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摘要：首先提出項(xiàng)目擬建的原因，然后提出設(shè)計(jì)思路的確定，重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)的配置和通訊的問題，最后提出這種設(shè)計(jì)方案的可取之處。
關(guān)鍵詞：定量裝車系統(tǒng)；PLC；排隊(duì)叫號(hào)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(chǎng)經(jīng)濟(jì)的極速發(fā)展，各行各業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)顯得越來越激烈，定量裝車系統(tǒng)作為外運(yùn)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(gè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、自動(dòng)化管理水平的提升是安全生產(chǎn)的保障。為了適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，關(guān)于提高裝車精度和效率、降低操作工勞動(dòng)強(qiáng)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(diǎn)。
1項(xiàng)目背景
烏魯木齊石化公司（以下簡(jiǎn)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(yíng)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(jì)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(jì)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(zhǎng)時(shí)間操作，需要增加大量的人力才可以保障裝車的正常運(yùn)行，急需改善裝車的自動(dòng)化程度。
烏石化公司火車裝車的自動(dòng)化改造，采用了定量裝車控制器在現(xiàn)場(chǎng)控制裝車的方式，這種設(shè)計(jì)方案在國內(nèi)其他地方有很多成功經(jīng)驗(yàn)。但是在烏石化的實(shí)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(chǎng)檢修維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。故本設(shè)計(jì)中采用PLC替換裝車控制器的方案，現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)直接引入設(shè)置在機(jī)柜間內(nèi)PLC系統(tǒng)，由PLC控制裝車過程，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(duì)比的方式，實(shí)現(xiàn)車運(yùn)成品油的計(jì)量。
3設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)
3.1裝車設(shè)施概況
成品油裝車設(shè)施共分三期實(shí)施，本設(shè)計(jì)為一期工程。一期工程設(shè)有30個(gè)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(chǎng)介質(zhì)為易燃易爆，為滿足儲(chǔ)運(yùn)過程的操作要求，現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)、性能穩(wěn)定的冗余PLC。
3.2裝車流程簡(jiǎn)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(jī)手中。
司機(jī)將車開至裝車區(qū)停車場(chǎng)，驗(yàn)車完成后，司機(jī)在休息室取號(hào)排隊(duì)。根據(jù)電子排隊(duì)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(gè)鶴位裝車時(shí)，司機(jī)開車至進(jìn)場(chǎng)入口，在門禁處刷卡進(jìn)裝車區(qū)地磅。
司機(jī)下車后在地磅室刷IC卡，系統(tǒng)自動(dòng)讀取相關(guān)裝車信息，進(jìn)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(shí)，刷IC卡，裝車管理系統(tǒng)自動(dòng)核對(duì)IC卡數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)核對(duì)正確后裝車管理系統(tǒng)輸出信號(hào)到現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜上的允許裝車指示燈。指示燈亮?xí)r，操作人員按下啟動(dòng)裝車按鈕實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝車。
裝車完畢后，車輛到地磅室刷卡，刷卡后自動(dòng)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(chǎng)，司機(jī)到操作室交還IC卡，操作室操作人員打印出庫單，司機(jī)憑結(jié)算票據(jù)出門，至經(jīng)銷公司進(jìn)行結(jié)算。
3.3系統(tǒng)組成
本設(shè)計(jì)中各系統(tǒng)包括：排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)、裝車管理系統(tǒng)（上位機(jī)）、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(jiǎn)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(tái)操作站用于結(jié)算管理和提貨管理、一臺(tái)用于發(fā)油監(jiān)控、一臺(tái)用于調(diào)度系統(tǒng)，操作站互為冗余配置，當(dāng)一臺(tái)操作站出現(xiàn)故障時(shí)其它操作站可以實(shí)現(xiàn)故障操作站的功能，不影響裝車的正常運(yùn)行）及裝車管理軟件，兩臺(tái)打印機(jī)（一臺(tái)用于裝車管理過程報(bào)表打印、一臺(tái)用于提貨結(jié)算票據(jù)打印），一個(gè)IC卡讀卡器。機(jī)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(chǎng)檢測(cè)和控制儀表信號(hào)直接送至PLC控制站，PLC控制站同時(shí)與油氣回收裝置的PLC、現(xiàn)場(chǎng)IC卡、溢油及靜電接地報(bào)警儀、地磅裝車管理系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)通訊。裝車管理系統(tǒng)至少具有以下功能特點(diǎn)：
1）掉電保護(hù)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(shí)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(shí)起按預(yù)定時(shí)間順序依次打開閥（泵），當(dāng)裝車到設(shè)定量時(shí)再按照預(yù)定時(shí)間和順序依次關(guān)閥（泵），完成自動(dòng)裝車作業(yè)。
3）IC卡發(fā)油功能
每個(gè)鶴位旁設(shè)置1面的立柜（1750mm×800mm×350mm），立柜內(nèi)設(shè)置有：?jiǎn)?dòng)按鈕、急停按鈕、結(jié)束按鈕，允許啟動(dòng)指示燈、運(yùn)行指示燈、故障指示燈以及一臺(tái)IC卡讀卡器等。為便于操作人員現(xiàn)場(chǎng)查看裝車過程，將質(zhì)量流量計(jì)變送器表頭也安裝在立柜內(nèi)。
現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)對(duì)IC卡內(nèi)所有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)，數(shù)據(jù)核實(shí)無誤后，下發(fā)裝車數(shù)據(jù)到PLC，PLC輸出允許裝車信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)的允許裝車指示燈亮?xí)r，現(xiàn)場(chǎng)裝車操作人員確認(rèn)一切設(shè)備就緒后，按下啟動(dòng)按鈕，由PLC控制裝車過程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(hù)，只有具有該權(quán)限的操作人員才可以進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置，從而加強(qiáng)安全管理，防止作弊。
5）安全保護(hù)功能
