分布式定量装车控制系统 【技术领域】
本发明涉及定量装车系统， 尤其是涉及一种分布式定量装车控制系统。背景技术 由于石油化工储运部门及油库企业， 其日常原料、 成品的装车 ( 火车罐车、 汽车罐 车 )、 码头装船作业都十分繁忙， 为了克服人工操作、 管理带来的弊端， 减少环境污染、 提高 储运管理作业的效率和石油化工企业的整体效益， 以适应经济发展的需求， 因此迫切需求 机械化和自动化程度高、 安全可靠性好、 便于操作维护的储运装车自动化控制系统。
由于液下大、 小鹤管装车具有节能、 安全等显著的优点， 石油化工企业的储运装车 基本全部采用这种装车设备作为标准灌装专用设施。
按照鹤管所用管材的口径区分， 鹤管可分为大鹤管和小鹤管两种。 习惯上， 把口径 DN120mm 以上的鹤管称为大鹤管， 常用的口径为 DN200mm， 此类鹤管主要作为大宗油品铁路 装车的灌装设施 ； 把口径为 DN120mm 以下的鹤管称为小鹤管即通常所说的鹤管， 常用的口 径为 DN100mm 或 DN80mm， 此类鹤管主要作为日常火车罐车和汽车罐车的灌装设施。控制系 统也相应的分为大鹤管储运装车自动化微机控制系统和小鹤管 ( 鹤管 ) 储运装车自动化微 机控制系统。 其中， 小鹤管储运装车自动化微机控制系统又根据装车现场的实际情况， 如栈 台、 操作室的位置、 装车栈桥的长短、 防爆等级的要求、 石化企业用户要求等等因素， 又分为 集中式和分布式 ( 分散式 ) 装车自动化微机控制系统。储运装车自动化的目的， 主要以定 量装车控制为主， 所以储运装车自动化控制系统又称储运定量装车控制系统。
从现场应用的经验表明， 集中式和分布式自动化定量装车控制系统各有其优缺 点。储运装车自动化系统结构如图 1 所示。根据项目的实际情况， 采用不同的自动装车控 制系统方案， 主要有 ： 集中式定量装车控制系统、 分布式定量装车控制系统、 大鹤管定量装 车控制系统。
集中式定量装车控制系统， 适用于栈台装车鹤管相对集中、 控制室距离现场不远 的用户。所有的信号电缆集中进控制室， 由控制室中的分布式控制器及管理计算机实现全 部信号的采集检测、 运算管理和控制输出。
大鹤管定量装车控制系统， 该系统和列车的电动牵引车、 气动鹤管以及各种高精 度流量计、 温度计、 液位开关、 气动阀门等配套应用， 可对操作频繁的大鹤管火车装车实现 定量程序装车控制。火车大鹤管定量装车控制系统要比前两种的控制系统复杂一些， 除了 完成定量装车程序控制等和小鹤管系统控制功能相同部分之外， 还要完成对大鹤管位置的 左、 右移位、 上升、 停止、 下降的控制和位置检测， 接油斗的提起、 放下控制和位置检测。 多至 3 个油品选择阀的控制与检测。 火车油罐槽车牵引车的前进、 停止、 后退控制。 液压泵的开、 关控制等。 在火车大鹤管定量装车控制系统中， 操作室一般都设在栈桥上， 为保证系统在含 操作 有油汽的环境中正常、 安全地运行， 操作室内的仪表操作台采用正压防爆仪表操作台， 台内正压通风的气动衡压控制部分也是由系统进行监控， 使其能按照防爆规范， 保证仪表 操作台内的气压值， 将其保持在指定范围内。
分布式定量装车控制系统， 适用于大部分定量装车的场合， 在每个鹤位都设置一 台防爆的定量装车控制仪， 执行该鹤位的定量装车控制任务。这种系统由于便于实现系统 操作功能分散， 管理和监视又集中的思想而得到广泛欢迎。 发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种分布式定量装车控制系统。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种分布式定量装车控制 系统， 包括上位机管理层、 分布式控制层、 以及仪表检测层。上位机管理层包括基于计算机 的装车操作站和装车业务站， 用于装车的操作管理和销售管理。分布式控制层包括一个或 多个分散分布的定量装车控制仪， 各定量装车控制仪通过通讯电缆连接到装车操作站， 所 述定量装车控制仪用于在装车过程中进行程序控制、 定量控制。仪表检测层包括用于检测 装车过程所需参数的多套设备， 每套设备至少包括 ： 流量计、 装车控制阀、 以及 IC 卡读卡 器， 其中每一定量装车控制仪连接一套设备。
在上述的分布式定量装车控制系统中， 还包括销售操作站， 负责登记装车业务并 生成用以稍后到定量装车控制仪确认的提货单。 在上述的分布式定量装车控制系统中， 所述定量装车控制仪还用于在装车过程中 进行防溢连锁控制和防静电接地控制。
在上述的分布式定量装车控制系统中， 所述的每套设备还包括防溢液位开关和防 静电接地开关。
在上述的分布式定量装车控制系统中， 每一定量装车控制仪对应用于装车的一个 鹤位。
在上述的分布式定量装车控制系统中， 所述定量装车控制仪与所述装车操作站通 过 RS485 通讯协议通讯。
在上述的分布式定量装车控制系统中， 还包括 ERP 数据中心服务器， 用于保存装 车业务数据。
