论火车装车系统功能设计系统深化设计说明书外部.docx
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论火车装车系统功能设计系统深化设计说明书外部
关于对火车装车系统功能设计的论述
1引言
对于石油化工液态物料的运输目前有管道输送、火车运输、轮船运输和汽车运输等,对于工厂生产装置内部的物料输送一般采用管道输送为主,对于长距离的输送,目前应用最广的是火车运输和轮船运输,中短距离的运输则以汽车运输为主。
石油化工液态物料由于其多数具有易燃、易爆的特性,装车区域多为防爆区域,对其装卸过程提出了很高的要求。
传统的人工装卸方法,效率低,准确性差,难以满足日照港企业的要求,因此要求对操作频繁的装车实现了定量安全的程序控制,实现了装车过程自动化。
本设计说明书对岚北港区公用油库铁路装车控制系统投标书和中交第一航务工程勘察设计院有限公司日照港岚北港区公用油库工程第九册铁路装车系统第十二分册控制系统进行深化设计,细化功能阐述和流程阐述,同时针对需求和科学技术的发展对部分设备提出更高要求。
2系统设计原则
2.1开放式系统结构设计
系统的设计遵循开放性的原则,保证系统的可移植性,互操作性和对多种计算机平台的支持。
考虑到今后系统的升级和功能扩充,设计遵循最新的国际标准、国家标准和行业标准。
采用开放、分层分布式计算机监控系统结构,模块化软件及结构化设计,实现真正意义上的硬件开放、软件开放、数据开放和通信开放。
2.2经济性原则
从经济成本和与效益角度考虑,在满足系统功能和用户需求前提下,系统本着安全、简单可靠、经济和适用的原则配置高质量、高标准的硬件和软件。
2.3面向用户设计
开发基于图形界面的智能化支撑环境,让用户花费的维护工作量小。
人机接口友善,操作方便,用户可自如扩展系统。
2.4采用面向对象技术进行系统分析、设计和编程
在设计开发过程中,严格采用面向对象技术和原则。
针对面向对象语言C++的对象类具有封装性、类属性和继承性的特点,以数据为中心而设计。
保证系统可扩充性、可再用性,使进程在占用极少资源的环境下处理大量的事务,稳定有效运行。
2.5系统具有高实时性
计算机监控系统具有高实时性,可靠性、可维护性。
系统设备控制独立,各设备独立运行,若某一装置故障,不影响其它装置正常运行,检修维护方便。
2.6系统具有高可靠性和抗干扰性
计算机监控系统采用了避错、容错、纠错等技术,具有高可靠性和较强的抗干扰能力。
能承受低温、潮湿、振动、噪声以及电力系统短路、雷击而产生的强磁场、强电场的干扰。
2.7选用高性能的I/O硬件作为现地控制单元。
3系统硬件设计
3.1电气仪表接口
3.11阀门控制接口
现场控制阀门为电动闸阀,采用执行器为天二通电动执行器。
该执行器具备远程和就地控制开关。
选择就地控制,可以在电动执行器直接开关阀门,远控失效;选择远程控制,可以在发油控制器控制阀门开关,就地控制失效。
远程/就地控制开关在电动执行器设置,在系统调试前要检查电动执行器是否选择远程控制,否则定量装车控制失效
执行器控制方式,采用双线圈(24VDC)连续控制方式。
开线圈连续给电,则阀门开启,直到开到位,电路自动切断开线圈控制电路。
同时发油控制器得到开到位信号,认为开阀操作完成,开命令复位。
同理,关线圈连续给电,则阀门关闭,直到关到位,电路自动切断开线圈控制电路。
同时发油控制器得到关到位信号,认为关阀操作完成,关命令复位。
阀门回讯有开到位,关到位和故障信号,其中故障信号可能为开关过力矩或热继电器保护信号
防爆方式隔离防爆
注意事项
●发油控制器开关命令互锁,保证不能同时输出开关两信号导致执行器故障甚至损坏,调试和检修也要注意这点
