1、.111第8 期成品油定量装车控制系统的研究与应用黎双周（兰州石化公司，甘肃兰州7 30 0 6 0）摘要对原有装车系统的装车模式、计量手段存在的诸多不利因素进行了研究。使用质量流量计、数控电液阀、PLC控制器、小鹤管等主要设备，实现了成品油定量装车、计量出厂等功能。综述了装车程序、控制工艺和控制方式，介绍数控电液阀控制模式和原理及质量流量计的选择；分析了影响计量精度的影响因素；说明了小鹤管的结构；装车控制系统的硬件配置、软件组态开发，安全保护系统和装车控制系统辅助系统的使用情况。成品油定量装车控制系统的研发应用，实现了安全、高效、稳定、快速、环保的装车控制管理，为同类装置可提供成功的数据和经
2、验。关键词】定量装车控制系统；质量流量计；数控电液阀；PLC控制器；小鹤管引言某公司成品油铁路罐车装车采用小鹤管人工现场观察罐车油位的高低、手动开关阀门和人工检尺作业为主，整个装车过程人工操作。后来经过改造，在密闭装车的小鹤管上安装了液位控制探头控制罐车油位的高低，但液位探头的使用效果并不理想，装车结束后人工检尺计量。这种装车方式及检尺计量的过程存在很大的安全隐患，容易造成装车溢油，引发安全及环境污染事故，也存在计量人为误差。这种形式的装车过程，存在可靠性差，计量精度低，人工劳动强度大，油气挥发污染环境，油品损耗较高，安全隐惠较多，自动化水平低等诸多不利因素。1定量装车控制系统针对原有装车系统
3、存在的诸多隐患。该公司实施了装车栈桥安全隐患治理项目工程，采用PLC控制系统实现成品油定量装车，实现了成品油铁路罐车装车的流量计定量装车、批次控制、连锁、实时监控等操作，并且与场内铁路运输信息管理系统(简称TMIS系统)和计量管控平台销售系统进行通信，2022年全面实现了全密闭液下定量装车、流量计贸易交接全流程的成品油定量装车控制。1.1系统组成成品油定量装车控制系统，主要应用于成品油的铁路罐车装车。主要由PLC（可编程控制器）控制系统、质量流量计、数控电液阀、小鹤管、安全保护保护系统及辅助的铁路运输信息管理系统、计量管控平台销售系统、数据库等组成。具有装车精度高、技术先进、操作方便、运行稳定
4、、适用于多品种铁路罐车的灌装，环境污染少、效率高、安全可靠、经济效益十分显著的特点。已经应用于该公司成品油的罐车装车、计量发运作业中。成品油定量装车控制系统结构见图1。逻辑组态软件监控组态软件TMIS计量管监控层上位机工程师站系统控平仓作员监控管理网络控制层下位机L出PLC1PLCnLEEE三数据库控制网络口设备层流量计数控电液阀流量计数控电液阀图1成品油定量装车控制系统结构具有以下功能：（1）P L C 控制系统。实现栈桥火车装车定量灌装控制、监视及数据管理功能。包括操作计算机、业务管理软件、服务器、PLC控制器、电源、通讯网络等。作者简介：黎双周（197 2-），男，甘肃兰州人，工程师，大
5、学本科学历，主要从事油气储运工作。川口东文义-1122023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备（2）质量流量计。采用质量流量计实现流量测量。采用“一带多”模式，针对不同油品和装车量的大小，选用不同的模式。（3）数控电液阀。实现四段流量控制，保证装车安全和精准。（4）小鹤管。采用液下全密闭装车小鹤管，带防溢流系统实现联动紧急停车，进行油气回收。（5）静电接地保护和溢油探头安全保护系统。检测和显示现场的静电接地状况，实现联动紧急停车。（6）T M I S系统：实现对所装车辆车号、车型、装载量等重要信息的管理，上传装车计划并对出厂车辆进行通报。（7）计量管控平台销售系统：出具罐车的计量数据并上传管
6、理部门。（8）数据库：存储装车信息及装车过程监控信息。1.2系统工作程序定量装车控制系统遵循以下工作程序：（1）罐车对位后，列检人员检查车辆并在“TMIS系统”中下发装车计划。（2）装车人员打印装车计划，到栈桥操作需要装车鹤位的鹤管和溢油探头，接好静电接地夹，正确按下车型按钮；中控室操作人员在“装车控制系统”中调用“TMIS系统”中的装车计划，选择车号、车型等信息，通过监控界面观测静电夹接地情况和车型按钮是否匹配，与装油外操核对装车信息，+“白”控开启笛1支线（3）点击“启动”按钮的电液阀开始装车，装车过程中的数据和状态实时显示在中控室监控界面中。PLC控制器根据流量计的反馈信号量以及预充装量
