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PLC在石化企業儲運裝車自動化系統中的應用
上傳作者:08:30:49 system

PLC在石化企業儲運裝車自動化系統中的應用 
作者:蔡振宇  
摘要: 論文介紹了石油化工企業的儲運自動化系統—鶴管裝車自動化控制系統的
幾種類型, 結合作者實際工作經驗詳細介紹了可編程控制器在集中式和分布式儲
運裝車自動化控制系統中對現場流量采集、控制裝車閥門動作等方面的不同應
用。 
關鍵詞:鶴管、PLC、 水擊現象、脈沖、多段電液閥、累計流量。 
Summary: Introduced the petroleum chemical engineering the business 
enterprise's  Store  the  conveyance  the  automation-  crane  the  tube  to  pack 
the applied programmable controller of detailed introduction of actual 
work  experience  of  the  type  of  several  categories,  knot  cooperator  of  the 
control  system  of  car  automation  in  the  concentration  type  different  from 
distribute type Store the conveyance pack the car automation to control 
the  system  inside  collect  to  the  spot  discharge,  control  pack  the  car  valve 
the door action to wait of application. 
Key words:  Stork  Tube  road、Programmable Controller、Water、Iron  ball、Pulse、
Many stage Electricity Liquid Valve door、Total amount discharge。 
 
對于石油化工企業及儲運油庫,其日常的生產原料、生產成品的裝車(火車
罐車、汽車罐車)、碼頭裝船等業務、作業都十分的繁忙。隨著社會主義市場經
濟的深入發展,作為石油化工企業物料的供、銷樞紐的儲運系統,其原始數據成
為企業管理信息的關鍵來源。只有實現儲運自動化,才能實現數據的及時、準確
的采集,才能實現企業信息的集中管理。而儲運裝車又是儲運系統中產品銷售的
主要環節,儲運裝車中的計量控制管理又是石油化工企業經濟效益的關卡。石油
化工企業日常的儲運裝車操作頻繁,裝車量大,又要面對一大批客戶,人工作業
的各式單據繁多,不僅工作量大,而且易出錯,造成了儲運裝車生產效率不高。
由于銷售渠道多,人工管理會有多種漏洞,甚至引發了經濟犯罪。因而,為了克
服人工操作、管理帶來的弊端,從而提高儲運管理作業的效率、減少環境污染,
以適應社會主義市場經濟發展的需求,實現石油化工企業的整體效益,石油化工
企業迫切需求機械化自動化程度高、安全可靠性好、便于操作維護的儲運裝車自
動控制系統。儲運裝車的自動化程度直接影響了儲運裝車的效率和安全,儲運裝
車的計量精度也直接影響石油化工企業的銷售效益,儲運裝車自動化已成為石油
化工企業自動化管理的重要組成部分。 
一、儲運裝車自動化系統的構成 
由于液下大、小鶴管裝車具有節能、安全等顯著優點,石油化工企業的儲運
裝車基本上都采用這種裝車設備做為灌裝的設施。目前,對于儲運裝車的灌裝設
施的鶴管,有兩種規格,一般習慣上把口徑Dg120以上的鶴管稱為大鶴管,常用
的口徑為Dg120, 此類鶴管主要做為火車罐車的灌裝設施。 另外, 把口徑為Dg120
以下的鶴管稱為小鶴管,常用的口徑為Dg80或Dg50,此類鶴管主要做為火車罐
車和汽車罐車的灌裝設施。 儲運裝車的自動化控制系統也相應的分為大鶴管儲運
裝車自動化微機控制系統和小鶴管儲運裝車自動化微機控制系統。其中,小鶴管
儲運裝車自動化微機控制系統又根據裝車現場的實際情況;如:棧臺、操作室的
位置、裝車棧橋的長短、防爆等級的要求、石油化工企業用戶的要求等等因素,又分為集中式裝車自動化微機控制系統和分布式(分散式)裝車自動化微機控制
系統。從現場應用的經驗表明,集中式和分布式(分散式)裝車自動化微機控制
系統各有其優缺點。但是,不管是大鶴管儲運裝車自動化微機控制系統還是小鶴
管儲運裝車自動化微機控制系統,分布式還是集中式裝車自動化微機控制系統,
它們的工作目的、完成的功能都是基本一致的:防止裝車冒頂、液化氣過裝、裝
車灌桶定量準確、裝油計量、防水擊措施、防溢防靜電接地、連鎖控制、裝車業
務管理和操作管理、裝車銷售統計開票和銷售管理等。 
 
