火車裝車鶴管控制系統(tǒng)及工藝設(shè)計要求

火車裝車鶴管是大型石化企業(yè)應(yīng)用的一項(xiàng)新技術(shù)，它具有提高裝車精度和效率，降低損耗，減輕工人的勞動強(qiáng)度，便于工廠管理等特點(diǎn)。但是由于鶴管設(shè)備成本高、技術(shù)要求高，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度顯得十分重要。我們在對眾多石化企業(yè)調(diào)研的基礎(chǔ)上，認(rèn)真分析了國內(nèi)外同行業(yè)產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后，并根據(jù)公司的實(shí)際情況，對火車裝車鶴管控制系統(tǒng)提出了設(shè)計要求。

本次華北石化公司火車裝車鶴管主要在油3線(柴油線)和油4線(汽油線)上分別安裝兩臺鶴管，每條線能夠同時完成26節(jié)槽車裝車。柴油線允許裝一個品種的油品，設(shè)置回流閥一個，汽油線允許裝兩個品種的油品，設(shè)置回流閥兩個；柴油線和汽油線既可以從本地車間裝車，又可以從十公里外的公司東罐區(qū)裝車，分別設(shè)置回流閥兩個。鶴管裝車設(shè)主控閥四個，每個鶴管上設(shè)緊急切斷閥一個，汽油鶴位上設(shè)尾氣回收閥兩個。鶴管控制系統(tǒng)采用PLC結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)鶴管自動裝車，定量控制，安全連鎖，視頻監(jiān)控，上位機(jī)裝車管理等功能。實(shí)現(xiàn)安全、環(huán)保、健康的理念。

二、火車裝車鶴管設(shè)計指導(dǎo)思想

1.實(shí)現(xiàn)裝車鶴位的鶴管裝車，完成自動計量，批量控制，可與上位機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測及管理

2.技術(shù)上先進(jìn)，中遠(yuǎn)期不落后，目前處于國內(nèi)先進(jìn)水平

3.系統(tǒng)應(yīng)具有高可靠性、安全性、穩(wěn)定性及高精度計量控制

4.系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的實(shí)用性，在確保系統(tǒng)功能完善的前提下，盡可能使系統(tǒng)簡單化和直觀化，便于操作和維護(hù)

5.系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，便于功能及規(guī)模擴(kuò)展以及與其它計算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)

6.系統(tǒng)應(yīng)具有優(yōu)良的性能價格比

三、火車裝車鶴管項(xiàng)目設(shè)計需求

1.火車裝車鶴管工藝要求

1.1在油3線1#鶴位和14#鶴位設(shè)兩套鶴管裝柴油。柴油鶴管與汽油鶴管共用一個鋼結(jié)構(gòu)平臺。

1#鶴位大鸛管、14#鶴位鶴管既可以從車間現(xiàn)有的裝車泵裝車，又可以從公司成品油罐區(qū)來的裝車線進(jìn)行裝油。當(dāng)鶴管不裝油時，成品油走副線進(jìn)入儲運(yùn)車間油罐，不影響公司東罐區(qū)油品的輸送，使管線做到兩用。

1.2油4線管裝普通汽油和組份油，在1#和14#鶴位設(shè)兩套鶴管，與柴油鶴管共用一個平臺。

裝汽油時，1#鶴位鶴管、14#鶴位鶴管既可以從本車間現(xiàn)有的裝車泵裝車；又可以從公司成品油罐區(qū)來的裝車線進(jìn)行裝油，當(dāng)鶴管不裝油時，成品油直接進(jìn)入車間油罐。

1.3裝組份油時，1#、14#鶴管均由車間組份油泵進(jìn)行付車，不裝車時，直接回流進(jìn)組份油罐。兩套鶴管裝組份油單獨(dú)使用，互不影響。如圖一所示

袖4線

2.火車裝車鶴管控制方案及回流要求

華北石化公司火車裝車鶴管工藝回流控制方案和閥門情況統(tǒng)計表見表二

從以上表格中可以看出，柴油控制方案2個，汽油控制方案3個，共5套控制方案。

回流控制閥門5個，主控閥門4個，緊急切斷閥門4個，尾氣回收閥門2個，共15個閥門。

3.火車裝車鶴管自動裝車控制系統(tǒng)要求

3.1系統(tǒng)誤差要求小于等于千分之三。

3.2控制主閥采用多段電液閥。

3.3裝油全過程實(shí)現(xiàn)安全聯(lián)鎖控制。

3.4采用分散控制集中管理，管理機(jī)(上位機(jī))與控制器采用PROFIBUS接方式，傳輸速率高1.5M,傳輸速率為500K時傳輸距離不小于1000米；上位機(jī)能完成裝油全過程。