7、，计算该鹤位的剩余装车量。当剩余装车量为0，电液阀完全关闭。第一批第1条直线上的鹤位装车完成后，关闭该鹤位的装车电动球阀和手动闸阀。依次开启每一条支线装完该批罐车，再进行下一批罐车装车。直到所有鹤位的罐车全部装车完毕时，停装车泵，监控界面显示装车完成、鹤管和防溢油探头，取下静电接地夹，工作程序结束。所装罐车的信息存储在数据库中。（4）装车人员在“计量管控平台”调用数据库中装车数据，出具计量单。在“TMIS系统”中对所装的车辆进行通报出厂。在装车过程中，当有设备异常或者现场出现报警、紧急情况，中控室和栈桥操作人员均可点击或按压鹤位急停按钮，该鹤位所在的装车支线数控电液阀门会立即关闭。1.3定量装
8、车工艺控制方式1.3.1装车方式该公司所有的成品油全部采用小鹤管液下密闭装车，产生的油气集中回收处理合格后排放。1.3.2定量装车编排模式装车编排模式依据成品油装车量的大小决定，装车量大，同一批次内同时灌装的车辆数多，反之相应减少，兼顾不同品种在不同栈桥装车情况，编排的车数也不同。在此原则下，柴油同批次装车数选择5台，3号喷气燃料同批次装车数选择4台或5台，汽油同批次装车数选择3台或4台，按照这种编排模式，实现“一带多”，即一台流量计带多个装车鹤管的模式。1.3.3定量装车控制工艺该公司成品油出厂品种多、装车量大，装车控制工艺的设置较为复杂，但单条装车管线配置的定量装车设施完全相同。现以其中一
9、座栈桥3号喷气燃料装车支线工艺，说明定量装车设备的配置。3号喷气燃料定量装车工艺见图2。18*2013ZTTXONHTOTXPOH货位号电动球阀支线闸阀油气去回收装置技线口阻火器复合软管图例：流量计管道线4电液阀油品来自装车总线IOHI小鹤管止回阀栈桥操作人员收回图23号喷气燃料定量装车工艺113-黎双周成品油定量装车控制统的研究与应用第8 期油品来自装车泵出口总线，分四条装车支线进入栈桥，每条支线直线的工艺相同，第一条支线依次有闸阀、流量计、电液阀和另一闸阀，进入栈桥两条车道的1、5、9、13、17 位装车鹤位，这条支线再分支经手动闸阀、电动球阀、复合软管到鹤管进入罐车内，产生的油气经复合软
10、管、电动球阀、止回阀、阻火器进入油气回收管线至油气回收装置处理。同理，第二、三、四条支线进入依次栈桥两条车道对应装车鹤位，实现“一带四”为特点的工艺控制流程，这种配置，相比单品种、单鹤位配置减少36 台流量计，节约大量投资。1.3.4定量装车控制方式根据装车工艺要求：同一条支线上的鹤位不能编入一批。按照这种控制方式，四条主支线可同时灌装4台车，这4台车属于同一批，按照鹤位排号的大小，分批次依次灌装。1.4现场设备的选择1.4.1数控电液阀在定量装车控制系统中数控电液阀的选择十分关键，影响定量装车的精度。如果选用常规电磁阀、电动阀、气动二段阀等阀门都会产生“水击”现象。本系统的流量计选用质量流量
11、计,所以“水击”所产生的管道震动严重影响流量计的正常工作 2 。本系统选择BRODIE3或4 30 0 IbBV88型活塞式数控电液阀。其工作原理及实物图见图3。常开电磁阀常闭电磁导阀关闭连度控制开启速度控制针阀针阁P3O(Z)P2流主阀图3BV88型活塞式数控电液阀工作原理及实物图工作原理：该阀按照平衡活塞的原理，采用先导阀控制。活塞下端介质压力与活塞上端介质压力+弹簧力的动态平衡，决定了活塞的移动方向及位置。阀门可在0 10 0%开度任意位置，本系统实现二段开启，二段关闭。阀门在入口及出口配置有针型阀，可以根据介质粘度调整阀门开关速度。数控电液阀阀是定量装车系统的控制执行元件，接受PLC控
