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基于PLC系统定量装车控制系统设计

2022-03-26李尧尧

家园·电力与科技 2022年2期
关键词:自动化仪表化工

李尧尧

摘要:化工产品装车是精细化工企业生产的一个重要环节。以国内某精细化工公司新建项目危险化学品装车为例,根据该产品的总体销售计划及生产能力,并结合该产品物料特性确定了合理的装车流程。该系统主要是为了提高装车的效率、保证发货精度、保障装车作业的安全、降低人工成本,最大限度地减少

人为因素引发的各种事故。本文根据工艺流程,对定量装车系统的结构、现场仪表的组成以及安全联锁措施的设计进行了介绍。

关键词:化工;自动化仪表;定量装车系统;PLC

1定量装车控制系统组成

定量装车系统由上位机、批量控制器、和现场仪表以及电气设备、物料储罐、装车鹤管、装车泵、气体缓冲罐以及其他安全设施等组成 。本文主要介绍定量装车系统中的控制系统即定量装车控制系统,其主要包括:上位机、批量控制器、和现场仪表三部分。此外由于本套定量装车系统涉及有毒气体,为防止有毒气体泄漏造成人员中毒,本套定量装车系统设置有单独GDS系统。

1.1批量控制器

批量控制器是定量装车系统的核心控制设备,批量控制器是定量装车控制系统的大脑,类似于电脑的CPU处理器,对整体装车流程进行控制。并设有安全保护联锁程序,也可以实时显示当前装车过程,使现场人员了解充装过程,并读取现场操作动作包括:单号输入、启动装车及停止装车等。本次批量控制器采用浙大中控G3系列PLC控制系统,整个系统所有逻辑联锁程序均由PLC实现,流量计信号、防静电信号、压力信号、液位开关信号、液位计信号、气动阀门控制信号、装车泵远程控制信号均进入PLC控制系统。

1.2上位机系统

本套定量装车系统的上位机采用昆仑通态10寸触摸屏,触摸屏与PLC之间相互通讯,以便现场操作人员能实时读取仪表信号和发出控制指令。另外本套系统将上位机系统数据通过RS485通讯接口与中央控制DCS系统进行联网实时通讯,以便中央控制室人员对现场装车情况进行监控,远程DCS系统对现场装车系统只有监控功能,不进行控制。DCS系统具有OPC功能,可以将现场装车实时情况上传至企业ERP系统。

1.3现场仪表

装车系统现场仪表主要包括:压力变送器、质量流量计、静电接地报警器、磁翻板液位計、音叉液位开关、气动切断阀。

1.4 GDS系统

GDS系统包括气体探测器和报警控制单元,基于2014年国家安监总局下发的《国家安全监管总局关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》(安监总管三[2014]第116号)中第四章第十一条明确要求“严格按照相关标准设计和实施有毒有害和可燃气体检测保护系统,为确保其功能可靠,相关系统应独立于基本过程控制系统”。且相关国家标准《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》GB/T50493–2019第3.0.8条“可燃气体和有毒气体检测报警系统应独立于其他系统单独设置”。因此现场有毒气体报警探测器的信号并未直接进入现场PLC系统,信号直接进入独立GDS系统。现场气体探测器采用电化学式有毒气体探头。

2、工艺流程及系统设计

2.1PID流程

在装置储罐与装车泵之间设置一条物料管线,由装车泵输送至装车鹤管,装车出售,并将鹤管气相管道与储罐气相空间相通。此外整个系统设置有氮气保护系统。

具体工艺流程如下图所示。

2.2装车系统供电

按照《仪表供电设计规范》HG/T20509-2014规定“仪表电源负荷分级的划分应符合现行国家标准《供配电系统设计规范》GB50052-2009自规定,仪表电源负荷可分为两个等级,即一级负荷中特别重要的负荷和三级负荷。仪表电源负荷属于一级负荷中特别重要的负荷时,应采用 UPS”。在大多数情况下,仪表用电负荷属于一级负荷中特别重要的负荷。这类负荷在电源中断后会打乱生产过程,造成设备损坏和人身伤害事故,并造成经济损失,需要设置 UPS 。因此本项目批量控制系统及现场仪表供电均采用UPS后备电源供电,后备时间为30min。且批量控制器停电后会保存上个装车数据,上电后可继续装车。