●因没有找到电动执行器自动调相功能,因此阀门调试前或检修过程后,每次阀门开启前一定要先将阀门要到中间位置,点动测试相序是否正确,否则将导致阀体损坏。
3.12静电溢油保护器接口
溢油静电保护器提供溢油和静电接地电阻过高干节点报警信号,发油控制器给静电溢油保护器提供24VDC电源。
溢油保护国内成熟的技术有音叉、静电容和浮子式。
针对原油和燃料油的特性,选用浮子式比较可靠,针对汽油柴油,音叉和静电容式比较可靠
防爆方式接线箱采用隔离防爆方式,静电接地夹采用本安防爆方式
注意事项
静电溢油保护器的接地要求,因保护器存在本安部分,尤其采用齐那管实现本安防爆的一定在安装满足其接地要求。
3.13体积流量计接口
体积流量计提供流量脉冲信号,信号频率0-5KHZ范围,供电10~30VDC,脉冲电压等级10~30VDC,因此发油控制器采用24VDC供电能满足体积流量计需求
体积流量计防爆方式隔暴方式
3.14可燃气体检测器接口
可燃气体检测器提供4~20mA信号,对应0~100%的气体临界浓度。
可燃气体探测器供电24VDC
防爆方式隔爆方式
3.15温度变送器接口
温度变送器提供4~20mA信号,对应0~100%的气体临界浓度。
温度变送器供电24VDC
防爆方式隔爆方式
资料来源
阀门和体积流量计资料来自日照港方尹正财工程师
可燃气体探测器资料来自港通通信谢永红工程师
3.2发油控制器设计
3.21发油控制器采集控制点数统计
工段
设备
内容
DI
DO
AI
PI
鹤位A
阀门1
开命令
1
关命令
1
开到位
1
关到位
1
故障
1
阀门2
开命令
1
关命令
1
开到位
1
关到位
1
故障
1
阀门3
开命令
1
关命令
1
开到位
1
关到位
1
故障
1
阀门4
开命令
1
关命令
1
开到位
1
关到位
1
故障
1
溢油静电保护器
溢油
1
静电
1
体积流量计
流量
1
可燃气体检测器
气体浓度
1
温度变送器
温度
1
鹤位B
阀门1
开命令
1
关命令
1
开到位
1
关到位
1
故障
1
阀门2
开命令
1
关命令
1
开到位
1
关到位
1
故障
1
阀门3
开命令
1
关命令
1
开到位
1
关到位
1
故障
1
阀门4
开命令
1
关命令
1
开到位
1
关到位
1
故障
1
溢油静电保护器
溢油
1
静电
1
体积流量计
流量
1
可燃气体检测器
气体浓度
1
温度变送器
温度
1
合计
28
16
4
2
3.22发油控制器PLC模块配置
考虑到可靠性,耐低温的特性选择国际知名品牌西门子S7-200模式
S7-200性能参数
●系统平均无故障时间MTBF200,000小时
●工作温度-25~75摄氏度
●掉电保持能力(电池)200天a
●计数器频率范围0~30KHZ
模块选型
1
CPU226继电器
6ES72162BD230XB8
2
EM221
6ES72211BF220XA8
3
EM231
6ES72310HC220XA8
4
电池
6ES72918BA200XA0
5
扩展电缆
6ES72906AA200XA0
选型说明
●所有输出量采用继电器输出,有效的防止继电器线圈故障或反向电流造成输出模块损坏,继电器触点寿命100万次,容量2A,使用年限超过20年。
●设计中充分考虑到维护简易性,PLC任何一处输入输出通道出现故障直接拔下模块连接器,更换模块即可,无需改动程序。
3.23防爆壳和显示屏选型
防爆壳内嵌显示防爆等级不低于ExdⅡBT4,屏和防爆键盘,显示屏连接防爆键盘,显示屏采用国际知名品牌HITECH或其他国际知名品牌的的5.7英寸图形显示器。
防爆键盘采用弹片模式,避免按键按下接触不良或出现多个重复字符的现象。
