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摘要：LNG槽車裝車控制系統(tǒng)是LNG工廠信息自動化的重要組成部分，合理控制系統(tǒng)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(tǒng)的設計特點，通過對裝車控制系統(tǒng)工藝流程、系統(tǒng)功能、儀表配置、技術參數(shù)的設計描述，對裝車作業(yè)和銷售業(yè)務接口進行了分析，對現(xiàn)場使用中出現(xiàn)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(tǒng)配置，為LG槽車裝車控制系統(tǒng)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(guī)模建設，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輸只能通過LNG槽車實現(xiàn)。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(tǒng)規(guī)范和監(jiān)控裝車作業(yè)，自動記錄每一個作業(yè)節(jié)點數(shù)據(jù)，并自動完成數(shù)據(jù)統(tǒng)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(tǒng)組成
LNG槽車裝車控制系統(tǒng)由現(xiàn)場裝車橇、串口服務器、控制機、業(yè)務機、地秤系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡等組成，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(yè)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)化間的轉(zhuǎn)換：控制機（位于裝車控制室）
通過串口服務器監(jiān)控現(xiàn)場裝車橇運行狀態(tài)，向裝車橇發(fā)送裝車命令和數(shù)據(jù)，接收裝車橇的運行數(shù)據(jù)和報警信息，及時顯示在裝車控制機的屏幕上，同時將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中：業(yè)務機安裝在業(yè)務室，位于裝車區(qū)出入口附近，業(yè)務機和控制機采用工業(yè)以太網(wǎng)連接，并通訊連接地秤，負責客戶登記和槽車的秤重，同時業(yè)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(yè)量大，對系統(tǒng)的安全性要求高。系統(tǒng)設置兩套業(yè)務機和地秤來提高槽車過秤速度，根據(jù)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(shù)據(jù)的可靠性：業(yè)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(tǒng)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(tǒng)（控制機和業(yè)務機）的情況下，裝車橇和地秤系統(tǒng)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(tǒng)獨立完成秤重過程，槽車進出裝車站完全靠人工調(diào)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(tǒng)，地秤系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)的一部分，將有關裝車作業(yè)納入到一套控制系統(tǒng)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(yè)務室，在業(yè)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(fā)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(yè)務電腦上形成一條最初客戶紀錄，并將數(shù)據(jù)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(xiàn)場裝車操作人員，現(xiàn)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(shù)據(jù)庫中找到對應客戶記錄和預裝車量，將預裝車數(shù)量下發(fā)到裝車橇上的批量控制器，現(xiàn)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(tǒng)按照裝車橇的工藝程序進行裝車作業(yè)。裝車過程中控制機監(jiān)控裝車過程并記錄數(shù)據(jù)。
d）現(xiàn)場裝車作業(yè)結(jié)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(shù)據(jù)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(yè)務室地秤上，交回1C卡并刷卡，業(yè)務機從控制機數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，如果在誤差范圍內(nèi)，將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)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(lián)單：存根、發(fā)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(yè)結(jié)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(nèi)部包括了質(zhì)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(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)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(tài)和儀表數(shù)據(jù)實時上傳控制機，用于控制室對裝車橇的監(jiān)控。
3.2控制機和業(yè)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(tǒng)核心，通過串口服務器和網(wǎng)絡交換機與現(xiàn)場裝車橇通訊，向裝車橇發(fā)送裝車命令和數(shù)據(jù)，接收裝車橇的運行數(shù)據(jù)，監(jiān)控裝車過程，控制機內(nèi)建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，存儲客戶信息、裝車和秤重數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)。控制機通過數(shù)據(jù)庫連接外部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)務機安裝在業(yè)務室（或開票室），通過網(wǎng)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(yè)務登記和秤重功能，將客戶記錄和地秤數(shù)據(jù)發(fā)送到控制機系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行存儲。
