定量裝車系統(tǒng)是危化品智能儲運行業(yè)里為了提高裝車過程的安全性以及裝車效率，有效保障計量精度，減輕操作工人的勞動強度而開發(fā)的一種自動智能化計量系統(tǒng)。本文通過總結(jié)當前常用的火車定量裝車工藝，提出了一套單臺流量計實現(xiàn)多個鶴管定量裝車的新工藝，該工藝自動化水平高，且節(jié)省了大量投資。

0.引言

定量裝車系統(tǒng)在?；分悄軆\行業(yè)已經(jīng)應(yīng)用多年，其裝車控制技術(shù)、計量技術(shù)、安全保障技術(shù)已經(jīng)很成熟。常用的工藝是1套鶴管配置1臺泵、1臺裝車閥、1臺流量計、1套靜電溢油保護器、1 臺裝車儀及 1套上位機系統(tǒng)構(gòu)成 1套定量裝車系統(tǒng)，就可以很好地實現(xiàn)裝車自動化計量控制及管理。但是，當前人力成本的不斷增高，企業(yè)既要減少投資成本，又要提供效率的愿望非常強烈，如何能互為兼顧，

本人認為主要還是從工藝上進行優(yōu)化設(shè)計，才能從根本上解決問題。

本文主要針對某某油庫鐵路裝車系統(tǒng)改造項目論述了項目改造的需求、技術(shù)創(chuàng)新路線以及改造后帶來的效益，為企業(yè)的生產(chǎn)過程提供一個安全保障的同時也提供了生產(chǎn)效率，并***終實現(xiàn)生產(chǎn)過程的信息化，數(shù)字化。

1.項目背景

1.1項目來源及現(xiàn)狀

該油庫鐵路裝車目前有 25個裝車鶴管，整個裝車過程基本上采用人工檢尺計量，目測控制發(fā)油量，所以裝車效率低，裝車控制精度低，工人勞動強度大，***重要的是裝車過程沒有安全保障。針對上述問題，決定對傳統(tǒng)鐵路裝車方式進行改造。

1.2  項目改造的必要性

1.2.1  安全生產(chǎn)的需求

化工油品生產(chǎn)屬于高危行業(yè)，生產(chǎn)過程必須采用測控儀表進行全程監(jiān)控，而該項目并未配套相關(guān)的測控儀表，完全靠人工操作完成，特別是計量部分還靠人工目測，相當于與?；分苯咏佑|，對人體的傷害是不可避免的，生產(chǎn)過程已經(jīng)無法滿足安全生產(chǎn)的必須條件。

1.2.2  計量精度的需求

鐵路裝車是一個計量過程，計量的精度會影響到生產(chǎn)過程的安全性及貿(mào)易交接的準確性，計量不準確會導致溢油，產(chǎn)生安全事故，而當前是靠人工計量，計量精度無法做到準確，已經(jīng)無法滿足當前生產(chǎn)過程的信息化及數(shù)字化時代。

1.2.3  生產(chǎn)效率的需求

當前是一個追求效率的時代，效率的高低會決定1個企業(yè)發(fā)展前景，如果生產(chǎn)過程依然完全依賴于人工，1個裝車流程啟動就要幾分鐘才能完成，裝車結(jié)束還得靠人工慢慢去測量，很難提高生產(chǎn)效率。如果能采用當前的測控儀表，裝車流程啟動幾秒鐘就完成，裝車結(jié)束同樣幾秒鐘也可以完成，對生產(chǎn)效率的提高是非常有必要的，所以必須要改變當前局面。

1.2.4  生產(chǎn)成本控制的需求

雖然當前項目存在諸多問題，采用目前的成熟自動裝車控制技術(shù)完全可以解決以上問題，但是如果按傳統(tǒng)的做法，1個裝車鶴管要配1套自控檢測儀表，總共25個裝車鶴管，成本是相當高，所以要想能安全經(jīng)濟地完成項目改造，需要提出1個更加可行的方案。

