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摘要：LNG槽車裝車控制系統(tǒng)是LNG工廠信息自動(dòng)化的重要組成部分，合理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠消除事故隱患，提高裝車效率。為了使工程技術(shù)人員熟悉LNG槽車裝車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，通過對(duì)裝車控制系統(tǒng)工藝流程、系統(tǒng)功能、儀表配置、技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)描述，對(duì)裝車作業(yè)和銷售業(yè)務(wù)接口進(jìn)行了分析，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用中出現(xiàn)的特殊情況給出了應(yīng)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(tǒng)配置，為L(zhǎng)G槽車裝車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用提供參考。

關(guān)鍵詞：LNG；裝車；控制；設(shè)計(jì)

0前言

隨著近兩年我國(guó)LNG接收站和液化廠項(xiàng)目的大規(guī)模建設(shè)，LNG產(chǎn)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(yùn)輸只能通過LNG槽車實(shí)現(xiàn)。對(duì)于裝車量比較大的槽車裝車站，裝車位較多，車輛進(jìn)出頻繁，操作人員工作強(qiáng)度大，且進(jìn)出場(chǎng)站人員繁雜，存在安全隱患。因此需要設(shè)計(jì)一套控制系統(tǒng)規(guī)范和監(jiān)控裝車作業(yè)，自動(dòng)記錄每一個(gè)作業(yè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并自動(dòng)完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和報(bào)表服務(wù)，減小人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高裝車效率。

1.LNG槽車裝車控制系統(tǒng)組成

LNG槽車裝車控制系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)裝車橇、串口服務(wù)器、控制機(jī)、業(yè)務(wù)機(jī)、地秤系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)等組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。控制系統(tǒng)中的裝車橇用于現(xiàn)場(chǎng)裝車控制：串口服務(wù)器用于裝車橇的RS485總線信號(hào)和控制機(jī)的工業(yè)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)化間的轉(zhuǎn)換：控制機(jī)（位于裝車控制室）

通過串口服務(wù)器監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)裝車橇運(yùn)行狀態(tài)，向裝車橇發(fā)送裝車命令和數(shù)據(jù)，接收裝車橇的運(yùn)行數(shù)據(jù)和報(bào)警信息，及時(shí)顯示在裝車控制機(jī)的屏幕上，同時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中：業(yè)務(wù)機(jī)安裝在業(yè)務(wù)室，位于裝車區(qū)出入口附近，業(yè)務(wù)機(jī)和控制機(jī)采用工業(yè)以太網(wǎng)連接，并通訊連接地秤，負(fù)責(zé)客戶登記和槽車的秤重，同時(shí)業(yè)務(wù)機(jī)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(duì)于1500t/d以上銷售量的槽車裝車站，每天裝車作業(yè)量大，對(duì)系統(tǒng)的安全性要求高。系統(tǒng)設(shè)置兩套業(yè)務(wù)機(jī)和地秤來提高槽車過秤速度，根據(jù)計(jì)量原則，槽車過秤要求進(jìn)出同秤：同時(shí)設(shè)置兩臺(tái)熱備份的控制站，保證數(shù)據(jù)的可靠性：業(yè)務(wù)機(jī)和控制機(jī)之間鋪設(shè)兩條通訊光纖，分別埋地和電纜橋架鋪設(shè)，減少意外損壞對(duì)裝車控制系統(tǒng)的影響。

2.槽車裝車流程設(shè)計(jì)

槽車裝車流程包括了LNG槽車從進(jìn)入到離開裝車站的全過程，包括本地控制和遠(yuǎn)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(tǒng)（控制機(jī)和業(yè)務(wù)機(jī)）的情況下，裝車橇和地秤系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，裝車時(shí)操作人員直接在裝車橇的批量控制器上輸入預(yù)裝車量，批量控制器按照工藝流程完成裝車，地秤系統(tǒng)獨(dú)立完成秤重過程，槽車進(jìn)出裝車站完全靠人工調(diào)度：遠(yuǎn)程裝車控制流程則是指槽車裝車站配置上位管理系統(tǒng)，地秤系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)的一部分，將有關(guān)裝車作業(yè)納入到一套控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，