在上述的分布式定量装车控制系统中， 当装车时， 所述定量装车控制仪控制所述 装车控制阀以低于全流量的小流量启动一定时间， 再以全流量工作， 在装车离结束的预定 时间， 以该小流量装车直到装车达到预装量， 再关闭阀门。
在上述的分布式定量装车控制系统中， 所述的装车控制阀是数字二段阀或多段阀。
在上述的分布式定量装车控制系统中， 所述装车操作站具有显示屏， 用以在装车 时呈现以下信息的部分或全部仪表检测层的设备状态、 装车操作的预定装车量、 以及实际 装车量。
本发明的分布式定量装车控制系统严格成功地实现了装车过程的程序控制、 定量 控制、 高精度计量、 安全和严密的业务管理， 既取得很好的经济效益， 又提高了相关企业的 可靠性。 在有较多鹤位汽油装车的油库还设置油气回收装置， 这既确保了安全， 又节约了能 源， 保护了环境和人的健康。
附图说明
为让本发明的上述目的、 特征和优点能更明显易懂， 以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明， 其中 ：
图 1 示出储运装车自动化系统结构。
图 2 示出根据本发明一实施例的汽车装车业务流程图。
图 3 示出根据本发明一实施例的火车装车业务流程图。
图 4 示出本发明的一实施例的适用于汽车的分布式装车控制系统。
图 5 示出本发明的一实施例的适用于火车的分布式装车控制系统。 具体实施方式
总体来说， 分布式定量装车相较于集中式定量装车系统， 在系统灵活性、 可靠性方 面都有一定优越性， 更方便企业管理整个装车系统的运行、 维护与管理。 本发明的下述实施 例描述分布式定量装车控制系统的细节。
在描述本发明实施例的分布式定量装车控制系统之前， 先描述根据本发明实施例 的汽车与火车的装车程序。
参照图 2 所示， 本发明一实施例的正常的汽车装车程序如下 ：
(1) 空车至门口， 在业务室窗口进行业务确认。 在业务计算机上输入用户名、 车号、 鹤位号、 流水号、 品名等参数后 ( 具体数据内容可以根据用户管理需求作调整 )， 司机得到 一张与该笔业务相关联的 IC 卡 ( 或标有指定鹤位号的装车单 )。
(2) 接着， 空车过磅。若没有地衡， 则没有此步骤。
(3) 空车开至指定鹤位， 操作工 ( 或司机 ) 负责接好鹤管， 接好防静电接地夹和防 溢流开关， 所有准备工作就绪。
(4) 将 IC 卡接触就地读卡器， 读卡器会读取该 IC 卡信息， 并且与业务计算机进 行通讯。当业务计算机确认该 IC 卡有效后， 则自动将相关联的业务数据 ( 如预装量、 流水 号等 ) 下装到该鹤位的定量装车控制仪中， 并通过定量装车控制仪屏幕提示操作工准备就 绪， 可按 “启动键” 开始装车操作。( 如果没有采用 IC 卡， 则操作工根据装车单中写明的装 车量和流水号， 通过定量装车控制仪上的按键， 输入其中并确认 ； 定量装车控制仪与业务计 算机通讯， 与业务计算机核对数据无误后， 提示操作工准备就绪， 可按 “启动键” 开始装车操 作。)
(5) 操作工根据定量装车控制仪的提示按 “启动” 键， 开始自动进行发油。定量装 车控制仪会按程序打开装车控制阀， 到预装量时， 定量装车控制仪会按程序关闭装车控制 阀， 完成定量装车。 整个装车过程， 定量装车控制仪一直与业务站实时通讯， 传递流量、 状态 等信号， 供业务室人员监控。
(6) 定量装车控制仪完成装车后， 操作工 ( 或司机 ) 按照操作顺序， 卸下鹤管、 防溢 液位开关， 关好盖子， 解下防静电接地夹等工作。司机可驾车驶离鹤位。
(7) 司机驾驶槽车至地衡处读卡并满车过磅， 地衡的过磅信号通过地衡仪表通讯 给业务计算机。若没有地衡， 则没有此步骤。
(8) 业务计算机将过磅实装量与从定量装车控制仪上读取的装车量相比， 若吻合， 则装车完成， 立刻打出装车单据 ( 或发票 )， 交给司机， 司机同时交还 IC 卡， 该笔业务结束， 并注销本次装车业务。若不吻合， 操作站立刻报警， 由操作员查原因。此举可防止司机在空 满车过磅时做手脚。一切操作内容均由业务计算机自动记录， 无法修改。此功能可杜绝各种经济犯罪， 维护公司利益。
(9) 在收卡、 打印单据、 业务结算后， 司机驾驶槽车离场出门。
一般情况下， 建议设置一台高精度的地衡， 并纳入装车控制系统中。 如果采用质量 流量计作为计量手段， 则也可省去过磅手续。
参照图 3 所示， 本发明一实施例的火车装车程序如下 ( 以小鹤管装车为例 ) ：
(1) 工厂业务 / 调度部门根据定单及铁路部门的槽车编组计划， 安排火车槽车进 栈就位， 并下发与之对应的业务单到火车装车控制室的业务员或业务计算机。
(2) 火车槽车进栈就位， 停靠于规定的鹤位旁。
(3) 外操人员 ( 现场操作工 ) 负责为每节槽车放置鹤管， 静电接地连接和防溢流保 护连接， 人工检尺， 核对槽车编组情况正确与否， 核对槽车号与业务单中相应的业务信息是 否正确， 如介质类型、 槽车容积等 ； 所有工作正确无误后， 通知内操人员准备工作就绪。
