液化石油氣出廠的裝車(chē)安全與準(zhǔn)確稱(chēng)重非常重要。文章基于數(shù)字地磅稱(chēng) 重技術(shù)，通過(guò)可編程控制器、數(shù)據(jù)采集卡、電腦軟件系統(tǒng)等與裝車(chē)設(shè)備配套，實(shí)現(xiàn)對(duì)八路液 化石油氣槽罐車(chē)自動(dòng)裝車(chē)、稱(chēng)重和安全監(jiān)控，具有一定的參考應(yīng)用價(jià)值。

LPG[1] (Liquefied Petroleum Gas 的縮寫(xiě)，即液

化石油氣）是煉油廠在進(jìn)行原油催化裂解與熱裂 解時(shí)所得到的副產(chǎn)品，在常溫常壓下是氣體，在 一定的壓力下或冷凍到一定溫度可以液化為液體， 具有易燃易爆性、氣化性、受熱膨脹性、滯留性、 帶電性、腐蝕性及窒息性等特點(diǎn)。LPG做為一種新 型的清潔能源，已經(jīng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，出廠的裝車(chē) 安全與準(zhǔn)確稱(chēng)重越來(lái)越重要。由于沒(méi)有計(jì)量控制手 段，操作人員必須站在罐車(chē)口處監(jiān)控液位，LPG直 接影響職工的身心健康，如稍不注意，就會(huì)發(fā)生 跑、冒車(chē)事故，給安全生產(chǎn)帶來(lái)極大危險(xiǎn)。為了提 高LPG出廠的稱(chēng)重準(zhǔn)確度，避免企業(yè)和用戶之間 發(fā)生稱(chēng)重糾紛，實(shí)現(xiàn)公平交易，并提高LPG儲(chǔ)運(yùn) 自動(dòng)化水平，保障安全生產(chǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了 LPG集 多路自動(dòng)裝車(chē)、稱(chēng)重和安全監(jiān)控功能的綜合系統(tǒng)。

1. LPG自動(dòng)裝車(chē)的功能需求

1.1提供自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)三種控制流程 自動(dòng)時(shí)，所有參數(shù)設(shè)置都由主計(jì)算機(jī)管理， 主計(jì)算機(jī)隨時(shí)傳遞裝車(chē)信息給可編程控制器，實(shí)現(xiàn)裝車(chē)作業(yè)的自動(dòng)管理，可編程控制器的就地操 作除啟動(dòng)和急停外均被禁止，啟動(dòng)裝車(chē)操作也只 有在主計(jì)算機(jī)下達(dá)了允許啟動(dòng)裝車(chē)命令后才有效； 半自動(dòng)時(shí)，灌裝的目標(biāo)量通過(guò)稱(chēng)重儀表設(shè)置， 由稱(chēng)重儀表隨時(shí)傳遞裝車(chē)信息給可編程控制器， 實(shí)現(xiàn)裝車(chē)作業(yè)的半自動(dòng)管理。

手動(dòng)時(shí)，稱(chēng)重儀表只顯示稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)，由人工 啟動(dòng)或停止裝車(chē)信息給可編程控制器，實(shí)現(xiàn)裝車(chē) 作業(yè)的手動(dòng)管理。

1.2對(duì)八臺(tái)數(shù)字式汽車(chē)衡完成稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)采集 槽罐車(chē)引導(dǎo)至地磅臺(tái)面上后，系統(tǒng)采集槽 罐車(chē)皮重?cái)?shù)據(jù)，然后發(fā)給汽車(chē)衡稱(chēng)重儀表除皮指 令，讓稱(chēng)重儀表除皮，顯示清零。開(kāi)始灌裝后， 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)采集稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)，并在LED大屏幕顯示器 上顯示LPG充裝目標(biāo)量、槽罐車(chē)皮重和現(xiàn)已裝車(chē) 量等信息。

