B&R X20PLC在成品油自動(dòng)罐裝系統(tǒng)的應(yīng)用

B&R X20PLC在成品油自動(dòng)罐裝系統(tǒng)的應(yīng)用

山東京博石油化工有限公司是主要從事原油深度加工及其綜合利用的大型民營(yíng)企業(yè)，隨著企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，油品發(fā)貨系統(tǒng)越顯效率低下，經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)品積壓，汽車擁擠混亂的現(xiàn)象，難以管理。公司信息技術(shù)部通過對(duì)整個(gè)流程和裝油自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查和分析，并搜集了設(shè)備和流程的使用部門的意見，發(fā)現(xiàn)原有系統(tǒng)存在很多問題，公司最終決定更換發(fā)油系統(tǒng)。

原系統(tǒng)已不能勝任

原系統(tǒng)采用PLC集中控制+交易軟件的模式。下位采用S7-300CPU，14個(gè)鶴位的I/O都接到中控室的S7-300PLC上，上位采用Wincc開發(fā)發(fā)油界面，并采用某公司用Delph開發(fā)了交易軟件。

原系統(tǒng)存在的問題包括：

1.上位的發(fā)油系統(tǒng)和PLC發(fā)油系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)通信中斷，或者不穩(wěn)定，經(jīng)常不得不手動(dòng)裝車。人工發(fā)貨裝車需要大量人力；手動(dòng)控制閥門易出現(xiàn)油品溢出現(xiàn)象；發(fā)油數(shù)量難以控制，經(jīng)常需要補(bǔ)油或交款；發(fā)油效率極低，不適合大量的油品發(fā)送；人為因素影響發(fā)油結(jié)果嚴(yán)重；發(fā)油記錄由人工手寫，不能避免各種作弊現(xiàn)象。

2.手動(dòng)裝車后，用PLC裝車的數(shù)據(jù)不能自動(dòng)上傳到發(fā)油交易系統(tǒng)，經(jīng)常重復(fù)勞動(dòng)。

3.14個(gè)鶴位所有數(shù)據(jù)量采用集中式控制，在中控室采用一個(gè)PLC來控制，使布線復(fù)雜。一旦線路出現(xiàn)問題，故障很難查找。導(dǎo)致很多故障出現(xiàn)后無法修復(fù)。如很多鶴位的可燃?xì)怏w報(bào)警、接地報(bào)警信號(hào)失靈，甚至出現(xiàn)不能應(yīng)用的情況，造成很大的安全隱患。

4.溫度信號(hào)不能采集，或不準(zhǔn)確，導(dǎo)致裝車輛用PLC的計(jì)數(shù)脈沖不能精確計(jì)算測(cè)量。雖然有流量計(jì)，但是不得不和稱重配合，重復(fù)勞動(dòng)，程序繁瑣，導(dǎo)致效率低下。

5.不能靈活的改變鶴位及油泵的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使鶴位利用效率低。

新系統(tǒng)取而代之設(shè)計(jì)目標(biāo)

新設(shè)計(jì)開發(fā)的成品油自動(dòng)發(fā)貨系統(tǒng)采用工程化的技術(shù)路線，從系統(tǒng)方案，功能、硬件、施工設(shè)計(jì)，軟件開發(fā)、安裝調(diào)試等各個(gè)環(huán)節(jié)緊密地結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一個(gè)有自己特點(diǎn)的個(gè)性化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。本技術(shù)方案的改造目標(biāo)是結(jié)合現(xiàn)有的工藝條件，配合工藝改造，采用先進(jìn)、科學(xué)、適用的自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(包括作業(yè)流程)，顯著提高付油作業(yè)效率和服務(wù)質(zhì)量。由于京博集團(tuán)發(fā)油系統(tǒng)承擔(dān)著年吞吐量300萬(wàn)t成品油的發(fā)送任務(wù)，根據(jù)各種油品的數(shù)量和往年的發(fā)油情況，設(shè)計(jì)規(guī)模定為600萬(wàn)t?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)模一期按14個(gè)鶴位的容量進(jìn)行配置，緊接著2期增加14個(gè)鶴位。