防爆壳内部有安装PLC的足够空间。
防爆壳厂家必须具有本次发油控制器的整体防爆认证,适用与原油、燃料油和柴油汽油,防爆等级不低于ExdⅡBT4。
3.4系统接地说明
保护接地(电气接地),要求,接地电阻不大于10欧姆。
设备外壳,屏蔽线接在保护接地上。
工作接地(仪表接地),要求,接地电阻不大于10欧姆。
根据本项目特点,直流供电采用工作接地悬空模式,更有利于安全和抗干扰性能
本安接地,要求接地电阻不大于1欧姆。
本项目溢油静电保护器有很小可能采用齐那管安全栅,根据产品说明是否需要本安接地。
4控制软件功能设计
4.1上位管理软件画面设计
4.11登录画面
登录画面背景清华园,LOGO中交紫光
登录画面赋予不同用户不同权限
权限分系统管理员所有权限
操作主管正常操作和参数设置,保护旁路等等
操作员仅有正常操作功能
各级权限用户均能更改自己密码,主管权限可增加删除操作员权限用户
新用户登录系统强制其更改密码
登录画面要录入班次A,B,C三班,班次转换时自动统计该班次作业量,含油品灌装量,灌装前准备工作量和灌装后清理工作量
4.12系统总貌图
用图形方式显示阀门状态,静电接地,溢油保护和温度可燃气以及瞬时流量,共有124个鹤位
4.13装车明细画面
用表格方式显示作业单据、车罐号、车型、标容、预装量、实装量等
4.14装车棒图
显示预装量和完成百分比和剩余时间
4.15车罐信息录入画面
车罐号、标容
4.16车罐排列录入画面
用图形方式录入车罐号,自动调入车罐信息。
录入车罐和鹤位对应关系
4.17报警画面
●可燃气报警画面
●装车仪急停按钮报警画面
●装车仪连锁急停报警
●火灾按钮报警(通讯进)
●通讯中断报警
●装车超限报警
●发油器来报警信息
发油器传来的报警信息为瞬时触发的报警信息,而画面显示的报警信息为连续存在的报警信息。
因此发油器来报警信息包括上述其他信息但不止上述其他信息
4.18班次装车报表
按照选定日期班次筛选数据,按鹤位统计装车量,并计算总计装出量
4.19日装车报表
按照自然日统计装车量
4.110其他报表
根据客户需要增加的报表
4.111静电接地旁路画面
静电接地出现故障,摘除连锁装置,在现场人员检查接地良好的情况下临时允许发油
4.112溢油保护旁路画面
溢油保护出现故障,摘除连锁装置,在现场人员加强巡检力度情况下临时允许发油
4.113阀门故障旁路画面
阀门回讯故障,现场检查阀门确实关闭,可旁路故障,临时允许发油
4.114系统使用说明画面
系统操作手册,快捷键F1调出
4.115版本版权说明画面
版本号,版权归属中交紫光科技有限公司
4.116系统框架图画面
按照设计图纸系统框架图,做成的示意图画面
5模式设计
5.1联网自动远程灌装
●完成车罐和鹤位对应流程
●灌装准备完毕在装车仪按下灌装按钮,系统进入待装状态,上位机根据其他装车鹤位流量选择开启时间
5.2联网自动就地灌装
●完成车罐和鹤位对应流程
●灌装准备完毕在装车仪按下灌装按钮,系统直接进入灌装流程
5.3单机灌装
在超级密码下,进入单机灌装状态,输入车罐号和预装量进入灌装,灌装数据存储到PLC中
6作业流程设计
6.1罐位对应流程
●发油控制器端操作
在鹤位录入装车分单密码,系统自动对齐列车车罐和周围鹤位,检测无误后即可灌装
装车单密码为4位数字,前两位为日期,后两位为当天装车次数
装车分单密码为6位数字,前4位为装车单,后2位为车厢号(从头到尾按1,2,3…..)排列。
录入装车单号码后,系统自动调出整列火车的信息,分别送入相应鹤位装车仪上等待确认。
装车仪确认后上位系统将锁定该鹤位到作业结束,期间不得修改
●控制室操作
也可通过对讲机告知控制室鹤位对应的装车分单,由控制室完成车罐和鹤位对应操作,现场在发油控制器核对车罐和鹤位对应是否正确