3.5系統(tǒng)軟件組態(tài)靈活，具有良好的人機(jī)界面，操作簡單方便；控制系統(tǒng)操作權(quán)限分三級：操作員級，工藝工程師級，系統(tǒng)管理員級。

3.6系統(tǒng)軟件能完成工藝瀏覽，工藝流程圖的顯示，控制閥門狀態(tài)顯示，發(fā)車數(shù)據(jù)的存儲，計量報表生成、打印，數(shù)據(jù)日報、月報、年報表的生成以及打印，報警數(shù)據(jù)存儲、顯示。

3.7鶴管對位采用視頻監(jiān)視。

3.8整個系統(tǒng)必須符合防爆和防護(hù)要求。

四、火車裝車鶴管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能和達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)

1.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

1.1實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝車過程中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)測；1.2實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場執(zhí)行設(shè)備動作順序的連鎖保護(hù)控制；

1.3實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備工作狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)測和故障報警功能；1.4實(shí)現(xiàn)油品裝車的自動計量和定量控制功能；

1.5實(shí)現(xiàn)觸摸屏方式的油品裝車控制功能；

1.6通過閉路監(jiān)視實(shí)現(xiàn)爬車運(yùn)行的可視定位；

1.7實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動存儲和數(shù)據(jù)報表的生成以及打印功能；

1.8實(shí)現(xiàn)裝車過程中靜電接地、溢油等多種安全連鎖保護(hù)功能；

1.9具備生產(chǎn)數(shù)據(jù)與其它計算機(jī)數(shù)據(jù)共享的聯(lián)網(wǎng)接口；2.系統(tǒng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)

2.1系統(tǒng)裝車控制和計量的系統(tǒng)精度優(yōu)于0.35%,符合國內(nèi)貿(mào)易交接允差；

2.2裝車計量精度優(yōu)于0.2%;

五、火車裝車鶴管系統(tǒng)組成及各部分功能

系統(tǒng)由上位管理計算機(jī)系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)；棧橋現(xiàn)場控制系統(tǒng)；現(xiàn)場儀表、設(shè)備等四個部分組成。其中4套控制系統(tǒng)共用上位管理計算機(jī)系統(tǒng)。

1.上位計算機(jī)系統(tǒng)

上位計算機(jī)設(shè)置在中心監(jiān)測管理室內(nèi)，通過網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)和PLC裝車控制系統(tǒng)通訊，主要完成系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)測、數(shù)據(jù)存儲和處理，系統(tǒng)以多層動態(tài)畫面模擬顯示系統(tǒng)的運(yùn)行過程，動態(tài)實(shí)時顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)自動計算、整理、存儲，完成班報、日報、月報、年報等表格的形成、調(diào)閱、打印等管理功能；還可通過網(wǎng)絡(luò)和煉油廠的計算機(jī)網(wǎng)相連。本系統(tǒng)沒有控制任務(wù)，主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場運(yùn)行的監(jiān)測和管理。

2.網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)是連接現(xiàn)場控制系統(tǒng)與上位計算機(jī)系統(tǒng)的紐帶，現(xiàn)場PLC裝車控制系統(tǒng)采集到的設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時傳送給上位機(jī)做監(jiān)測及管理，若需要亦可完成上位機(jī)對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)下傳，大通訊距離1.2Km。

3.火車裝車控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)以可編程序控制器(PLC)為控制核心，一臺PLC控制兩臺鶴管，完成4個鶴管裝車的自動計量和控制任務(wù)，該控制器主要由電源模塊、CPU模塊、開關(guān)量輸入、輸出模塊、模擬量輸入模塊、高速計數(shù)模塊等組成。它安裝在棧橋控制室的正壓防爆操作臺內(nèi)，現(xiàn)場設(shè)備的位置狀態(tài)信號等均接至該P(yáng)LC的輸入端，PLC實(shí)時檢測這些輸入信號和指令，根據(jù)事先編制好的程序通過輸出模塊控制各

