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把握大勢 · 以科技強企業摘要：LNG槽車裝車控制系統是LNG工廠信息自動化的重要組成部分，合理控制系統設計能夠消除事故隱患，提高裝車效率。為了使工程技術人員熟悉LNG槽車裝車控制系統的設計特點，通過對裝車控制系統工藝流程、系統功能、儀表配置、技術參數的設計描述，對裝車作業和銷售業務接口進行了分析，對現場使用中出現的特殊情況給出了應急解決方法，得到了一套完整的LNG槽車裝車控制流程和系統配置，為LG槽車裝車控制系統設計和使用提供參考。
關鍵詞：LNG；裝車；控制；設計
0前言
隨著近兩年我國LNG接收站和液化廠項目的大規模建設，LNG產量和銷量不斷增大，而LNG從接收站和液化廠到中小型用戶的運輸只能通過LNG槽車實現。對于裝車量比較大的槽車裝車站，裝車位較多，車輛進出頻繁，操作人員工作強度大，且進出場站人員繁雜，存在安全隱患。因此需要設計一套控制系統規范和監控裝車作業，自動記錄每一個作業節點數據，并自動完成數據統計和報表服務，減小人員勞動強度，提高裝車效率。
1.LNG槽車裝車控制系統組成
LNG槽車裝車控制系統由現場裝車橇、串口服務器、控制機、業務機、地秤系統、通訊網絡等組成，系統結構見圖1。控制系統中的裝車橇用于現場裝車控制：串口服務器用于裝車橇的RS485總線信號和控制機的工業以太網轉化間的轉換：控制機（位于裝車控制室）
通過串口服務器監控現場裝車橇運行狀態，向裝車橇發送裝車命令和數據，接收裝車橇的運行數據和報警信息，及時顯示在裝車控制機的屏幕上，同時將數據存儲在數據庫中：業務機安裝在業務室，位于裝車區出入口附近，業務機和控制機采用工業以太網連接，并通訊連接地秤，負責客戶登記和槽車的秤重，同時業務機還控制地秤前后的紅綠燈，用于槽車上地秤和下地秤的指示。
對于1500t/d以上銷售量的槽車裝車站，每天裝車作業量大，對系統的安全性要求高。系統設置兩套業務機和地秤來提高槽車過秤速度，根據計量原則，槽車過秤要求進出同秤：同時設置兩臺熱備份的控制站，保證數據的可靠性：業務機和控制機之間鋪設兩條通訊光纖，分別埋地和電纜橋架鋪設，減少意外損壞對裝車控制系統的影響。
2.槽車裝車流程設計
槽車裝車流程包括了LNG槽車從進入到離開裝車站的全過程，包括本地控制和遠程控制兩種裝車流程。本地裝車控制流程是指槽車裝車站沒有配置上位管理系統（控制機和業務機）的情況下，裝車橇和地秤系統獨立運行，裝車時操作人員直接在裝車橇的批量控制器上輸入預裝車量，批量控制器按照工藝流程完成裝車，地秤系統獨立完成秤重過程，槽車進出裝車站完全靠人工調度：遠程裝車控制流程則是指槽車裝車站配置上位管理系統，地秤系統作為控制系統的一部分，將有關裝車作業納入到一套控制系統進行控制，
下面重點說明遠程控制裝車流程，其步驟為：
a）客戶首先到裝車業務室，在業務機上錄入客戶單位、車號、預裝車量等，槽車過地秤，稱出皮重，發IC卡給槽車司機，槽車司機開車離開地秤，前往指定裝車臺，以上信息在業務電腦上形成一條最初客戶紀錄，并將數據上傳控制機。
b）槽車司機開車到指定裝車橇位置，按要求停放好槽車，放置好車輪限位塊，連接好槽車和裝車臂。
c）槽車司機將IC卡交給現場裝車操作人員，現場操作人員到對應的裝車橇上刷卡，裝車橇的IC卡讀卡器將把IC卡信息上傳控制機，控制機按照IC卡信息在數據庫中找到對應客戶記錄和預裝車量，將預裝車數量下發到裝車橇上的批量控制器，現場操作人員核對預裝車量和槽車車型是否配套，若配套則在批量控制器按“啟動”鍵，系統按照裝車橇的工藝程序進行裝車作業。裝車過程中控制機監控裝車過程并記錄數據。
d）現場裝車作業結束，完成氮氣吹掃后，槽車司機斷開裝車臂和槽車連接法蘭，裝車臂歸位，控制機將數據寫入對應的客戶記錄。
e）槽車司機取出車輪限位塊，槽車離開裝車臺，回到裝車業務室地秤上，交回1C卡并刷卡，業務機從控制機數據庫讀出對應的客戶記錄，同時槽車過地磅，稱出毛重，計算凈重，比對流量計和地秤的數據，如果在誤差范圍內，將數據寫入數據庫對應客戶記錄中，打印包括客戶信息、裝車量的提貨單（四聯單：存根、發貨、客戶、出門證）
