B&R X20PLC在成品油自動罐裝系統的應用

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，隨著企業規模的不斷擴大，油品發貨系統越顯效率低下，經常出現產品積壓，汽車擁擠混亂的現象，難以管理。公司信息技術部通過對整個流程和裝油自動化設備進行了詳細的調查和分析，并搜集了設備和流程的使用部門的意見，發現原有系統存在很多問題，公司最終決定更換發油系統。

原系統已不能勝任

原系統采用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開發發油界面，并采用某公司用Delph開發了交易軟件。

原系統存在的問題包括：

1.上位的發油系統和PLC發油系統經常出現通信中斷，或者不穩定，經常不得不手動裝車。人工發貨裝車需要大量人力；手動控制閥門易出現油品溢出現象；發油數量難以控制，經常需要補油或交款；發油效率極低，不適合大量的油品發送；人為因素影響發油結果嚴重；發油記錄由人工手寫，不能避免各種作弊現象。

2.手動裝車后，用PLC裝車的數據不能自動上傳到發油交易系統，經常重復勞動。

3.14個鶴位所有數據量采用集中式控制，在中控室采用一個PLC來控制，使布線復雜。一旦線路出現問題，故障很難查找。導致很多故障出現后無法修復。如很多鶴位的可燃氣體報警、接地報警信號失靈，甚至出現不能應用的情況，造成很大的安全隱患。

4.溫度信號不能采集，或不準確，導致裝車輛用PLC的計數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，重復勞動，程序繁瑣，導致效率低下。

5.不能靈活的改變鶴位及油泵的對應關系，使鶴位利用效率低。

新系統取而代之設計目標

新設計開發的成品油自動發貨系統采用工程化的技術路線，從系統方案，功能、硬件、施工設計，軟件開發、安裝調試等各個環節緊密地結合，實現一個有自己特點的個性化的自動控制系統。本技術方案的改造目標是結合現有的工藝條件，配合工藝改造，采用先進、科學、適用的自動化系統的設計(包括作業流程)，顯著提高付油作業效率和服務質量。由于京博集團發油系統承擔著年吞吐量300萬t成品油的發送任務，根據各種油品的數量和往年的發油情況，設計規模定為600萬t。控制系統的設計規模一期按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

經過一段時間的認真考察，最終選擇青島佳控自動化設備工程有限公司集成該系統。青島佳控經過和京博控股的認真調查和研究，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總線或者以太網和14個鶴位及泵站相連，構成一個分布式的控制系統。采用貝加萊的APC620工控機為上位服務器，采用貝加萊APROL系統為上位組態，通過OPC和佳控自行開發的交易系統通信。

圖1 B&R X20PCC在成品油自動罐裝系統拓撲圖

1.PCC簡介：貝加萊的X20是分布式PCC系統，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、無風扇結構、人性化結構設計、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成為各種控制任務既方便又經濟的解決方案。當控制任務增加時可自由擴展。

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、浮點數運算、方便用戶的參數賦值、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現場總線和工業以太網總線系統，方便用戶的數據交換。B&R的INA通信，更是讓編程者省去了通信編程調試的煩惱和工作量。

2.發貨控制系統：罐區油罐的油品通過10條母管輸送到發油臺，各裝車口采用多泵對多鶴位的結構，各管線都有回油裝置。

3.自動控制系統結構和功能：發油自動控制系統由業務工作站、監控工作站、定量控制系統和現場儀表、設備組成。

圖2 包羅萬象的控制技術，標準型、緊湊型、總線型、安全型B&R X20 system

工作站

業務管理系統由接入局域網的計算機、打印機和UPS電源組成，分別設在業務室、磅房等相關業務科室內。其功能包括：完成領油預約；車輛自動調度、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；完成發油結算、自動制表功能；協調管理整個系統，完成預約、通道分配、定量控制、結算和付油業務處理；具有油料數據庫管理功能，如數據庫自動定時備份、數據庫恢復，操作員權限及口令設置修改等；通過局域網構建完成完整的控制管理系統；通過連接局域網實現信息共享。