二、可編程控制器在幾種儲運裝車自動化系統中的應用 
緊隨著微電子技術同步的發展的可編程控制器(可編程控制器出現之處,名
稱很不一致,直至 1980 年由美國電氣制造商協會 NEMA 正式將其命名為
Programmable Controller 簡稱 PC,但時至今日,人們仍然習慣地稱之為
Programmable Logic Controller簡稱PLC) ,作為傳統繼電器控制裝置的替代產
品,從當初簡單的功能比較單一的邏輯控制器,發展到今天的即能采集控制開關
量,又能采集控制模擬量、數字量,同時實現邏輯運算、順序控制、過程控制、
聯鎖保護、定時、計數、算術運算、聯網通訊等功能的,以微處理器為核心的工
業控制裝置, 已將傳統的繼電器控制系統與計算機技術結合在一起, 以結構緊湊、
I/O 組態靈活、調試維護方便、抗干擾能力強及可靠性高等優點,越來越為眾多
的工業用戶青瞇,與 CAD/CAM、工業機器人一同被列為現代工業自動化領域的三
大支柱。正是由于PLC 具有這些使用特點,近年來,已在各種工業控制場合中得
到廣泛的應用。 
在儲運裝車自動化控制系統中,PLC 更是得到普遍的應用。PLC 主要完成定
量程序裝車控制、防溢、防靜電聯鎖控制、完成裝車現場的數據采集和對裝車現
場控制執行器(閥、泵等)的程序控制等功能。儲運汽車裝車流程見圖1: 
 
    
                    圖1:儲運汽車裝車流程框圖 
 
1、可編程控制器在集中式小鶴管裝車自動化系統中的應用 
把所有功能集中,即所有的信號電纜集中進控制室,由控制室中的主控制計算機
和 PLC 實現全部的采集檢測、運算管理和控制輸出。這種系統便于實現操作管理及實
現各種邏輯判別,對提高儲運裝車安全性,加強銷售管理具有較大意義。系統框圖見
圖2。 
 
