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摘要：首先提出項目擬建的原因，然后提出設(shè)計思路的確定，重點闡述了系統(tǒng)的配置和通訊的問題，最后提出這種設(shè)計方案的可取之處。
關(guān)鍵詞：定量裝車系統(tǒng)；PLC；排隊叫號系統(tǒng)：門禁系統(tǒng)；稱重管理系統(tǒng)；視頻監(jiān)控系統(tǒng)；紅外防作弊系統(tǒng)
0引言
隨著市場經(jīng)濟的極速發(fā)展，各行各業(yè)的競爭顯得越來越激烈，定量裝車系統(tǒng)作為外運中間物料和成品物料的核心系統(tǒng)，其精度的高低將直接影響一個企業(yè)的經(jīng)濟效益、自動化管理水平的提升是安全生產(chǎn)的保障。為了適應(yīng)市場競爭的需要，關(guān)于提高裝車精度和效率、降低操作工勞動強度，減少裝車過程中的油品損耗，減少跑冒滴漏造成的環(huán)境污染，消除安全隱患等問題，已成為企業(yè)關(guān)注的重點。
1項目背景
烏魯木齊石化公司（以下簡稱烏石化公司）近幾年煉油產(chǎn)量逐年提升，現(xiàn)在已經(jīng)由3年前的500萬噸/年煉油能力提升至1000萬噸/年。
近幾年新建了常減壓、焦化、汽柴油加氫、蠟油加氫等裝置，經(jīng)營品種的增多，導(dǎo)致成品油出廠設(shè)施成為瓶頸，急需新建相應(yīng)的裝車設(shè)施，以增加成品油的輸出量。
2設(shè)計思路的確定
烏石化公司成品油汽車裝車目前采用人工裝車、地磅計量的模式。但是烏魯木齊在冬天的極寒氣候，采用人工裝車的模式，操作工在室外不能長時間操作，需要增加大量的人力才可以保障裝車的正常運行，急需改善裝車的自動化程度。
烏石化公司火車裝車的自動化改造，采用了定量裝車控制器在現(xiàn)場控制裝車的方式，這種設(shè)計方案在國內(nèi)其他地方有很多成功經(jīng)驗。但是在烏石化的實際使用中，情況并不是太理想，特別是冬天極度嚴(yán)寒的天氣情況下，設(shè)備故障率大大提高，增加現(xiàn)場檢修維護人員的勞動強度。故本設(shè)計中采用PLC替換裝車控制器的方案，現(xiàn)場儀表信號直接引入設(shè)置在機柜間內(nèi)PLC系統(tǒng)，由PLC控制裝車過程，以實現(xiàn)自動定量裝車的目的，最后通過定量裝車量與地衡的稱重量作對比的方式，實現(xiàn)車運成品油的計量。
3設(shè)計的實現(xiàn)
3.1裝車設(shè)施概況
成品油裝車設(shè)施共分三期實施，本設(shè)計為一期工程。一期工程設(shè)有30個鶴位，油品包含汽油、柴油、液化氣、航煤、戊烷油、苯、溶劑油、石腦油、丙烷、拔頭油等。現(xiàn)場介質(zhì)為易燃易爆，為滿足儲運過程的操作要求，現(xiàn)場儀表選用安全可靠、性能穩(wěn)定的防爆設(shè)備，控制系統(tǒng)采用技術(shù)先進、性能穩(wěn)定的冗余PLC。
3.2裝車流程簡介
客戶到經(jīng)銷公司交錢后領(lǐng)取提貨單，由客戶代表將提貨單分發(fā)到司機手中。
司機將車開至裝車區(qū)停車場，驗車完成后，司機在休息室取號排隊。根據(jù)電子排隊系統(tǒng)提示，到窗口將提貨單轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的IC卡。待室內(nèi)電子顯示屏上通知車輛到裝車區(qū)某個鶴位裝車時，司機開車至進場入口，在門禁處刷卡進裝車區(qū)地磅。
司機下車后在地磅室刷IC卡，系統(tǒng)自動讀取相關(guān)裝車信息，進行空車過磅。
過磅后到指定鶴位，接上鶴管、溢油開關(guān)、靜電接地夾等，具備裝車條件時，刷IC卡，裝車管理系統(tǒng)自動核對IC卡數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)核對正確后裝車管理系統(tǒng)輸出信號到現(xiàn)場機柜上的允許裝車指示燈。指示燈亮?xí)r，操作人員按下啟動裝車按鈕實現(xiàn)自動裝車。
