姚國輝，李妍

（中國石化潤滑油北京分公司，北京 100085）

基于DCS平臺的潤滑油自動批量調(diào)合控制系統(tǒng)開發(fā)

姚國輝，李妍

（中國石化潤滑油北京分公司，北京 100085）

中國石化潤滑油北京分公司結(jié)合多年的潤滑油調(diào)合生產(chǎn)經(jīng)驗，利用國內(nèi)較為先進的DCS平臺，自主開發(fā)出國內(nèi)首套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的自動批量調(diào)合（Automatic Batch Blender）控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了ABB裝置的自動調(diào)合及配套管線的自動清掃功能，并利用通訊手段，實現(xiàn)系統(tǒng)對罐區(qū)的動態(tài)監(jiān)控與管理。目前，該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于公司潤滑油生產(chǎn)實踐中。

潤滑油;自動批量調(diào)合;DCS;控制系統(tǒng);罐區(qū)監(jiān)控

0 引言

在20世紀(jì)末，中國石化潤滑油北京分公司就從國外引進了SMB、ABB等先進調(diào)合裝備技術(shù)，歷經(jīng)10余年的生產(chǎn)使用，其穩(wěn)定性已漸漸無法滿足生產(chǎn)需要;另一方面，部件的老化及在技術(shù)上的封裝壁壘給生產(chǎn)中的技術(shù)改造帶來了極大的難題。2010年，中國石化潤滑油北京分公司開展技術(shù)創(chuàng)新，利用國內(nèi)比較成熟的DCS平臺，自主開發(fā)出國內(nèi)首套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的潤滑油自動批量調(diào)合DCS控制系統(tǒng)，并實現(xiàn)了管線自動清掃、罐區(qū)動態(tài)監(jiān)控管理等功能，解決了企業(yè)技術(shù)改造升級的瓶頸問題。

1 自動批量調(diào)合工藝簡介

自動批量調(diào)合工藝就是根據(jù)調(diào)合配方要求采用基礎(chǔ)油、添加劑原料依次注入調(diào)合釜，然后開啟攪拌器，通過機械攪拌至混合均勻的調(diào)合方式，原料計量是通過調(diào)合釜設(shè)備上所帶的稱重計量元件來控制，一般的ABB裝置采用鋼結(jié)構(gòu)支撐的上下兩層調(diào)合釜裝置結(jié)構(gòu)，添加劑進料預(yù)調(diào)合釜位于裝置上層，底釜一般用于基礎(chǔ)油和加入比例較大添加劑的混配，并配置桶裝添加劑抽提單元（DDU:Drum Decanting Unit）用于桶裝添加劑的加入，具體工藝流程如圖1。

圖1 自動批量調(diào)合工藝流程

2 系統(tǒng)開發(fā)規(guī)模

本次系統(tǒng)開發(fā)的對象包括:1套從國外引進的自動批量調(diào)合裝置（ABB）、2條配套的管線清掃裝置以及儲罐計量儀表系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)開發(fā)采用國內(nèi)較為成熟的DCS為平臺，在網(wǎng)絡(luò)層面上設(shè)立了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（SNET）和控制網(wǎng)絡(luò)（CNET），且DCS主控制器具備冗余功能。其中，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（SNET）采用了100M高速冗余工業(yè)實時以太網(wǎng)，用于系統(tǒng)中工程師站、操作站、現(xiàn)場控制站、通信控制站等系統(tǒng)節(jié)點的連接，完成節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通訊，包括現(xiàn)場控制站的數(shù)據(jù)下裝、操作控制和數(shù)據(jù)采集等?？刂凭W(wǎng)絡(luò)（CNET）采用了AS－i總線模塊采集現(xiàn)場I/O信號，再利用Profibus－DP現(xiàn)場總線與AS－i主控模塊建立通訊，該通訊結(jié)構(gòu)具有及時響應(yīng)和模塊自診斷功能，可滿足潤滑油調(diào)合過程控制的功能及速度要求。控制網(wǎng)絡(luò)具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4 系統(tǒng)開發(fā)