12、制指令。控制模式如下：（1）中控室向电液阀发出开阀指令，即常开电磁导阀送电关闭，常闭电磁导阀脉冲方式送电，阀门逐步开启，装车流量逐步增加。（2）当达到预设瞬时小流量0.0 0 5m/s时，常闭电磁导阀断电关闭，阀门保持开度。（3）当达到小流量开启预设累积量1.2 m3时，常闭电磁导阀脉冲方式送电，阀门逐步开大。（4）当达到预设瞬时装车流量0.0 2 3m3/s时，常闭电磁导阀断电关闭，阀门保持开度。（5）当达到预设累积量时，常闭电磁导阀断电关闭，常开电磁导阀以脉冲方式断电打开，阀门逐步关闭，流量逐步减小。（6）当瞬时流量达到预设剩余流量0.5m3时，常开电磁导阀带电关闭，阀门闭锁，保持开度。（
13、7）当累积流量到达预设装车量时，常开电磁导阀断电，常闭电磁导阀断电，阀门关闭。考虑到阀门关闭速度及鹤管及管道内的余量，设置提前关闭量，一般按阀门关闭速度1s3s考虑，过充量按0.0 0 5m0.01m设置。理论上，只-114-2023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备要经过有限次装车，就可准确的确定末级装车低流量关闭点，提前量的修正值越来越小。为定量装车控制程序提供可靠的参数。1.4.2质量流量计流量计的选择直接影响定量装车系统控制的精度，目前主要以质量流计量作为油品装车的计量方式。工作原理：科氏流量计是利用流体从振动管流过时，产生的科里奥利力与质量流量成正比的原理进行测量的。本系统选择科隆
14、公称直径DN100mm直管OPTIMASS7400CT80、公称直径DN100mmU型管OPTMASS6400CS100、公称直径DN80mmOPTMASS7400CT50三种质量流量计与MFC400智能化信号转换器配套使用见图4。质量流量计将提供质量，密度，温度，可以计算提供体积、浓度、流速的准确测量值。一体化集成电子机芯的传感器，可提供直接输出至PLC的Modbus信号。测量精度为实际测量值的土0.2%，具有自诊断功能。为便于装车时满足铁路货运体积和质量的要求，采用体积数作为预装量进行装车控制数进行灌装，最终转换为质量数据存储。图4OPTIMASS型质量流量计配MFC400信号转换器质量流
15、量计具有准确、快速、可靠、高效、稳定、灵活的特点，目前石油化工等领域已经得到广泛应用，在定量装车系统中可以完全依靠质量流量计作为贸易结算依据 4。但其因受到环境影响会影响测量精度,因此在使用中必须注意流体压力、密度、粘度、双相流体中异相含量、环境震动及管道应力等因素的影响。1.4.3小鹤管定量装车控制系统采用液下密闭成品油装车小鹤管把油品灌装到罐车内，分五头鹤管和两头鹤管两种型式。它是为适应装车品种多专门研究生产的小鹤管。单根鹤管均由卷线箱、液压马达、垂直管、分油头、密闭盖板等组成，其五头小鹤管结构示意图见图5。液压马达一卷线箱一气相出口一液相入口一垂直管户一密封盖板一分油头图5五头小鹤管结构
16、示意图1.5PLC控制系统1.5.1硬件系统PLC控制系统由上位机（操作员站、工程师站），控制单元（PLC控制器、I/0单元、电源模块、接线端子等）、通讯系统和配电系统组成。(1）P L C 系统配置PLC控制器是整个系统的关键部分，可实现数据运算、设备控制、逻辑判断、信号转换及通信等功能。本项目根据定量装车控制系统的特点和要求，采用性能可靠、抗干扰能力强的SIEMENS公司的SIMATICS7-400PLC控制器，见图6。其电源模块采用了PS307型号，处理器选用了CPU417型；通讯模块则选用了CP341型，计数模块选用了FM-350-2型，功能模块选用ET200M/LINKIM153-2型，均安装在机柜中。所有I/O卡件和6 台机柜安装在现场机柜间内，现场远传仪表的信号通过机柜间I/O模块进行数据采集/输出。115-黎双周成品油定量装车控制统的研究与应用第8 期图6 SIMATICS7-400PLC控制器PLC系统除完成装置的控制功能外，还具有装车管理功能，系统出错自动报警，操作自动记录等功能，既可有效防止事故发生，又能防止操作上的人为作弊，使操作和管理更完善。能将各种工艺变量及