裝車完畢后，車輛到地磅室刷卡，刷卡后自動出現(xiàn)車輛皮重信息，過重磅，打印過磅單。
過完重磅后，將車開至停車場，司機到操作室交還IC卡，操作室操作人員打印出庫單，司機憑結(jié)算票據(jù)出門，至經(jīng)銷公司進行結(jié)算。
3.3系統(tǒng)組成
本設(shè)計中各系統(tǒng)包括：排隊叫號系統(tǒng)、裝車管理系統(tǒng)（上位機）、裝車控制系統(tǒng)（PLC）、IC卡管理系統(tǒng)、門禁控制系統(tǒng)、地磅稱重管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及紅外防作弊系統(tǒng)、油氣回收裝置PLC等。
3.4各系統(tǒng)的功能簡述
3.4.1定量裝車管理系統(tǒng)
控制室內(nèi)設(shè)置三套操作站（一臺操作站用于結(jié)算管理和提貨管理、一臺用于發(fā)油監(jiān)控、一臺用于調(diào)度系統(tǒng)，操作站互為冗余配置，當(dāng)一臺操作站出現(xiàn)故障時其它操作站可以實現(xiàn)故障操作站的功能，不影響裝車的正常運行）及裝車管理軟件，兩臺打印機（一臺用于裝車管理過程報表打印、一臺用于提貨結(jié)算票據(jù)打印），一個IC卡讀卡器。機柜間設(shè)置有PLC系統(tǒng)控制站，包括系統(tǒng)柜、安全柵柜、端子柜共五面，現(xiàn)場檢測和控制儀表信號直接送至PLC控制站，PLC控制站同時與油氣回收裝置的PLC、現(xiàn)場IC卡、溢油及靜電接地報警儀、地磅裝車管理系統(tǒng)等實現(xiàn)通訊。裝車管理系統(tǒng)至少具有以下功能特點：
1）掉電保護功能
裝車系統(tǒng)采用220VAC10KVA的UPS電源，發(fā)油過程中出現(xiàn)掉電時可保存發(fā)油參數(shù)，通電后繼續(xù)發(fā)油。
2）閥門和泵的順序控制功能
在裝車開始時起按預(yù)定時間順序依次打開閥（泵），當(dāng)裝車到設(shè)定量時再按照預(yù)定時間和順序依次關(guān)閥（泵），完成自動裝車作業(yè)。
3）IC卡發(fā)油功能
每個鶴位旁設(shè)置1面的立柜（1750mm×800mm×350mm），立柜內(nèi)設(shè)置有：啟動按鈕、急停按鈕、結(jié)束按鈕，允許啟動指示燈、運行指示燈、故障指示燈以及一臺IC卡讀卡器等。為便于操作人員現(xiàn)場查看裝車過程，將質(zhì)量流量計變送器表頭也安裝在立柜內(nèi)。
現(xiàn)場操作人員在IC卡讀卡器刷卡后，控制室IC卡管理系統(tǒng)自動對IC卡內(nèi)所有相關(guān)數(shù)據(jù)進行核實，數(shù)據(jù)核實無誤后，下發(fā)裝車數(shù)據(jù)到PLC，PLC輸出允許裝車信號，現(xiàn)場的允許裝車指示燈亮?xí)r，現(xiàn)場裝車操作人員確認(rèn)一切設(shè)備就緒后，按下啟動按鈕，由PLC控制裝車過程，實現(xiàn)自動定量裝車。
4）權(quán)限管理功能
裝車管理系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置和發(fā)油管理設(shè)有密碼保護，只有具有該權(quán)限的操作人員才可以進行相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置，從而加強安全管理，防止作弊。
5）安全保護功能
當(dāng)裝車的液位超限時，裝于鶴管上部的液位開關(guān)動作，輸出信號至現(xiàn)場溢油靜電接地報警儀及PLC，以實現(xiàn)暫停裝車并發(fā)出聲光報警，防止液體溢出。
