火車裝車鶴管控制系統(tǒng)及工藝設計要求

火車裝車鶴管是大型石化企業(yè)應用的一項新技術，它具有提高裝車精度和效率，降低損耗，減輕工人的勞動強度，便于工廠管理等特點。但是由于鶴管設備成本高、技術要求高，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)調研的基礎上，認真分析了國內外同行業(yè)產品的經(jīng)驗教訓后，并根據(jù)公司的實際情況，對火車裝車鶴管控制系統(tǒng)提出了設計要求。

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，設置回流閥一個，汽油線允許裝兩個品種的油品，設置回流閥兩個；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，分別設置回流閥兩個。鶴管裝車設主控閥四個，每個鶴管上設緊急切斷閥一個，汽油鶴位上設尾氣回收閥兩個。鶴管控制系統(tǒng)采用PLC結構，實現(xiàn)鶴管自動裝車，定量控制，安全連鎖，視頻監(jiān)控，上位機裝車管理等功能。實現(xiàn)安全、環(huán)保、健康的理念。

二、火車裝車鶴管設計指導思想

1.實現(xiàn)裝車鶴位的鶴管裝車，完成自動計量，批量控制，可與上位機通訊實現(xiàn)遠程監(jiān)測及管理

2.技術上先進，中遠期不落后，目前處于國內先進水平

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

4.系統(tǒng)應具有較強的實用性，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

5.系統(tǒng)應具有較強的可擴展性，便于功能及規(guī)模擴展以及與其它計算機系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)

6.系統(tǒng)應具有優(yōu)良的性能價格比

三、火車裝車鶴管項目設計需求

1.火車裝車鶴管工藝要求

1.1在油3線1#鶴位和14#鶴位設兩套鶴管裝柴油。柴油鶴管與汽油鶴管共用一個鋼結構平臺。

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)來的裝車線進行裝油。當鶴管不裝油時，成品油走副線進入儲運車間油罐，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)來的裝車線進行裝油，當鶴管不裝油時，成品油直接進入車間油罐。

1.3裝組份油時，1#、14#鶴管均由車間組份油泵進行付車，不裝車時，直接回流進組份油罐。兩套鶴管裝組份油單獨使用，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裝油全過程實現(xiàn)安全聯(lián)鎖控制。

3.4采用分散控制集中管理，管理機(上位機)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，具有良好的人機界面，操作簡單方便；控制系統(tǒng)操作權限分三級：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要求。

四、火車裝車鶴管系統(tǒng)實現(xiàn)的功能和達到的技術指標

1.系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

1.1實現(xiàn)生產裝車過程中生產數(shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)測；1.2實現(xiàn)現(xiàn)場執(zhí)行設備動作順序的連鎖保護控制；

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

1.5實現(xiàn)觸摸屏方式的油品裝車控制功能；

1.6通過閉路監(jiān)視實現(xiàn)爬車運行的可視定位；

1.7實現(xiàn)生產數(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實現(xiàn)裝車過程中靜電接地、溢油等多種安全連鎖保護功能；

1.9具備生產數(shù)據(jù)與其它計算機數(shù)據(jù)共享的聯(lián)網(wǎng)接口；2.系統(tǒng)達到的技術指標

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

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

1.上位計算機系統(tǒng)

上位計算機設置在中心監(jiān)測管理室內，通過網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)和PLC裝車控制系統(tǒng)通訊，主要完成系統(tǒng)的生產運行監(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)的運行過程，動態(tài)實時顯示系統(tǒng)的運行狀態(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、調閱、打印等管理功能；還可通過網(wǎng)絡和煉油廠的計算機網(wǎng)相連。本系統(tǒng)沒有控制任務，主要實現(xiàn)現(xiàn)場運行的監(jiān)測和管理。

2.網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)