1.3項目改造的可行性

1.3.1  安全技術(shù)的應(yīng)用

實現(xiàn)化工油品灌裝過程自動化的技術(shù)已經(jīng)有幾十年的應(yīng)用，是非常成熟、穩(wěn)定可靠的，在這個過程中由工業(yè)級自控設(shè)備、高精度測控儀表組成一個控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)一鍵式的全自動化灌裝過程，在灌裝過程中配套的靜電溢油檢測儀表，可以在出現(xiàn)靜電異常、灌裝溢出或通過人工操作急停按鈕后發(fā)出信號，由自控設(shè)備自動急停關(guān)斷裝車過程，完全克服了人工灌裝過程中不可控的安全因素。

1.3.2  測控一體化技術(shù)的應(yīng)用

在化工油品灌裝過程中要想實現(xiàn)過程的自動、灌裝計量的高精度，在控制工藝上需要配置計算機管理系統(tǒng)、裝車控制儀設(shè)備（裝車控制儀的控制核心采用PLC）、自動關(guān)斷設(shè)備（泵、閥）、高精度儀表（質(zhì)量流量計）、流量調(diào)控設(shè)備（裝車電液閥），安全保障設(shè)備（靜電溢油保護器、急停按鈕）等，從而構(gòu)成了一體化的管理、控制、檢測灌裝系統(tǒng)。首先由管理系統(tǒng)發(fā)出灌裝指令，其次裝車控制儀啟動灌裝過程，在線檢測灌裝量，并根據(jù)灌裝指令決定是否結(jié)束灌裝，安全保障設(shè)備在整個灌裝過程檢測異常，發(fā)出信號，裝車控制儀自動急停灌裝過程。

通過采用測控一體化的技術(shù)，整個灌裝過程完全實現(xiàn)自動化，一鍵式啟動，系統(tǒng)根據(jù)高精度計量數(shù)據(jù)，自動結(jié)束灌裝過程，不斷提高整個生產(chǎn)效率，同時完全可以減配現(xiàn)場操作人員，甚至通過對司機的簡單培訓，整個灌裝過程完全由司機一個人完成。

1.3.3  優(yōu)化的控制工藝

在傳統(tǒng)的化工油品灌裝控制工藝里，1個裝車鶴管的灌裝需要配置1整套的設(shè)備，如1臺定量裝車儀、1臺流量計、1臺裝車泵、1臺裝車控制閥、1套靜電溢油保護器，還有計算機管理系統(tǒng)，那么新河分庫鐵路裝車有25個裝車鶴管，相當于要25套設(shè)備及一套計算機管理系統(tǒng)，成本是相當高的。本文的創(chuàng)新點主要是在控制工藝上進行優(yōu)化，每5個鶴管配置一個定量裝車儀、2臺質(zhì)量流量計、2臺裝車閥、5個工藝切斷閥，25個鶴管配置2臺泵，25個鶴管配置25套靜電溢油保護器，整個灌裝系統(tǒng)配置1套集中式PLC系統(tǒng)及計算機管理系統(tǒng)。灌裝過程由計算機管理系統(tǒng)發(fā)出灌裝指令，裝車控制儀根據(jù)灌裝指令，控制5個鶴管的灌裝順序并實現(xiàn)每個鶴管的灌裝過程，并向PLC系統(tǒng)發(fā)出灌裝信號，由PLC系統(tǒng)控制灌裝泵的出口流量，從而實現(xiàn)了儲罐到槽車全自動批量灌裝過程，同時節(jié)省了整個項目改造的成本。

2.項目改造技術(shù)創(chuàng)新路線

2.1系統(tǒng)的配置及功能

定量裝車控制系統(tǒng)配置1套上位機系統(tǒng)（即計算機管理系統(tǒng)），由計算機操作站、UPS電源、通訊設(shè)備及打印機組成，主要功能是在灌裝前生成灌裝指令，比如設(shè)定每個槽車對應(yīng)的灌裝鶴管及要灌裝的介質(zhì)品種、每個鶴管的灌裝預設(shè)量及灌裝順序等信息，灌裝結(jié)束后儲存灌裝數(shù)據(jù)，并生成各種統(tǒng)計報表。

