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B&R X20PLC在成品油自动罐装系统的应用 |
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山东京博石油化工有限公司是主要从事原油深度加工及其综合利用的大型民营企业，随着企业规模的不断扩大，油品发货系统越显效率低下，经常出现产品积压，汽车拥挤混乱的现象，难以管理。公司信息技术部通过对整个流程和装油自动化设备进行了详细的调查和分析，并搜集了设备和流程的使用部门的意见，发现原有系统存在很多问题，公司最终决定更换发油系统。
原系统已不能胜任
原系统采用PLC集中控制+交易软件的模式。下位采用S7-300CPU，14个鹤位的I/O都接到中控室的S7-300PLC上，上位采用Wincc开发发油界面，并采用某公司用Delph开发了交易软件。
原系统存在的问题包括：
1.上位的发油系统和PLC发油系统经常出现通信中断，或者不稳定，经常不得不手动装车。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。
2.手动装车后，用PLC装车的数据不能自动上传到发油交易系统，经常重复劳动。
3.14个鹤位所有数据量采用集中式控制，在中控室采用一个PLC来控制，使布线复杂。一旦线路出现问题，故障很难查找。导致很多故障出现后无法修复。如很多鹤位的可燃气体报警、接地报警信号失灵，甚至出现不能应用的情况，造成很大的安全隐患。
4.温度信号不能采集，或不准确，导致装车辆用PLC的计数脉冲不能精确计算测量。虽然有流量计，但是不得不和称重配合，重复劳动，程序繁琐，导致效率低下。
5.不能灵活的改变鹤位及油泵的对应关系，使鹤位利用效率低。
新系统取而代之设计目标
新设计开发的成品油自动发货系统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紧密地结合，实现一个有自己特点的个性化的自动控制系统。本技术方案的改造目标是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)，显著提高付油作业效率和服务质量。由于京博集团发油系统承担着年吞吐量300万t成品油的发送任务，根据各种油品的数量和往年的发油情况，设计规模定为600万t。控制系统的设计规模一期按14个鹤位的容量进行配置，紧接着2期增加14个鹤位。
方案介绍
经过一段时间的认真考察，最终选择青岛佳控自动化设备工程有限公司集成该系统。青岛佳控经过和京博控股的认真调查和研究，给出了一个分布式自动化装油方案。
该方案采用贝加莱(B&R)的X20分布式PLC作为下位；每个鹤位和泵站采用一个X20CP0292紧凑型CPU及分布I/O，采集和控制现场的可燃气体报警、接地报警、流量计等各种控制信号；中控室的X20CP1484标准CPU，通过CAN总线或者以太网和14个鹤位及泵站相连，构成一个分布式的控制系统。采用贝加莱的APC620工控机为上位服务器，采用贝加莱APROL系统为上位组态，通过OPC和佳控自行开发的交易系统通信。
图1 B&R X20PCC在成品油自动罐装系统拓扑图
1.PCC简介：贝加莱的X20是分布式PCC系统，各种模块之间可进行组合。它主要由中央处理器CPU、通信模块、功能模块和电源模块等组成，能满足中高等性能的要求。高I/O密度、模块化、无风扇结构、人性化结构设计、灵活的通讯模式、高的CPU处理能力以及易于用户掌握的特点使得贝加莱X20成为各种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。
贝加莱X20PCC的大量功能支持可帮助用户进行编程、启动、维护和主要包括高速的指令处理、浮点数运算、方便用户的参数赋值、人机界面、诊断功能和口令保护等功能。贝加莱X20PCC具有多种不同的通信接口，可以用来连接各种工业现场总线和工业以太网总线系统，方便用户的数据交换。B&R的INA通信，更是让编程者省去了通信编程调试的烦恼和工作量。
2.发货控制系统：罐区油罐的油品通过10条母管输送到发油台，各装车口采用多泵对多鹤位的结构，各管线都有回油装置。
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。
图2 包罗万象的控制技术，标准型、紧凑型、总线型、安全型B&R X20 system
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，分别设在业务室、磅房等相关业务科室内。其功能包括：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、各种查询和信息修改；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。
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。其功能包括：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。
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B&R X20系列PLC作为控制系统的核心。其功能为：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。
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、静电接地和紧停按钮。其功能分别为：用电液阀作为鹤管付油控制开关阀门；用质量流量计(0.2级)作为汽车发油流量计；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、启停操作和状态指示并带有操作回音功能；每个鹤位设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；每个鹤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；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；每个付油平台安装一个紧停按钮开关，作为危险情况时实施紧停操作手段；每条主管线设温度变送器检测油品温度；每个鹤管安装鹤管在位开关，作为发油联锁保护信号。
软件环境
软件的开发工具是贝加莱AS编程软件和贝加莱APROL系统软件，运行环境分别为：监控工作站，Linux；业务工作站，WinXP。该软件具有报表查询管理功能，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，发油历史数据信息和汇总。这就实现了办公室领导层对现场作业的监视、实时管理。
几个控制功能流速控制
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：大罐液位的高低不同；管线长短不同；同种油品同时发油车位多少不同；使用鹤管和加油枪不同。采用开关阀的二次调速，从而调节发油流速。
精确定量控制
可在发油结束前的定量关闭过程中提前关闭电液阀，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。
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。
新系统优势
该方案彻底改进原有系统问题，增加了安全性、可靠性、实用性、可维护性和可扩展性。
1.系统分为全自动自动装车、APROL独立装车和PLC独立装车3个等级装车状态。有效的预防了在不明故障下的问题的解决。并且，在APROL独立装车、PLC独立装车时的数据，在交易系统恢复后能自动上传数据，极大减少了工作量。
2.系统采用分布式结构，使结构清晰，维护和施工非常方便。把原来没有利用起来的各个仪表都利用起来，增加了安全性、可靠性。
3.系统可以按照生产计划和销售计划，时时调整泵站和鹤位的对应关系，增加了灵活性。
4.系统扩展方便，随着规模扩大，如需增加鹤位，每增加一个鹤位就增加一个紧凑的鹤位PCC，通过以太网或者CAN总线直接挂在现场总线上即可。
5.该系统采用贝加莱X20系统，其具备高的I/O密度、扩展方便、热插拔。
6.随着技术不断进步，如果改变工艺流程，需要更改鹤位CPU的程序，可以在中控室通过以太网，利用B&R的INA通讯技术，直接将改动的程序下载到鹤位PLC上。
结论
基于PCC和组态软件的自动发货控制系统，充分利用了PCC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，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。(end)
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(7/20/2008) |
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