(4) 内操人员 ( 系统操作员 ) 根据收到的业务单和槽车编组信息， 在业务计算机上 输入用户名、 车号、 鹤位号、 流水号、 品名、 数量等参数后 ( 具体数据内容可以根据用户管理 需求作调整 )， 生成与每个鹤位相对应的业务指令， 并将业务指令下装到就地的各定量装车 控制仪中。 (5) 在内操人员与外操人员核对无误后， 外操人员根据定量装车控制仪的提示按 “启动” 键确认， 该鹤位处于可以开始的状态 ； 待全部鹤位均处于可以开始状态， 内操人员从 业务计算机发出指令， 命令定量装车控制仪依次开始装车发油。定量装车控制仪会按程序 打开装车控制阀， 到预装量时， 定量装车控制仪会按程序关闭装车控制阀， 完成定量装车。 整个装车过程， 定量装车控制仪一直与业务计算机实时通讯， 传递流量、 状态等信号。
(6) 定量装车控制仪完成装车后， 外操人员按照顺序， 卸出鹤管、 防溢液位开关， 人 工检尺、 关好盖子， 解下防静电接地夹等工作。
(7) 所有槽车都完成后， 业务计算机上与每个鹤位相对应的业务指令结束， 并记录 和打印清单。完成的业务清单上传给业务 / 调度部门。
(8) 工厂调度 / 业务部门安排槽车离场， 并办理与客户的相关业务手续， 至此， 该 列火车槽车的装车业务结束。
图 4 示出本发明一实施例的适用于汽车的分布式装车控制系统。下面详细描述如 下：
分布式定量装车控制系统是控制分散、 信息集中管理的、 融控制与销售管理于一 体的控制系统。系统组态灵活、 操作简便， 是适应当前市场经济发展需要的理想选择。
分布式定量装车控制系统结构一般可以分为三层 ： 上位机管理层 100、 现场分布 式控制层 200、 现场仪表检测执行层 300。各层之间有通讯电缆或信号电缆传递信息， 各层 之间传输信息的方式可为 RS485 协议。下面详细说明如下 ：
上位机管理层
上位机管理层 100 主要包括装车操作站 110、 装车业务站 120， 其具体表现形式就 是工业级别的计算机配备了专门的装车管理软件。 装车的操作管理和销售管理由业务计算 机实现。 业务计算机不仅完成与装车直接相关的销售管理， 还可以对现场进行实时监控。 装 车操作站 110 例如可以是装车监控点。
自动化装车的系统功能在其操作站、 业务站上体现。
装车操作站 110 由计算机工作站、 LCD 显示器、 操作台、 打印机、 通信接口、 网络接 口等组成， 在计算机中配置了工控组态软件和装车监控软件。图 4 中示例性示出报警 / 报 表打印机 112。
装车业务站 120 由计算机工作站、 LCD 显示器、 票据打印机、 操作台、 网络接口等组 成， 在计算机中配置了装车业务管理软件。图 4 中示例性示出票据打印机 122。
装车操作站 110 和装车业务站 120 可通过网络与上一级管理网络的 DCS 数据通讯 站 10、 销售操作站 12、 财务操作站 14、 ERP 数据中心服务器 16 等实现信息联网。
装车操作站 110 应具备直观生动地监视装车现场的实时装车工况， 向现场装车控 制仪发送装车业务数据， 进行装车数据记录、 统计， 有严格的操作管理和事件记录的能力。
装车业务站 120 应具备进行装车业务的严密管理， 包括业务登记、 业务结算、 业务 设置查询、 业务统计、 业务报表、 开票等功能， 且有严格的操作管理和事件记录。
由于装车的操作和业务涉及企业的销售管理、 财务管理和操作管理， 常常因企业 而异。因此选择良好的装车程序， 对于企业的装车系统大有裨益。
为了说明装车业务站 110 和装车业务站 120 进行销售业务的过程， 以汽车装车为 例， 我们把整个过程分为开票、 装车、 结算三个步骤来描述。 (1) 开票
如果在销售部门有销售操作站 12， 在装车之前要对业务进行审查。操作人员在销 售操作站 12 对合理业务进行登记， 登记业务时必须确定客户名称、 品名规格、 数量、 价格等 数据， 每条业务对应一个业务号， 该业务号可以在定量装车控制仪上输入以便确认。 这一过 程称为开票， 其结果是生成一张到现场提货的凭证， 称之为提货单。在目前背景下， 普通地 使用 IC 卡作为提货单。
如果使用电子秤 ( 例如图 4 中的电子汽车衡 202) 作为最终计量工具， 还必须对空 车进行过磅， 获得空车重量。
提货员持提货单到装车站门口业务室提货。业务员在装车操作站 110 上输入提 货单编号， 从销售业务站 14 获得装车业务信息进行核对， 业务设置成功后， 装车操作站 110 的计算机将把装车数据通过通信网络下装到指定的定量装车控制仪 ( 例如装车控制仪 202a)， 槽车进入车场到达指定鹤位， 就可以进行定量装车。
(2) 装车
装车操作站 110 对现场的实时监控程序在后台运行， 如果有必要可以通过 “总貌 图” 、 “单鹤位图” 等窗口以图形或文字方式进行显示， 使业务 ( 操作 ) 员能全面监视整个装 车现场工况。同时在特定的窗口中可以对现场仪表进行操作， 这些操作包括对各种参数的 设置， 在线检测和控制， 禁止或允许本地设置， 以及急停等操作。