）槽車到裝車站出口，交驗出門證后離開裝車站，裝車作業結束。
3.設備及儀表說明
3.1裝車桶
裝車橇是LNG槽車裝車的專用設備，其內部包括了質量流量計、靜電接地控制器、壓力變送器、溫度變送器、流量控制閥、氣動切斷閥、批量控制器等儀表，裝車橇到達用戶裝車現場后，連接地角螺栓、工藝管線、通訊和供電線路就可以使用”。裝車橇的設計壓力1.40MPa，液相操作壓力0.6~0.7MPa，氣相操作壓力0.01~0.3MPa：設計溫度-196~60℃，操作溫度-162~60℃，裝車正常流量60m3/h，最大流量80m3/h。批量控制器是裝車橇的控制核心，主要由一臺小型PLC、現場顯示器、鍵盤、電源和防爆殼體組成，它接收流量計信號，控制閥門開度，按照裝車工藝依次完成氮氣置換、系統預冷、快速、定量裝車和LNG殘液吹掃等功能。批量控制器采用RS485/M0 DBUSRTU通訊總線與串口服務器連接，通過串口服務器將裝車信息、閥門狀態和儀表數據實時上傳控制機，用于控制室對裝車橇的監控。
3.2控制機和業務機
3.2.1配置說明
控制機安裝在裝車控制室，是控制系統核心，通過串口服務器和網絡交換機與現場裝車橇通訊，向裝車橇發送裝車命令和數據，接收裝車橇的運行數據，監控裝車過程，控制機內建立系統數據庫，存儲客戶信息、裝車和秤重數據、報警數據。控制機通過數據庫連接外部ERP系統，使裝車系統成為全廠性管理系統的子系統。業務機安裝在業務室（或開票室），通過網絡交換機與裝車控制機連接，作為裝車控制機的終端，負責業務登記和秤重功能，將客戶記錄和地秤數據發送到控制機系統數據庫進行存儲。
控制機和業務機采用工作站級品牌計算機，按照當前主流配置，要求計算機穩定可靠，操作軟件采用Windows平臺，控制機軟件采用組態軟件，保證軟件的實時性和可靠性，業務軟件采用有裝車控制系統成熟經驗的廠家產品，保證業務軟件功能完普，并具有良好的操作性。
3.2.2主要功能
a）業務登記。操作員在業務機上對裝車槽車進行登記，錄入客戶單位、車號、貨物品名、貨物密度、預裝車量等信息，在控制電腦形成客戶記錄，該記錄為裝車作業建立了最初檔案，并將客戶記錄寫入控制機的數據庫中。
b）裝車工藝監控。控制機軟件設置裝車工藝流程畫面，實時將裝車數據顯示在工藝流程畫面上，裝車數據包括閥門、流量、累積量、溫度、壓力及靜電接地狀態。
c）報警監控和記錄。裝車過程中出現報警信息，實時在控制機屏幕上彈出報警框，提醒操作人員進行處理，并將報警信息存儲在數據庫中，便于以后查詢。
d）計量管理.裝車前業務機對槽車秤皮重，裝車后對槽車秤毛重，得到凈重，同時從控制機數據庫中讀出流量計計量數據，二者對比，在誤差范圍內，將凈重寫入裝車控制機數據庫中：超過了誤差范圍，業務軟件系統報警，操作人員上報管理部門排查原因。
e）數據庫管理。控制機內設置開放式數據庫，按照客戶記錄存儲裝車過程數據，分為歷史數據庫和實時數據庫，支持遠程訪問，便于連接ERP或MIS系統。
f）統計報表。包括發貨統計、日志管理、數據備份等內容，可按日期、貨物品名、客戶單位、車號、提單號碼、提貨單位等內容進行單獨或組合查詢和統計，并可打印各種報表。
g）定制提貨單和報表格式。每個接收站或液化廠都有自己的業務管理模式，對提貨單和報表的內容及編排要求不同，系統軟件應及時滿足不同客戶需要。
h）權限設置和操作人員管理。控制軟件設置操作員級、工程師級和管理級等三級權限，對不同操作人員設置不同的權限，每個操作人員只能在自己的權限范圍內進行操作。為每個操作人員設置用戶名和密碼，建立操作日志和操作記錄，實現對操作人員的監控。
1）參數設定功能。依據權限進入設定系統，可對通訊參數、控制軟件參數、裝車橇運行參數進行修改。
3.3地秤系統
地秤系統包括地秤、地秤二次表和交通綠燈。由于裝車橇內的質量流量計在LNG裝車計量過程中存在誤差，目前通用的裝車計量都采用地秤方式，地秤二次表采用RS485總線連接業務機，在業務機上完成自動秤重。地秤前后安裝交通綠燈，用來指示上下地秤，并由業務機自動控制，當地秤空閑時，將交通綠燈點亮，槽車上地秤，交通綠燈熄滅，操作人員在業務機上秤重完畢，交通綠燈重新點亮，允許槽車離開地秤。秤重時槽車司機必須離開車輛，在地秤外等候。
