B&R X20PLC在成品油自動罐裝系統(tǒng)的應(yīng)用

B&R X20PLC在成品油自動罐裝系統(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企業(yè)，隨著企業(yè)規(guī)模的不斷擴大，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)部通過對整個流程和裝油自動化設(shè)備進行了詳細的調(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)常不得不手動裝車。人工發(fā)貨裝車需要大量人力；手動控制閥門易出現(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.手動裝車后，用PLC裝車的數(shù)據(jù)不能自動上傳到發(fā)油交易系統(tǒng)，經(jīng)常重復(fù)勞動。

3.14個鶴位所有數(shù)據(jù)量采用集中式控制，在中控室采用一個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)。如很多鶴位的可燃氣體報警、接地報警信號失靈，甚至出現(xiàn)不能應(yīng)用的情況，造成很大的安全隱患。

4.溫度信號不能采集，或不準確，導(dǎo)致裝車輛用PLC的計數(shù)脈沖不能精確計算測量。雖然有流量計，但是不得不和稱重配合，重復(fù)勞動，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應(yīng)關(guān)系，使鶴位利用效率低。

新系統(tǒng)取而代之設(shè)計目標

新設(shè)計開發(fā)的成品油自動發(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，軟件開發(fā)、安裝調(diào)試等各個環(huán)節(jié)緊密地結(jié)合，實現(xiàn)一個有自己特點的個性化的自動控制系統(tǒng)。本技術(shù)方案的改造目標是結(jié)合現(xiàn)有的工藝條件，配合工藝改造，采用先進、科學(xué)、適用的自動化系統(tǒng)的設(shè)計(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。由于京博集團發(fā)油系統(tǒng)承擔(dān)著年吞吐量300萬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)計規(guī)模定為600萬t。控制系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)模一期按14個鶴位的容量進行配置，緊接著2期增加14個鶴位。

方案介紹

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

該方案采用貝加萊(B&R)的X20分布式PLC作為下位；每個鶴位和泵站采用一個X20CP0292緊湊型CPU及分布I/O，采集和控制現(xiàn)場的可燃氣體報警、接地報警、流量計等各種控制信號；中控室的X20CP1484標準CPU，通過CAN總線或者以太網(wǎng)和14個鶴位及泵站相連，構(gòu)成一個分布式的控制系統(tǒng)。采用貝加萊的APC620工控機為上位服務(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在成品油自動罐裝系統(tǒng)拓撲圖

1.PCC簡介：貝加萊的X20是分布式PCC系統(tǒng)，各種模塊之間可進行組合。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、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使得貝加萊X20成為各種控制任務(wù)既方便又經(jīng)濟的解決方案。當(dāng)控制任務(wù)增加時可自由擴展。

貝加萊X20PCC的大量功能支持可幫助用戶進行編程、啟動、維護和主要包括高速的指令處理、浮點數(shù)運算、方便用戶的參數(shù)賦值、人機界面、診斷功能和口令保護等功能。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，各裝車口采用多泵對多鶴位的結(jié)構(gòu)，各管線都有回油裝置。

3.自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能：發(fā)油自動控制系統(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)場儀表、設(shè)備組成。

圖2 包羅萬象的控制技術(shù)，標準型、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)的計算機、打印機和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；車輛自動調(diào)度、車位自動分配；完成用戶指標管理，包括注冊開戶、各種查詢和信息修改；完成發(fā)油結(jié)算、自動制表功能；協(xié)調(diào)管理整個系統(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)庫管理功能，如數(shù)據(jù)庫自動定時備份、數(shù)據(jù)庫恢復(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)的計算機、打印機和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)油站臺工況，實時、動態(tài)反應(yīng)設(shè)備運行狀態(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；彈出式報警窗口，所有故障點的監(jiān)測報警顯示，報警聲提示；設(shè)備調(diào)校平臺，用于設(shè)備的調(diào)試、維護和參數(shù)測試；下位控制系統(tǒng)操作運行記錄，歷史故障輯錄通過局域網(wǎng)實現(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)場控制設(shè)備和現(xiàn)場工藝設(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)油自動定量控制；油每200L自動暫停／啟動功能；啟停與閥的開關(guān)的智能化控制，如實現(xiàn)電液閥的開度調(diào)節(jié)、泵-閥的時序控制；現(xiàn)場發(fā)油的人工干預(yù)；現(xiàn)場的操作提示和實時流量顯示；實現(xiàn)靜電接地的信號聯(lián)鎖不可忽視鶴管在位聯(lián)鎖保護，控制系統(tǒng)確保在鶴管大于一定傾角時拒絕發(fā)油，以防誤發(fā)油； 控制系統(tǒng)對通道的人工干預(yù)、系統(tǒng)運行狀態(tài)和故障的指示；實現(xiàn)離線自動定量發(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)可實現(xiàn)無需預(yù)約的離線自動定量發(fā)油。

