兰州石化建设公司 甘肃兰州 730060
摘要：简述了系统的控制过程和控制功能、系统硬件和软件的功能配置，实现了火车自动定量装车的目标，为其他栈桥的改造积累了经验。
关键词：PLC；IFIX；定量装车；控制系统
前言：
油品储运厂160/161/163栈桥火车装车存在影响职业健康和安全防护方面的安全隐患，为了更好的解决火车定量装车方面的问题，石化公司将其作为隐患治理项目，应用采用Siemens 公司的S7 400和GE公司的iFix上位组态软件，于2016年开始实施系统改造。
1 系统介绍
1.1 控制过程
自动定量装车控制系统采用集中式控制系统，由PLC控制系统和上位操作系统配以专用定量装车软件构成。按照业务流程和管理模式，只设置远程发油方式，即装车由控制室控制，现场只设置急停按钮。PLC控制系统将负责采集装车过程中检测到的所有数据，并控制相应的执行单元自动完成装车过程。这些数据包括预装量、实装量、瞬时流量、总累积量、阀门状态及控制、防静电接地开关检测信号、防溢液位开关检测信号等，控制方式如图1所示。
1.2 控制功能
（1）所有的鹤位既可以实现每个鹤位独立装车，又可以实现多鹤位同时进行批量协同装车，该系统为每个装车鹤位设置了一个现场防爆急停按钮，用于紧急情况下暂停装车，暂停时刻的装车数据，将保存在PLC 中，此防爆急停按钮采用非自复位形式，只有经现场检查故障消除后，现场急停按钮手动复位并在在室内上位机确认后，才可解除停止装车状态继续装车。在装车过程中，PLC系统采集流量计的信号，实时判断装油量是否达到设定值，达到则关闭装油阀门，结束该鹤位本次装车过程，实现装车过程的定量控制。在装车前，没有接防静电接地夹，系统将禁止装车，在装车过程中，当防静电接地不良时，系统将暂停装车，关闭所有控制阀，经现场确认并确保接地良好时，方可继续装车。为防止装车过程中产生水击现象，提高发油精度，为实现开度、开关速度和流量工况的最优控制，采用分段式阀门控制如图2所示（在t0至t1阶段，属于低流速阶段，这个这个阶段控制流速，防止静电，同时保证累积量淹没鹤管20cm；t1至t2阶段进入正常装车，经过调速，进入高速阶段，但是仍然不能超过国家标准及相关安全流速；t2至t3 阶段是快要装满时，提前减速阶段；从 t3阶段开始进入提前关闭量阶段，到t4阶段，装车结束。）
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图1 装车系统控制流程图
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图2 装车流速控制方案
（2）为了确保装车安全，每个鹤位设置一台可燃气体报警报警器（或有毒气体报警器），一旦达到报警值，与之对应的鹤位装车停止，并在操作画面上单独弹出报警信息窗口，通知操作人员采取相应的措施。能够在上位机上设定各种控制参数，主要是设定每个鹤位的装车累积量，以及各个鹤位对应阀门的开关控制。并预留提前关阀流量参数和流速调整参数如图3所示。能进行密码设置，区分开操作员、不同班次与管理员权限，防止非操作人员进行非法操作，及非管理员修改组态。能够实时监控现场装车量及栈桥的运行状况，现场可燃气体（有毒气体）浓度超标时及液位开关动作时产生报警并记录。能够对人机界面上的所有监控数据及阀门操作进行记录，并生成历史趋势记录曲线。
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图3 可调控制参数示意图
2控制系统硬件配置
2.1 系统网络结构
根据控制过程，该系统由现场仪表、PLC以及监控系统三部分组成。本套PLC 采用由冗余CPU处理器、远程I/O 站、冗余电源系统、冗余网络通信系统和冗余上位机方式构成的安全控制系统。上位机用于对160/161/163栈桥火车装车系统的集中监控和管理， 采用全中文界面使操作，业务管理系统与监控系统接入工厂以太网，上级部门信息系统（计量部）通过工厂网络可以获取相关信息。上位系统目前已设置有5台操作员站和1台工程师站， 上位机与PLC 采用以太网接口通讯。
2.2 硬件选型
每个鹤位自动装车现场由质量流量计、电液阀、现场急停按钮、静电接地夹、溢油开关以及必须的电气辅助设备等仪表设备组成。 每个装车鹤位设置一个防爆急停按钮盒， 现场发现情况可以紧急停止装车并关闭所有阀门，具体情况如表1所示。
表1 系统配置点情况
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3 控制系统软件配置