執(zhí)行器件完成系統(tǒng)的控制功能，PLC控制器還配有高速計數(shù)模塊，接收流量變送器傳來的流量脈沖信號并將此脈沖信號轉(zhuǎn)換為裝油量進(jìn)行定量裝車控制，當(dāng)達(dá)到設(shè)定數(shù)量時，PLC輸出單元輸出控制信號，切斷閥門，實(shí)現(xiàn)批量控制。同時將裝車量傳給上位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和管理。PLC通過通訊接口可與上位機(jī)和PT終端進(jìn)行實(shí)時通信，將其采集到的各種信號和數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)和PT終端，以便上位機(jī)和PT終端對整個系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測、顯示及管理。

4.PT終端

PT終端安裝在防爆控制臺上，每個鶴位配置1套，其功能是通過和PLC通信，組態(tài)并顯示控制系統(tǒng)各執(zhí)行設(shè)備，如鶴管、爬車、閥門系統(tǒng)等各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)和位置信號，以及帶控制點(diǎn)的工藝流程裝車過程畫面，狀態(tài)監(jiān)測及報警畫面，裝車報表等。以便操作人員通過PT觸摸屏來監(jiān)測和操作系統(tǒng)的運(yùn)行。通過PT可設(shè)定裝車批次及裝車量，實(shí)現(xiàn)自動裝車設(shè)定。

5.正壓防爆操作臺

該操作臺安裝在棧橋控制室內(nèi)，控制系統(tǒng)的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、顯示器開關(guān)、操作按鈕、急停、復(fù)位等按鈕以及PT終端都安裝在控制臺操作面板上；PLC、電源等控制系統(tǒng)中所有不防爆的設(shè)備也都安裝在操作臺內(nèi)；系統(tǒng)工作時通入潔凈的儀表風(fēng)，使柜內(nèi)形成微正壓的安全環(huán)境，具有自動壓力檢測、報警、保護(hù)功能，保證了非防爆儀表和儀表電氣元件的安全運(yùn)行。

6.靜電防溢連鎖控制開關(guān)

為了消除裝車過程中靜電聚集，裝車系統(tǒng)配置磁力靜電接地夾，實(shí)現(xiàn)裝車中過程中靜電連鎖；為了防止裝車溢出，系統(tǒng)安裝防溢開關(guān)，實(shí)現(xiàn)裝車中的防溢自動連鎖控制，確保生產(chǎn)安全。

7.裝車監(jiān)視視頻探頭

通過觸摸屏對液壓(或氣動)鶴管、接油斗、液壓泵及液態(tài)物料品種管道閥門的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行指示；對簡單工藝畫面及裝車數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時顯示；通過防爆攝像機(jī)觀察牽引車的運(yùn)行過程。

8.火車裝車鶴管裝車過程中緊急切斷

每套火車裝車鶴管裝車系統(tǒng)末端安裝一臺緊急切斷閥，如果出現(xiàn)緊急情況，控制系統(tǒng)自動打開對應(yīng)的回流閥，同時關(guān)閉緊急切斷閥，緊急切斷閥采用快速切斷氣動球閥，防止裝車溢出，造成損失。

打開回流閥(副線閥),當(dāng)實(shí)裝量≥預(yù)裝量時關(guān)閉主控閥一段，收鶴管、收油斗，再進(jìn)行下一槽車工作。在此過程中，由PLC聯(lián)鎖控制每一設(shè)備到位之后，才開始下一

設(shè)備的動作。

3.2高液位控制：不論在何種方式下裝車，液位上升到一定的高度，即高液位信號有效(節(jié)點(diǎn)閉合)時，裝車立即終止，同時關(guān)閉所有的閥。

3.3防靜電接地控制：不論在何種方式下裝車，接地電阻大于設(shè)定值時，打開回流閥(副線閥)關(guān)閉主控制閥，暫停裝車，通過人工處理，接地電阻小于設(shè)定值后，啟動繼續(xù)裝車.

