PLC在公路发油台的应用

罗时金 陈晓东 程博琛 中石化广东仓储分公司 510730

PLC在公路发油台的应用

罗时金 陈晓东 程博琛 中石化广东仓储分公司 510730

一、现状与问题

1.国内外发展现状

随着工业控制技术的不断发展，越来越多的石油库采用流体批量控制技术对出库油品进行定量发放控制。

在国外，由于电子技术发展较快，工业控制技术的应用范围和程度比较深广，知名的工业控制厂家针对油库油品定量发放系统已有成套控制产品和技术方案，如美国艾默生工业自动化公司采用本公司生产的Danload 控制器、DVC788电液阀和质量流量计等组成批量控制系统，澳大利亚达基捷能科技有限公司采用Smith公司生产的Accuload控制器、电液阀、流量计组成油品定量发放控制系统等。

国内也有很多厂商都在生产油品定量发放控制器，如南京振兴华成套设备有限公司生产的DKS611系列控制器，瑞通石化设备有限公司生产的LK3000系列控制器，湛海仪表厂生产的FKCS系列控制器，以上厂家皆采用单片机技术进行设计开发，主要应用于公路油台油品定量发放控制。

纵观国内外油品定量发放控制解决方案，基本上都是基于单片机技术实现对油品发放过程中各受控单元进行定量发放控制。部分国外公司在设计公路发油控制系统时引用了PLC，作为公路油台批控器的与库区SCADA系统互联的桥梁，而国内生产的定量控器几乎都未能实现与库控PLC进行底层通信。

2.主要存在问题

基于单片机技术实现对油品批量控制方面主要存在以下几点不足：

第一、系统开放性较弱，产品功能单一。国内外批量控制器功能单一，局限于油品定量发放控制，各时期生产的型号的输入、输出接口不一样，难以互换，产品的拓展性差。且采用自己公司设计的通信协议，标准各异，系统数据整合的难度大，不易实现。

第二、系统拓展能力有限，难以适应日渐精细化管理的需要。为实现某一功能往往需要对控制系统进行优化完善，但由于基于单片机技术的底层开发较为复杂，实现某一管理功能可能需要重新设计电路板。

第三、系统抗干扰能力差，故障率较高。由于批量控制器采用单片机技术设计，卡、板之间采用排线相连，容易造成接触不良，且选用的电子元件质量不能保证或易受外界环境影响导致参数改变，因此故障率较高。

二、PLC定量发油系统的研发和应用

1.系统构成

PLC公路定量发油系统分为三层架构：底层是现场设备层，中间层为监控层，上层为信息管理应用层。

现场设备层以工业以太网（Ethernet）为基础，现场设备互连，集成了PLC系统的现场层分布式控制网络。石油库油品定量发放系统控制对象为工艺管道上的关键设备，最少必须具备的设备有流量计、温度传感器和电液阀（电动阀），由这三种设备便可构成最简单的油品定量发放系统，我们针对这三种设备的控制开发油品定量发放控制模块，同时集成添加剂自动加注功能，开放一些相对固定的功能接口，如防静电防溢油连锁等。从硬件和功能上在系统中相对独立出来。

监控层以工业以太网（Ethernet）为基础，采用集中式管理模式从现场设备中获取数据，完成发油泵(变频器)、工艺阀门、压力变送器、紧急停车信号等次要关键设备的响应和控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能，包括控制组态的设计。

信息管理层是通过园区网络与Internet网络连接，实现分布式网络环境下的远程监控系统和ERP数据交互。由于现场总线是专为工业现场层设备通信设计，它只解决了底层自动化系统的信息集成问题，并不适用于传输较大量的数据，也不容易与管理层进行集成。而以太网设计初衷就是用于数据处理的办公网，工业以太网可以达到很高的通信速率。利用以太网的优点，结合PLC控制器及现场总线，可构成全分散、全开放的集散式控制系统。

基于工业以太网TCP/IP协议，系统硬件按石油库定量发油系统所需功能及现场位置进行划分。硬件架构如左图所示。

其中安检ATM安装于油台入口处，验单ATM、工艺监控电脑与后台管理电脑安装于发油控制室，数据服务器、交换机与中控PLC机柜安装于发油控制室，司机操作器与小型PLC安装于油台发油岛上。

2.主要实现功能

(1)系统灵活架构，满足不同工艺需求

系统采用工业以太网架设，分控系统最多可同时控制4路鹤管同时发油，通过简单配置便可满足1个发油岛（1路,2路或多路）的控制需求。中控系统通过简单配置，既可满足对变频泵和非变频泵的控制要求，又可满足1个或多个发油岛的控制需求。

(2)系统控制平稳，具备水击消除效果

系统组态参数设置灵活，根据现场不同的工艺现状，通过对起泵延迟量、停泵提前量、电液阀门初次开阀的开度、电液阀门开阀关阀的步进量等参数进行调节，无论是膜片式电液阀还是活塞式电液阀，可平稳开阀和多级关阀，达到防止喷溅发油和消除水击的良好效果。