目前國內運輸槽車最大為20tLNG半掛式槽車，罐容為51m°，車長約為16.5m，按照此條件，地秤設計參數如下：額定稱量定位為60t，檢定分度值為20kg，秤重精度為0IMLⅢ級，允許通過的安全軸載為40t，最大安全過載為125%，臺面尺寸為18000mm（長）×3400mm（寬），臺面結構全鋼為3節秤臺結構，基礎形式為淺基坑，秤臺防護等級為IP68室外工作：供電為220V、50Hz：通訊為RS485/MODBUS-RTU。
地秤結構必須符合我國現行的《鋼結構設計規范》相關要求：秤體鋼材應選用符合國家標準的優質結構鋼材：秤體整體剛性應優于1/1000，以滿足高頻次和重載的使用，滿足高精度的計量要求；焊縫應采用自動焊，焊縫表面應光滑平整：應具有良好的耐腐蝕性能；基坑必須考慮排水措施。
3.41C卡管理
IC卡采用非接觸式射頻識別IC卡，符合IS010536系列標準，裝車系統中的IC卡只是一個身份識別碼，裝車數據并沒有存儲在IC卡中。首次發卡時僅將卡號和數據庫中客戶數據對應起來，系統后續的刷卡是按卡號讀取數據庫數據或向數據庫填寫新的數據。這種將數據存在數據庫的方法比直接存儲在IC卡上的方法更安全。
4.銷售業務與裝車作業
通常LNG接收站或者液化廠的銷售業務和裝車作業屬于兩個部門，裝車前客戶先到銷售部門預交貨款，銷售單上的購買貨物數量要稍大于預裝車的數量，銷售部門為客戶出具銷售單，客戶憑銷售單來到裝車站業務機處進行裝車業務登記，裝車結束后憑裝車站出具的提貨單回到銷售部門，銷售部門按照提貨單的實際裝車量進行結算。銷售部門按當天的庫存量進行銷售，銷售單必須是一車一單，當天的銷售單當天裝完，當天沒有裝完的，第二天應重新開具銷售單，每天裝車作業結束后，銷售部門和裝車部門要及時核對當天的裝車數量，便于銷售和生產管理。
5.與DCS系統的通訊
裝車控制系統通過工業以太網和DCS系統通訊接收裝車橇的運行數據，將裝車過程中的裝車狀態、閥門狀態、流量、溫度和壓力數據上傳至中控室DCS系統，上傳數據見表1。DCS系統只監視裝車橇現場裝車數據，不向裝車橇下發命令和數據，裝車橇的控制功能完全由系統內的控制機完成。如果廠站的規模較小，沒有專門的裝車控制室，則可取消系統內的控制機，在DCS系統內建立數據庫。DCS系統直接和業務機數據交換，由DCS完成對裝車橇下發裝車命令和數據：或者將控制機放到中控室，取消DCS系統和裝車系統通訊連接，DCS在中控室對裝車系統的監控功能由控制機實現。
6.特殊情況下裝車作業
LNG廠站都配置ESD（或者SIS）系統，保證廠站的運行安全，在裝車系統的裝車橇面板、裝車區域和控制室都配置了ESD系統緊急停按鈕，ESD系統直接控制系統內的裝車切斷閥，如果發生緊急情況，ESD系統直接關閉系統內的裝車閥門，停止作業。但為了提高裝車效率，裝車控制系統的設計應考慮部分設備失效情況下系統還能夠進行裝車作業：
a）控制機和業務機之間通訊故障。啟動業務機內設計本地數據庫，將裝車數據存儲于本地數據庫內，現場裝車橇采用本地方式進行裝車作業，控制機還能夠記錄不帶客戶信息的裝車數據，對裝車效率影響小。
b）控制機和裝車橇之間通訊故障或控制機自身故障。啟動業務機內備份的本地數據庫，將槽車數據存儲于本地數據庫內，現場裝車橇采用本地方式進行裝車作業，控制機不能記錄任何裝車數據，對裝車效率影響小。
c）業務機故障。手動稱槽車皮重、毛重并制單，現場裝車橇采用本地方式進行裝車作業，控制機還能夠記錄不帶客戶信息的裝車數據，對裝車效率影響較大。
d）裝車橇故障。系統配置多臺裝車橇，單個裝車橇故障不會影響其它裝車橇以及系統的正常工作，對裝車效率影響小。
e）地秤故障。需要借助外部地秤，業務機手動輸入槽車皮重及毛重，對裝車效率影響大。
7.結論
LNG槽車裝車控制系統已成為LNG廠站信息自動化的重要組成部分，并在中國石油江蘇液化天然氣公司和中國石油大連液化天然氣公司成功投用。LNG槽車裝車控制系統將自動化儀表技術、計算機控制技術、網絡及通訊技術和裝車工藝有機結合起來，融合了裝車控制和銷售管理內容，實現了LNG裝車的分散控制和集中管理功能，減小了勞動強度，減少了安全隱患，提高了裝車效率，確保生產安全。