現(xiàn)場控制設(shè)備

現(xiàn)場控制檢測設(shè)備有電液閥、質(zhì)量流量計，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(0.2級)作為汽車發(fā)油流量計；汽車付油現(xiàn)場使用LCD獻出操作終端，用于完成用戶身份識別、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)；每個鶴位安裝接地一體化檢測裝置，作為發(fā)油靜電接地安全保護聯(lián)鎖信號；每個鶴管安裝鶴管防溢油傳感器，作為油槽車液位安全保護聯(lián)鎖信號；每個付油平臺安裝一個緊停按鈕開關(guān)，作為危險情況時實施緊停操作手段；每條主管線設(shè)溫度變送器檢測油品溫度；每個鶴管安裝鶴管在位開關(guān)，作為發(fā)油聯(lián)鎖保護信號。

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。該軟件具有報表查詢管理功能，能在網(wǎng)絡(luò)的客戶端運行，訪問現(xiàn)場的發(fā)油情況以及現(xiàn)場各個設(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。這就實現(xiàn)了辦公室領(lǐng)導(dǎo)層對現(xiàn)場作業(yè)的監(jiān)視、實時管理。

幾個控制功能流速控制

對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；管線長短不同；同種油品同時發(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)達到定量數(shù)量（有一微小的提前量）時快速關(guān)斷電液閥并停泵，實現(xiàn)1~2L的定量控制。
車位自動分配

領(lǐng)油用戶在業(yè)務(wù)工作站進行預(yù)約。油庫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)一個用戶的預(yù)約被接受時，打印機自動為該用戶打印預(yù)約單。該用戶持預(yù)約單將油槽車駛?cè)敫队蛥^(qū)制定車位排隊等待。

新系統(tǒng)優(yōu)勢

該方案徹底改進原有系統(tǒng)問題，增加了安全性、可靠性、實用性、可維護性和可擴展性。

1.系統(tǒng)分為全自動自動裝車、APROL獨立裝車和PLC獨立裝車3個等級裝車狀態(tài)。有效的預(yù)防了在不明故障下的問題的解決。并且，在APROL獨立裝車、PLC獨立裝車時的數(shù)據(jù)，在交易系統(tǒng)恢復(fù)后能自動上傳數(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，維護和施工非常方便。把原來沒有利用起來的各個儀表都利用起來，增加了安全性、可靠性。

3.系統(tǒng)可以按照生產(chǎn)計劃和銷售計劃，時時調(diào)整泵站和鶴位的對應(yīng)關(guān)系，增加了靈活性。

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

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

6.隨著技術(shù)不斷進步，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)軟件的自動發(fā)貨控制系統(tǒng)，充分利用了PCC抗干擾能力強，適用于工業(yè)現(xiàn)場的特點，又利用了組態(tài)軟件強大的數(shù)據(jù)處理和圖形表現(xiàn)的能力，具有可靠性高、操作簡單、維護容易等特點。目前該系統(tǒng)已經(jīng)成功運行，效果良好，對自動發(fā)貨控制系統(tǒng)的運行效率乃至整個油品發(fā)貨裝置具有重要意義，同時極大提高了自動化水平，降低了工人的勞動強度。