(3) 结算
结算是根据计量结果填写业务单中实发量等数据项， 结果生成发货单作为发货结 果的依据。 并将装车详细数据写到销售部门的销售业务站 14。 要进行结算操作首先必须通 过实际要求的计量方式获得计量结果。装车结束后， 装车业务站 120 通过定量装车控制仪 自动获得流量计读数， 电子秤的读数则必须通过操作人员的确认而获得。
(4) 为了加强管理， 装车业务站 120 还可设置以下功能 ：
●报表 ： 收集装车过程中的各项数据， 可以根据需要设计各种报表， 以尽快反映实
际营销、 库存情况。
●口令管理 ： 每个操作人员进入操作窗口之前都必须输入口令， 系统验证口令的 合法性。操作人员仅可以修改自己的口令。
●权限管理 ： 我们把系统的操作人员按照权限等级分为 ： 操作员、 管理员、 工程 师、 超级管理员等。不同等级的操作人员拥有不同的操作权限。可以通过系统配置操作， 把 系统中的任一项操作内容同时分配给所有同等级的操作人员。如 ： 把 “作废单据” 权限分配 给 “操作员” ， 那么所有的 “操作员” 都可以进行作废单据的操作。
●事件记录 ： 登记现场发生的异常事件， 如阀门泄漏、 接地开关接地不良等事件， 上位机以时间的降序排列显示事件列表， 并在特定的区域显示当前事件， 上位机操作人员 通过事件窗口和当前事件显示区了解现场的异常情况， 以便及时排除故障。事件记录包括 以下内容 ： 事件发生的时间、 所发生事件的内容。
●操作记录 ： 由于修改定量装车控制仪的各种参数直接影响现场的运行结果， 错 误的参数可能导致现场不能正常运行。 因此对各种参数的修改， 系统都将做相应的记录。 操 作记录包括以下内容 ： 操作发生的时间、 操作者和实际操作的内容。
●以上操作记录、 事件记录均存盘并无法修改， 这对于加强岗位责任、 查找事故原 因、 加强管理、 杜绝差错具有重要意义。 火车装车销售管理流程与汽车装车销售管理流程有所不同， 但对装车业务计算机 的销售管理和操作管理的功能要求是大致相同的。图 5 示出本发明的一实施例的适用于火 车的分布式装车控制系统， 其与图 4 的差别主要在于不必使用电子汽车衡 302。
在本发明实施例的装车系统中， 用于装车业务的计算机可以如图 4 和图 5 配置两 台或多台工业级计算机， 把操作监控管理功能与销售管理功能分开设置， 细分为完成操作 监控管理的装车操作站 110 和完成销售管理的装车业务站 120， 也可以配置为一台工业级 计算机， 既完成操作监控管理又完成销售管理， 叫做业务 / 操作站计算机。
一般情况下炼油企业销售管理和操作监控管理分属不同部门， 故在一实施例中建 议分开设置。装车业务站 120 主要服务于销售管理业务， 配有业务管理软件包。装车操作 站 110 主要服务于装车过程的监控， 配有装车监控软件包。
较佳地， 对用于装车业务的计算机有以下要求 ：
(1) 提供非常友好的操作界面， 操作界面为全中文界面， 操作工只需简单培训即可 上岗操作。采用醒目的图形提示， 帮助操作工了解现场工况。
(2) 硬件和软件具有高可靠性和容错性， 软件有从错误中迅速恢复的功能。
(3) 主机是工作站或高性能工业用计算机， 其操作系统应是通用的、 适用于工业化 的、 可靠的操作系统， 应能运行商品化的通用软件和工具软件。其硬件规格为 32 位及以上 总线， 64 位及以上 CPU， 二级高速缓存 (Cache)。必须带有硬盘驱动器， 并能配置成冗余型， 使主机能够单独自启动。配置 CD-RW 光盘刻录机。所有的外设及接口是通用的， 硬盘驱动 器、 显示器、 通用键盘、 鼠标或球标、 打印机等是商业化可互换的。
(4) 具备不同级别操作权利和不同操作区域或数据集合的操作权限。操作级别和 权限用密码或钥匙的方式限定。操作员密码和操作权限应能由系统管理员设定和修改。
(5) 可以运行组态软件， 并配有通用键盘， 使其具备工程师组态环境， 并可对网络 上的设备进行运行状态诊断和数据维护。
(6) 数据存放格式是通用的， 其数据库及数据库管理系统应是标准的、 商品化的， 必须能被网络上的其他有权限的工作站、 PC 机调用。
(7) 系统配备全套的操作系统软件及工具软件。配备全套的 SCADA 组态软件及监 控管理软件， 和其他可用的应用软件。工程师站应配备通用的高级语言、 数据库管理系统、 电子表格、 网络管理软件等应用软件及工具软件。
在通讯功能方面， 上位机管理层的各部件可实现以下功能 ：
(1) 与现场分布式控制层 200 的设备， 如定量装车控制仪 202a、 202b 通过 RS-485 或其他通讯协议进行通讯， 下达控制指令及业务信息给控制层设备， 收集装车现场设备的 实时信号数据并显示在上位机屏幕上， 供监控用。
(2) 可与全厂 DCS 数据通讯站 10 或 PLC 系统通讯， 上传装车实时信号数据， 或接受 控制指令及相关数据。