下面重點(diǎn)說明遠(yuǎn)程控制裝車流程，其步驟為：

a）客戶首先到裝車業(yè)務(wù)室，在業(yè)務(wù)機(jī)上錄入客戶單位、車號(hào)、預(yù)裝車量等，槽車過地秤，稱出皮重，發(fā)IC卡給槽車司機(jī)，槽車司機(jī)開車離開地秤，前往指定裝車臺(tái)，以上信息在業(yè)務(wù)電腦上形成一條最初客戶紀(jì)錄，并將數(shù)據(jù)上傳控制機(jī)。

b）槽車司機(jī)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(jī)將IC卡交給現(xiàn)場(chǎng)裝車操作人員，現(xiàn)場(chǎng)操作人員到對(duì)應(yīng)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(jī)，控制機(jī)按照IC卡信息在數(shù)據(jù)庫(kù)中找到對(duì)應(yīng)客戶記錄和預(yù)裝車量，將預(yù)裝車數(shù)量下發(fā)到裝車橇上的批量控制器，現(xiàn)場(chǎng)操作人員核對(duì)預(yù)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(dòng)”鍵，系統(tǒng)按照裝車橇的工藝程序進(jìn)行裝車作業(yè)。裝車過程中控制機(jī)監(jiān)控裝車過程并記錄數(shù)據(jù)。

d）現(xiàn)場(chǎng)裝車作業(yè)結(jié)束，完成氮?dú)獯祾吆螅圮囁緳C(jī)斷開裝車臂和槽車連接法蘭，裝車臂歸位，控制機(jī)將數(shù)據(jù)寫入對(duì)應(yīng)的客戶記錄。

e）槽車司機(jī)取出車輪限位塊，槽車離開裝車臺(tái)，回到裝車業(yè)務(wù)室地秤上，交回1C卡并刷卡，業(yè)務(wù)機(jī)從控制機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)讀出對(duì)應(yīng)的客戶記錄，同時(shí)槽車過地磅，稱出毛重，計(jì)算凈重，比對(duì)流量計(jì)和地秤的數(shù)據(jù)，如果在誤差范圍內(nèi)，將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)客戶記錄中，打印包括客戶信息、裝車量的提貨單（四聯(lián)單：存根、發(fā)貨、客戶、出門證）

）槽車到裝車站出口，交驗(yàn)出門證后離開裝車站，裝車作業(yè)結(jié)束。

3.設(shè)備及儀表說明

3.1裝車桶

裝車橇是LNG槽車裝車的專用設(shè)備，其內(nèi)部包括了質(zhì)量流量計(jì)、靜電接地控制器、壓力變送器、溫度變送器、流量控制閥、氣動(dòng)切斷閥、批量控制器等儀表，裝車橇到達(dá)用戶裝車現(xiàn)場(chǎng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(tái)小型PLC、現(xiàn)場(chǎng)顯示器、鍵盤、電源和防爆殼體組成，它接收流量計(jì)信號(hào)，控制閥門開度，按照裝車工藝依次完成氮?dú)庵脫Q、系統(tǒng)預(yù)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(wù)器連接，通過串口服務(wù)器將裝車信息、閥門狀態(tài)和儀表數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳控制機(jī)，用于控制室對(duì)裝車橇的監(jiān)控。

3.2控制機(jī)和業(yè)務(wù)機(jī)

3.2.1配置說明

控制機(jī)安裝在裝車控制室，是控制系統(tǒng)核心，通過串口服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)裝車橇通訊，向裝車橇發(fā)送裝車命令和數(shù)據(jù)，接收裝車橇的運(yùn)行數(shù)據(jù)，監(jiān)控裝車過程，控制機(jī)內(nèi)建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)客戶信息、裝車和秤重?cái)?shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)。控制機(jī)通過數(shù)據(jù)庫(kù)連接外部ERP系統(tǒng)，使裝車系統(tǒng)成為全廠性管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)。業(yè)務(wù)機(jī)安裝在業(yè)務(wù)室（或開票室），通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與裝車控制機(jī)連接，作為裝車控制機(jī)的終端，負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)登記和秤重功能，將客戶記錄和地秤數(shù)據(jù)發(fā)送到控制機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