方案介紹

經(jīng)過一段時(shí)間的認(rèn)真考察，最終選擇青島佳控自動(dòng)化設(shè)備工程有限公司集成該系統(tǒng)。青島佳控經(jīng)過和京博控股的認(rèn)真調(diào)查和研究，給出了一個(gè)分布式自動(dòng)化裝油方案。

該方案采用貝加萊(B&R)的X20分布式PLC作為下位；每個(gè)鶴位和泵站采用一個(gè)X20CP0292緊湊型CPU及分布I/O，采集和控制現(xiàn)場(chǎng)的可燃?xì)怏w報(bào)警、接地報(bào)警、流量計(jì)等各種控制信號(hào)；中控室的X20CP1484標(biāo)準(zhǔn)CPU，通過CAN總線或者以太網(wǎng)和14個(gè)鶴位及泵站相連，構(gòu)成一個(gè)分布式的控制系統(tǒng)。采用貝加萊的APC620工控機(jī)為上位服務(wù)器，采用貝加萊APROL系統(tǒng)為上位組態(tài)，通過OPC和佳控自行開發(fā)的交易系統(tǒng)通信。

圖1 B&R X20PCC在成品油自動(dòng)罐裝系統(tǒng)拓?fù)鋱D

1.PCC簡(jiǎn)介：貝加萊的X20是分布式PCC系統(tǒng)，各種模塊之間可進(jìn)行組合。它主要由中央處理器CPU、通信模塊、功能模塊和電源模塊等組成，能滿足中高等性能的要求。高I/O密度、模塊化、無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、人性化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、靈活的通訊模式、高的CPU處理能力以及易于用戶掌握的特點(diǎn)使得貝加萊X20成為各種控制任務(wù)既方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案。當(dāng)控制任務(wù)增加時(shí)可自由擴(kuò)展。

貝加萊X20PCC的大量功能支持可幫助用戶進(jìn)行編程、啟動(dòng)、維護(hù)和主要包括高速的指令處理、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、方便用戶的參數(shù)賦值、人機(jī)界面、診斷功能和口令保護(hù)等功能。貝加萊X20PCC具有多種不同的通信接口，可以用來連接各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)，方便用戶的數(shù)據(jù)交換。B&R的INA通信，更是讓編程者省去了通信編程調(diào)試的煩惱和工作量。

2.發(fā)貨控制系統(tǒng)：罐區(qū)油罐的油品通過10條母管輸送到發(fā)油臺(tái)，各裝車口采用多泵對(duì)多鶴位的結(jié)構(gòu)，各管線都有回油裝置。

3.自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能：發(fā)油自動(dòng)控制系統(tǒng)由業(yè)務(wù)工作站、監(jiān)控工作站、定量控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)儀表、設(shè)備組成。

圖2 包羅萬(wàn)象的控制技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)型、緊湊型、總線型、安全型B&R X20 system

工作站

業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)由接入局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)、打印機(jī)和UPS電源組成，分別設(shè)在業(yè)務(wù)室、磅房等相關(guān)業(yè)務(wù)科室內(nèi)。其功能包括：完成領(lǐng)油預(yù)約；車輛自動(dòng)調(diào)度、車位自動(dòng)分配；完成用戶指標(biāo)管理，包括注冊(cè)開戶、各種查詢和信息修改；完成發(fā)油結(jié)算、自動(dòng)制表功能；協(xié)調(diào)管理整個(gè)系統(tǒng)，完成預(yù)約、通道分配、定量控制、結(jié)算和付油業(yè)務(wù)處理；具有油料數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，如數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)定時(shí)備份、數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)，操作員權(quán)限及口令設(shè)置修改等；通過局域網(wǎng)構(gòu)建完成完整的控制管理系統(tǒng)；通過連接局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息共享。

