基于DCS平台的润滑油自动批量调合控制系统开发

姚国辉，李妍

（中国石化润滑油北京分公司，北京 100085）

基于DCS平台的润滑油自动批量调合控制系统开发

姚国辉，李妍

（中国石化润滑油北京分公司，北京 100085）

中国石化润滑油北京分公司结合多年的润滑油调合生产经验，利用国内较为先进的DCS平台，自主开发出国内首套具有自主知识产权的自动批量调合（Automatic Batch Blender）控制系统，实现了ABB装置的自动调合及配套管线的自动清扫功能，并利用通讯手段，实现系统对罐区的动态监控与管理。目前，该系统已成功应用于公司润滑油生产实践中。

润滑油;自动批量调合;DCS;控制系统;罐区监控

0 引言

在20世纪末，中国石化润滑油北京分公司就从国外引进了SMB、ABB等先进调合装备技术，历经10余年的生产使用，其稳定性已渐渐无法满足生产需要;另一方面，部件的老化及在技术上的封装壁垒给生产中的技术改造带来了极大的难题。2010年，中国石化润滑油北京分公司开展技术创新，利用国内比较成熟的DCS平台，自主开发出国内首套具有自主知识产权的润滑油自动批量调合DCS控制系统，并实现了管线自动清扫、罐区动态监控管理等功能，解决了企业技术改造升级的瓶颈问题。

1 自动批量调合工艺简介

自动批量调合工艺就是根据调合配方要求采用基础油、添加剂原料依次注入调合釜，然后开启搅拌器，通过机械搅拌至混合均匀的调合方式，原料计量是通过调合釜设备上所带的称重计量元件来控制，一般的ABB装置采用钢结构支撑的上下两层调合釜装置结构，添加剂进料预调合釜位于装置上层，底釜一般用于基础油和加入比例较大添加剂的混配，并配置桶装添加剂抽提单元（DDU:Drum Decanting Unit）用于桶装添加剂的加入，具体工艺流程如图1。

图1 自动批量调合工艺流程

2 系统开发规模

本次系统开发的对象包括:1套从国外引进的自动批量调合装置（ABB）、2条配套的管线清扫装置以及储罐计量仪表系统。

3 系统网络结构设计

系统开发采用国内较为成熟的DCS为平台，在网络层面上设立了系统网络（SNET）和控制网络（CNET），且DCS主控制器具备冗余功能。其中，系统网络（SNET）采用了100M高速冗余工业实时以太网，用于系统中工程师站、操作站、现场控制站、通信控制站等系统节点的连接，完成节点之间的数据通讯，包括现场控制站的数据下装、操作控制和数据采集等。控制网络（CNET）采用了AS－i总线模块采集现场I/O信号，再利用Profibus－DP现场总线与AS－i主控模块建立通讯，该通讯结构具有及时响应和模块自诊断功能，可满足润滑油调合过程控制的功能及速度要求。控制网络具体结构如图2所示。

图2 控制网络结构

4 系统开发

（1）硬件组态

系统硬件组态包括两方面，其一，即对DCS层面的主控制器组态，其二，利用AS－i总线的设备配置GSD文件，完成对AS－i主控单元及I/O模块的组态。

（2）软件组态——控制系统组态

①图形组态

根据自动批量调合（ABB）工艺流程要求，利用DCS配套的组态软件对该套自动批量调合装置及所配套的2套管线清扫系统等单元进行图形组态，整个ABB系统共设置如下操作（浏览）画面:系统总貌、ABB计量罐、ABB调合罐、基础油罐区、添加剂、添加剂（OCP）、成品罐区1、成品罐区2、I/O控制界面、配方等。其中系统总貌组态情况如图3所示。