控制機(jī)和業(yè)務(wù)機(jī)采用工作站級(jí)品牌計(jì)算機(jī)，按照當(dāng)前主流配置，要求計(jì)算機(jī)穩(wěn)定可靠，操作軟件采用Windows平臺(tái)，控制機(jī)軟件采用組態(tài)軟件，保證軟件的實(shí)時(shí)性和可靠性，業(yè)務(wù)軟件采用有裝車控制系統(tǒng)成熟經(jīng)驗(yàn)的廠家產(chǎn)品，保證業(yè)務(wù)軟件功能完普，并具有良好的操作性。

3.2.2主要功能

a）業(yè)務(wù)登記。操作員在業(yè)務(wù)機(jī)上對(duì)裝車槽車進(jìn)行登記，錄入客戶單位、車號(hào)、貨物品名、貨物密度、預(yù)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(yè)建立了最初檔案，并將客戶記錄寫入控制機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

b）裝車工藝監(jiān)控。控制機(jī)軟件設(shè)置裝車工藝流程畫面，實(shí)時(shí)將裝車數(shù)據(jù)顯示在工藝流程畫面上，裝車數(shù)據(jù)包括閥門、流量、累積量、溫度、壓力及靜電接地狀態(tài)。

c）報(bào)警監(jiān)控和記錄。裝車過程中出現(xiàn)報(bào)警信息，實(shí)時(shí)在控制機(jī)屏幕上彈出報(bào)警框，提醒操作人員進(jìn)行處理，并將報(bào)警信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于以后查詢。

d）計(jì)量管理.裝車前業(yè)務(wù)機(jī)對(duì)槽車秤皮重，裝車后對(duì)槽車秤毛重，得到凈重，同時(shí)從控制機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出流量計(jì)計(jì)量數(shù)據(jù)，二者對(duì)比，在誤差范圍內(nèi)，將凈重寫入裝車控制機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中：超過了誤差范圍，業(yè)務(wù)軟件系統(tǒng)報(bào)警，操作人員上報(bào)管理部門排查原因。

e）數(shù)據(jù)庫(kù)管理。控制機(jī)內(nèi)設(shè)置開放式數(shù)據(jù)庫(kù)，按照客戶記錄存儲(chǔ)裝車過程數(shù)據(jù)，分為歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，支持遠(yuǎn)程訪問，便于連接ERP或MIS系統(tǒng)。

f）統(tǒng)計(jì)報(bào)表。包括發(fā)貨統(tǒng)計(jì)、日志管理、數(shù)據(jù)備份等內(nèi)容，可按日期、貨物品名、客戶單位、車號(hào)、提單號(hào)碼、提貨單位等內(nèi)容進(jìn)行單獨(dú)或組合查詢和統(tǒng)計(jì)，并可打印各種報(bào)表。

g）定制提貨單和報(bào)表格式。每個(gè)接收站或液化廠都有自己的業(yè)務(wù)管理模式，對(duì)提貨單和報(bào)表的內(nèi)容及編排要求不同，系統(tǒng)軟件應(yīng)及時(shí)滿足不同客戶需要。

h）權(quán)限設(shè)置和操作人員管理。控制軟件設(shè)置操作員級(jí)、工程師級(jí)和管理級(jí)等三級(jí)權(quán)限，對(duì)不同操作人員設(shè)置不同的權(quán)限，每個(gè)操作人員只能在自己的權(quán)限范圍內(nèi)進(jìn)行操作。為每個(gè)操作人員設(shè)置用戶名和密碼，建立操作日志和操作記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)操作人員的監(jiān)控。

1）參數(shù)設(shè)定功能。依據(jù)權(quán)限進(jìn)入設(shè)定系統(tǒng)，可對(duì)通訊參數(shù)、控制軟件參數(shù)、裝車橇運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行修改。

