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摘 要：实现储运场液化气精确的贸易交接是控制成本和提高装车效率的关键。本文介绍的通过分布式装车批量控制仪精准控制西门子PLC和质量流量计，操作液压隔膜控制阀多级开关，满足液化气贸易级交割的高精度要求前提下，降低工程建设成本投入。基于分布式装车批量控制仪、PLC和液压隔膜控制阀的液化气定量装车相比于其他装车方式拥有较高的投入产出比，能有效减小企业的成本回收周期。
关键字：分布式装车批量控制仪 PLC 液压隔膜控制阀 液化气 定量装车
1 液化气定量装车系统构成
储运场装车台监控系统包括自动发油、罐区监控、可燃气报警等组成部分，其中发油（气）部分由装车批量控制、温度检测及补偿计算、静电报警及防雷模块、油气回收模块等部分组成。本控制系统采用西门子公司的S7—300PLC作为装车控制信号接受和处理端，采用艾默生高准质量流量计为贸易计量仪表，采用伯尔梅特液压隔膜控制阀进行液化气精确控制和准确关断。
1.1 西门子S7~300PLC
西门子SIMATICS7—300体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高，同时我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。S7—300采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1μs）的指令运算速度，以及用户基础广泛维修，备件处理简单等特点。在储运场液化气定量装车系统完成自动发油（气）、罐区监控、可燃气报警、油气回收等管理控制。
1.2 伯尔梅特液压隔膜控制阀
控制阀采用伯尔梅特公司的AF~718型液压隔膜控制阀。从控制工艺出发，如齿轮齿条式、气动调节阀、电动调节阀、电磁阀等均可实现装车介质定量控制。而从现场实际情况出发，虽然不能避免控制阀突然动作而产生的水锤现象，但也要在控制手段上无限减小此类影响。控制阀是接收并完成控制动作的主要设备，本方案中采用的伯尔梅特AF~718液压隔膜控制阀是一个配备2个2向电磁导向阀的常关型阀门，非常适合于液化气的精确控制和收发。
1.3 艾默生高准质量流量计
贸易级计量仪表采用的艾默生高准质量流量计，由测量部分和变送器部分组成。艾默生高准质量流量计是科里奥利直接式质量流量计，有很高的测量准确度，能就地指示累积流量，配以变送器，可信号远传。在实际操作中，每台质量流量计变送器发出4~20mA信号经远传进入到控制室PLC系统机柜的模拟量输入模块，由模拟量输入模块对装车数据进行累积，传输到PLC进行相应处理，再把累积流量值传输到前端。
2 液化气定量装车系统特点
在实际应用中是以分布式装车批量控制仪作为现场操作员站，通过S7—300PLC运算处理信号在终端联锁伯尔梅特AF~718型液压隔膜控制阀，实现液化气贸易级的精确交割。与传统的储运场加油（气）装车系统相比较，可充分利用现有的设备资源，不需要新增发油机，只需改动相应的控制方式，而这种控制方式只是在更新组态的同时对硬件系统有很小的改动，完全满足现场需要，大大降低了投资成本，是一种性价比比较高的方法。
3 控制程序分析
在定量装车控制过程中，控制阀的电子控制器分别控制2个电磁导向阀的开关状态，通过2个电磁导向阀的相互作用，控制液化气流入/流出主阀上控制腔，从而实现对主阀的开启程度控制。控制阀的开启类似于水库水闸是分多级进行的，当控制阀接收到装车指令打开阀门时，首先开启上游的电磁导向阀，将上游高压引入主阀的上控制腔，关闭主阀门；而开启连接下游的电磁导向阀，则释放上控制腔内的压力至下游，从而开启主阀门。
3.1 控制阀的开启：
当前端装车批量控制仪发出装车命令给PLC后，PLC控制开启加油（气）泵，这时输油（气）管线中压力增加到控制阀开启设计值，压力平稳之后2台电磁导向阀同时通电，则上控制腔与上游隔离，与下游连通，上控制腔内的介质流出，主阀开启。此时管道中的介质流速趋于平稳，可以保持控制阀的最大开度以最大的流速进行装车。当PLC根据介质实际流速检测计算的流量值大于或等于预先设定的最大值时，则上游电磁导向阀通电，下游电磁导向阀断电，进而上控制腔与上下游进行隔离，主阀的开度属于锁定状态。在未达到预设数值或者紧急停车之前，控制阀始终保持最大开度。调节针阀可以控制阀门的开启、关闭速度，在维护时也可以调节针阀来切断上下游压力与主阀上控制腔的连通。
伯尔梅特AF~718型液压隔膜控制阀分级开阀的目的是无限减小水锤效应避免管线产生振动、泡沫等；同时又有效的控制流速，避免流体静电的产生。使用PLC的控制目的就是实现控制阀的开度无级变速调整，线性关闭，使流量逐渐减小。类似于加油枪的使用，在剩余量到达设定的极小数值时，可以立刻关断控制阀而进行精确控控制。
3.2 控制阀的关闭，控制阀的关闭程序主要目的就是控制高精度的装车
首先，PLC根据现场实际装车量进行计算，在剩余量达到预设值时，进行开度调节流量控制，使介质流量逐渐降低。PLC检测管道中流量，与的预设值进行对比计算。如果计算结果大于预设值，则PLC会发出调节控制命令，上游电磁导向阀、下游电磁导向阀同时断电，上控制腔与上游连通，与下游隔离，上游高压介质流入上控制腔，主阀开始关闭；如果流量小于预设值，则上游电磁导向阀通电，下游电磁导向阀断电，进而上控制腔与上下游进行隔离，主阀的开度属于锁定状态，保持管道中流量大小。
主阀开启、关闭的速度控制：针阀分别位于上、下游控制管路的中心位置，调节针阀控制流入、流出控制腔的介质流速，实现主阀开关闭的速度控制。
控制阀的开启和关闭不仅仅是阀门动作顺序的变化，这是PLC根据现场装车的实际情况进行运算，即时调节与控制的。实际应用中装车量的大小是由PLC根据质量流量计的远传信号计算出介质的瞬时值和累积值，瞬时值是PLC根据流量计的累计值差值和时间长度来计算得出的瞬时流量，所以从控制姿态说，这个时间长度是越短越好。在现场实际计算的流量值往往是与理论值有着很大偏差的，这是由客观原因决定的，由于管道的压力、温度时刻都在变化，PLC计算运行时间的不同，所得出的流量差值并不固定，会根据不同的因素不断产生变化。所以，在采用PLC计算控制流量时，在每个计量段中，控制程序会根据PLC计算所得出的流量值进行调整，当大于设定值时开始关闭控制阀，小于设定值时就保持控制阀的开度，经过这样的逐级调节，就可以把流量限制到一个极小值上，从而保证了关闭主阀门的顺利进行。
4 结语
本方案只是我在实际工作中对于定量装车系统的一点看法与体会，如果投入资金比较紧张的话还可以取消相应的现场批量装车控制仪，但没有前端管控的定量装车需要加大操作员的劳动强度，在实际工程建设中是不推荐的。因为现场批量装车控制仪相当于一个自助操作系统；而且有了PLC和批量控制仪控制装车数量能控制得更精确。所以在油气定量装车控制系统的选择上还是根据现场情况和实际需要来决定。
来源：网络转载
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发表于 2016-10-8 10:40:30
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