（1）硬件組態(tài)

系統(tǒng)硬件組態(tài)包括兩方面，其一，即對DCS層面的主控制器組態(tài)，其二，利用AS－i總線的設(shè)備配置GSD文件，完成對AS－i主控單元及I/O模塊的組態(tài)。

（2）軟件組態(tài)——控制系統(tǒng)組態(tài)

①圖形組態(tài)

根據(jù)自動批量調(diào)合（ABB）工藝流程要求，利用DCS配套的組態(tài)軟件對該套自動批量調(diào)合裝置及所配套的2套管線清掃系統(tǒng)等單元進行圖形組態(tài)，整個ABB系統(tǒng)共設(shè)置如下操作（瀏覽）畫面:系統(tǒng)總貌、ABB計量罐、ABB調(diào)合罐、基礎(chǔ)油罐區(qū)、添加劑、添加劑（OCP）、成品罐區(qū)1、成品罐區(qū)2、I/O控制界面、配方等。其中系統(tǒng)總貌組態(tài)情況如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)總貌

②控制邏輯組態(tài)

根據(jù)ABB自動調(diào)合的功能要求，逐一對計量罐單元、調(diào)合罐單元、機泵閥門單元、管線自動清掃單元（2套）和配方單元進行開發(fā)，以下就其中調(diào)合罐單元、管線自動清掃單元和配方單元的開發(fā)做簡單介紹。

a.調(diào)合罐單元

調(diào)合罐工藝實現(xiàn)過程主要包括來料源罐現(xiàn)場機泵的啟停、調(diào)合罐所連接的兩位開關(guān)閥（POV）和流量調(diào)節(jié)閥（FCV）配合稱重傳感器的開關(guān)（調(diào)節(jié)）以及懸掛式機械攪拌器的啟停等。其中，所有現(xiàn)場機泵的啟停以及機械攪拌器的啟停采用梯形圖的形式來實現(xiàn)。POV開關(guān)閥的（開關(guān)）動作主要根據(jù)稱重單元實時讀數(shù)、系統(tǒng)設(shè)定的提前停車量以及目的任務(wù)量來組態(tài)實現(xiàn)。FCV調(diào)節(jié)閥的（調(diào)節(jié)）動作主要根據(jù)閥門實時開度、稱重單元讀數(shù)、目的任務(wù)量以及經(jīng)驗補償量的PID調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。

b.管線自動清掃單元

管線清掃系統(tǒng)一般是由清掃球、發(fā)球站、收球站，特殊的輸送管線和管線分配閥（常見的有三通和四通兩種形式）組成。就功能單元而言，一條管線自動清掃系統(tǒng)一般包括一個發(fā)球站、一個收球站以及數(shù)個中間站。下面以本ABB系統(tǒng)配套的三通管線清掃系統(tǒng)為例，簡單介紹其邏輯開發(fā)原理。

本系統(tǒng)開發(fā)的工具很多，其中之一就是功能塊，可根據(jù)需求實現(xiàn)功能“函數(shù)化”，調(diào)用方便。圖4中所示的HLDV_F、HLDV_S和ILDV分別是管線清掃系統(tǒng)發(fā)球站、收球站和中間站的功能塊。其中左側(cè)管腳為輸入信號，右側(cè)管腳為輸出信號。

圖4 三通管線清掃系統(tǒng)功能塊

c.配方單元

ABB分計量罐調(diào)合和計量罐結(jié)合調(diào)合罐調(diào)合，其中，計量罐進料多為添加劑和多采用流量調(diào)節(jié)閥（FCV）來控制;調(diào)合罐進料多為基礎(chǔ)油及大組分添加劑，相應(yīng)的更多采用兩位的開關(guān)閥（POV）來控制組分重量。相同的是，上述任何一種方式，均需要配方原料依次分批注入，從而實現(xiàn)組分的精確計量。