1.3 實(shí)現(xiàn)八路定量設(shè)置與控制 可預(yù)先設(shè)定槽罐車(chē)要灌裝的目標(biāo)量，當(dāng)?shù)竭_(dá) 目標(biāo)量95%時(shí)，可編程控制器發(fā)出控制信號(hào)，將快裝氣動(dòng)閥切換為慢裝氣動(dòng)閥，當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)量時(shí)， PLC發(fā)出控制信號(hào)關(guān)閉充裝閥，實(shí)現(xiàn)定量控制。

1.4具備現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)控功能

一是裝車(chē)現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)及超限報(bào)警， 鶴位管道壓力、溫度檢測(cè)及超限報(bào)警；二是汽車(chē) 衡稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)與質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)比較，兩比較 數(shù)據(jù)超差報(bào)警；三是裝車(chē)的液位超過(guò)允許高度時(shí)， 裝在鶴管上部的液位開(kāi)關(guān)動(dòng)作，送出停止裝車(chē)信 號(hào)，實(shí)現(xiàn)防溢聯(lián)鎖；四是通過(guò)專(zhuān)用的防靜電接地 夾，使槽罐車(chē)接地，并檢測(cè)槽罐車(chē)的接地電阻， 如檢測(cè)到接地電阻大于100Q時(shí)，不響應(yīng)啟動(dòng)裝 車(chē)操作，或立即暫停裝車(chē)，實(shí)現(xiàn)接地聯(lián)鎖；五是 人工安檢確認(rèn)聯(lián)鎖控制；六是攝像頭槽罐車(chē)車(chē)號(hào) 拍照和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視。

1.5具備通信功能

稱(chēng)重儀表、可編程控制器有RS-485通信接 口，通過(guò)該通信口可將現(xiàn)場(chǎng)裝車(chē)情況傳送至控制 室內(nèi)的主計(jì)算機(jī)，也可以由主計(jì)算機(jī)向各稱(chēng)重儀 表、可編程控制器設(shè)置參數(shù)，發(fā)布作業(yè)命令。主 計(jì)算機(jī)應(yīng)用豐富的動(dòng)態(tài)軟件功能，還可以完成預(yù) 裝車(chē)，裝車(chē)過(guò)程、裝車(chē)后結(jié)算全過(guò)程的監(jiān)控，同 時(shí)具有報(bào)表、存檔功能。

2.系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成如圖1所示，主要分主控室和充裝 現(xiàn)場(chǎng)兩個(gè)部分，由LPG輸送回路、重量數(shù)據(jù)采集 模塊、 可編程控制器模塊、 安全監(jiān)控模塊、 主計(jì) 算機(jī)和軟化系統(tǒng)等組成。LPG輸送回路由球罐、 截止閥、質(zhì)量流量計(jì)、氣動(dòng)球閥、LPG管道、控制閥箱（8個(gè)）等組成，控制閥箱包括快裝氣動(dòng) 閥、慢裝氣動(dòng)閥、鶴管、快速連接頭、液位檢測(cè) 開(kāi)關(guān)、壓力傳感器、鉑電阻溫度計(jì)，快、慢裝氣 動(dòng)閥由閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，液位檢測(cè)開(kāi)關(guān) 由可編程控制器讀取開(kāi)關(guān)信號(hào)，壓力傳感器、鉑 電阻溫度計(jì)通過(guò)安監(jiān)儀表顯示檢測(cè)數(shù)據(jù)。重量數(shù) 據(jù)采集模塊由稱(chēng)重儀表（8塊)、數(shù)據(jù)采集卡、I/O 光電接口轉(zhuǎn)換板（8塊、安全柵（8個(gè)）、隔爆型 數(shù)字傳感器秤臺(tái)（8個(gè)）、隔爆型集線盒（8個(gè))、 隔爆型LED大屏幕顯示器（8塊、質(zhì)量流量計(jì)顯 示儀表和連接電纜等組成。可編程控制器模塊由可編程控制器、閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入安全檢測(cè)信號(hào) (5路）、輸出稱(chēng)重儀表除皮信號(hào)（8路）等。安全 監(jiān)控模塊由安監(jiān)儀表、安監(jiān)點(diǎn)（8個(gè))、攝像頭 (16只）和攝像監(jiān)視車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)等組成。安監(jiān)儀 表包括可燃?xì)怏w報(bào)警器（8臺(tái))、數(shù)顯壓力儀（8 臺(tái))、數(shù)顯溫度計(jì)（8臺(tái))、接地電阻檢測(cè)儀（8 只）等，安監(jiān)點(diǎn)包括現(xiàn)場(chǎng)緊急關(guān)停按鈕、暫停按 鈕、手動(dòng)充裝按鈕等。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