灌裝過程集中控制系統(tǒng)配置1套PLC自控系統(tǒng)，系統(tǒng)由PLC產(chǎn)品及集成機柜組成，PLC自控系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場裝車控制儀的信號，控制裝車泵的啟停，調(diào)節(jié)泵的出口流量。

現(xiàn)場配置定量裝車儀、質(zhì)量流量計、裝車閥、鶴管工藝切斷閥、靜電溢油保護器，裝車控制儀根據(jù)上位機系統(tǒng)發(fā)出灌裝指令，確定5個鶴管的灌裝順序，裝車控制儀只要一次人工啟動，根據(jù)先開閥后啟泵原則，先根據(jù)鶴管順序，打開鶴管上的工業(yè)閥門，流量計后端的裝車閥門，同時向PLC系統(tǒng)發(fā)出啟動信號，逐個完成每個鶴管的自動灌

裝過程。每次灌裝結(jié)束，自動把灌裝數(shù)量回傳給上位機系統(tǒng),如圖1所示。

2.2單個定量裝車儀控制工藝圖

圖2為單套定量裝車儀控制2個油品、2個流量計、5套裝車鶴管的裝車工藝。在裝車前由系統(tǒng)設(shè)定本次裝車的品種、5個槽車的預設(shè)量、5個槽車的裝車順序等裝車信息，裝車時在裝車儀上按啟動按鈕，裝車儀根據(jù)裝車信息打開對應(yīng)的裝車閥以及裝車泵，讀取流量計的累計量，當該套鶴管裝車完成，自動關(guān)閉對應(yīng)的閥門，然后自動打開下一個裝車閥，逐個完成5套鶴管的裝車，做到一鍵啟動，一次性完成5套鶴管的裝車，整個裝車過程不需要人為干預。

2.3整體裝車控制工藝圖

圖3為該項目的完整工藝，25套鶴管配置5套裝車儀、2個裝車泵、一套裝車泵變頻調(diào)節(jié)PLC系統(tǒng)，除了實現(xiàn)單個裝車儀控制5套鶴管裝車外工藝外，還實現(xiàn)單個泵可以同時為5個裝車儀的裝車，PLC系統(tǒng)同時會根據(jù)當前正在裝車的鶴管實時調(diào)節(jié)泵的出口流量，保證裝車速度。

2.4灌裝流程

2.5灌裝流程說明

1）槽車進廠前，在上位機系統(tǒng)制單，生產(chǎn)灌裝指令，錄入客戶名稱，每個鶴管的灌裝油品、預設(shè)量及其在每個裝車控制儀的灌裝順序等信息，然后打印裝車單。

2)槽車進入裝車區(qū)指定裝車位，現(xiàn)場操作人員依次放好裝車鶴管和防溢流探頭，接好靜電接地夾，接地不符合要求時，不能裝車并同時報警。

3)現(xiàn)場操作人員確認所有連接準備就緒后，在裝車控制儀上輸入提油密碼，密碼驗證正確，裝車控制儀從上位機系統(tǒng)一次性讀取灌裝指令，操作人員按“啟動”按鈕開始裝車。（ 注：在裝車前期，只有當 “靜電接地和溢流信號”良好時，才能夠啟動裝車，否則不能啟動裝車。）

4)裝車開始，裝車控制儀根據(jù)灌裝順序打開一個鶴管的工藝閥門，按小開度打開裝車閥門，同時根據(jù)灌裝油品向PLC 系統(tǒng)發(fā)出開泵指令，要求啟動相應(yīng)油品的灌裝泵，PLC 控制系統(tǒng)啟動灌裝泵，進入段小流量裝車，根據(jù)流量大小或延時一定時間后裝車控制儀給閥門信號使閥門全開，進入正常裝車狀態(tài)。流量計發(fā)出流量信號給裝車控