(3) 可与销售管理部门的销售操作站 12、 财务操作站 14 或全厂 ERP 数据中心服务 器 16 通讯， 接受或上传业务数据。
现场分布式控制层
现场分布式控制层 200 可包括任意数量的定量装车控制仪 202a、 202b、 以及装车 区域的其他控制器。
定量装车控制仪 202a、 202b 又称装车批量控制器或流量控制计算机。该控制仪 一般地根据石油化工液态物料灌装控制实际需要的基础上设计， 是以单片微控制器为核心 的智能化仪表， 它可以和流量计、 温度计、 防溢液位开关、 防静电接地开关、 控制阀门以及业 务管理计算机等配套， 构成一个完整的分布式定量装车控制系统。定量装车控制仪 202a、 202b 可对灌装过程进行程序控制、 定量控制、 防溢连锁控制、 防静电接地连锁控制， 可对液 态物料灌装过程的流量进行温度补偿和累计。根据实际使用要求， 定量装车控制仪 202a、 202b 通常设计成为具有防爆性能的仪表， 它可以安装在装车栈台的鹤位边上单机运行， 可 由操作人员就地进行所有的设定、 操作和工况监视。定量装车控制仪 202a、 202b 同时也可 以通过通信电缆与上位管理层 100 的计算机， 例如装车操作站 110 和装车业务站 120 的计 算机相连， 将现场信息集中到业务室进行有效管理， 真正实现装车业务的分散控制、 集中管 理， 使操作人员和管理人员都满意。
试验证明， 这种装车控制方案对于要求防爆的装车系统是最理想的。
分布式定量装车控制系统在每个鹤位都设置一台定量装车控制仪， 由定量装车控 制仪对该鹤管的装车流量进行计量、 对物料温度、 装车防溢开关、 防静电接地开关的状态进 行检测， 对阀门进行检测与控制。在发油作业中， 执行定量装车过程的程序控制。
定量装车控制仪是自动化装车的核心设备， 其性能直接影响到将来系统的使用质 量， 尤其是使用的可靠性、 方便性、 控制精度等。
定量装车控制仪选择需要考虑的几个主要技术指标是 ： 装车控制仪应采用隔爆 型， 可直接安装在现场， 应具有计量精度高、 稳定性好、 安装方便及操作简单等特点 ； 显示方 式应有汉字、 符号、 数字 ； 通信接口是通用串口， 通信规约是标准的 ( 比如 MODBUS 等 )， 以 便于与装车操作站、 DCS 通信。通信口要有抗浪涌保护 ； 供电电源最好有 DC24V 和 AC220V 可选， 整机功耗选≤ 10VA ； 工作环境温度应视现场极端温度的范围决定， 一般选 -40 ℃～ +50℃或 -20℃～ +60℃ ； 通过国家级仪器仪表防爆检定机构的认证， 带有抗浪涌功能。为了适应目前装车控制仪的实际水平， 以及某些特定用户的装车实际需要， 装车 控制仪选择时还应考虑具备以下主要功能 ： 定量控制的功能 ； 流量检测及积算功能 ； 温度 检测及液体物料温度补偿功能 ； 具备对数字控制阀、 气动二段阀、 电动调节阀等多种阀门的 控制功能， 对阀门、 管道泵的动作顺序、 动作方式可使用键盘进行本地组态的功能， 以适应 不同装车工况的需要 ； 具有对数控阀进行多段控制及流量控制功能， 必须在装油结束时能 提供很精确的控制精度 ； 具有静电接地阻值检测及与阀门、 泵联锁控制的功能 ； 具有防溢 开关检测及与阀门、 泵联锁控制的功能 ； 显示屏上应可以实时监视装车瞬时流量、 温度、 总 累计量， 还可以用模拟条显示装车量， 以便操作工宏观监视装车情况 ； 具有密码权限设置， 闲人无法进行操作， 以保证装车安全 ； 必须具备与 IC 卡读卡器、 大屏幕显示器通信的能力， 具有 IC 卡身份核对功能 ； 采用标准、 开放的通信协议 ( 如 MODBUS 等 )， 最好还要能配供与 装车控制仪通信的 OPCSERVER， 真正实现完全开放， 以便与多种工控组态软件连接， 可以很 方便地和操作站、 ERP 或 DCS 交换数据 ； 应有就地 ( 脱机 ) 和联机两种工作方式 ； 设置装车 定量值， 实现装车的定量控制 ； 装车阀和管道泵的程序控制， 有 n 点控制输出， 可控制多种 装车控制阀门 ； 阀门控制的动作顺序、 动作方式可就地组态， 应用灵活 ； 对数字电液阀可实 现多段控制， 可实现很高的装车控制精度， 并有效减少水击。 尤其是， 由于普通的阀门关闭延时较长， 会使实际装车量大于预装量， 从而造成损 失及贸易计量， 为了使装车过程精度更高， 本系统可采用电液阀来控制装车， 具体过程是装 车作业开始后阀门控制小流量启动一定时间， 再全开 ( 即用最大的全流量工作 )， 等装车进 行到距离结束还有预定时间时， 控制阀门以小流量装车直到装车达到预装量， 再关闭阀门 ( 实现快速关闭阀门 )， 这样大大减少了阀门关闭的延时， 使装车精度达到最大。其中小流 量小于全流量， 具体大小可视装车精度需要而定。
各定量装车控制仪 202a、 202b 的通讯功能如下 ：
(1) 与前述上位管理层 100 的计算机通过 RS-485 或其他通讯协议进行通讯， 接受 上位机下达的控制指令及业务信息， 上传采集到的现场仪表检测执行层设备的信号和装车 过程状态信息。