監(jiān)控工作站

上位監(jiān)控系統(tǒng)由接入局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)、打印機(jī)和UPS電源組成，設(shè)在發(fā)油控制室內(nèi)。其功能包括：發(fā)油通道的管理和控制，如通道的開關(guān)、屏蔽、發(fā)油繼續(xù)或暫停等；監(jiān)控發(fā)油站臺(tái)工況，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)反應(yīng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)；多畫面切換監(jiān)控功能。系統(tǒng)功能組態(tài)(參數(shù)設(shè)置)功能：如通道油品定義、標(biāo)密設(shè)定等；工作狀態(tài)設(shè)置功能：如鶴位的泵輸／自流選擇；彈出式報(bào)警窗口，所有故障點(diǎn)的監(jiān)測(cè)報(bào)警顯示，報(bào)警聲提示；設(shè)備調(diào)校平臺(tái)，用于設(shè)備的調(diào)試、維護(hù)和參數(shù)測(cè)試；下位控制系統(tǒng)操作運(yùn)行記錄，歷史故障輯錄通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息共享。

定量控制系統(tǒng)

發(fā)油控制系統(tǒng)由控制柜、現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備組成。采用以B&R X20系列PLC作為控制系統(tǒng)的核心。其功能為：鶴管發(fā)油自動(dòng)定量控制；油每200L自動(dòng)暫停／啟動(dòng)功能；啟停與閥的開關(guān)的智能化控制，如實(shí)現(xiàn)電液閥的開度調(diào)節(jié)、泵-閥的時(shí)序控制；現(xiàn)場(chǎng)發(fā)油的人工干預(yù)；現(xiàn)場(chǎng)的操作提示和實(shí)時(shí)流量顯示；實(shí)現(xiàn)靜電接地的信號(hào)聯(lián)鎖不可忽視鶴管在位聯(lián)鎖保護(hù)，控制系統(tǒng)確保在鶴管大于一定傾角時(shí)拒絕發(fā)油，以防誤發(fā)油； 控制系統(tǒng)對(duì)通道的人工干預(yù)、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和故障的指示；實(shí)現(xiàn)離線自動(dòng)定量發(fā)油，在上位監(jiān)控工作站和業(yè)務(wù)工作站故障的情況下，或者在緊急情況下，以控制柜為核心的發(fā)油控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無需預(yù)約的離線自動(dòng)定量發(fā)油。

現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備

現(xiàn)場(chǎng)控制檢測(cè)設(shè)備有電液閥、質(zhì)量流量計(jì)，操作終端、懸掛式大屏幕顯示器(可選)、鶴管在位開關(guān)、靜電接地和緊停按鈕。其功能分別為：用電液閥作為鶴管付油控制開關(guān)閥門；用質(zhì)量流量計(jì)(0.2級(jí))作為汽車發(fā)油流量計(jì)；汽車付油現(xiàn)場(chǎng)使用LCD獻(xiàn)出操作終端，用于完成用戶身份識(shí)別、定量輸入、流量顯示、啟停操作和狀態(tài)指示并帶有操作回音功能；每個(gè)鶴位設(shè)LCD大屏幕顯示器，為用戶提供直觀的付油過程數(shù)據(jù)和操作狀態(tài)；每個(gè)鶴位安裝接地一體化檢測(cè)裝置，作為發(fā)油靜電接地安全保護(hù)聯(lián)鎖信號(hào)；每個(gè)鶴管安裝鶴管防溢油傳感器，作為油槽車液位安全保護(hù)聯(lián)鎖信號(hào)；每個(gè)付油平臺(tái)安裝一個(gè)緊停按鈕開關(guān)，作為危險(xiǎn)情況時(shí)實(shí)施緊停操作手段；每條主管線設(shè)溫度變送器檢測(cè)油品溫度；每個(gè)鶴管安裝鶴管在位開關(guān)，作為發(fā)油聯(lián)鎖保護(hù)信號(hào)。