制儀，裝車控制儀顯示瞬時流量和累計流量，并把數(shù)據(jù)發(fā)送給控制室裝車監(jiān)控站。

5)裝車過程中，當靜電信號異?；蚍酪缌鏖_關(guān)檢測到液位達到指定高度時或操作現(xiàn)場急停按鈕后，會發(fā)出報警。

裝車控制儀保持當前狀態(tài)，并暫停裝車，關(guān)閉所有泵及閥。在事故處理完成，可以繼續(xù)灌裝的情況下，按裝車控制儀啟動鍵，裝車控制儀延續(xù)上次狀態(tài)繼續(xù)灌裝。

6)當將要達到第段關(guān)閥設(shè)定量后，裝車控制儀發(fā)出段關(guān)閥信號，使閥關(guān)到一定小開度，根據(jù)流量大小或延時一段時間，進行小流量控制，當達到***后一段關(guān)閥設(shè)定量后，裝車控制儀發(fā)出裝車結(jié)束信號，上位機保存灌裝數(shù)據(jù)，關(guān)閉閥門，發(fā)出停泵信號。

7)當某一個鶴管灌裝完成，裝車控制儀自動判斷是否還有其他鶴管未灌裝完成。如果有裝車按第4步，自動灌裝，直到所有鶴管灌裝完成，上位機保存灌裝數(shù)據(jù)。

8)操作人員取下靜電接地夾，收回鶴管和防溢流探頭。

9)槽車開離裝車鶴位，來到裝車控制室辦結(jié)算業(yè)務(wù)。

2.6灌裝工藝特點

2.6.1  上位機系統(tǒng)集中管理

對于裝車項目，要求 24h不間斷實現(xiàn)裝車，所以裝車監(jiān)控管理軟件是按 C/S結(jié)構(gòu)來設(shè)計，即 2套裝車操作站在正常情況下運行相同的監(jiān)控管理軟件，數(shù)據(jù)實時更新，同步存儲。即使在任何 1套操作站出現(xiàn)異常的情況下，另外1套操作站能穩(wěn)定可靠地運行，當出現(xiàn)異常的操作站恢復運行后，通過點擊先前運行的操作站的一個恢復按鈕，數(shù)據(jù)自動同步到出現(xiàn)異常的操作站，這個過程由軟件自動完成。

為了確保監(jiān)控管理軟件能穩(wěn)定可靠地運行，裝車監(jiān)控管理軟件通過技術(shù)工程師的軟件開發(fā)，來完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和存儲、工藝流程畫面顯示、生產(chǎn)過程監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)庫接口和查詢、生產(chǎn)報表的生成、各種格式裝車票據(jù)設(shè)計、各種裝車數(shù)據(jù)報表查詢、油品及車輛管理報表等功能。

1）裝車監(jiān)控功能

裝車監(jiān)控：裝車監(jiān)控系統(tǒng)是對各個裝車鶴位的裝車狀態(tài)進行監(jiān)視和控制，監(jiān)視對象是裝車控制儀的控制模式和裝車狀態(tài)，裝車站流量計的累計量和瞬時流量、閥門以及靜電溢油開關(guān)的狀態(tài)等，控制部分主要是裝車控制儀的控制模式，裝車控制儀的遠程裝車操作（即開票操作），裝車狀態(tài)的復位以及對出票的打印等。如圖5所示。

2）裝車開單功能

在一個槽車來裝車前，必須先開單，把需要裝車的信息準確無誤地錄入到裝車系統(tǒng)中，否則無法裝車或者裝錯車。該操作是整個裝車系統(tǒng)***為重要的一個環(huán)節(jié)，一定要認真、細致完成。

3）裝車數(shù)據(jù)統(tǒng)計及報表功能

報表管理系統(tǒng)主要功能有提貨客戶維護、操作員維護、數(shù)據(jù)庫備份恢復、裝車記錄報表查詢、未裝車記錄查詢等功能。裝車數(shù)據(jù)統(tǒng)計及報表是上位機系統(tǒng)***重要的功能之一，通過有效的數(shù)據(jù)存儲，可以按品種統(tǒng)計出貨數(shù)量，按時間統(tǒng)計各品種的出貨數(shù)量，也可以按班次統(tǒng)計各品種的出貨數(shù)量，并形成實時報表和歷史報表。

