基于PLC的自动发货系统

山东滨化集团发货场承担着滨化集团的成品油发货任务,日发货量在20000t左右。由于鹤位较少且为手动发货,导致整个发货系统效率低,经常出现产品积压现象。

新设计开发的成品油自动发货系统不采用现成产品发油控制装置或系统,而采用工程化的技术路线,

从系统方案,功能、硬件、施工设计,软件开发、安装调试等各个环节可以和整个付油系统的土建、工艺的设计和施工安装紧密地结合,实现一个有自己特点的个性化完美的自动控制系统。

一 滨化集团油品发货现状

滨化集团发货场由于手动人工负责成品油的发货,导致效率低下,费力费时,经常出现汽车拥挤混乱现象,难以管理。

1.人工装车程序

空车至门口,在操作室进行业务确认,接着,空车过磅,操作员开具联络单,开至指定车位,放下鹤管接好静电接地,发货员启动电机,开始发货,发货员随时读取流量计的数值,当快发完时,手动关闭切断球阀,停止发货,货车过磅。当货物数量与提货单的数量不吻合时,须重新发货补油。

2.油品发货存在问题

人工发货装车需要大量人力；手动控制阀门易出现油品溢出

现象；发油数量难以控制,经常需要补油或交款；发油效率极低,不适合大量的油品发送；人为因素影响发油结果严重；发油记录由人工手写,不能避免各种作弊现象。

二 自动装车系统改造的目标

1.本技术方案的改造目标

结合现有的工艺条件,配合工艺改造,采用先进、科学、适用的自动化系统的设计(包括作业流程),将滨化集团发货场建设成为具有当前先进水平的现代化油站,显著提高付油作业效率和服务质量,展现良好的行业形象,并具有示范和推广价值。

2.设计规模

滨化集团货场承担着年吞吐量200万吨成品油的发送任务,根据各种油品的数量和2003年的发油情况,新建货场的设计规模定为250万吨。控制系统的设计规模按16个鹤位的容量进行配置,并适当考虑部分备件。

三 工艺简介及方案选择

1.发货工艺简介

主油管线:采用8条150mm主管线。付油车位:车位采用100mm管线,100m3/h的流量。

2.改造方案

方案一:以容积式流量计为计量发货依据,以定量装车控制仪为控制核心,控制电液阀的开关来达到自动发油的目的,最后以地磅的检斤数作为结算依据。成品油发货使用这种流量计对油品的温度、密度要求平稳,不允许有较大的浮动。温度、密度变化很小时,发货相当准确。

方案二:以质量流量计为计量发货依据,以PLC为控制核心,控制电液阀的开关来达到自动发油的目的,最后以质量流量计的数据作为结算依据。

3.方案比较

装车流量计是装车定量控制的依据,一般有较高的精确度要求。高精确度流量计常用质量流量计或高精度体积流量计。前者价格高,但计量精确度高、使用可靠方便；后者价格便宜,但计量精确度不如前者高、使用不如前者可靠方便。流量计的选择与装车计量方案有关。如果装车站采用一台电子汽车衡作为销售计量设备,那么,流量计仅作为装车定量控制的依据,可以采用价格较低的、精确度一般的体积流量计。如果装车站采用流量计作为销售计量设备,那么每个鹤位都必须使用精确度高于±0.2%以上的质量流量计。但我公司现在的产品封罐时间短数量少,并且有些产品是边生产边发货销售(如轻蜡油),这样由于油品自身密度变化太大,而不是相对的稳定,所以会直接影响发货的正常运行,因密度忽大忽小,发货数量时多时少。给自动发货系统带来不安全因素和精确度降低。

鉴于以上情况和我公司生产发货实际情况,建议对成品油自动发货装置选用质量流量计。

定量装车控制仪,这是装车自动化的基本核心控制仪表,因而是选型的关键。对定量装车控制仪的基本要求是:控制功能要齐全,可进行功能组态。符合装车现场防爆要求。要有优良的通信接口,可现场手动操作,也可联网远程操作。可靠性、可维护性好(从大量使用业绩考核)具备现场紧急控制功能,一旦现场发生事故,紧急切断装车管线,尽量减少经济损失。由于定量控制仪专用性较强,可扩展性一般,软件功能的升级性能不好。而PLC的功能丰富,可扩展性强,产品通用性强,完全能代替定量控制仪,建议选用PLC。

四 选用方案简介

1.PLC简介

S7-300是模块化的中小型PLC系统,各种模块之间可进行组合。它主要由中央处理器CPU,信号模块SM,通信处理器CP,功能模块FM,负载电源模块PS,接口模块IM组成,能满足中等性能的要求。模块化,无排风扇结构,易于用户掌握的特点使得S7-300成为各种中等性能要求控制任务既方便又经济的解决方案。当控制任务增加时可自由扩展。

a.功能

S7-300的大量功能支持和帮助用户进行编程、启动、维护,它主要有高速的指令处理、浮点数运算、方便用户的参数赋值、人机界面、诊断功能、口令保护等功能。

b.通信

S7-300PLC具有多种不同的通信接口,可以用来连接AS-i接口,Profibus和工业以太网总线系统,方便用户的数据交换。

2.发货控制系统简介

罐区油罐的油品通过5条母管输送到发油台,各装车口采用一管一泵一鹤位结构,油泵的出口连接一段金属软管,主要目的是为了防止正常发油期间管线的振动影响流量计的精确度。金属软管后连接恒流阀,以稳定开、停油泵期间的流量,其后依次安装质量流量计、电液阀、鹤管。通过流量计的读数控制电液阀的开关,以达到精确发货的目的。

