集散型自动控制系统在铁路油品装卸线的应用

陈华，孙鲁

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

1 工程概况

以往建设的铁路发油装车设施，以手工操作方式为主。装车作业一般通过人工控制鹤管、目测加注介质的形式来完成，这种作业方式存在以下不足：

1）人工手动控制装车鹤管导致操作人员劳动强度大，装车效率低下；

2）人工计量的准确度达不到要求，贸易交接过程中经常发生计量纠纷；

3）装车油量依靠人工目测不易控制，经常造成溢油、跑油及冒车等事故，给安全生产带来较大的事故隐患；

4）在装车过程中没有计量控制手段，装车液位需要依靠人工控制，操作人员需要站在装车口处监控装车液位，会吸入大量的油气，直接影响到职工身体健康。

针对上述情况，为了提高油品装车自动化水平，保障安全生产，介绍一种采用集散型自动装车控制系统的案例。

北方某港油库区装火车的运量设计为150万 t/a，主要货种为燃料油和重质原油。铁路装车栈桥设计长度为740m，栈桥每间隔12m设置1个装车货位，设有2条装车线，每线设置有62个货位，2线共设有124个装车货位。2组装车栈桥并排布置，输油管线设于2组装车栈桥之间，铁路线沿2组栈桥外侧布置。每个装车货位上安装有流量计、电动阀门、温度变送器、溢油控制器、可燃气体探测器和过滤器等设备[1]。铁路装车系统采用大鹤管装车作业方式，其操作流程为将整列车在装备线平均列解为4部分，由牵引车先将两部分分别推入到装车线尽头，由配套自动小爬车自动对位，人工打开罐盖后，鹤管自动对位伸进罐内，自动装车，达到控制液位后，自动停止；收鹤管，小爬车将下一组罐对位装车，依次进行，并实现自动计量。

2 控制系统结构

铁路装车控制系统[2]（如图1所示）包括火车装车站输油系统装车鹤位工艺管线电动阀门的控制、装车流量计和管线压力及温度数据采集、装车站区域可燃气体检测系统和消防报警等项内容。

图1 控制系统结构图Fig.1 Control system structure

装车控制系统可在每个鹤位的发油控制系统完成对该车位装车数据的采集、运算，对现场电动阀的自动控制、定量自动灌装、静电溢出检测报警连锁控制和现场指示等功能，并通过设于库区控制室的监控工作站（上位机）对发油控制系统传输的发油作业数据进行归类、列表、存盘、查询以及监控发油控制系统等工作。

火车装车系统的作业监控操作由监控操作站完成，通过设于控制室的交换机与控制系统服务器相连，与库区[3]控制和管理系统组成一个具有实时控制、操作、监控及数据管理功能的控制系统。

控制系统采用分散控制集中管理方式对62个货位火车灌装重油、燃料油的自动定量控制，在火车栈桥的每个装油鹤位上设置发油控制器（简称下位机），对每个鹤位的灌装流量进行控制和计量，同时对油品的温度、装车鹤管的液位开关状态、防静电接地开关状态进行检测；在中控室内设置发油管理工作站（简称上位机），与栈桥区的下位机以RS485总线的方式进行数据通讯，对火车栈桥装油的操作进行实时监控和管理。

发油管理工作站通过10/100M自适应网络与中控室的服务器通讯，接收火车灌装调度指令，同时实现发油实时数据的共享；通过RS485方式采集可燃气体报警器的报警信号，实现二次集中显示及报警。

2.1 控制系统组成

火车自动定量集散式发油控制系统由以下部分组成：

1）发油控制工作站（上位机）；

2）PLC隔爆型发油控制器（下位机）；

3）流量计；

4）电动阀；

5）灌车鹤管；

6）温度变送器；

7）可燃气体报警器；

8）溢油静电保护器等设备构成。

控制系统采用分布式结构[4]，在火车栈桥两侧的每2个装油鹤位上设置1台PLC隔爆型发油控制器（下位机），现场每个鹤位上设置的1台流量计、2台电动阀、1套防溢液位开关、1台温度变送器和静电接地夹等均接入下位机。由下位机对每个鹤位的灌装流量进行控制和计量，同时对油品装车鹤管的液位开关状态、防静电接地开关状态进行检测。