2.6.2  裝車泵變頻調(diào)節(jié)

在本項目中，裝車泵的配置按油品種類來配置，而非傳統(tǒng)的按裝車鶴管配置，每個油品配置2個泵，采取1備1用的方式，在泵工作正常情況，只用 1個泵灌裝，每個泵的出口流量按 5個裝車控制儀同時灌裝***大流量設(shè)計，泵的控制配置變頻控制柜，變頻控制柜根據(jù)5個裝車控制儀的正在裝車的數(shù)量自動調(diào)節(jié)泵的出口流速。

通過泵控工藝的優(yōu)化，整個項目不但節(jié)省了投資，而且在任何時候都能保證裝車流速，總體上提供整個灌裝過程的效能。

2.6.3裝車鶴管支持多品種灌裝

在傳統(tǒng)的裝車項目中，裝車鶴管灌裝的油品基本上固定，1種油品對應(yīng)1個固定的鶴管，功能單一，導致在鶴管前端需要配置一套完整的裝車控制設(shè)備。而在本項目中，25個灌裝鶴管可以在某一時刻灌裝其中一種油品，在另外一個時刻灌裝另外一種油品。通過縮短鶴管與裝車閥的距離，裝車結(jié)束后，預留在裝車閥與鶴管之間的油品并不多，

可能只有幾十升，相對于槽車幾十萬升的灌裝量，影響不大。

另外本項目25個灌裝鶴管按每5個鶴管一組，配置1套裝車控制儀，由裝車控制儀根據(jù)5個鶴管的灌裝順序完成自動灌裝過程，中間只是在每個鶴管上加上1個工藝切斷閥，由裝車控制儀灌裝前確定先開哪個切斷閥，相互各不影響。完全可以實現(xiàn)批量灌裝的過程，大大提高了灌裝效率。

2.6.4  裝車控制儀多鶴管控制

在傳統(tǒng)的裝車項目中，1個灌裝鶴管需要配置1個裝車控制儀進行灌裝，雖然配置看上去是簡單了，但是總體投資成本高。而裝車控制儀的產(chǎn)品在市場上的應(yīng)用已經(jīng)超過了30多年，特別是采用PLC為控制核心裝車控制儀的穩(wěn)定性、可靠性已經(jīng)相關(guān)高，技術(shù)也很成熟。完全可以配1個裝車控制儀控制多個鶴管。

本項目中，25個鶴管只配置了5套裝車控制儀，每個裝車控制儀控制5個鶴管灌裝，在同一時刻該組的鶴管只有1個鶴管在灌裝，整個裝車棧橋有5個鶴管同時灌裝。

每個裝車控制儀采用一鍵式灌裝，即次啟動時需要人為按啟動鍵，開始灌裝，當鶴管灌裝完成，裝車控制儀會自動判斷本組鶴管是否還有其他鶴管需要灌裝。如果有，打開需要灌裝鶴管的工藝切斷閥，發(fā)出啟泵信號，自動完成灌裝過程，直到所有鶴管灌裝完成，都不需要人為干擾，達到批量灌裝的功能。

2.6.5  高精度計量

為了有效保障每個灌裝過程順利完成，灌裝計量精度、過程的穩(wěn)定性非常重要，如果精度不高，對于火車灌裝來說是非常麻煩的，會導致***終的貿(mào)易計算無法進行，灌裝過程的不穩(wěn)定性，會導致過程需要人為干預，降低灌裝效率。

本項目中，灌裝計量才有當前***先進的高準科里奧利原理的質(zhì)量流量計，該質(zhì)量流量計全過程的計量精度可以達到0.1%，低于標準0.3%，完全可以作為貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)。另外該質(zhì)量流量計計量的穩(wěn)定性相當高，不受環(huán)境溫度影響，直管段計量，不受雜質(zhì)影響。另外該質(zhì)量流量計不但可以計量質(zhì)量、體積，還可以測量當前流過介質(zhì)的密度、溫度、壓力等參數(shù)。

