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1、罐區(qū)自動化系統(tǒng)架構(gòu)
本文介紹的現(xiàn)代罐區(qū)自動化系統(tǒng)架構(gòu)主要由三個子系統(tǒng)組建而成：（1） 液位計總線系統(tǒng)；（2） 電動閥總線系統(tǒng)；（3） 定量裝車系統(tǒng)。
以上三個子系統(tǒng)在現(xiàn)場層相互獨立，但在罐區(qū)過程控制系統(tǒng)的控制層中又可互相交換數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)對現(xiàn)場的邏輯聯(lián)鎖、控制。
2、液位計總線系統(tǒng)
目前庫區(qū)使用zui多的液位計型式為雷達液位計以及伺服液位計。兩者測量原理不同，但又有著各自不可替代的優(yōu)點。
雷達液位計是現(xiàn)代罐區(qū)使用廣泛的測量手段之一。由于雷達波為電磁波的特點，只要被測介質(zhì)的介電常數(shù)在雷達可測范圍內(nèi)，雷達液位計都可對其進行連續(xù)、準(zhǔn)確的測量，精度可達到±1mm。其測量幾乎不受溫度、壓力、氣體等影響?？山鉀Q強腐蝕、重掛料等測量場合的測量問題。
伺服液位計基于力平衡的原理，由微伺服電動機驅(qū)動體積較小的浮子，使其中地進行液位或界面測量。由于浮子可以zui直接反應(yīng)物料的液位，其度可高達±0.7mm。伺服液位計還有密度測量及水位測量的功能。在成品油、丙烯、LNG等領(lǐng)域有著廣泛的使用業(yè)績。
融合了現(xiàn)場總線技術(shù)的雷達液位計及伺服液位計，對于大型罐區(qū)較為分散的信號采集顯得更為便捷。
2.1 液位計總線架構(gòu)
單個儲罐的控制核心即為對儲罐液位的檢測及控制。如圖1所示，溫度信號及壓力信號進入液位計表頭，與液位計測得液位數(shù)據(jù)一起打包成總線協(xié)議接入現(xiàn)場防爆接線箱（總線協(xié)議
可為MODBUS RTU或各廠家自主協(xié)議）。液位計總線通過在接線箱內(nèi)端子跨接匯出一根電纜進入控制室。
為了便于罐區(qū)巡檢，一般可在儲罐旁設(shè)置罐旁指示儀，罐旁指示儀可顯示儲罐的液位、溫度、壓力參數(shù)。不同廠家的液位總線產(chǎn)品有各自不同的架構(gòu)，但基本大同小異。
3 電動閥總線系統(tǒng)
3.1 PROFIBUS總線簡介
PROFIBUS是Process Fieldbus的縮寫，是面向工廠自動化和流程自動化的一種性的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS中主要包含有PROFIBUS-DP, PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA三個子集，以滿足工廠網(wǎng)絡(luò)中的多種應(yīng)用需求。其中，PROFI?BUS-DP是專門為自動控制系統(tǒng)與設(shè)備級分散I/O之間的通信而設(shè)計的，用于分布式控制系統(tǒng)設(shè)備間的高速數(shù)據(jù)傳輸。
本文中所介紹的電動閥總線系統(tǒng)是基于PROFIBUS-DP總線的架構(gòu)。
3.2 電動閥PROFIBUS-DP總線架構(gòu)
如圖2所示為典型的電動閥PROFIBUS總線架構(gòu)。
罐組內(nèi)的電動閥間采用PROFIBUS-DP總線連接，罐組間及罐組至控制室的連接采用光纖傳輸。增加光纖通訊模塊一方面很好地解決了長距離傳輸所帶來的限制，另一方面冗余的光
纖環(huán)網(wǎng)提高了整個電動閥總線系統(tǒng)的可靠性。
在設(shè)計整個電動閥PROFIBUS-DP總線系統(tǒng)架構(gòu)的時候，需要注意幾點：
（1） 閥門數(shù)量
每個物理網(wǎng)段zui大可以接入32個閥門。所以，當(dāng)閥門數(shù)量較多時， 可使用中繼器進行網(wǎng)絡(luò)拓展。每個中繼設(shè)備（RS-485中繼器、OLM） 也作為網(wǎng)絡(luò)中的一個物理站點，但沒
有站號。帶中繼器時理論上zui多可連接127個站點。
（2） 通訊距離
網(wǎng)絡(luò)的通訊波特率為9.6Kb/s～12Mb/s，通訊波特率與通訊的距離具有一定的對應(yīng)關(guān)系（見表1）。當(dāng)傳輸距離超出所使用速率的限制時，須增加中繼設(shè)備?？墒褂肦S-485中繼器或轉(zhuǎn)換為光纖進行傳輸。