在裝車過程中，要求槽車良好接地，以防靜電過高，當(dāng)靜電檢測儀檢測到槽車接地電阻大于100Ω時，立即發(fā)出信號關(guān)閉閥門暫停裝車，并發(fā)出聲光報警，故障排除后可繼續(xù)裝車。現(xiàn)場可燃?xì)怏w檢測器信號直接引入PLC系統(tǒng)專用獨立卡件，當(dāng)現(xiàn)場某區(qū)域中燃?xì)庑孤r，發(fā)出信號暫停該區(qū)域內(nèi)裝車（直至現(xiàn)場操作人員確認(rèn)排除一切故障后，方可手動復(fù)位該區(qū)域鶴位裝車），操作站及現(xiàn)場探頭均發(fā)出聲光報警。
6）急停功能
裝車管理系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面上或現(xiàn)場立桓內(nèi)均設(shè)有急停按鈕，若發(fā)油過程中現(xiàn)場發(fā)生緊急情況，操作員只需按下暫停按鈕即可暫停發(fā)油，在故障排除后，可繼續(xù)裝車。
3.4.2排隊叫號系統(tǒng)
為避免客戶等候開票時的混亂秩序，改善企業(yè)服務(wù)品質(zhì)、提升企業(yè)形象，控制室設(shè)置一套智能排隊叫號系統(tǒng)，系統(tǒng)包括一臺發(fā)號機、一臺音響、兩個叫號器（一個用于窗口換IC卡叫號，一個用于裝車叫號）、及電子顯示屏二個（一個設(shè)置為窗口叫號顯示，一個設(shè)置為裝車顯示）等。
3.4.3IC卡及門禁管理系統(tǒng)裝車區(qū)大門出入口設(shè)置門禁管理系統(tǒng)，采用IC卡刷卡的方式出入，門禁系統(tǒng)具有入場時間自動記錄、車號自動識別等功能，系統(tǒng)配置包括：管理計算機、出入口控制主機、IC卡讀取器、道閘系統(tǒng)、車輛檢測器、通訊轉(zhuǎn)換卡、視頻捕捉卡、監(jiān)控攝像機、監(jiān)控射燈等相關(guān)設(shè)備及軟件組成。
定量裝車的IC卡與門禁及地磅的IC卡通用，實現(xiàn)一卡通的管理模式。IC卡基本功能要求：
1、將客戶提貨單相關(guān)信息錄入IC卡內(nèi)和裝車管理系統(tǒng)內(nèi)。
2、行人進出口門禁需采用IC卡進行身份確認(rèn)。
3、地磅需采用IC卡刷卡方式將稱重車輛相關(guān)數(shù)據(jù)錄入稱重管理操作站內(nèi)。
4、采用IC卡實現(xiàn)自動裝車。
3.4.4視頻監(jiān)控系統(tǒng)
視頻監(jiān)控分三部分：裝車鶴位、車輛出入口（停車場、大門及地磅）。地磅設(shè)有兩套地衡，每套地衡的兩端各設(shè)置一臺固定式晝夜型攝像機，操作室設(shè)置一臺一體化全方位攝像機，視頻信號引至地磅操作室稱重管理操作站進行顯示，不再另外配置顯示器；地衡前后需各設(shè)置一對紅外對射探測器以防止車輛作弊，紅外探測器信號引至地磅操作室內(nèi)主機進行報警。車輛過磅信息上傳至電子顯示器供司機觀看，同時將數(shù)據(jù)上傳至地磅計量部門，辦公室21液晶顯示器以及控制室內(nèi)42液晶顯示器集中監(jiān)控。
除地磅部分以外的所有視頻信號均應(yīng)傳入控制室內(nèi)視頻監(jiān)視系統(tǒng)，并實現(xiàn)控制室和門衛(wèi)值班室同時顯示。門衛(wèi)值班室內(nèi)僅設(shè)置32顯示器和視頻切換器，其余設(shè)備均設(shè)置在機柜間機柜內(nèi)。最終通訊至控制室內(nèi)42液晶顯示器集中顯示，并為全廠計算機管理系統(tǒng)和生產(chǎn)調(diào)度部門提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
3.4.5地磅稱重管理系統(tǒng)地磅設(shè)有兩臺地衡，用于車輛空車和重車過磅計量。兩臺地磅中間設(shè)有一間操作室，現(xiàn)場設(shè)備的線纜分別引至操作室內(nèi)兩臺稱重管理操作站，操作站的過磅數(shù)據(jù)需與操作室裝車管理系統(tǒng)的流量計計量數(shù)據(jù)進行對比，完成交易結(jié)算，當(dāng)裝車管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和地磅數(shù)據(jù)不一致時，以地磅計量為準(zhǔn)。