為了節(jié)省投資，在本項目中，流量計的配置沒有按鶴管數(shù)量進行配置，而是根據(jù)油品配置，每組鶴管只配置柴油流量計和汽油流量計。當進行柴油灌裝時，裝車控制儀只讀柴油流量計的數(shù)據(jù)；當進行汽油灌裝時，只讀汽油流量計的數(shù)據(jù)，相互獨立，互不影響。25個鶴管分成5組，每組配置2個流量計。

2.6.6  安全聯(lián)鎖保障

化工油品屬于?；?，灌裝過程的安全性非常重要，因為灌裝過程是介質(zhì)高速流動的過程，當灌裝到槽車時，由于高速流動與槽車內(nèi)部產(chǎn)生摩擦，會產(chǎn)生靜電。如果產(chǎn)生的靜電不及時與接地系統(tǒng)連接，隨著靜電集聚到一定量，當一個燃點過來，就會產(chǎn)生爆炸，非常危險，所以每個鶴管必須配置靜電保護裝置，避免靜電產(chǎn)生安全事故。

灌裝過程除了要防止靜電的聚集，同時也要防止溢油現(xiàn)象，灌裝過程如果產(chǎn)生溢油，一個燃點必然導致燃燒，如果溢油達到一定濃度，就會產(chǎn)生爆炸，也是非常危險的；另外溢油還會帶來經(jīng)濟損失，甚至污染環(huán)境，所以每個鶴管必須配置溢油保護裝置，來避免不必要的事故發(fā)生。

本項目25個鶴管，配置了25套靜電溢油保護裝置，為整個灌裝過程提供了安全保障。

2.6.7  PLC 控制系統(tǒng)的集中控制

本項目采取的集中式管理及控制，分布式灌裝過程的系統(tǒng)，集中式控制主要是PLC控制系統(tǒng)，由于25個鶴管要實現(xiàn)高速有效的灌裝過程，需要配置一套PLC控制系統(tǒng)，對整個灌裝過程的流量進行統(tǒng)一調(diào)節(jié)。

PLC控制系統(tǒng)主要采集現(xiàn)場各裝車控制儀的數(shù)據(jù)，然后控制泵的變頻控制系統(tǒng)，實時調(diào)節(jié)泵的出口流速，避免灌裝過程的超流速或低流速的灌裝過程。5個鶴管同時灌裝時，流速***大，而每個鶴管的灌裝結(jié)束時間是不可預見的，如果不能很好地調(diào)節(jié)流速，當某個或幾個鶴管同時結(jié)束時，流速不能及時降低，將導致正在灌裝鶴管的壓力突然增大，產(chǎn)生劇烈震動，可能會損壞流量計、裝車閥，甚至導致安全事故的發(fā)生。如果灌裝過程中突然增加幾個鶴管需要灌裝，流速不及時增大，會導致正常灌裝的流速降低，影響整體的裝車效率。

2.6.8  批量式灌裝過程

通過鶴管分組、集中管理及控制、分布式灌裝，25個鶴管實現(xiàn)了一次性制訂灌裝指令，每個裝車控制儀獲取5個鶴管的灌裝信息后，一鍵式啟動，分批次自動完成灌裝過程，有效地提高了灌裝效率。

3.項目改造后的成果效益

由于本項目的改造并非采取傳統(tǒng)灌裝模式，而是從傳統(tǒng)灌裝模式總結(jié)經(jīng)驗并借助于當前先進、穩(wěn)定、可靠的技術(shù)，對灌裝模式進行一次革新，突破傳統(tǒng)，在化工油品灌裝行業(yè)屬于首創(chuàng)。通過這次項目改造，可以從表2中體現(xiàn)出非?？捎^的經(jīng)驗效益。

4.結(jié)束語

總之，一個系統(tǒng)的性價比如何，除了要充分利用當前的***新技術(shù)，還要根據(jù)用戶需要，實地考察，多和用戶進行技術(shù)及經(jīng)驗交流，才能設(shè)計出一套既能滿足用戶迫切需求，又能向前發(fā)展的工藝。