(2) 通过信号电缆与现场仪表检测执行层设备连接， 采集这些设备 ( 如流量计、 温 度计、 阀门、 防溢开关、 防静电接地开关 ) 的信号， 并根据装车控制程序发出控制阀门、 泵的 动作信号。
在装车区域会有可燃气体报警信号， 管道压力、 流量、 温度信号， 泵的工作状态信 号等需要采集到业务 / 操作站中监控报警 ； 有的设备需要业务 / 操作站进行控制操作。这 时可以采用能放置在就地的防爆型 RTU( 远程终端控制单元 )， 其本身具有一定数量的 I/O 通道， 并可以编程组态控制逻辑 ； 具有 RS485、 TCP/IP 或其他通讯协议与上位机通讯。也可 以采用 PLC 或其他类似控制系统设备， 控制逻辑组态到系统的控制模块 CPU 中 ； 信号的输入 输出通过 I/O 模块 ； 与上位机的通讯可以通过不同协议的通讯模块实现。此时， RTU 或 PLC 均属于现场分布式控制层。
现场仪表检测执行层
现场仪表检测执行层 300 主要指的是装车自动化所需要的现场检测与执行仪表， 通常包括但不限于下述设备 ： 流量计、 热电阻、 装车控制阀、 气相线控制阀、 防静电接地开 关、 防溢液位开关、 隔爆型报警指示仪、 隔爆型非接触式 IC 卡读卡器、 就地压力表、 高精度
电子汽车衡、 高精度电子轨道衡等。图 4、 5 中示例性示出电子汽车衡 302、 IC 读卡器 304a、 304b， 以及报警指示仪 306a、 306b。另外现场仪表检测执行层还可具有电子显示屏 308a、 308b。
一般情况， 每个鹤位装一台流量计， 一只热电阻 ( 当流量计采用质量流量计时可 以不需要 )， 一个防静电接地开关， 一个防溢液位开关， 一台装车控制阀， 一台 IC 卡读卡器。 在液化气装车时， 气相线上的阀门需要与装车控制阀联锁控制， 因此采用气相线控制阀。
现场仪表设备应根据以下参数进行选择 ：
1、 测量目的是计量 / 监控， 输转 / 库存 / 安全监视， 重量 / 体积， 液位 / 界位 / 温 度 / 密度。
2、 被测介质是白油 / 粘油 /LPG/ 化工品， 腐蚀程度， 介电常数， 黏度， 密度。
3、 施工工程是新建工程 / 停工改造 / 生产改造。
4、 防爆要求是隔爆 / 本安 / 不防爆。
流量计
流量计是实现定量装车的重要仪表。 在本发明中可采用的流量计包括容积式流量 计、 速度式流量计和质量流量计。 其中， 容积式流量计中例如是 ： 椭圆齿轮流量计、 腰轮流量 计、 刮板流量计 ； 速度式流量计中例如是 ： 涡轮流量计 ； 质量流量计中例如是 ： 科里奥利式 质量流量计。以下列出一些可选的流量计的指标。 椭圆齿轮流量计用于体积流量测量， 其精度是， 体积 ±0.15％、 ±0.2％； 适用一定 范围油品， 压损小。
腰轮流量计用于体积流量测量， 其精度是， 体积 ±0.2％ ； 适用一定范围油品， 压损 小。
双转子腰轮流量计用于体积流量测量， 其精度是， 体积 ±0.15％、 ±0.2％； 适用范 围宽。
刮板流量计用于体积流量测量， 其精度是 ： 体积 ±0.15％、 ±0.2％ ； 适用范围宽。
涡轮流量计用于体积流量测量， 轻巧， 其精度是， 体积 ±0.15％、 ±0.2％ ； 适用轻 质油品。
质量流量计用于质量流量检测， 它是无转动部件， 高精度， 精度是质量的 ±0.1％ FS， ±0.15％ FS， ±0.2％ FS ； 质量流量计适应油品的范围广， 可多参数测量， 可测质量、 密 度、 温度、 体积。 由于中国采用质量计量制， 因此汽车装车使用高精度质量流量计计量， 能保 证装车的质量计量达到 0.2％的精度。用流量计装车比用地衡装车效率高。
流量计可以用 0.2 级的体积流量计， 也可以用计量级或监控级质量流量计。选用 质量流量计时可不再用热电阻温度计。使用电子汽车衡作为装车计量器具时， 流量计可以 选用监控级质量流量计或体积流量计。另外， 还可以配置消气过滤器。当装车业务要求按 计划量结算时， 只能用流量计作为计量器具 ； 当装车业务要求按实装量结算时， 则可以用电 子汽车衡作为计量器具。
体积流量计品种很多， 应根据装车物料选择最合适的流量计类型。
热电阻
热电阻是测量装车管线中介质实时温度的传感器， 用于对体积流量的温度补偿。 当采用质量计量并使用质量流量计时， 可以不需要热电阻。
装车控制阀
开始装车和结束装车时， 采用数控阀可以实现阀门开度控制和阀门开关速度的控 制， 实现装车定量控制、 提高装车精度并减小水击。
一般轻质油品装车采用数字控制阀可以实现阀门开度控制和阀门开关速度的控 制， 实现装车的高控制精度并减小水击。
液化气、 粘质油品、 强腐蚀、 强溶剂的装车拟选用气动二段阀作为装车控制阀。实 在没有仪表气源的可选用电动调节阀。
气相线控制阀
液化气装车时， 气相平衡管线关系到装车过程的安全。气相线控制阀的动作与装 车控制阀的动作相联锁。一般情况下， 该阀门的型式多为气动开关球阀。
防静电接地开关