3.4為了確保鶴管快速準(zhǔn)確對位，每個鶴位安裝兩個防爆攝像頭，從兩個角度監(jiān)控鶴管對位過程，攝像頭視頻通過視頻采集卡直接進(jìn)上位機(jī)，在顯示器上顯示

七、火車裝車鶴管系統(tǒng)軟件功能

本系統(tǒng)是根據(jù)鶴管的裝車作業(yè)流程開發(fā)而成的一套監(jiān)控系統(tǒng)，分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。下位機(jī)由PLC(可編程控制器)負(fù)責(zé)對現(xiàn)場各信號進(jìn)行采集并進(jìn)行邏輯控制，它可實(shí)現(xiàn)裝車系統(tǒng)所有的全部邏輯聯(lián)鎖功能，以滿足安全生產(chǎn)的需要；上位機(jī)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能都能滿足系

統(tǒng)監(jiān)測、控制及管理的要求。主要是對PLC采集的信號進(jìn)行分析及邏輯控制和管理，操作系統(tǒng)采用Windows2000或以上平臺，控制軟件采用WINCC。通過組態(tài)使系統(tǒng)更加安全、快捷、穩(wěn)定、可靠、方便，主要功能如下：

1.在線監(jiān)控功能

實(shí)時動態(tài)在線監(jiān)測各鶴位的發(fā)油狀態(tài)，包括瞬時流量、已裝量、總累積量、溫度、密度以及鶴管、爬車、控制閥、泵、流量計等設(shè)備的相關(guān)狀態(tài)。并可對現(xiàn)場的鶴管、爬車、控制閥、泵等進(jìn)行控制。

2.在線計算功能

系統(tǒng)有裝車關(guān)閥“提前量”在線實(shí)時計算功能，系統(tǒng)在裝車即將結(jié)束前，根據(jù)當(dāng)時的實(shí)際流量計算出關(guān)閥所需的“提前量”,以確保系統(tǒng)的控制精度。

3.數(shù)據(jù)處理及打印功能

在裝車過程中會生成許多記錄，例如裝車記錄、操作記錄、異動記錄等，根據(jù)這些記錄可生成用戶需要的日、月、季、年以及實(shí)時數(shù)據(jù)報表。并為這些數(shù)據(jù)提供查詢、打印、共享等功能。另外可根據(jù)用戶需要打印特制發(fā)油票據(jù)。所有罐車裝車量被記憶下來，下次遇到同車號罐車，會顯示推薦裝車量(上次準(zhǔn)確的實(shí)裝量)。

4.畫面顯示功能

可動態(tài)顯示現(xiàn)場裝車系統(tǒng)的工藝流程圖，顯示總貌圖、分區(qū)圖、單鶴位圖、模擬流程圖、棒圖、趨勢圖等。

5.系統(tǒng)自診斷計及報警功能

當(dāng)系統(tǒng)自身出現(xiàn)故障時，可以根據(jù)不同的位置顯示處故障所在，如爬車、靜電接地、液位報警、流量計故障、閥門狀態(tài)、各種限位開關(guān)，顯示故障類型以及出現(xiàn)時間等信息，并在屏幕位置上顯示、記錄、儲存。

6.通訊功能

可以與提供通訊接口的設(shè)備進(jìn)行通訊，運(yùn)用公司現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場與公司中央控制室的遠(yuǎn)程瀏覽、查詢等功能。

7.權(quán)限管理功能

系統(tǒng)擁有一套完整而強(qiáng)大的權(quán)限管理功能，可以設(shè)置不同的管理級別，可對系統(tǒng)的各級操作權(quán)限進(jìn)行組態(tài)設(shè)置，控制系統(tǒng)設(shè)計三層權(quán)限：操作員級：完成工藝瀏覽、操作參數(shù)的輸入、裝車功能、報表打��；工藝工程師級：完成油品類型的選擇、回流閥門的選擇、工藝參數(shù)的修改；系統(tǒng)管理員級：組態(tài)設(shè)定、當(dāng)量設(shè)定、標(biāo)定窗口、閥門參數(shù)設(shè)定，其它參數(shù)設(shè)定。上級操作權(quán)可對下級操作權(quán)的密碼進(jìn)行修改。

8.為了保證系統(tǒng)可靠，實(shí)用和操作簡單，系統(tǒng)采用全中文操作界面，配備友好的人機(jī)界面，即使非計算機(jī)業(yè)人員根據(jù)系統(tǒng)的提示，也能較快掌握對控制系統(tǒng)的自如操作，系統(tǒng)并配備有操作提示，幫助等功能。

9.參數(shù)組態(tài)