根據(jù)上述特點，在計量罐和調(diào)合罐調(diào)合工藝的邏輯實現(xiàn)問題上，分別采用不同的控制策略。前者采用PID控制，以調(diào)節(jié)閥瞬時開度和任務(wù)實際完成量為信號輸入;后者采用提前停車量來實現(xiàn)兩位開發(fā)閥的控制。

在配方功能的上層實現(xiàn)上，采用Batch處理器，實現(xiàn)實時控制和數(shù)據(jù)顯示，其主要的功能包括:自動速度控制、配方儲存、檢索和執(zhí)行、調(diào)合數(shù)據(jù)儲存和報表生成和其他操作控制（批量接收、清管和批量裝載）等。圖5為系統(tǒng)配方編輯單元界面。

圖5 配方編輯界面

5 系統(tǒng)功能擴展（見圖6）

圖6 液位監(jiān)控功能通訊集成框架

結(jié)合潤滑油調(diào)合生產(chǎn)的需要，本次開發(fā)將原來兩套獨立的液位監(jiān)控系統(tǒng)納入到DCS的監(jiān)控范疇，采用通訊的方式，將相關(guān)儲罐的動態(tài)數(shù)據(jù)（溫度、質(zhì)量、液位及密度等）上傳到DCS系統(tǒng)，并在DCS中設(shè)立監(jiān)控畫面。如圖6所示，通過Modbus－DP協(xié)議轉(zhuǎn)化卡，實現(xiàn)Modbus（RS485和RS232）向Profibus－DP的轉(zhuǎn)換，然后通過DP線實現(xiàn)液位監(jiān)控系統(tǒng)與DCS主控的動態(tài)數(shù)據(jù)傳輸，使ABB控制系統(tǒng)具備液位監(jiān)控功能。

6 結(jié)論

系統(tǒng)自2011年4月投用以來，運行平穩(wěn)，一次調(diào)合合格率達到100%。在ABB系統(tǒng)完成油品輸送任務(wù)后，配套的兩條管線清掃系統(tǒng)可順利實現(xiàn)主輸油管線的自動清掃，掃線效果明顯，進一步提高了潤滑油的生產(chǎn)效率。

（1）利用DCS平臺，實現(xiàn)了自動批量調(diào)合工藝的要求，能夠達到自動批量調(diào)合裝置對計量罐和調(diào)合罐不同的工藝計量要求，生產(chǎn)出了合格的油品，且一次合格率達到100%。

（2）在DCS系統(tǒng)中還實現(xiàn)了ABB所配套管線的自動清掃功能，且掃線效果明顯。由于整個功能模塊采用功能塊設(shè)計，具有移植性強、使用方便的特點，可直接借鑒到其他潤滑油自動管線清掃裝置的系統(tǒng)開發(fā)中。

（3）借助DCS系統(tǒng)所支持的Profibus－DP現(xiàn)場總線協(xié)議，利用Modbus－DP協(xié)議轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)系統(tǒng)對原液位監(jiān)控系統(tǒng)的通訊集成，能夠更好地滿足潤滑油生產(chǎn)的需要。

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Developm ent of Lub ricant Autom atic Batch Blender Contro l System Based on DCS

YAO Guo－h(huán)ui，LIYan
（Beijing Branch，Lubricant Company，Sinopec Corp.，Beijing 100085，China）

With many years of experience in lube oil production，Beijing Branch of Sinopec Lubricant Company independently developed China＇s first automatic batch blender control system with independent intellectual property right based on DCSplatform，which realized automatic blending of automatic batch blender（ABB）device，automatic cleaning of thematched pigging line，and dynamicalmonitoring and management of the tank systems via a protocol conversion card.At present，the system has been successfully app lied in lube oil production.

lube oil;automatic batch blender;DCS;control system;tank monitoring

TE626.3

A

1002-3119（2012）02-0062-03

2011－11－28。

姚國輝（1982－），男，研究生，助工，2008年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）機械電子工程專業(yè)，現(xiàn)從事設(shè)備生產(chǎn)維護工作。