在過磅時，如果車輛位置不在地磅的指定位置，紅外對射探測儀會發(fā)出報警信號，地磅稱重系統(tǒng)不允許過磅。在過皮重和毛重時，自動保存過磅時的車輛照片。
3.4.6油氣回收裝置PLC系統(tǒng)油氣回收裝置設(shè)有現(xiàn)場機柜間，內(nèi)置獨立的PLC控制站，操作站與定量裝車系統(tǒng)共用，控制站與操作站之間采用冗余光纜實現(xiàn)通訊。
4系統(tǒng)之間的通訊
現(xiàn)場儀表信號以4~20mA、Pt100、開關(guān)量等方式，將現(xiàn)場信號送至裝車系統(tǒng)PLC控制站，PLC與油氣回收裝置PLC控制站、地磅稱重管理系統(tǒng)、紅外對射系統(tǒng)、門禁管理系統(tǒng)、排隊叫號系統(tǒng)以及IC卡系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務(wù)器等通過交換機和指定的通訊協(xié)議（MODUS RTU RS--485、以太網(wǎng)以及OPC）[實現(xiàn)通訊，各系統(tǒng)之間構(gòu)成一個局域網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，同時通過服務(wù)器OPC協(xié)議（OPC服務(wù)器實時采集現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)，緩存于它的存儲緩沖器中供客服端使用，同時將客服端的控制信息寫入現(xiàn)場設(shè)備中））將數(shù)據(jù)通訊至建南罐區(qū)中心控制室內(nèi)現(xiàn)有DCS，再通過MES系統(tǒng)（MES作為FCS和ERP之間的紐帶）將數(shù)據(jù)發(fā)送至辦公樓內(nèi)ERP系統(tǒng)，為全廠計算機管理和生產(chǎn)調(diào)度提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)管控一體化的自動化水平。其中DCS、MES、ERP系統(tǒng)均依托現(xiàn)有。各系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信速度：過程控制級不低于10Mb/s，監(jiān)控級與管理級不低于100Mb/s。通信系統(tǒng)最大負(fù)荷應(yīng)小于40%。
5PLC裝車系統(tǒng)和裝車控制器裝車系統(tǒng)對比
本設(shè)計采用設(shè)置于機柜間內(nèi)PLC系統(tǒng)替換設(shè)置在現(xiàn)場的裝車控制器的設(shè)計方案，這種設(shè)計方案與常規(guī)采用裝車控制器方案比較有如下特點：
a、采用PLC系統(tǒng)實現(xiàn)多系統(tǒng)之間的通訊連接更容易擴展、靈活快捷，為管控一體化的自動化水平提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
b、新疆由于室外溫度冬季達(dá)到零下30攝氏度左右，現(xiàn)場裝車控制器在低溫環(huán)境下工作故障率較高，檢修維護人員勞動強度大。
c、系統(tǒng)穩(wěn)定上講，PLC設(shè)置于室內(nèi)，比較容易控制室內(nèi)的環(huán)境溫度和濕度，而裝車控制器設(shè)置在現(xiàn)場，溫度及濕度難以控制。
d、當(dāng)然鶴管數(shù)量較少時，采用裝車控制器性價比高，但鶴位較多時，采用PLC性價比會更高。
e、采用冗余的PLC系統(tǒng)及冗余UPS電源，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。
6結(jié)束語
通過系統(tǒng)運行近一年的情況來看，PLC替代現(xiàn)場裝車控制器的裝車系統(tǒng)運行穩(wěn)定、計量精度準(zhǔn)確、操作簡單、維護方便，易于擴展，由此可見用PLC代替現(xiàn)場裝車控制器的設(shè)計方案作為汽車定量裝車系統(tǒng)完全可以滿足裝車需求。