栈桥区的31台下位机以RS485总线的方式连接至库区控制室的发油工作站。在发油工作站上对火车栈桥装油的操作进行实时监控和管理。

根据配置设备的功能，由下位机完成对数据的采集、运算、对现场电动阀的自动控制、定量自动灌装、静电溢出检测报警连锁控制、现场指示，由上位机完成对下位机上传的与发油相关数据的归类、列表、存盘、查询及对下位机监控等。

下位机与上位机通信采用IEEE标准，RS485通信协议；上位机通过设于库区控制室的工业以太网交换机与控制室的服务器相连，接收火车灌装调度指令，并把发油系统的发油实时数据输出共享。

在集散型控制系统结构中，上位机与下位机通过RS-485通讯，上位机能实现系统设置、发油参数设置、发油实时控制、监测系统内各下位机的工作状态；同时下位机可接收上位机的各种命令，实时向上位机传送发油数据，在显示界面上实时显示发油情况，进行联机控制，也可独立工作。

此系统结构特点是：

1）系统配置方式比较灵活；

2）上位机与下位机之间通过RS485总线的方式连接，每个通讯网络挂31台下位机。同时也给现场的安装带来便利，不仅节省了线缆及埋管材料，也减少了施工的工作量。

2.2 控制系统功能特点

装车控制系统根据油工艺系统平面布置（装车栈桥的长度，装车系统控制室的位置）采用集散型控制系统。该系统具有安全性、可靠性、可扩展性、易维护性等特点，可实现如下功能：

1）上位机依据下发的灌装调度指令执行不同的程序，完成不同的火车灌装作业流程。即按油品名称（电动阀的选择）、火车列数和火车油罐的容量（定量值）进行程序选择，同时，以10个火车油罐为1组进行自动分配几次完成该列火车的灌装作业流程，依次对整列火车油灌进行灌装。

2）通过总线系统发出灌装指令直接控制现场发油控制器开启电动阀进行自动定量灌装作业。

3）发油系统可以选择通过自动判断来决定1次灌装操作和1列火车灌装操作是否完成，实际灌装数据和报表的自动形成及正确传送。

4）系统能实现单机和集中2种操作方式。现场单机操作是在操作栈桥区的下位机上直接现场手动设定灌装参数，实现现场定量灌装；远程自动操作是在库区控制室的上位机实现对栈桥区域火车灌装的远程集中定量设置，并按灌装工艺流程要求实现自动灌装。

5）系统具有防溢、防静电联锁控制功能。当位于油罐上部的防溢开关动作或当连接油罐的防静电接地开关检测到接地电阻超限时，系统自动紧急停止灌装。

6）系统对防溢开关动作、接地电阻超限、误操作等各种异常情况进行报警，报警提示有多种方式，通过图形颜色的变化或通过报警窗口显示报警信息。设计有报警自动弹出功能，无论在哪个监控画面下，只要现场有报警发生，自动弹出报警画面显示在当前画面中。

7）系统自动记录操作事件、报警事件、人员登录事件。如报警、开关机器时间、通信故障、设备故障、操作人员等。

3 结语

本系统于2010年成功投运，该装车控制系统运行稳定，操作简单便捷，其装车作业时间较先前人工操作方式缩短了近25%，实现了铁路装车的自动化要求，使装车过程中的油品挥发损失降低到最低限度，减少了装车作业对环境的污染，符合安全环保规范要求，确保装车作业可靠运行，有力保障了职工身心健康和环境质量，提高油品装车自动化程度，使油品计量更为准确。为企业创造了可观的经济效益和环保效益，取得了较好的应用效果。

[1] 解怀仁.石油化工仪表控制系统选用手册[M].北京：化学工业出版社，2010.XIE Huai-ren.Selection manual of the petroleum chemical instrumentation control system[M].Beijing：Chemical Industry Press，2010.

[2] 陆德民.石油化工自动控制设计手册[M].第3版.北京：化学工业出版社，2009.LU De-min.Petroleum chemical industry automatic control and design manual[M].Third edition.Beijing：Chemical Industry Press，2009.

[3] GB 50074—2002，石油库设计规范[S].GB 50074—2002，Code for design of oil depot[S].

[4] 李猛.新型火车栈桥自动化装车系统的应用[J].石油化工自动化，2010，46（2）：18-22.LI Meng.Application of a new type of train bridge automatic loading system[J].Automation in Petro-Chemical Industry，2010，46（2）：18-22.