LPG充裝現(xiàn)場(chǎng)屬于0級(jí)氣體爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)在該場(chǎng)所使用的電氣設(shè)備必須嚴(yán)格按照《中華人民共和國(guó)爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所電氣安全 規(guī)程>〉中防爆電氣設(shè)備通用技術(shù)要求進(jìn)行選型[2]。

3.1數(shù)字地磅稱(chēng)重技術(shù)

3.1.1工作原理

數(shù)字地磅具有計(jì)量準(zhǔn)確度高、數(shù)字化傳輸距 離遠(yuǎn)、安全防爆、抗干擾性強(qiáng)、保密性好、可靠 性高的特點(diǎn)，其工作原理是將重物加載在秤臺(tái)上， 再傳遞給數(shù)字式稱(chēng)重傳感器，引起稱(chēng)重傳感器彈 性體變形，粘貼在彈性體上的電阻應(yīng)變計(jì)產(chǎn)生形 變，它的阻值也將發(fā)生變化，再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電 路、A/D轉(zhuǎn)換電路，將這一變化轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號(hào)，集線盒將多路稱(chēng)重傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)并 聯(lián)連接，經(jīng)過(guò)數(shù)字安全柵隔爆后，由連接電纜將 數(shù)字信號(hào)送至控制室的稱(chēng)重儀表，稱(chēng)重儀表按稱(chēng) 重傳感器編址順序依次讀取各稱(chēng)重傳感器重量數(shù) 字信號(hào)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，將真實(shí)重量 結(jié)果顯示在儀表、大屏幕顯示器上，同時(shí)將數(shù)據(jù) 以串行方式經(jīng)RS-485接口送數(shù)據(jù)采集卡，通過(guò)數(shù) 據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)通迅進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。

3.1.2主要部件

選用某公司生產(chǎn)的ibllBT4等級(jí)防爆部件，稱(chēng) 重傳感器選用CMOS Power Cell系列復(fù)合型防爆數(shù) 傳，每臺(tái)衡器配8只，單只最大秤量22.5t，準(zhǔn)確 度等約C3級(jí)，最大信號(hào)傳輸距離275m；集線盒 選用AJB系列本質(zhì)安全型數(shù)字集線盒，密封性好， 最大數(shù)傳并聯(lián)路數(shù)12；安全柵選用雙路數(shù)字安全 柵，能將稱(chēng)重傳感器的激勵(lì)電壓和輸出信號(hào)的能 量限制在相應(yīng)防爆等級(jí)的最小點(diǎn)燃能量安全范圍 之內(nèi)；稱(chēng)重儀表選用JAGUAR面板式顯示儀表， 安裝在控制柜面板上，它們具有準(zhǔn)確度高，響應(yīng) 速度快，操作符號(hào)直觀，接口豐富，擴(kuò)充升級(jí)靈 活，安裝方便，穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，儀表預(yù)留有四 個(gè)無(wú)源標(biāo)準(zhǔn)插槽，配置有雙向串行口（RS-232、 RS-422/485、并行口 （四個(gè)輸入點(diǎn)、四個(gè)輸出 點(diǎn))、標(biāo)準(zhǔn)PC鍵盤(pán)接口和ARCnet網(wǎng)絡(luò)等接口 ； I/O板選用專(zhuān)用光電接口板，實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重儀表與大屏 幕顯示屏、計(jì)算機(jī)、可編程控制器等之間的通信。

3.1.3稱(chēng)重儀表的網(wǎng)絡(luò)連接，如圖2所示。

ARCnet是一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使所有網(wǎng) 絡(luò)中的JAGUAR稱(chēng)重儀表能共早顯示器、鍵盤(pán)和 串行口，能與計(jì)算機(jī)、文件服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 每臺(tái)JAGUAR稱(chēng)重儀表的地址可以用控制板上的跨接器設(shè)定，不能重復(fù)相同地址。