3.3地秤系統(tǒng)

地秤系統(tǒng)包括地秤、地秤二次表和交通綠燈。由于裝車橇內(nèi)的質(zhì)量流量計(jì)在LNG裝車計(jì)量過程中存在誤差，目前通用的裝車計(jì)量都采用地秤方式，地秤二次表采用RS485總線連接業(yè)務(wù)機(jī)，在業(yè)務(wù)機(jī)上完成自動(dòng)秤重。地秤前后安裝交通綠燈，用來指示上下地秤，并由業(yè)務(wù)機(jī)自動(dòng)控制，當(dāng)?shù)爻涌臻e時(shí)，將交通綠燈點(diǎn)亮，槽車上地秤，交通綠燈熄滅，操作人員在業(yè)務(wù)機(jī)上秤重完畢，交通綠燈重新點(diǎn)亮，允許槽車離開地秤。秤重時(shí)槽車司機(jī)必須離開車輛，在地秤外等候。

目前國(guó)內(nèi)運(yùn)輸槽車最大為20tLNG半掛式槽車，罐容為51m°，車長(zhǎng)約為16.5m，按照此條件，地秤設(shè)計(jì)參數(shù)如下：額定稱量定位為60t，檢定分度值為20kg，秤重精度為0IMLⅢ級(jí)，允許通過的安全軸載為40t，最大安全過載為125%，臺(tái)面尺寸為18000mm（長(zhǎng)）×3400mm（寬），臺(tái)面結(jié)構(gòu)全鋼為3節(jié)秤臺(tái)結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為淺基坑，秤臺(tái)防護(hù)等級(jí)為IP68室外工作：供電為220V、50Hz：通訊為RS485/MODBUS-RTU。

地秤結(jié)構(gòu)必須符合我國(guó)現(xiàn)行的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)要求：秤體鋼材應(yīng)選用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼材：秤體整體剛性應(yīng)優(yōu)于1/1000，以滿足高頻次和重載的使用，滿足高精度的計(jì)量要求；焊縫應(yīng)采用自動(dòng)焊，焊縫表面應(yīng)光滑平整：應(yīng)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(shí)別IC卡，符合IS010536系列標(biāo)準(zhǔn)，裝車系統(tǒng)中的IC卡只是一個(gè)身份識(shí)別碼，裝車數(shù)據(jù)并沒有存儲(chǔ)在IC卡中。首次發(fā)卡時(shí)僅將卡號(hào)和數(shù)據(jù)庫(kù)中客戶數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)起來，系統(tǒng)后續(xù)的刷卡是按卡號(hào)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)或向數(shù)據(jù)庫(kù)填寫新的數(shù)據(jù)。這種將數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)庫(kù)的方法比直接存儲(chǔ)在IC卡上的方法更安全。

4.銷售業(yè)務(wù)與裝車作業(yè)

通常LNG接收站或者液化廠的銷售業(yè)務(wù)和裝車作業(yè)屬于兩個(gè)部門，裝車前客戶先到銷售部門預(yù)交貨款，銷售單上的購(gòu)買貨物數(shù)量要稍大于預(yù)裝車的數(shù)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(yè)務(wù)機(jī)處進(jìn)行裝車業(yè)務(wù)登記，裝車結(jié)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(shí)際裝車量進(jìn)行結(jié)算。銷售部門按當(dāng)天的庫(kù)存量進(jìn)行銷售，銷售單必須是一車一單，當(dāng)天的銷售單當(dāng)天裝完，當(dāng)天沒有裝完的，第二天應(yīng)重新開具銷售單，每天裝車作業(yè)結(jié)束后，銷售部門和裝車部門要及時(shí)核對(duì)當(dāng)天的裝車數(shù)量，便于銷售和生產(chǎn)管理。