軟件環(huán)境

軟件的開發(fā)工具是貝加萊AS編程軟件和貝加萊APROL系統(tǒng)軟件，運(yùn)行環(huán)境分別為：監(jiān)控工作站，Linux；業(yè)務(wù)工作站，WinXP。該軟件具有報(bào)表查詢管理功能，能在網(wǎng)絡(luò)的客戶端運(yùn)行，訪問現(xiàn)場(chǎng)的發(fā)油情況以及現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)設(shè)備的當(dāng)前工作狀態(tài)，鶴位的狀態(tài)，發(fā)油歷史數(shù)據(jù)信息和匯總。這就實(shí)現(xiàn)了辦公室領(lǐng)導(dǎo)層對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的監(jiān)視、實(shí)時(shí)管理。

幾個(gè)控制功能流速控制

對(duì)于鶴管和加油槍要求保持一定的流量(流速)范圍，以保證加油作業(yè)的安全和效率。由于下列情況可能造成發(fā)油流量的變化：大罐液位的高低不同；管線長(zhǎng)短不同；同種油品同時(shí)發(fā)油車位多少不同；使用鶴管和加油槍不同。采用開關(guān)閥的二次調(diào)速，從而調(diào)節(jié)發(fā)油流速。
精確定量控制

可在發(fā)油結(jié)束前的定量關(guān)閉過程中提前關(guān)閉電液閥，當(dāng)達(dá)到定量數(shù)量（有一微小的提前量）時(shí)快速關(guān)斷電液閥并停泵，實(shí)現(xiàn)1~2L的定量控制。
車位自動(dòng)分配

領(lǐng)油用戶在業(yè)務(wù)工作站進(jìn)行預(yù)約。油庫(kù)工作人員依次將前來領(lǐng)油用戶的預(yù)約信息輸入業(yè)務(wù)工作站。當(dāng)一個(gè)用戶的預(yù)約被接受時(shí)，打印機(jī)自動(dòng)為該用戶打印預(yù)約單。該用戶持預(yù)約單將油槽車駛?cè)敫队蛥^(qū)制定車位排隊(duì)等待。

新系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

該方案徹底改進(jìn)原有系統(tǒng)問題，增加了安全性、可靠性、實(shí)用性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。

1.系統(tǒng)分為全自動(dòng)自動(dòng)裝車、APROL獨(dú)立裝車和PLC獨(dú)立裝車3個(gè)等級(jí)裝車狀態(tài)。有效的預(yù)防了在不明故障下的問題的解決。并且，在APROL獨(dú)立裝車、PLC獨(dú)立裝車時(shí)的數(shù)據(jù)，在交易系統(tǒng)恢復(fù)后能自動(dòng)上傳數(shù)據(jù)，極大減少了工作量。

2.系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)清晰，維護(hù)和施工非常方便。把原來沒有利用起來的各個(gè)儀表都利用起來，增加了安全性、可靠性。

3.系統(tǒng)可以按照生產(chǎn)計(jì)劃和銷售計(jì)劃，時(shí)時(shí)調(diào)整泵站和鶴位的對(duì)應(yīng)關(guān)系，增加了靈活性。

4.系統(tǒng)擴(kuò)展方便，隨著規(guī)模擴(kuò)大，如需增加鶴位，每增加一個(gè)鶴位就增加一個(gè)緊湊的鶴位PCC，通過以太網(wǎng)或者CAN總線直接掛在現(xiàn)場(chǎng)總線上即可。

5.該系統(tǒng)采用貝加萊X20系統(tǒng)，其具備高的I/O密度、擴(kuò)展方便、熱插拔。

6.隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，如果改變工藝流程，需要更改鶴位CPU的程序，可以在中控室通過以太網(wǎng)，利用B&R的INA通訊技術(shù)，直接將改動(dòng)的程序下載到鶴位PLC上。

結(jié)論

基于PCC和組態(tài)軟件的自動(dòng)發(fā)貨控制系統(tǒng)，充分利用了PCC抗干擾能力強(qiáng)，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)，又利用了組態(tài)軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和圖形表現(xiàn)的能力，具有可靠性高、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)容易等特點(diǎn)。目前該系統(tǒng)已經(jīng)成功運(yùn)行，效果良好，對(duì)自動(dòng)發(fā)貨控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率乃至整個(gè)油品發(fā)貨裝置具有重要意義，同時(shí)極大提高了自動(dòng)化水平，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。