如果網(wǎng)絡(luò)中涉及到分支電纜，則應(yīng)注意分支電纜的長度應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守PROFIBUS協(xié)議規(guī)定，即分支電纜的總長度不應(yīng)超過規(guī)定長度。
3.3 終端電阻
每個物理網(wǎng)段的終端都需要設(shè)置終端電阻或使用有源電阻。
4 定量裝車系統(tǒng)
4.1 罐區(qū)裝車發(fā)油簡介
發(fā)油計量是罐區(qū)儲運裝置*的一個環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)罐區(qū)大多采用人工發(fā)油、過磅交接、手動記錄數(shù)據(jù)等方式來完成。
但人工發(fā)油操作隨意性強、不安全可靠，容易發(fā)生冒頂事故；過磅交接貓膩多，容易產(chǎn)生貿(mào)易糾紛；手動記錄數(shù)據(jù)容易產(chǎn)生差錯，和開票系統(tǒng)不能數(shù)據(jù)共享，不便于庫區(qū)管理對交易數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。所以近年來定量裝車系統(tǒng)已經(jīng)成了越來越多庫區(qū)的方案。
4.2 定量裝車系統(tǒng)
定量裝車系統(tǒng)中所采用的控制設(shè)備即為定量發(fā)油控制器，可安裝在發(fā)油鶴位處的防爆區(qū)域內(nèi)。其發(fā)油控制指令來自一體化鍵盤或上位機控制。如圖3所示為單鶴管的裝車流程
FT-H101 為裝車用流量計，F(xiàn)XV-H101 為裝車控制閥，ES-H101為裝車鶴管的靜電接地開關(guān)，LS-H101為裝車鶴管的溢油開關(guān)，F(xiàn)QC-H101為批量發(fā)油控制器?，F(xiàn)場流量計、切斷閥、靜電/溢油保護器的信號送入批量發(fā)油控制器，通過批控器進行數(shù)據(jù)處理并控制。批控器與上位機進行通訊將現(xiàn)場采集的信號送入控制室進行數(shù)據(jù)記錄、分析、監(jiān)控。
4.3 裝車流量計
對于輕柴油等輕質(zhì)油品，目前大部分先進罐區(qū)都是用計量交接級科里奧利質(zhì)量流量計。這是一種可直接測得質(zhì)量流量的流量計量儀表，其輸出信號直接反映質(zhì)量里流量?？剖搅α髁坑嫷墓ぷ髟頌椋豪昧黧w在振動管中流動時，將產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力來測得流體的質(zhì)量流量。實現(xiàn)了真正意義上的高精度的直接質(zhì)量流量測量，具有抗磨損、抗腐蝕、可測量多種介質(zhì)及多個參數(shù)等諸多優(yōu)點。
4.4 裝車控制閥
為了消除在裝車過程中存在的“水錘"現(xiàn)象，并且提高裝車精度，裝車系統(tǒng)中一般選擇可多段啟、停的裝車多級控制閥。對于輕柴油等輕質(zhì)油品，數(shù)控電液閥是目前裝卸車較為常
用的一種閥門，它通過電磁閥及管道內(nèi)流體自身壓力來控制閥門開閉的一種自力式控制閥。數(shù)控電液閥可接收批控器發(fā)出的數(shù)字信號，分兩級開啟、多級關(guān)斷，避免產(chǎn)生管線振動、水機、泡沫、噴濺、靜電等。
除了電液閥，還有氣動二段閥、電動閥等多種選擇。但無論是電液閥、電動球閥還是氣動二段閥，都是有多級閥位從而達到裝車時多段控制的目的。
4.5 定量發(fā)油控制流程
正常操作發(fā)油時，操作人員將上裝鶴管或下裝軟管與槽車連接好后，將靜電接地與溢油開關(guān)連接就位。此時，如批控器采集到相關(guān)信號正常，且沒有其他保護信號時，即可進行發(fā)油操作。但是，若現(xiàn)場不具備發(fā)油條件時（如靜電接地夾沒有正確連接），則裝車閥及發(fā)油泵都不會被啟動。具備發(fā)油條件后，現(xiàn)場操作人員按下發(fā)油按鈕，即開始進行發(fā)油。發(fā)油泵啟動、控制閥開啟、計量流量計開始計數(shù)并將數(shù)據(jù)送入批量發(fā)油控制器進行數(shù)據(jù)分析處理。當(dāng)剛開始裝車時，批控器給控制閥小開度，以防止水錘現(xiàn)象。待管道內(nèi)介質(zhì)壓力平衡后，批控器發(fā)出信號使控制閥達到全開，以實現(xiàn)zui大流量快速裝車，縮短裝車時間。當(dāng)流量計計量值接近設(shè)定發(fā)油量時，批控器再次給控制閥一個小開度，以提高裝車精度。當(dāng)
流量計計量值達到設(shè)定發(fā)油量時，批控器發(fā)出信號將控制閥全關(guān)。
為防止裝車冒頂事故，鶴管上帶有防溢油開關(guān)。當(dāng)槽車內(nèi)液位漫過開關(guān)位置時，防溢油開關(guān)給批控器一個接點信號，批控器自動關(guān)閥停泵。