 
               圖2: 集中式小鶴管裝車自動化系統框圖 
 
PLC 采集裝車現場所有裝車鶴位的流量計(脈沖信號)、溫度(鉑電阻) 、裝車防
溢出開關、防靜電接地開關、現場確定操作開關等所有控制信號。對于現場流量計信
號的采集,PLC 通過配置高速計數單元來完成。為了完成定量裝車控制的目的,控制
系統要求顯示裝車鶴位流量計的瞬時量(頻率)和流量的累計量(累計脈沖值)。PLC
的高速計數單元有多種計數模式;可通過旋轉前面板的波段開關選擇單元號(0∽9)
和模式(1線性,2環性,3預置,4門控,5閂鎖,6采樣),通過調整后面板上的DIP
波段開關進行選擇和設置高速計數單元的運行模式(輸入形式選擇,內部復位位,輸
入Z,控制出入IN1) ,計數范圍為BCD碼-8,388,608∽+8,388,607。控制輸入IN1
即可用外部方式也可用內部方式設置初值。但 PLC 的高速計數單元只能對采集的脈沖
量進行累計計算, 利用PLC 內部的兩個TIMH(15)高速定時器TIM006 和 TIM007 來計算
流量計的瞬時量。采集一臺流量計頻率的子程序如下: 
LD P_On ANDNOT   IR210.00 
LD   IR204.00 
OR    IR134.06 
ANDLD 
OUT   IR130.03 
LD TIM007 
TIMH(15) 008 #0001 
LD TIM006 
@MOV(21)    IR136    DM220 
@MOV(21)    IR137    DM221 
LD TIM007 
@MOV(21)    IR136    DM222 
@MOV(21)    IR137    DM223 
LDNOT TIM008 
TIMH(15) 006 #100 
TIMH(15) 007 #200 
LD TIM008 
@SUBL(55) DM222 DM220 DM225 
IR130.03 是啟動高速計數單元的觸發位, IR136 和IR136 是采集累計脈沖的
低位和高位的通道單元,高速計數單元采集的脈沖數值映射在DM222 和DM223 單
元中, DM225 單元中的16 進制數,就是計算后流量計的頻率值。為了計算準確、
方便,在每個鶴位開始發油裝車時,PLC 的高速計數單元對應采集該管路上的流
量計的低位和高位的通道單元都要清零,高速計數單元計數通道清零的子程序如
下: , 
LD   IR200.00 
OUT TR0 
ANDNOT   IR203.00 
AND    IR206.00 
TIM 001 DM398 
LD TR0 
ANDNOT   IR210.00 
@MOVB(82) #1 #300    IR330 
BIN(23)    IR356 DM309 
BIN(23)    IR357 DM310 
選擇模式6(采樣)計數方式,控制輸入IN1— IR330.03 為內部觸發方式,微分
型指令 @MOVB(82)是位(bit)傳送指令,當執行條件IR200.0 由OFF變為ON時,
@MOVB(82) 傳送一次#1 到 IR130 通道的第 3 位,即 IR330.03 單元置 1,從而使
計數器從零開始計數。IR356 和IR3576 是采集累計脈沖的低位和高位的BCD碼,
用BIN(23)指令轉換成16 進制數映射在DM309 和 DM310 單元中。 
有的儲運裝車現場測量裝車鶴位的流量儀表,采用了高精度的質量流量計,
這種質量流量計一般帶有通過通信傳遞數字信號的COM 口,來輸出瞬時流量、累
計流量、密度等多種測量信號,為了保證系統采集數據與現場測量儀表之間沒有
精度轉換誤差,PLC 可配置 ASCII 模塊(即 PLC 專用的高級語言模塊,以串序的
方式與現場不同 ASCII 裝置溝通),數字通訊信號由質量流量計的通訊口連接到
PLC 的 ASCII 模塊上,這樣,質量流量計的數字通訊信號數字通訊信號就與其它
常規的I/O信號(DI、DO、AI、AO、FI等)一起,由PLC統一采集和控制了,日后構成計算機冗余系統就比較容易了。 
在儲運裝車的過程中,由于裝車控制閥的突然開關,容易造成管道中的壓力
在一瞬間會突然升高,產生很高的壓力峰值,這種現象稱為液壓沖擊,就是日常
所稱的“水擊”或“水錘”現象。 “水擊”產生的壓力峰值往往比正常工作壓力
高好幾倍,且常伴有巨大的振動和噪聲,使液壓系統產生溫升,有時會使一些液
壓元件或管件損壞,并使某些液壓元件(控制閥、流量計等)產生誤動作,導致
設備損壞。因此,儲運裝車自動化控制系統控制的主要目標之一,就是盡可能的
消除、減小裝車開始和累計流量達裝車定量設定流量值時,裝車控制閥的突然開
關,而產生的“水擊”現象,盡量保證管道內介質流速在管道安裝的流量計范圍
之內。單控制的角度上理解,氣動閥,電動閥、電磁閥、多段電液閥等遙控閥門
都可以作為裝車控制閥。根據裝車介質的化學、工藝特性,多選用配套大小兩個
氣動閥或多功能電液閥。不管選用哪種控制閥門,控制原理都一樣。以PLC控制
多功能電液閥裝車為例;多功能電液閥由先導電磁閥和主閥組成。先導電磁閥和
球閥組成控制回路。關閉調節球閥和常開電磁閥構成控制回路上流管路,開啟調
節球閥和常閉電磁閥構成控制回路的下流管路。發油時首先開泵,然后再開電液
閥的常開、常閉電磁閥,兩者的時間差可以在線通過上位機傳到PLC的定時器單
元進行修改。這時電液閥的常閉電磁閥根據時間曲線進行,由 PLC 的 DO 模塊控
制:開(通電)-閉(斷電)-開—閉,以防止流量過大,保護流量計,在線修
改到一個合適曲線,存入 PLC,隨時調用。當累積到設定值后,PLC 自動首先停
電液閥,然后再是泵,兩者的時間也可在線修改。停電液閥是分別控制電液閥的
常開、常閉電磁閥,常開電磁閥的工作依時間曲線進行:開(斷電)—閉(通電)
—開—閉,常閉電磁閥斷電即可。 
控制裝車閥門PLC子程序如下: 
ANDNOT TIM061;OUT 219.02;LD TIM061;DIFU(13) 215.13;LD 215.13;
LD  5.03;KEEP(11)  215.00;LD  215.14;ANDNOT  215.07;LDNOT  215.02;
AND 215.07;ORLD;ANDNOT 0.07;AND 0.09;ANDNOT 5.05;OUT 5.07;
LD 215.14; TIM 062 #300; LD TIM062; DIFU(13) 200.14; LD 5.03; OR 200.14;
ANDNOT 215.07;LD 215.01;AND 215.07;ORLD;ANDNOT 0.11;AND 0.07;
ANDNOT 5.01;OUT 5.03;LD 5.03;DIFU(13) 215.12;LD 215.12;LD 5.05;
KEEP(11) 215.09;LD TIM062;TIM 063 #150;LD TIM063;ANDNOT 215.07;  
LDNOT 215.01; AND 215.07; ORLD; ANDNOT 0.09; ANDNOT 5.03; OUT 5.01;
LD  TIM063;ANDNOT  TIM065;ANDNOT215.07;LD  215.02;ANDNOT 
TIM105; ORLD; AND 0.09; AND 0.01; ANDNOT 5.07; AND 215.08; OUT 5.05;
LD 215.07;OUT TR0;AND 0.05;DIFU(13) 230.00;LD TR0;AND 230.00; 
IR 5.05  、IR 5.06、  IR 5.07為一個鶴位多功能電液閥的控制點。IR 5.03
為加油泵的控制點。 
   對于鉑電阻的溫度信號(PT100) ,用 PLC 的特殊功能模塊—熱電阻模塊采集
就可以了。 
2、可編程控制器在分布式小鶴管裝車自動化系統中的應用 
    對于分布式小鶴管裝車自動化系統,操作人員可以在裝車工作現場進行所有
裝車操作和監視裝車情況。在每個鶴位都設置一臺定量裝車控制設備,執行該鶴
位的定量裝車控制任務。這種系統便于實現系統操作功能分散,管理和監視又集
中的思想。 
對于定量裝車控制設備,一般都采用成型儀表——定量裝車控制儀。但定量裝車控制儀的價格都比較高,采用 SIEMENS S7-200-CPU224 的小 PLC加 SIEMENS 
DT-900人機界面的方式,安裝在儲運裝車現場的每個鶴位旁,來完成現場自動化
裝車控制的體積流量和管路溫度、質量流量、液位防溢、靜電接地、閥門開關狀
態等的檢測,完成定量裝車控制、安全聯鎖等所有控制功能。系統框圖見圖3。 
  