網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)是連接現(xiàn)場控制系統(tǒng)與上位計算機系統(tǒng)的紐帶，現(xiàn)場PLC裝車控制系統(tǒng)采集到的設備狀態(tài)和生產數(shù)據(jù)實時傳送給上位機做監(jiān)測及管理，若需要亦可完成上位機對現(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，該控制器主要由電源模塊、CPU模塊、開關量輸入、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，現(xiàn)場設備的位置狀態(tài)信號等均接至該PLC的輸入端，PLC實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換為裝油量進行定量裝車控制，當達到設定數(shù)量時，PLC輸出單元輸出控制信號，切斷閥門，實現(xiàn)批量控制。同時將裝車量傳給上位機，進行數(shù)據(jù)存儲和管理。PLC通過通訊接口可與上位機和PT終端進行實時通信，將其采集到的各種信號和數(shù)據(jù)傳送給上位機和PT終端，以便上位機和PT終端對整個系統(tǒng)進行監(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)行設備，如鶴管、爬車、閥門系統(tǒng)等各執(zhí)行機構的狀態(tài)和位置信號，以及帶控制點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)的運行。通過PT可設定裝車批次及裝車量，實現(xiàn)自動裝車設定。

5.正壓防爆操作臺

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

6.靜電防溢連鎖控制開關

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，實現(xiàn)裝車中的防溢自動連鎖控制，確保生產安全。

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前狀態(tài)進行指示；對簡單工藝畫面及裝車數(shù)據(jù)進行實時顯示；通過防爆攝像機觀察牽引車的運行過程。

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)自動打開對應的回流閥，同時關閉緊急切斷閥，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),當實裝量≥預裝量時關閉主控閥一段，收鶴管、收油斗，再進行下一槽車工作。在此過程中，由PLC聯(lián)鎖控制每一設備到位之后，才開始下一

設備的動作。

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)點閉合)時，裝車立即終止，同時關閉所有的閥。

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

3.4為了確保鶴管快速準確對位，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上位機，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)，分為上位機和下位機兩部分。下位機由PLC(可編程控制器)負責對現(xiàn)場各信號進行采集并進行邏輯控制，它可實現(xiàn)裝車系統(tǒng)所有的全部邏輯聯(lián)鎖功能，以滿足安全生產的需要；上位機軟件系統(tǒng)實現(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、流量計等設備的相關狀態(tài)。并可對現(xiàn)場的鶴管、爬車、控制閥、泵等進行控制。

2.在線計算功能

系統(tǒng)有裝車關閥“提前量”在線實時計算功能，系統(tǒng)在裝車即將結束前，根據(jù)當時的實際流量計算出關閥所需的“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(上次準確的實裝量)。

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，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備進行通訊，運用公司現(xiàn)有網(wǎng)絡，完成現(xiàn)場與公司中央控制室的遠程瀏覽、查詢等功能。

7.權限管理功能

系統(tǒng)擁有一套完整而強大的權限管理功能，可以設置不同的管理級別，可對系統(tǒng)的各級操作權限進行組態(tài)設置，控制系統(tǒng)設計三層權限：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�。还に嚬こ處熂墸和瓿捎推奉愋偷倪x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)設定、當量設定、標定窗口、閥門參數(shù)設定，其它參數(shù)設定。上級操作權可對下級操作權的密碼進行修改。

8.為了保證系統(tǒng)可靠，實用和操作簡單，系統(tǒng)采用全中文操作界面，配備友好的人機界面，即使非計算機業(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)

上位機可對PLC進行組態(tài)、參數(shù)設置。

10.擴展功能系統(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90%,二段關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)處理時間與繼電轉換時小于0.5秒，如此系統(tǒng)過渡時間小于1秒。

假設額定流量450000Kg/h。關一段后，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%

分析結果：本系統(tǒng)精度完全可以控制在0.2%以內，小于國家標準為0.75%。

九、火車裝車鶴管技術創(chuàng)新點

1.控制回路多，控制方案復雜�？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。在國內煉油廠中少見。

2.系統(tǒng)控制精度高：0.35%。實現(xiàn)了油品貿易計量交接。

3.裝油全過程實現(xiàn)多項安全聯(lián)鎖控制�，F(xiàn)場設置就緒按鈕，控制室內儀表盤設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%,快到設置量時，二套關閉，一套打再開20%,直到實際量與設定量相等，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)實現(xiàn)了多項新技術在我公司的一次應用和探索，如控制主閥采用進口液動閥門、實現(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、簡單實用的控制軟件等，在國內鶴管控制系統(tǒng)領域處于技術領先位置。

在流量得到保證的前提下，鶴管裝車按每裝一個槽車標準用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，工人勞動強度小，操作失誤幾率小，真正意義上實現(xiàn)安全、環(huán)保、健康的理念。