6.2灌装流程
连接好鹤管,溢油开关,静电夹后按下灌装按钮,系统进入灌装状态,实装量达到预装量时停止灌装
当开始装车时,首先通过目测进行罐车对位,罐车进料口对位,溢油开关,静电夹连接后,采用自动或手动鹤管对位。
将鹤管与罐车进料口对准后,自动或手动下放鹤管。
鹤管到位后开启阀门,开始装车。
通过流量计和液位报警开关监测装车量,完成装完后关闭阀门提升鹤管。
将罐车移出装车位。
装车操作分为手动/自动两种方式,操作工艺基本相同。
手动控制操作是由操作人员按照上述操作顺序,通过不同的操作按钮来完成整个装车。
对按键操作的顺序有联锁控制,对非法操作将拒绝并报警,允许部分的解除联锁以屏蔽有限的硬件故障,保证装车的照常进行。
7作业安全保护设计
7.1静电保护
静电接地夹测量车罐对地电阻,电阻大于100欧姆则报警
7.2溢油保护
当车罐余油过多或流量计故障导致不能正常停止灌装,当液位到达探头,系统自动关阀停止灌装并报警
7.3串管保护
当装车仪检测非装车管线阀门未关闭,连锁关装车阀门,并禁止装车管线阀门打开
当系统检测有正在装车的管线阀门和其他管线阀门构成串管情况,立即报警停泵
7.4紧急停车保护
当发现鹤管漏油或其他险情,按装车仪紧急停车按键,停止本鹤位灌装作业
当发现主干管道漏油或其他险情,按火灾报警按钮,火灾报警系统紧急报警,停泵,停止灌装作业
7.5断电数据自动保存功能
断电后已装数据保存在PLC中,上位机紧急报警,申请停泵。
再次送电*后进行显示和计量。
7.6停车故障顺序记录(10次),故障分析,在线上传功能
当紧急按钮按下或检测接地不良,串管信号或溢油信号,PLC自动记录发生时间的事件,记录能力不低于10次。
7.7离线就地操作自动记录(100次),在线自动上传功能
当使用超级权限打开离线就地操作时,自动记录100次作业信息
7.8小流量装车功能
7.9装车误差自动矫正功能
PLC自动根据误差调节下次提前量设定,使实装量更接近预装量
7.10装车完成时间预计功能
根据瞬时流量和未装量判断预计完成装车剩余时间
7.11自动对时功能
PLC和上位机根据服务器时基对时,每天约定时间对时一次
7.12作业鹤位通讯中断报警
报警提示人工检查现场供电是否中断,如是或2分钟没提示发出紧急停泵信号
7.13操作记录功能
重要操作要记录到数据库,重要操作包括:
静电旁路设置和恢复
溢油旁路设置和恢复
8上位架构设计
采用MODBUSTCP/IP通讯协议,上位双机互备模式,当一台计算机出现故障,另外一台立即接替故障计算机的工作,作业信息存到数据服务器中。
9网络架构设计
网络架构升级为RS-485与以太网的复合结构。
主干网为以太网,传输介质采用光缆,分支网采用RS-485网络,传输介质采用屏蔽双绞线,每分支网最多连接8台发油控制器。
分支网和主干网采用星型连接。
主干网汇集控制室的交换机上。
采用复合结构优点
分支网络出现问题不会影响其他分支网络,缩小故障产生破坏性,减少故障排除难度和维修时间
降低每条网络连接发油控制器数量,提高每台发油控制器共享的网络资源,提高发油控制器从服务器获取数据的速度
分支网采用标准MODBUSRTU通讯协议,主干网采用标准MODBUSTCP/IP协议。
数据采用国际通用的标准OPC来进行通讯
10显示屏画面设计
开机画面,中交紫光LOGO,和中文中交紫光定量装车系统,联络电话
罐车和鹤位
装车画面,显示2鹤位的装车分单,设定量,已装量,剩余时间,分层显示待装和装车完毕
11其他功能
11.1计量数据(油罐计量检尺数据录入或轨道衡数据)接口
录入的数据和流量计数值差值过限报警提示(数据不经过发油控制器,直接在上位实现)