5.與DCS系統(tǒng)的通訊

裝車控制系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)和DCS系統(tǒng)通訊接收裝車橇的運(yùn)行數(shù)據(jù)，將裝車過程中的裝車狀態(tài)、閥門狀態(tài)、流量、溫度和壓力數(shù)據(jù)上傳至中控室DCS系統(tǒng)，上傳數(shù)據(jù)見表1。DCS系統(tǒng)只監(jiān)視裝車橇現(xiàn)場(chǎng)裝車數(shù)據(jù)，不向裝車橇下發(fā)命令和數(shù)據(jù)，裝車橇的控制功能完全由系統(tǒng)內(nèi)的控制機(jī)完成。如果廠站的規(guī)模較小，沒有專門的裝車控制室，則可取消系統(tǒng)內(nèi)的控制機(jī)，在DCS系統(tǒng)內(nèi)建立數(shù)據(jù)庫(kù)。DCS系統(tǒng)直接和業(yè)務(wù)機(jī)數(shù)據(jù)交換，由DCS完成對(duì)裝車橇下發(fā)裝車命令和數(shù)據(jù)：或者將控制機(jī)放到中控室，取消DCS系統(tǒng)和裝車系統(tǒng)通訊連接，DCS在中控室對(duì)裝車系統(tǒng)的監(jiān)控功能由控制機(jī)實(shí)現(xiàn)。

6.特殊情況下裝車作業(yè)

LNG廠站都配置ESD（或者SIS）系統(tǒng)，保證廠站的運(yùn)行安全，在裝車系統(tǒng)的裝車橇面板、裝車區(qū)域和控制室都配置了ESD系統(tǒng)緊急停按鈕，ESD系統(tǒng)直接控制系統(tǒng)內(nèi)的裝車切斷閥，如果發(fā)生緊急情況，ESD系統(tǒng)直接關(guān)閉系統(tǒng)內(nèi)的裝車閥門，停止作業(yè)。但為了提高裝車效率，裝車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮部分設(shè)備失效情況下系統(tǒng)還能夠進(jìn)行裝車作業(yè)：

a）控制機(jī)和業(yè)務(wù)機(jī)之間通訊故障。啟動(dòng)業(yè)務(wù)機(jī)內(nèi)設(shè)計(jì)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，將裝車數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)裝車橇采用本地方式進(jìn)行裝車作業(yè)，控制機(jī)還能夠記錄不帶客戶信息的裝車數(shù)據(jù)，對(duì)裝車效率影響小。

b）控制機(jī)和裝車橇之間通訊故障或控制機(jī)自身故障。啟動(dòng)業(yè)務(wù)機(jī)內(nèi)備份的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，將槽車數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)裝車橇采用本地方式進(jìn)行裝車作業(yè)，控制機(jī)不能記錄任何裝車數(shù)據(jù)，對(duì)裝車效率影響小。

c）業(yè)務(wù)機(jī)故障。手動(dòng)稱槽車皮重、毛重并制單，現(xiàn)場(chǎng)裝車橇采用本地方式進(jìn)行裝車作業(yè)，控制機(jī)還能夠記錄不帶客戶信息的裝車數(shù)據(jù)，對(duì)裝車效率影響較大。

d）裝車橇故障。系統(tǒng)配置多臺(tái)裝車橇，單個(gè)裝車橇故障不會(huì)影響其它裝車橇以及系統(tǒng)的正常工作，對(duì)裝車效率影響小。

e）地秤故障。需要借助外部地秤，業(yè)務(wù)機(jī)手動(dòng)輸入槽車皮重及毛重，對(duì)裝車效率影響大。

7.結(jié)論

LNG槽車裝車控制系統(tǒng)已成為L(zhǎng)NG廠站信息自動(dòng)化的重要組成部分，并在中國(guó)石油江蘇液化天然氣公司和中國(guó)石油大連液化天然氣公司成功投用。LNG槽車裝車控制系統(tǒng)將自動(dòng)化儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)及通訊技術(shù)和裝車工藝有機(jī)結(jié)合起來，融合了裝車控制和銷售管理內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了LNG裝車的分散控制和集中管理功能，減小了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了安全隱患，提高了裝車效率，確保生產(chǎn)安全。