當(dāng)裝車的液位超限時(shí)，裝于鶴管上部的液位開關(guān)動(dòng)作，輸出信號(hào)至現(xiàn)場(chǎng)溢油靜電接地報(bào)警儀及PLC，以實(shí)現(xiàn)暫停裝車并發(fā)出聲光報(bào)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(cè)儀檢測(cè)到槽車接地電阻大于100Ω時(shí)，立即發(fā)出信號(hào)關(guān)閉閥門暫停裝車，并發(fā)出聲光報(bào)警，故障排除后可繼續(xù)裝車。現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w檢測(cè)器信號(hào)直接引入PLC系統(tǒng)專用獨(dú)立卡件，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)某區(qū)域中燃?xì)庑孤r(shí)，發(fā)出信號(hào)暫停該區(qū)域內(nèi)裝車（直至現(xiàn)場(chǎng)操作人員確認(rèn)排除一切故障后，方可手動(dòng)復(fù)位該區(qū)域鶴位裝車），操作站及現(xiàn)場(chǎng)探頭均發(fā)出聲光報(bào)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(chǎng)立桓內(nèi)均設(shè)有急停按鈕，若發(fā)油過程中現(xiàn)場(chǎng)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(duì)叫號(hào)系統(tǒng)
為避免客戶等候開票時(shí)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(duì)叫號(hào)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括一臺(tái)發(fā)號(hào)機(jī)、一臺(tái)音響、兩個(gè)叫號(hào)器（一個(gè)用于窗口換IC卡叫號(hào)，一個(gè)用于裝車叫號(hào)）、及電子顯示屏二個(gè)（一個(gè)設(shè)置為窗口叫號(hào)顯示，一個(gè)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(chǎng)時(shí)間自動(dòng)記錄、車號(hào)自動(dòng)識(shí)別等功能，系統(tǒng)配置包括：管理計(jì)算機(jī)、出入口控制主機(jī)、IC卡讀取器、道閘系統(tǒng)、車輛檢測(cè)器、通訊轉(zhuǎn)換卡、視頻捕捉卡、監(jiān)控?cái)z像機(jī)、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(shí)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(jìn)出口門禁需采用IC卡進(jìn)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(chǎng)、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(tái)固定式晝夜型攝像機(jī)，操作室設(shè)置一臺(tái)一體化全方位攝像機(jī)，視頻信號(hào)引至地磅操作室稱重管理操作站進(jìn)行顯示，不再另外配置顯示器；地衡前后需各設(shè)置一對(duì)紅外對(duì)射探測(cè)器以防止車輛作弊，紅外探測(cè)器信號(hào)引至地磅操作室內(nèi)主機(jī)進(jìn)行報(bào)警。車輛過磅信息上傳至電子顯示器供司機(jī)觀看，同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳至地磅計(jì)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(hào)均應(yīng)傳入控制室內(nèi)視頻監(jiān)視系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)控制室和門衛(wèi)值班室同時(shí)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(jī)柜間機(jī)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(jì)算機(jī)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(tái)地衡，用于車輛空車和重車過磅計(jì)量。兩臺(tái)地磅中間設(shè)有一間操作室，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的線纜分別引至操作室內(nèi)兩臺(tái)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(jì)計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)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(shí)，以地磅計(jì)量為準(zhǔn)。
在過磅時(shí)，如果車輛位置不在地磅的指定位置，紅外對(duì)射探測(cè)儀會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，地磅稱重系統(tǒng)不允許過磅。在過皮重和毛重時(shí)，自動(dòng)保存過磅時(shí)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(chǎng)機(jī)柜間，內(nèi)置獨(dú)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(shí)現(xiàn)通訊。
4系統(tǒng)之間的通訊
現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)以4~20mA、Pt100、開關(guān)量等方式，將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)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(duì)射系統(tǒng)、門禁管理系統(tǒng)、排隊(duì)叫號(hào)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(jī)和指定的通訊協(xié)議（MODUS RTU RS--485、以太網(wǎng)以及OPC）[實(shí)現(xiàn)通訊，各系統(tǒng)之間構(gòu)成一個(gè)局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，同時(shí)通過服務(wù)器OPC協(xié)議（OPC服務(wù)器實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，緩存于它的存儲(chǔ)緩沖器中供客服端使用，同時(shí)將客服端的控制信息寫入現(xiàn)場(chǎng)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(jì)算機(jī)管理和生產(chǎn)調(diào)度提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管控一體化的自動(dòng)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(jí)不低于10Mb/s，監(jiān)控級(jí)與管理級(jí)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(duì)比
本設(shè)計(jì)采用設(shè)置于機(jī)柜間內(nèi)PLC系統(tǒng)替換設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的裝車控制器的設(shè)計(jì)方案，這種設(shè)計(jì)方案與常規(guī)采用裝車控制器方案比較有如下特點(diǎn)：
a、采用PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)之間的通訊連接更容易擴(kuò)展、靈活快捷，為管控一體化的自動(dòng)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(chǎng)裝車控制器在低溫環(huán)境下工作故障率較高，檢修維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)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(chǎng)，溫度及濕度難以控制。
d、當(dāng)然鶴管數(shù)量較少時(shí)，采用裝車控制器性價(jià)比高，但鶴位較多時(shí)，采用PLC性價(jià)比會(huì)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(yùn)行近一年的情況來看，PLC替代現(xiàn)場(chǎng)裝車控制器的裝車系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、計(jì)量精度準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，易于擴(kuò)展，由此可見用PLC代替現(xiàn)場(chǎng)裝車控制器的設(shè)計(jì)方案作為汽車定量裝車系統(tǒng)完全可以滿足裝車需求。
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