防静电接地开关用于汽车、 火车槽车油品装车时的接地， 泄放汽车、 火车槽车上可 能产生、 积聚的静电荷， 并监测其接地电阻， 为装车控制系统提供了防静电接地连锁依据， 是新型的电子加油机、 装车控制系统必备的实用设备。
防静电接地开关 ( 或接地夹 ) 必须能破漆与汽车的金属层可靠接触， 并能提供接 地电阻的检测。 防溢液位开关
防溢液位开关是用于装车时探测槽车内液位是否接近满溢的仪表。 当槽车内液位 接近防溢液位开关时， 开关动作， 其信号送至装车控制仪表， 控制仪发出关阀命令， 关闭装 车阀， 以防止物料溢出， 起到防溢安全连锁的作用， 确保装车作业安全。因此防溢液位开关 是新型装车控制系统必备的实用设备。防溢液位开关有外挂式， 也有内置在槽车中或鹤管 设备中。
防溢液位开关有接近开关、 光学开关、 电容开关、 音叉开关等多种， 只要使用得当， 都可以完成防溢报警的作用。
隔爆型报警指示器
隔爆型报警指示器用于在现场连接装车控制系统和防静电接地开关检测、 防溢液 位开关， 并在现场提供是否报警的指示信号， 使在现场操作的操作工能直接监督防静电接 地与防溢液位开关的报警情况， 使系统与防静电接地开关、 防溢液位开关的连接信号更加 规范， 使系统更加安全、 可靠。
防静电接地、 防溢开关一般都配置一个报警器， 它的作用是在现场提供闪光报警 ( 有的还提供音响报警 ) 并向装车控制仪提供报警信号触点。
隔爆型非接触式 IC 卡读卡器
一般隔爆型非接触式 IC 卡读卡器是专门为油品装车控制系统设计的， 它操作简 便， 性能可靠， 可安装在装车栈台现场和电子地衡边。多台读卡器可通过 RS485 总线连接到 装车业务管理计算机， 组成该装车站的 IC 卡身份识别系统。
设置 IC 卡读卡器是为了提高装车管理水平和装车效率， 只不过装置在装油现场 的 IC 卡读卡器必须是防爆的。也有的读卡器功能被集成在定量装车控制仪中。
火车装车一般不需要 IC 卡读卡器。
高精度电子汽车衡
在车场门口安装一台高精度电子汽车衡。 装车业务计算机除了与定量装车控制仪 通信联机外， 还与电子汽车衡相连。 正常情况下装车通过流量计控制和计量， 由于电子汽车 衡的精度 (0.03％ ) 高， 地衡的超高精度可用来对各鹤位上的流量计进行在线标定， 使流量 计能运行在高精度状态下。
用于计量的地磅通过 RS-232C 通信总线与业务计算机连接， 对各槽车的空车、 满 车过磅、 计量， 操作人员通过键盘操作， 输入装车业务、 制作和输出装车作业单、 装车结算清 单， 各种生产报表和统计报表， 实现装车发运的科学管理。
中国的油品计量采用质量制， 用电子汽车衡作为装车计量结算， 相对于用流量计 计量， 有如下好处 ： 重量的计量精度比流量计高， 可为企业获得可观的计量效益 ； 汽车衡的 计量标定远比流量计标定方便， 几乎所有地方计量部门都有衡的标定资质， 这对于偏远地 区的用户尤其重要 ； 用普通、 廉价的流量计作为装车定量控制依据， 用汽车衡作为装车销售 计量依据， 可以用衡对流量计进行定期在线标定， 使普通流量计保持高精度运行状态， 衡与 流量计成为计量的冗余设备， 同时， 通过装车自动化系统对二者的实时比对监视， 可以有效 遏制了衡计量中出现的人为经济犯罪现象。
但是对于某些必须按预定量装油结算业务的装车， 就无法用衡称量结算， 只能采 用高精度流量计作为装车计量结算的依据。 这种情况下， 如果配备汽车衡， 就只能用来标定 流量计了。
自动化装车用的电子汽车衡要求配带有标准通信接口的二次表。
大屏幕显示器
设置大屏幕显示器为的是让装车用户 ( 驾驶员 ) 能在较远出看到正在装车的状 况， 因此， 一般应选用高亮度 LED 显示器以便能在较远距离看到。另外， 大屏幕显示器应能 适时显示 “开始装车” 、 “装车结束” 以及其他一些通知， 因此， 最好选用点阵式 LED 组成的大 屏幕显示器， 以能滚动显示汉字、 数字、 英文的信息。 同样， 在装油区域必须采用防爆大屏幕 显示器。
管道泵
管道泵型号和配置由储运专业设计选型， 原则是一台管道泵对一个鹤位。管道泵 的启停应由装车控制仪和就地泵控操作柱控制。 管道泵的流量要考虑起始装车时鹤管出口 安全流速， 管道泵的扬程应保证正常装车时装车控制阀前的压力为 0.2 ～ 0.4MPa。
鹤管
散装鹤管型号和配置由储运专业设计选型。当今都使用液下装车鹤管。
根据上述实施例配置的分布式定量装车控制系统主要实现以下几个功能 ：
检测功能 ： 系统可进行流量检测， 如用体积流量计， 则可以检测管路温度， 体积流 量实时温度补偿 ； 系统并可防溢开关及防静电接地开关检测、 阀门、 泵开关状态检测、 以及 其它工程参数 ( 如 ： 可燃气体、 仪表风压、 蒸汽压、 泵出口压力等 ) 的检测和报警。