控制機和業(yè)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(wěn)定可靠，操作軟件采用Windows平臺，控制機軟件采用組態(tài)軟件，保證軟件的實時性和可靠性，業(yè)務軟件采用有裝車控制系統(tǒng)成熟經(jīng)驗的廠家產(chǎn)品，保證業(yè)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(yè)務登記。操作員在業(yè)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(yè)建立了最初檔案，并將客戶記錄寫入控制機的數(shù)據(jù)庫中。
b）裝車工藝監(jiān)控。控制機軟件設置裝車工藝流程畫面，實時將裝車數(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）報警監(jiān)控和記錄。裝車過程中出現(xiàn)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(shù)據(jù)庫中，便于以后查詢。
d）計量管理.裝車前業(yè)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(shù)據(jù)庫中讀出流量計計量數(shù)據(jù)，二者對比，在誤差范圍內(nèi)，將凈重寫入裝車控制機數(shù)據(jù)庫中：超過了誤差范圍，業(yè)務軟件系統(tǒng)報警，操作人員上報管理部門排查原因。
e）數(shù)據(jù)庫管理。控制機內(nèi)設置開放式數(shù)據(jù)庫，按照客戶記錄存儲裝車過程數(shù)據(jù)，分為歷史數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫，支持遠程訪問，便于連接ERP或MIS系統(tǒng)。
f）統(tǒng)計報表。包括發(fā)貨統(tǒng)計、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、提單號碼、提貨單位等內(nèi)容進行單獨或組合查詢和統(tǒng)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(yè)務管理模式，對提貨單和報表的內(nèi)容及編排要求不同，系統(tǒng)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(nèi)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(xiàn)對操作人員的監(jiān)控。
1）參數(shù)設定功能。依據(jù)權限進入設定系統(tǒng)，可對通訊參數(shù)、控制軟件參數(shù)、裝車橇運行參數(shù)進行修改。
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(yè)務機，在業(yè)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(yè)務機自動控制，當?shù)爻涌臻e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(yè)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(nèi)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(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，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(jié)構(gòu)全鋼為3節(jié)秤臺結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)必須符合我國現(xiàn)行的《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》相關要求：秤體鋼材應選用符合國家標準的優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼材：秤體整體剛性應優(yōu)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(tǒng)中的IC卡只是一個身份識別碼，裝車數(shù)據(jù)并沒有存儲在IC卡中。首次發(fā)卡時僅將卡號和數(shù)據(jù)庫中客戶數(shù)據(jù)對應起來，系統(tǒng)后續(xù)的刷卡是按卡號讀取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)或向數(shù)據(jù)庫填寫新的數(shù)據(jù)。這種將數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)庫的方法比直接存儲在IC卡上的方法更安全。
4.銷售業(yè)務與裝車作業(yè)
通常LNG接收站或者液化廠的銷售業(yè)務和裝車作業(yè)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(shù)量要稍大于預裝車的數(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)務機處進行裝車業(yè)務登記，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際裝車量進行結(jié)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(yè)結(jié)束后，銷售部門和裝車部門要及時核對當天的裝車數(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，在DCS系統(tǒng)內(nèi)建立數(shù)據(jù)庫。DCS系統(tǒng)直接和業(yè)務機數(shù)據(jù)交換，由DCS完成對裝車橇下發(fā)裝車命令和數(shù)據(jù)：或者將控制機放到中控室，取消DCS系統(tǒng)和裝車系統(tǒng)通訊連接，DCS在中控室對裝車系統(tǒng)的監(jiān)控功能由控制機實現(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)的設計應考慮部分設備失效情況下系統(tǒng)還能夠進行裝車作業(yè)：
a）控制機和業(yè)務機之間通訊故障。啟動業(yè)務機內(nèi)設計本地數(shù)據(jù)庫，將裝車數(shù)據(jù)存儲于本地數(shù)據(jù)庫內(nèi)，現(xiàn)場裝車橇采用本地方式進行裝車作業(yè)，控制機還能夠記錄不帶客戶信息的裝車數(shù)據(jù)，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(yè)務機內(nèi)備份的本地數(shù)據(jù)庫，將槽車數(shù)據(jù)存儲于本地數(shù)據(jù)庫內(nèi)，現(xiàn)場裝車橇采用本地方式進行裝車作業(yè)，控制機不能記錄任何裝車數(shù)據(jù)，對裝車效率影響小。
c）業(yè)務機故障。手動稱槽車皮重、毛重并制單，現(xiàn)場裝車橇采用本地方式進行裝車作業(yè)，控制機還能夠記錄不帶客戶信息的裝車數(shù)據(jù)，對裝車效率影響較大。
d）裝車橇故障。系統(tǒng)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(tǒng)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(yè)務機手動輸入槽車皮重及毛重，對裝車效率影響大。
7.結(jié)論
LNG槽車裝車控制系統(tǒng)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(tǒng)將自動化儀表技術、計算機控制技術、網(wǎng)絡及通訊技術和裝車工藝有機結(jié)合起來，融合了裝車控制和銷售管理內(nèi)容，實現(xiàn)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(chǎn)安全。