图3 系统总貌

②控制逻辑组态

根据ABB自动调合的功能要求，逐一对计量罐单元、调合罐单元、机泵阀门单元、管线自动清扫单元（2套）和配方单元进行开发，以下就其中调合罐单元、管线自动清扫单元和配方单元的开发做简单介绍。

a.调合罐单元

调合罐工艺实现过程主要包括来料源罐现场机泵的启停、调合罐所连接的两位开关阀（POV）和流量调节阀（FCV）配合称重传感器的开关（调节）以及悬挂式机械搅拌器的启停等。其中，所有现场机泵的启停以及机械搅拌器的启停采用梯形图的形式来实现。POV开关阀的（开关）动作主要根据称重单元实时读数、系统设定的提前停车量以及目的任务量来组态实现。FCV调节阀的（调节）动作主要根据阀门实时开度、称重单元读数、目的任务量以及经验补偿量的PID调节来实现。

b.管线自动清扫单元

管线清扫系统一般是由清扫球、发球站、收球站，特殊的输送管线和管线分配阀（常见的有三通和四通两种形式）组成。就功能单元而言，一条管线自动清扫系统一般包括一个发球站、一个收球站以及数个中间站。下面以本ABB系统配套的三通管线清扫系统为例，简单介绍其逻辑开发原理。

本系统开发的工具很多，其中之一就是功能块，可根据需求实现功能“函数化”，调用方便。图4中所示的HLDV_F、HLDV_S和ILDV分别是管线清扫系统发球站、收球站和中间站的功能块。其中左侧管脚为输入信号，右侧管脚为输出信号。

图4 三通管线清扫系统功能块

c.配方单元

ABB分计量罐调合和计量罐结合调合罐调合，其中，计量罐进料多为添加剂和多采用流量调节阀（FCV）来控制;调合罐进料多为基础油及大组分添加剂，相应的更多采用两位的开关阀（POV）来控制组分重量。相同的是，上述任何一种方式，均需要配方原料依次分批注入，从而实现组分的精确计量。

根据上述特点，在计量罐和调合罐调合工艺的逻辑实现问题上，分别采用不同的控制策略。前者采用PID控制，以调节阀瞬时开度和任务实际完成量为信号输入;后者采用提前停车量来实现两位开发阀的控制。

在配方功能的上层实现上，采用Batch处理器，实现实时控制和数据显示，其主要的功能包括:自动速度控制、配方储存、检索和执行、调合数据储存和报表生成和其他操作控制（批量接收、清管和批量装载）等。图5为系统配方编辑单元界面。

图5 配方编辑界面

5 系统功能扩展（见图6）

图6 液位监控功能通讯集成框架

结合润滑油调合生产的需要，本次开发将原来两套独立的液位监控系统纳入到DCS的监控范畴，采用通讯的方式，将相关储罐的动态数据（温度、质量、液位及密度等）上传到DCS系统，并在DCS中设立监控画面。如图6所示，通过Modbus－DP协议转化卡，实现Modbus（RS485和RS232）向Profibus－DP的转换，然后通过DP线实现液位监控系统与DCS主控的动态数据传输，使ABB控制系统具备液位监控功能。

6 结论

系统自2011年4月投用以来，运行平稳，一次调合合格率达到100%。在ABB系统完成油品输送任务后，配套的两条管线清扫系统可顺利实现主输油管线的自动清扫，扫线效果明显，进一步提高了润滑油的生产效率。

（1）利用DCS平台，实现了自动批量调合工艺的要求，能够达到自动批量调合装置对计量罐和调合罐不同的工艺计量要求，生产出了合格的油品，且一次合格率达到100%。

（2）在DCS系统中还实现了ABB所配套管线的自动清扫功能，且扫线效果明显。由于整个功能模块采用功能块设计，具有移植性强、使用方便的特点，可直接借鉴到其他润滑油自动管线清扫装置的系统开发中。

（3）借助DCS系统所支持的Profibus－DP现场总线协议，利用Modbus－DP协议转换器，实现系统对原液位监控系统的通讯集成，能够更好地满足润滑油生产的需要。

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

YAO Guo－hui，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。

姚国辉（1982－），男，研究生，助工，2008年毕业于中国石油大学（北京）机械电子工程专业，现从事设备生产维护工作。