2.3流量计

流量计的精度和稳定性直接影响整个装车系统的精度和稳定。因此本项目采用进口品牌艾默生高精度科里奥利质量流量计,计量精度为0.1%FS,流量计输出信号为两路4~20mA+HART。批量控制器采集其两路4~20mA模拟信号,其中一路4~20mA模拟信号用于完成对装车量的实时计量,另外一路4~20mA模拟信号用于监控物料密度。HART信号用于调试与日常检维修。

2.4控制阀

由于装车过程无需调节流量大小因此本套定量装车系统阀门主要采用开关阀。从能源驱动来分类开关阀可以分为气动、电动、液动三大类。从失能位置来分类可以分为发生故障时阀门处于开的位置(FO)、发生故障时阀门处于关的位置(FC)、发生故障时阀门处于保持原有状态位置(FL)。考虑本质安全本次选用的开关阀为单作用气开阀(FC),当阀门失去气源或电源时自动关闭,防止物料溢出。

2.5静电接地报警器

静电接地报警器是专用于车辆、容器等金属类静电安全释放的报警装置,当容器或车辆需要释放静电时,将报警器一端夹在容器或车辆,另一端夹住接地桩或与接地网络连线,即可进行静电安全转移、释放,当没有正确连接或通路不畅时设备会自动发出持续性蜂鸣声,并有远传开关量信号至批量控制器报警、联锁。

2.6液位开关

本套定量装车控制系统在装车气相鹤管上安装有一个液位开关,并在气相缓冲罐上也安装有一个液位开关,当检测到有液位时报警并联锁停止装车,主要作用是确保异常工况下的液体物料进入气相管道。另外在装车泵入口设置有一个液位开关用于泵的保护。本次液位开关采用进口品牌音叉式液位开关,音叉液位开关是物位控制开关中使用范围较为广泛的一种。常用于化工产品生产中原料储罐、槽罐、反应釜的液位监测,以及泵保护系统中管道液位监测。音叉液位开关采用压电器件实现叉体的振动驱动与检测。当叉体与被测液体接触时,叉体的谐振频率明显降低,振动频率的变化直接反应在压电检测器件的输出信号上,检测电路对频率的变化进行判别并输出一个开关信号。

2.7其他仪表

本套定量装车系统涉及的其他仪表如:在装车泵出口处设置的压力变送器用于测量泵出口压力,监测装车泵运行状态。在气相缓冲罐上设置有一个磁翻板液位计用于和气相缓冲罐液位开关冗余。

2.8联锁措施

本系统采用多重保护措施,以防止装车过程可能导致泄漏、爆炸、火灾、中毒事故。监测到异常情况停泵关阀,且考虑在批量控制器组态中设定适当的关阀延时时间,防止停止裝车时管道憋压。具体联锁措施如下:

1、装车泵进口管低液位开关显示空液位时,停止装车泵,延时10s关闭装车泵出口切断阀;

2、装车尾气缓冲罐进口管高液位开关显示有液位时,停止装车泵,延时10s关闭装车泵出口切断阀;

3、装车尾气缓冲罐液位高于设定值时,停止装车泵,延时10s关闭装车泵出口切断阀;

4、装车泵功率低于设定值时,,停止装车泵,延时10s关闭装车泵出口切断阀;

5、装车泵出口瞬时流量小于设定值时,停止装车泵,延时10s关闭装车泵出口切断阀;

6、装车泵出口流量累计值大于设定值时,停止装车泵,延时10s关闭装车泵出口切断阀。

联锁关系见下图。

4结束语

总之,定量装车控制系统相对于人工装车人工记账而言,明显提高了装车效率减轻了工作负担,提高了交付的精确度。从安全角度看定量装车控制系统具备远程监控功能,联锁保护措施完备,提高了自动化水平,减少了事故的发生几率,降低了生产风险。批量控制器的无流量报警停车功能,能防止泵长时间空转而损坏,从而降低了企业的维护成本。静电溢流报警停车功能,使得发生火灾等突发状况时可以实时启用紧急停车功能,保证了自动装车的安全性。上位机软件和批量控制器良好的人机界面降低了操作工的使用门槛。装车系统的远程实时监控使企业领导层能够实时掌握装车进度,有助于根据企业的总体战略调配资源以实现效率最大化。

参考文献

[1]本项目安全设施设计报告

[2]陈祯源 . 定量装车系统的自控设计 [J]. 广州化工,2013,(9):

188-189.

[3] 张晓兰,孙伟 . 实现油品自动装车系统计算机控制与管理的探

讨 [J]. 哈尔滨师范大学自然科学学报,1999,(3):64-67.

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