上位機(jī)可對PLC進(jìn)行組態(tài)、參數(shù)設(shè)置。

10.擴(kuò)展功能系統(tǒng)軟件具有可拓展性和開放性，大可對256個鶴位進(jìn)行編程。八、系統(tǒng)精度分析

火車裝車的計量和控制精度是為重要的問題，必須得到有效解決。系統(tǒng)精度主要由流量計的在線測量精度和系統(tǒng)控制精度兩方面因素決定。本系統(tǒng)如果選用MICROMOTION質(zhì)量流量計(DS600)和變送器(RFT9739),其精度為±0.15%;控制選兩段液動閥，主控閥一段可關(guān)90%,二段關(guān)閥時間動作時間小于1秒，通過現(xiàn)場多次測試，可用提前量消除大部分，保守計算為0.5·秒。PLC數(shù)據(jù)處理時間與繼電轉(zhuǎn)換時小于0.5秒，如此系統(tǒng)過渡時間小于1秒。

假設(shè)額定流量450000Kg/h。關(guān)一段后，主控閥流量約為額定流量的10%,即流量為45000Kg/h。

如是控制過程中每批次45000/3600*1=12.5Kg,每批次裝車為40000Kg,誤差僅為：12.5/40000*100%=0.03125%

分析結(jié)果：本系統(tǒng)精度完全可以控制在0.2%以內(nèi)，小于國家標(biāo)準(zhǔn)為0.75%。

九、火車裝車鶴管技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1.控制回路多，控制方案復(fù)雜�？刂苹亓鏖y門5個，主控制閥門4個，緊急切斷閥門4個，尾氣回收閥門2個，共15個閥門。控制方案5套。在國內(nèi)煉油廠中少見。

2.系統(tǒng)控制精度高：0.35%。實(shí)現(xiàn)了油品貿(mào)易計量交接。

3.裝油全過程實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)安全聯(lián)鎖控制。現(xiàn)場設(shè)置就緒按鈕，控制室內(nèi)儀表盤設(shè)置緊急切斷按鈕等安全措施，保障了安全裝車，防止意外事故的發(fā)生，也是我公司創(chuàng)。

4.控制主閥采用進(jìn)口二段式電液閥，該閥門用在鶴管裝車，尚屬次，開創(chuàng)了國內(nèi)先河。即該閥門有兩套電磁

控制功能，裝車開始，一套電磁控制閥控制開20%,保證小流量裝車和防止水擊現(xiàn)象的發(fā)生，30S后，二套電磁閥控制開100%,快到設(shè)置量時，二套關(guān)閉，一套打再開20%,直到實(shí)際量與設(shè)定量相等，保證了計量精度。其它煉油廠采用一個小閥、一個大閥共兩個閥門實(shí)現(xiàn)。

5.系統(tǒng)軟件采用WINCC高級語言編寫，組態(tài)靈活，具有良好的人機(jī)界面，操作簡單方便；

6.軟件功能齊全：系統(tǒng)軟件能完成工藝瀏覽，工藝流程圖的顯示，控制閥門狀態(tài)顯示，發(fā)車數(shù)據(jù)的存儲，計量報表數(shù)據(jù)日報、月報、年報表生成及打印，報警數(shù)據(jù)存儲、顯示�？刂葡到y(tǒng)操作權(quán)限分三級：操作員級，工藝工程師級，系統(tǒng)管理員級。

火車裝車鶴管控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)新技術(shù)在我公司的一次應(yīng)用和探索，如控制主閥采用進(jìn)口液動閥門、實(shí)現(xiàn)了多段控制功能、多樣的控制回路和方案、現(xiàn)場安全的就緒按鈕、功能齊全、簡單實(shí)用的控制軟件等，在國內(nèi)鶴管控制系統(tǒng)領(lǐng)域處于技術(shù)領(lǐng)先位置。

在流量得到保證的前提下，鶴管裝車按每裝一個槽車標(biāo)準(zhǔn)用12分鐘計算，裝完26個槽車需要兩個半小時。

火車裝車鶴管裝車采用密閉裝車，每裝一個槽車的時間短，裝車完成后，馬上封蓋，這就大大的減少裝車時槽車口敞開的時間，提高了裝車的安全性，同時減少油品的揮發(fā)，節(jié)約了能源，保護(hù)了環(huán)境。

火車裝車鶴管采用自動化裝車，可靠性高，操作簡單，現(xiàn)場工作人員減少，工人勞動強(qiáng)度小，操作失誤幾率小，真正意義上實(shí)現(xiàn)安全、環(huán)保、健康的理念。