監控工作站

上位監控系統由接入局域網的計算機、打印機和UPS電源組成，設在發油控制室內。其功能包括：發油通道的管理和控制，如通道的開關、屏蔽、發油繼續或暫停等；監控發油站臺工況，實時、動態反應設備運行狀態和數據；多畫面切換監控功能。系統功能組態(參數設置)功能：如通道油品定義、標密設定等；工作狀態設置功能：如鶴位的泵輸／自流選擇；彈出式報警窗口，所有故障點的監測報警顯示，報警聲提示；設備調校平臺，用于設備的調試、維護和參數測試；下位控制系統操作運行記錄，歷史故障輯錄通過局域網實現信息共享。

定量控制系統

發油控制系統由控制柜、現場控制設備和現場工藝設備組成。采用以B&R X20系列PLC作為控制系統的核心。其功能為：鶴管發油自動定量控制；油每200L自動暫停／啟動功能；啟停與閥的開關的智能化控制，如實現電液閥的開度調節、泵-閥的時序控制；現場發油的人工干預；現場的操作提示和實時流量顯示；實現靜電接地的信號聯鎖不可忽視鶴管在位聯鎖保護，控制系統確保在鶴管大于一定傾角時拒絕發油，以防誤發油； 控制系統對通道的人工干預、系統運行狀態和故障的指示；實現離線自動定量發油，在上位監控工作站和業務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油控制系統可實現無需預約的離線自動定量發油。

現場控制設備

現場控制檢測設備有電液閥、質量流量計，操作終端、懸掛式大屏幕顯示器(可選)、鶴管在位開關、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閥門；用質量流量計(0.2級)作為汽車發油流量計；汽車付油現場使用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、啟停操作和狀態指示并帶有操作回音功能；每個鶴位設LCD大屏幕顯示器，為用戶提供直觀的付油過程數據和操作狀態；每個鶴位安裝接地一體化檢測裝置，作為發油靜電接地安全保護聯鎖信號；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鎖信號；每個付油平臺安裝一個緊停按鈕開關，作為危險情況時實施緊停操作手段；每條主管線設溫度變送器檢測油品溫度；每個鶴管安裝鶴管在位開關，作為發油聯鎖保護信號。

軟件環境

軟件的開發工具是貝加萊AS編程軟件和貝加萊APROL系統軟件，運行環境分別為：監控工作站，Linux；業務工作站，WinXP。該軟件具有報表查詢管理功能，能在網絡的客戶端運行，訪問現場的發油情況以及現場各個設備的當前工作狀態，鶴位的狀態，發油歷史數據信息和匯總。這就實現了辦公室領導層對現場作業的監視、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，以保證加油作業的安全和效率。由于下列情況可能造成發油流量的變化：大罐液位的高低不同；管線長短不同；同種油品同時發油車位多少不同；使用鶴管和加油槍不同。采用開關閥的二次調速，從而調節發油流速。
精確定量控制

可在發油結束前的定量關閉過程中提前關閉電液閥，當達到定量數量（有一微小的提前量）時快速關斷電液閥并停泵，實現1~2L的定量控制。
車位自動分配

領油用戶在業務工作站進行預約。油庫工作人員依次將前來領油用戶的預約信息輸入業務工作站。當一個用戶的預約被接受時，打印機自動為該用戶打印預約單。該用戶持預約單將油槽車駛入付油區制定車位排隊等待。

新系統優勢

該方案徹底改進原有系統問題，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。有效的預防了在不明故障下的問題的解決。并且，在APROL獨立裝車、PLC獨立裝車時的數據，在交易系統恢復后能自動上傳數據，極大減少了工作量。

2.系統采用分布式結構，使結構清晰，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.系統可以按照生產計劃和銷售計劃，時時調整泵站和鶴位的對應關系，增加了靈活性。

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

5.該系統采用貝加萊X20系統，其具備高的I/O密度、擴展方便、熱插拔。

6.隨著技術不斷進步，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，利用B&R的INA通訊技術，直接將改動的程序下載到鶴位PLC上。

結論

基于PCC和組態軟件的自動發貨控制系統，充分利用了PCC抗干擾能力強，適用于工業現場的特點，又利用了組態軟件強大的數據處理和圖形表現的能力，具有可靠性高、操作簡單、維護容易等特點。目前該系統已經成功運行，效果良好，對自動發貨控制系統的運行效率乃至整個油品發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。