(tái)的管理、服務(wù)要求越來越高，發(fā)油臺(tái)的批量控制器設(shè)備需不斷改進(jìn)、更新，才能滿足發(fā)展的趨勢(shì)，如增加添加劑的通訊接口，單片機(jī)技術(shù)的批量控制器就必須重新設(shè)計(jì)、更換主板才能滿足要求。以廣東石油倉(cāng)儲(chǔ)分公司270多個(gè)臺(tái)位為例，按更換一塊主板平均5000元計(jì)算，需要135萬(wàn)元，而PLC若有足夠的I/O接口，則不需要增加設(shè)備，只需進(jìn)行程序編寫就可完成，可節(jié)約90～95%的費(fèi)用，即使增加I/O設(shè)備，按在用的30多座油庫(kù)計(jì)算，平均每座油庫(kù)約2萬(wàn)元，可節(jié)約40～50%的費(fèi)用。

2.減輕油臺(tái)工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。提油司機(jī)自助驗(yàn)單和油品添加劑自動(dòng)加注功能，大大減輕發(fā)油臺(tái)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低油庫(kù)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的勞動(dòng)力成本。縮短司機(jī)提油候裝時(shí)間，使整個(gè)公路油臺(tái)高效運(yùn)行，提高客戶的滿意度。

3.油品發(fā)放場(chǎng)所是石油庫(kù)面向社會(huì)的服務(wù)窗口，精確的油品計(jì)量交接和穩(wěn)定可靠的發(fā)放控制有利于提高企業(yè)的社會(huì)公信度，樹立良好的企業(yè)形象，同時(shí)為環(huán)境保護(hù)提供有力的保障，促進(jìn)企業(yè)與社會(huì)的和諧發(fā)展。

4.系統(tǒng)可靠穩(wěn)定地運(yùn)行能為企業(yè)節(jié)省運(yùn)維投入，加快油品的周轉(zhuǎn)速度，提高裝油場(chǎng)地、設(shè)備的利用率，縮短客戶候裝時(shí)間。

由此可見，PLC發(fā)油系統(tǒng)采用通用性設(shè)計(jì)開發(fā)，能滿足各類油庫(kù)發(fā)油臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備的需求；系統(tǒng)核心程序由具有石化現(xiàn)場(chǎng)多年工作經(jīng)驗(yàn)人員自行編寫，比較適合國(guó)內(nèi)企業(yè)當(dāng)前實(shí)際管理需求；同時(shí)，系統(tǒng)硬件采用知名公司當(dāng)前新型產(chǎn)品，較有生命力，質(zhì)量穩(wěn)定可靠；系統(tǒng)總線采用開放式架構(gòu)成，系統(tǒng)應(yīng)用拓展能力強(qiáng)，隨著工業(yè)化的進(jìn)一步發(fā)展，易與庫(kù)區(qū)其它控制系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。該技術(shù)的成功應(yīng)用不但能極大地提高生產(chǎn)效率，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，極具推廣應(yīng)用價(jià)值。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.14.041