11.2系统支持同时灌装多列车(装车单)
11.3系统支持同列车多次灌装(有鹤位因维护不能使用,则需其他罐车灌装完成后,移动错位灌装未装罐车)
11.4系统支持同列车多个装车单
12上下位接口
400001双字A鹤位设定值
400003双字A鹤位已装量
400005双字A鹤位瞬时值
4000078字节字符串A装车分单号或罐车号
400011十字A鹤位反馈信息
400021十字A鹤位报警记录
400031十字A鹤位作业记录
13数据库接口
13.1用户表
序号
字段
类型
长度
1
用户名称
字符
8
2
密码
字符
20
3
权限
整形数字
4
班组
整形数字
13.2报警记录表
序号
字段
类型
长度
1
报警时间
日期型
2
报警信息
文本
100
13.3作业表
序号
字段
类型
长度
1
装车单
文本
5
2
装车分单
文本
7
3
鹤位号
文本
2
4
设定量
实型
5
实装量
实型
6
计量值
实型
7
装车时间
日期
8
完成时间
日期
13.4班次作业表
序号
字段
类型
长度
1
装车量
实型
2
辅助安装量
实型
3
班次开始时间
日期
4
班次结束时间
日期
14设计变更说明
14.1网络架构变更说明
14.11概述
网络由以前2套PROFIBUS总线,改成MODBUS以太网总线
原方案,每套PROFIBUS总线带31台PLC,1台PC。
共两套
现方案,将62台PLC分成8组,每组为标准RS-485MODBUSRTU总线网络,8组总线通过8个MODBUSRTU-MODBUSTCP/IP转换器(转换器可选GE,ABB,MOXA等品牌)
14.12性能提升分析
●原方案PROFIBUS网络支持设备理论值为32台,实用32台,已经趋向饱和极限
●现方案每组MODBUS-RTU网络理论值32台,实用8台,主干网采用MODBUSTCP/IP网络,光缆直接到交换机。
●设计余量更高,实施成功率提高到100%
●降低网络故障造成的后果,原方案网络出故障可能会造成32台PLC通讯失败,改进后即使通讯出故障也能控制在8台PLC之内。
●充分提高网络速度和抗干扰能力
●改进前如果1台PC出问题则和现场31套PLC通讯中断,而改进后采用MODBUSTCP/IP网络,上位可以实现互为备用,及一台计算机出现问题自动将功能切换到另一台,不会对操作造成干扰.
14.13设备变更
原方案需要设备
序号
项目名称
型号
单位
数量
1
CP5611
6GK15611AA00
台
2
2
光纤收发器
OLM6GK15022CA10
台
4
3
DP总线端子
6ES79720BA120XA0
个
62
4
4芯多模铠装光纤
国产定制
米
2015
5
Profibus通讯线
6XV18300AH10
米
2700
现方案需要设备
序号
项目名称
型号
单位
数量
1
8口以太网交换机
CISIO
台
3
2
单模光纤收发器
台
4
3
协议转换器
ABB
个
8
4
4芯单模铠装光缆
国产定制
米
3015
5
双绞线
国产定制
米
2700
14.2上位软件设计变更
14.21概述
原方案上位软件采用WINCC组态软件
现方案采用标准OPC软件+高级语言开发软件
14.22技术分析
技术实现更轻松,管理功能实现更容易
采用OPC国际标准接口,开放性能更好
14.23设备变更
原方案需要设备
序号
项目名称
型号
单位
数量
1
WINCC
套
2
现方案需要设备
序号
项目名称
型号
单位
数量
1
OPCSERVER
套
1
2
OPCCLIENT
套
2
- 配套讲稿:
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