3.1 PLC 软件设计
本系统的编程软件采用了西门子公司的STEP 7 V 5.5 编程软件， 该软件是西门子公司专门针对PLC 开发的编程软件， 该软件采用梯形图语言及固定的功能块的调用， 可实现对现场模拟量信号的采集， 及按量程转换为可在人机界面中直接显示的十进制数据同时接收上位机发出的控制命令，设定装车量，开关现场阀门。利用西门子的FB 功能块编写装车鹤位的计算和累加程序，在主程序中调用累积量计算子程序FB 块，每个装车鹤位调用一次FB 功能块，在子程序中将累积量与设定值作比较，当达到提前量设定值时，发出命令关闭阀门的信号，当达到预装量设定值时，完全关闭阀门。在装运过程中， 若发生紧急情况，需停止装车，可通过人机界面窗口直接发出关阀命令，直接关闭阀门，通过程序设计，在阀门关闭后球相应的泵自动关闭。若累积量未满足预装量要求，液位开关已与液面接触动作，也会自动关闭阀门停止装车。同时在程序中将累积量的复位与装车的状态互锁， 在处于正在装车过程中，不能对累积量复位， 避免装车过程中的误操作导致累积量计量不准。
3.2 定量装车软件
为了保证装车系统的稳定性和可靠性，定量装车软件基于美国公司的IntelluTION iFix 5.5组态软件开发， 主要用于对装车过程和数据的监控和采集，所采集的数据最终存储于操作站的装车数据库内。iFix软件稳定性高，兼容性好，在兰州石化公司其他生产装置有多年的稳定应用案例，同时具备与PLC 系统的以太网通讯接口驱动，无需做任何接口开发工作即可与PLC通讯，可靠性很高。定量装车软件将实现如下功能：
（1）自动定量发油 给PLC 设定各种装车数据， 指挥PLC 系统定量装车， 并在线监视各鹤位的发油状态（ 瞬时流量、累计量、发油累计量以及阀门、泵、流量计等设备的相关状态） 。
（2）画面显示 动态显示现场装车系统的工艺流程图，动态显示生产过程中的物料流向。显示总貌图、分区图、单鹤位图、联锁图、模拟流程图、棒图、趋势图等等。
（3）安全报警与保护 进行实时声光报警并记录， 并考虑安全联锁， 或如： 静电、溢油保护， 液位超限与设备故障的紧急停车联锁， 罐区低液位和装车安全报警或联锁。报警窗口能优先显示， 报警画面具有记忆功能， 可查询的时间不少于一个月。所有报警事件均被记录， 并且不可以人工消除，必要时可以打印出来。
（4）实时和历史趋势 趋势画面的采样周期能从0.5秒可调， 信号轴幅值可缩放， 时间轴可前移后翻， 其中秒级历史趋势至少保留7天。
（5）操作记录 将操作人、操作时间、操作内容加以记录， 记录内容任何人无法修改。操作记录对于加强操作责任心、避免事故发生、事故后的原因分析具有重要意义实现系统和设备故障诊断功能， 如PLC 、现场设备、漏油等， 并显示系统故障位置、类型、时间等信息。
（6）报表生成可以根据需要设计各种报表， 如班报、日报、月报、季报、年报等，方便各种数据的汇总、统计和分析， 并可以柱形图、饼图和表格的方式直观的表现出来。可按时间、物料、购货单位、运输单位、鹤位、车号、开票员、结算员等查询条件对装车记录进行查询和统计。
（7）权限管理不同等级的操作人员拥有不同的操作权限， 每个操作人员进入操作窗口之前都必须输入口令， 系统验证口令的合法性。操作人员可以修改自己的口令。
4.实施效果
系统实施后，基本上实现了既定的目标。但是存在问题需要进一步解决，才能更好的实现自动装车。
（1）栈桥改造项目还没有彻底完工，施工时间已经超过了2年，需要尽快完工，便于系统维护。
（2）现场仪表安装不利于拆装检定，需要制定相应的仪表检定拆除计划、方案。
（3）无论是装什么介质、不同的管径、不同的车型几乎所有的控制参数设置都一样，控制效果有提升空间。
（4）当工艺指标达不到时，应及时调整装车方案，避免控制电液阀的电磁阀频繁的得电/失电，影响电磁阀寿命。
（5）工程师站的网络冗余未实现，亟需解决。
5 结束语
本文介绍了采用PLC 系统实现定量装车控制的设计过程，通过PLC系统进行定量装车控制，可以通过开放式的PLC控制系统实现对整个栈桥的储输设备的检测及对油品的装车发运过程实行控制，相对于单片机式的定量装车控制仪，其功能更强大，稳定性好，便于实现数据与远程中心控制室的通讯，方便系统的扩展和维护。相比较于手动装车，降低了装车过程的安全风险，同时减少了超装或欠装现象的发生，降低了装车人员的劳动强度。
参考文献：
[1] 陆德民， 张震基， 黄步余石油化工自动控制设计手册[M] 3 版北京： 化学工业出版社，2000 ， 108