(3)先进的油品计量计算方法，界面数据丰富

系统具备质量、体积两种发油模式，在体积发油模式下，若指定发油温度，系统可根据要求实现按高补偿，全补偿，不补偿三种方式进行体积发油。无论在哪种发油模式下，界面显示实发体积、补偿体积、实发质量、当笔发油平均温度、实时温度、瞬时流速等参数。

(4)系统定量控制精确，发油误差较小

分控系统运算器采用国际知名公司器件，运行速度快，对流量数据能快速反应到系统运算中，对阀门控制输出实时性高，恒定发油流速稳态控制良好，开阀和关阀阶段的小流速控制稳定，从而使系统在小流速状态下结束发油，系统定量控制误差小，定量发放控制精度达到0.3%以内。

(5)多种检测手段，提高油台发油的安全性

在发油过程中，系统除了对接地、溢油报警等信号进行检测外，对发油温度异常、流速过低、过冲量过大等状态进行报警连锁，报警发生时暂停当笔发油，需要油库管理人员进行确认解锁后方可继续发油，当过冲量超过设定值时，系统启用快速切断阀切断当前发油操作。确保每笔油品都是在工艺及设备状态正常准确的情况下完成发放，定量控制安全准确。

系统设置急停按钮，若油台发生重大事故需要紧急疏散发油车辆时，该按钮可快速中断整个发油台所有油品发放，使车辆在能以最快速度进行撤离。

(6)司机刷卡发油，操作方便快捷，卫生环保

系统与仓储公司IC卡自助验单系统无缝连接，司机自助验单过帐后，可凭提油卡直接到油台进行刷卡发油，无需再打印提油小票。司机操作方便、快捷，可防止司机录入发油单号过程中出现误操作，利用信息化手段保证了数据的安全性。同时，系统与当前操作模式兼容，司机也可选择以输入提单号的方式进行发油操作。

(7) 管理界面内容丰富、形象直观

发油台集中监控管理系统采用国外著名组态软件进行开发，系统界面既可形象地观看全部台位发油状态和所有报警信息，又可对起泵延迟量、停泵提前量、电液阀门初次开阀的开度、电液阀门开阀关阀的步进量、发油台位的启停等参数进行设置，人机界面内容丰富，形象直观，使整个油台的管理一目了然。

(8)系统应急、容错能力强

系统具备本地、联网两种方式进行发油操作。在网络中断时，可启用本地发油模式下，不会影响油台发油作业，发油数据能在网络恢复正常后自动上传。若数据上传不成功，则启用定时尝试上传机制，直到所有发油数据成功上传。

(9)数据高度集成

工业以太网架设的控制系统采用实时数据库(RTDB)技术，兼容关系型数据库，使数据存储与功能模块的集中统一，系统扩展性能强，运维管理方便，从而实现了从信息层传输到现场控制层网络的无缝连接，通过Internet技术建成完善的企业管理、生产、过程监控的信息网络，实现控制网络与ERP网络数据链的紧密集成。

3.应用情况

该系统在广东石油南村油库成功投用，南村油库发油台有18条发油鹤管，安装有PLC发油控制器9套，系统上线稳定运行三个多月，系统稳定，定量控制准确，未出现一例补油现象，客户满意度高。从数据分析，反映发油控制精度误差的指标，绝对误差最大为3.8升，相对误差最大为千分之1.4，发放控制精度完全满足商业贸易交接的要求。

三、结论及前景

PLC定量发放系统的成功应用，取得了良好的效益。具体体现在：

1.降低石油库公路油台运维成本。随着油库公路油台的管理、服务要求越来越高，发油台的批量控制器设备需不断改进、更新，才能满足发展的趋势，如增加添加剂的通讯接口，单片机技术的批量控制器就必须重新设计、更换主板才能满足要求。以广东石油仓储分公司270多个台位为例，按更换一块主板平均5000元计算，需要135万元，而PLC若有足够的I/O接口，则不需要增加设备，只需进行程序编写就可完成，可节约90～95%的费用，即使增加I/O设备，按在用的30多座油库计算，平均每座油库约2万元，可节约40～50%的费用。

2.减轻油台工作人员劳动强度。提油司机自助验单和油品添加剂自动加注功能，大大减轻发油台工作人员的劳动强度，降低油库生产经营的劳动力成本。缩短司机提油候装时间，使整个公路油台高效运行，提高客户的满意度。

3.油品发放场所是石油库面向社会的服务窗口，精确的油品计量交接和稳定可靠的发放控制有利于提高企业的社会公信度，树立良好的企业形象，同时为环境保护提供有力的保障，促进企业与社会的和谐发展。

4.系统可靠稳定地运行能为企业节省运维投入，加快油品的周转速度，提高装油场地、设备的利用率，缩短客户候装时间。

由此可见，PLC发油系统采用通用性设计开发，能满足各类油库发油台现场对设备的需求；系统核心程序由具有石化现场多年工作经验人员自行编写，比较适合国内企业当前实际管理需求；同时，系统硬件采用知名公司当前新型产品，较有生命力，质量稳定可靠；系统总线采用开放式架构成，系统应用拓展能力强，随着工业化的进一步发展，易与库区其它控制系统连接，实现数据交互。该技术的成功应用不但能极大地提高生产效率，给企业带来巨大的经济效益和社会效益，极具推广应用价值。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.14.041