3.自动控制系统结构和功能

发油自动控制系统由业务工作站、监控工作站、定量控制系统和现场仪表、设备组成。

a.工作站

业务管理系统由接入局域网的计算机、打印机和UPS电源组成,设在油库大门口的业务室或预约室内。

功能:完成领油预约；车辆自动调度、车位自动分配；完成用户指标管理,包括注册开户、各种查询、信息修改；完成发油结算、自动制表功能；协调管理整个系统,完成

预约、通道分配、定量控制、结算和付油业务处理；具有油料数据库管理功能,如数据库自动定时备份、数据库恢复,操作员权限及口令设置修改等；通过局域网构建完成完整的控制管理系统；通过连接局域网实现信息共享。

b.监控工作站

上位监控系统由接入局域网的计算机、打印机和UPS电源组成,设在发油控制室内。

功能:发油通道的管理和控制,如通道的开关、屏蔽、发油继续或暂停等；监控发油站台工况,实时、动态反应设备运行状态和数据；多画面切换监控功能。系统功能组态(参数设置)功能:如通道油品定义、标密设定等；工作状态设置功能:如鹤位的泵输／自流选择；弹出式报警窗口,所有故障点的监测报警显示,报警声提示；设备调校平台,用于设备的调试、维护和参数测试；下位控制系统操作运行记录,历史故障辑录通过局域网实现信息共享。

c.定量控制系统

发油控制系统由控制柜、现场控制设备和现场工艺设备组成。采用以西门子PCS7系列PLC作为控制系统的核心。

系统控制柜:1面；变频调速柜:5面。

功能:鹤管发油自动定量控制；油每200L自动暂停／启动功能；启停与阀的开关的智能化控制:如实现电液阀的开度调节、泵-阀的时序控制；现场发油的人工干预；现场的操作提示和实时流量显示；实现静电接地的信号联锁不可忽视鹤管在位联锁保护:控制系统确保在鹤管大于一定倾角时拒绝发油,以防误发油；控制系统对通道的人工干预、系统运行状态和故障的指示；实现离线自动定量发油:在上位监控工作站和业务工作站故障的情况下,或者在紧急情况下,以控制柜为核心的发油控制系统可实现无需预约的离线自动定量发油。

d.现场控制设备

现场控制检测设备有:电液阀、质量流量计,操作终端、悬挂式大屏幕显示器(可选)、鹤管在位开关、静电接地、紧停按钮。

(1)用电液阀作为鹤管付油控制开关阀门。

(2)用质量流量计(0.2级)作为汽车发油流量计。

(3)汽车付油现场使用LCD献出操作终端,用于完成用户身份识别、定量输入、流量显示、启停操作、状态指示并带有操作回音功能。

(4)每个车位设双面LCD大屏幕显示器,为用户提供直观的付油过程数据和操作状态。

(5)每个车位安装接地一体化检测装置,作为发油静电接地安全保护联锁信号。

(6)每个鹤管安装鹤管防溢油传感器,作为油槽车液位安全保护联锁信号。

(7)每个付油平台安装一只紧停按钮开关,作为危险情况时实施紧停操作手段。

(8)每条主管线设温度变送器检测油品温度。

(9)每个鹤管安装鹤管在位开关,作为发油联锁保护信号。

e.软件环境

(1)开发工具

西门子PLCstep7编程组态软件和西门子WinCC系统软件

(2)运行环境

监控工作站:Win2000Professional；

业务工作站:Win2000Server

(3)软件功能

报表查询管理功能,该软件的功能能满足用户提出的要求,能对发油的数据管理、查询、制表。能在网络的客户端运行,访问现场的发油情况以及现场各个设备的当前工作状态,鹤位的状态,发油历史数据信息、汇总等功能。这就实现了办公室领导层对现场作业的一个监视、实时管理。

4.几个控制功能

a.流速控制

对于鹤管和加油枪要求保持一定的流量(流速)范围,以保证加油作业的安全和效率。由于下列情况可能造成发油流量的变化:(1)大罐液位的高低不同；(2)管线长短不同；(3)同种油品同时发油车位多少不同；(4)使用鹤管和加油枪不同。采用变频调速器和流量计通过软件实现流速的闭环调节。根据流量计的流速信号调节管道泵的转速,从而调节发油流速。

b.精确定量控制

使用变频器和电液阀配合,可在发油结束前的定量关闭过程中提前关闭电液阀,同时降低管道泵的转速以减小流量。当达到定量数量(有一微小的提前量)时快速关断电液阀并停泵,实现1～2L的定量控制。

c.车位自动分配

领油用户在业务工作站进行预约。油库工作人员依次将前来领油用户的预约信息输入业务工作站。当一个用户的预约被接受时,打印机自动为该用户打印预约单。该用户持预约单将油槽车驶入付油区制定车位排队等待。

五 结论

由山东滨化集团设计院独立设计开发的基于PLC和组态软件的自动发货控制系统,充分利用了PLC抗干扰能力强,适用于工业现场的特点,又利用了组态软件强大的数据处理和图形表现的能力,具有可靠性高、操作简单、维护容易等特点。目前该系统已经成功运行3年,到目前已累计发送600多万吨成品油,效果良好,对自动发货控制系统的运行效率乃至整个油品发货装置具有重要意义,同时极大提高了自动化水平,降低了工人的劳动强度。

建议有志于进行此类研究的同行,在该项目的基础上,充分利用当今网络技术和PLC软件的丰富功能,进入到ERP系统的应用中。

(暂不可见)

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