3.1.4稱(chēng)重儀表的輸入輸出接口

JAGUAR稱(chēng)重儀表共有四個(gè)輸入點(diǎn)、四個(gè)輸 出點(diǎn)，與TTL電平兼容，可以接收5V-30VDC電 壓或輸出最大35mA電流信號(hào)。輸入口信號(hào)為: IN1-CLEAR (清除）、IN2-TARE (除皮）、IN3- PRINT (打印）、IN4-ZERO (置零)；輸出口為重 量預(yù)置點(diǎn)設(shè)定值輸出信號(hào)，可以控制4個(gè)預(yù)置點(diǎn)的 稱(chēng)入和稱(chēng)出過(guò)程。

數(shù)據(jù)采集

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集來(lái)源：一是8臺(tái)數(shù)字地磅稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)，是與客戶進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)，也是 實(shí)行定量閥門(mén)控制的參數(shù)；二是質(zhì)量流量計(jì)累計(jì) 量，它與數(shù)字地磅稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)比較，動(dòng)態(tài)監(jiān)視稱(chēng) 重?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，防止數(shù)字地磅發(fā)生故障時(shí)出 現(xiàn)計(jì)量失準(zhǔn)；三是安監(jiān)儀表的可燃?xì)怏w檢測(cè)濃度、 鶴管內(nèi)的壓力值、溫度值和槽罐車(chē)接地電阻值; 四是槽罐車(chē)車(chē)號(hào)CCD攝像頭拍照和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視圖像 數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集使用PCU745多功能高速數(shù)據(jù)采 集卡和DH-CG300圖像與數(shù)據(jù)采集卡，安裝在工 控機(jī)箱內(nèi)PCI槽。PCU745多功能高速數(shù)據(jù)采集 卡支持RS-422、RS-485通訊協(xié)議，它帶有光電 隔離功能，能防止500VDC的電壓沖擊，對(duì)于一 般的電磁干擾可完全屏蔽，以管理某公司生產(chǎn)的 JAGUAR稱(chēng)重儀表、某9739型質(zhì)量流量計(jì)和安監(jiān) 儀表的數(shù)據(jù)采集，采用RS-485雙工通訊方式，地 址口通過(guò)儀表設(shè)置；DH-CG300圖像與數(shù)據(jù)采集 卡是彩色視頻/音頻采集卡，具有使用靈活、集成 度高、功耗低及PCI圖像卡的特點(diǎn)，圖像采集傳 輸基本不占用CPU時(shí)間，并可將圖像直接傳送到 計(jì)算機(jī)內(nèi)存或顯存，三路復(fù)合視頻和一路Y/C輸 入，支持單場(chǎng)、單幀、連續(xù)場(chǎng)、連續(xù)幀的采集方 式、支持單機(jī)多卡，以管理車(chē)號(hào)拍照、監(jiān)視圖象 數(shù)據(jù)的采集，由軟件自動(dòng)切換不同監(jiān)控點(diǎn)。數(shù)據(jù) 采集設(shè)計(jì)方框圖，如圖3所示。

3.3閥門(mén)控制

如圖4所示，可編程控制器接收主計(jì)算機(jī)、稱(chēng)重儀表或安監(jiān)儀表的指令信息后，運(yùn)行檢測(cè)、 判斷程序，驅(qū)動(dòng)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)打開(kāi)或關(guān)閉相應(yīng)的氣 動(dòng)控制閥或給稱(chēng)重儀表發(fā)除皮指令信息?？删幊?/span> 控制器選用SIMATIC S7-300系列，它具有高速的 指令處理、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、人機(jī)界面（HMD、診斷、口令保護(hù)等功能。閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)由固態(tài)繼電器電路 板、電磁閥和壓縮空氣回路組成。

4.結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)某煉油廠液化氣站一年多的成功 運(yùn)行使用，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，故障率低，LPG出廠 的稱(chēng)重準(zhǔn)確度有了較大提高，安全生產(chǎn)得到了可 靠保障，具有較好的實(shí)際價(jià)值和使用性。