 
圖3:  PLC構成的分布式小鶴管裝車自動化系統框圖 
 
現場每個鶴位流量計的流量系數、定量裝車值、密度、體積流量的補償系
數等參與計算的參數都通過人機界面輸入PLC 的內部單元中。 每臺PLC通過通信
電纜線與操作室中的計算機相連,實現集中管理,還可以通過聯機方式方便地將
參數設置輸入每臺PLC。每臺PLC控制裝車閥門和計算管路流量的方法和集中式
控制系統中PLC的控制思想基本一樣。 
3、可編程控制器在火車大鶴管裝車自動化系統中的應用 
相比之下,火車大鶴管裝車自動化系統要比前兩種的控制系統復雜的多,在
火車大鶴管裝車自動化系統中,PLC除了完成定量裝車程序控制等和小鶴管控制
系統控制功能相同部分之外,PLC還要完成對大鶴管位置的左、右移位、大鶴管
的上升、停止、下降的控制和位置檢測,接油斗的提起、放下控制和位置檢測。
多至3個油品選擇閥的控制與檢測。火車油罐槽車牽引車的前進、停止、后退控
制。液壓泵的開、關控制。 
三、結束語 
從儲運裝車現場的實踐證明,應用在石油化工企業儲運裝車幾種控制系統中
的PLC系統,都發揮和顯現了不可估量和替代的作用,特別是和人機界面一起組成的發油定量控制器部分,更是體現了優良的性能價格比和運行可靠、組態方便
等優點,取得了很好的經濟效益和社會效益。 

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