定量装车控制功能 ： 在装车时， 各定量装车控制仪 204a-204c 控制阀的开关， 采集 对应流量计的流量并做温度补偿， 到达预定量时关阀、 关泵。 系统可同时对几十路装车鹤位 进行实时定量控制。各路定量值可分别设定。开始装车和结束装车时， 可对相关阀门进行 程序控制。为减少水击现象和提高装车精度， 装车控制阀可采用数字二段阀、 多段阀， 也可 以采用二段式气动阀门或以二个并联的阀代替二段阀。 当装车工艺采用管道泵与装车鹤位一一对应的模式时， 系统可以控制管道泵的启停。
安全联锁和监督功能 ： 当位于槽车上部的防溢开关动作时， 意味着装车满罐， 紧急 停止装车。当连接槽车的防静电接地开关检测到接地电阻超限时 ( 如接地电阻＞ 100Ω)， 紧急停止装车。提供暂停装车的后续处理手段。各种异常情况发生时提供文字提示和声报 警。
屏幕显示功能 ： 屏幕画面可显示全貌图和单车图， 在画面上显示各个槽车鹤位的 阀门、 流量计、 泵开关状态、 预定装车量、 实际装车量、 槽车内实际液位模拟状态等。 阀门、 机 泵以颜色标出开关状态， 流量计边上标出瞬时流量和累计流量。此外， 屏幕还可以 ： 显示工 程参数， 即可由计算机对定量装车控制仪的相关参数 ( 密度、 温度、 流量系数、 温度系数、 控 制参数等 ) 进行分类显示、 设置、 修改 ； 显示事件记录， 即记录发生的生产事件， 如报警、 开 关机器时间、 通信故障、 液位开关报警、 静电接地报警等 ； 显示操作记录， 即记录发生的重要 操作， 通过专门口令可调出显示 ； 显示实时时间。
任何时候发生的报警信息均立即在报警区以汉字报道 ( 报警同时产生警声 )。
操作管理功能 ： 系统可设置三级操作管理 ： 操作员、 管理员和维护工程师。系统正 确登录后， 才能执行相应权限的操作， 否则仅可浏览主画面。 如果操作人员暂时离开操作站 可以退出登录， 画面停留在主画面， 不输入密码不能退出此页面。杜绝无关人员浏览、 修改 业务数据。所有重要操作均需通过密码确认后才能进行。操作员姓名、 操作内容和操作时 间均存盘记录。可以通过专门口令随时调阅或打印操作记录的内容， 但任何人无法修改记 录内容。如果有各种重要事件 ( 包括报警 ) 发生， 均自动把事件内容、 事件发生的时间存盘 记录。可随时调出显示或打印， 但任何人无法修改记录内容。
通信功能 ： 提供 OPC SERVER 数据服务， 给其他的系统 ( 罐区监控管理系统或中心 控制室 DCS 系统等 ) 提供装车过程信息 ； 还可与 ERP 系统联网， 从销售、 财务、 业务、 调度等 部门获得装车业务授权信息， 并为其提供实时装车数据。
流程管理功能， 具体分为以下功能 ：
身份认证 ： 支持 IC 卡身份认证或在定量装车控制仪上设置流水号身份认证 ；
装车方式 ： 通过操作站可以切换本地和远程控制装车方式 ；
计量审核 ： 支持与地磅二次表的连接， 并在业务设置和业务结算操作中自动采集、 显示地磅的测量值。地磅称重与装车控制仪流量实装量在线核对， 超差禁止出场。以地磅 做为结算标准， 支持流量计在线标定， 确保流量计工作在高精度状态。合理控制计量偏差， 提高计量效益 ；
流量计交接 ： 如果采用 ( 质量或体积 ) 流量计作为计量交接手段， 则省去过磅手 续。 装车控制仪通过数字控制阀、 提前量、 流量调节、 自适应控制等智能控制措施， 确保实装 量与预装量吻合 ；
进场确认 ： 空车至门口， 持提货单或 IC 卡在操作室窗口进行业务确认。在操作站 上输入用户名、 车号、 鹤位号、 物料名称、 定量等参数， 如果系统与 ERP 联网， 则可以输入提 货单号从网络获得装车业务数据， 业务确认正确后， 司机获得有效装车的 IC 卡或标有指定 鹤位号的装车单 ；
装车操作流程 ： 空车 ( 刷卡 ) 过磅， 开至指定鹤位， 放下鹤管， 接好防静电接地装 置， 若一切正常， 刷卡 ( 或输入流水号 ) 确认成功后， 允许按 “启动” 按钮， 启动确认后， 定量装车控制仪按程序打开装车控制阀、 泵， 到预定量时， 装车控制仪会按程序关闭装车控制 阀、 泵， 完成装车。操作站操作人员可以通过 “全貌图” 、 “单车图” 等窗口以图形或文字方式 全面监视整个装车现场工况。发生意外情况时， 现场和操作站均可急停装车操作 ；
出场允许 ： 槽车出门前满车 ( 刷卡 ) 过磅。操作站将净重与装车控制仪上读取的 实装量相比， 若吻合， 则装车完成， 立刻将该笔装车业务数据写入 IC 卡 ( 打印装车单或发 票 )， 交司机离场出门。 若不吻合， 操作站立刻报警， 操作人员未查明原因、 有效处理之前， 禁 止该槽车出场。一切报警及操作内容均由操作站自动记录， 无法修改。杜绝各类经济犯罪， 维护公司利益 ；
业务管理功能， 具体包括以下操作步骤 ：
业务设置 ： 根据业务单据、 数据库数据设置装车业务， 并指定装车鹤位号。输入车 号、 IC 卡号、 预定装车量， 选择客户名称、 鹤位号、 物料、 业务方式。设置好的业务在业务列 表中列出， 分别显示业务的各种状态， 如排队业务、 正在装车、 装车结束。 装车结束后打印发 货单据 ；
业务修改 ： 业务未下载到定量装车控制仪中以前可以进行修改， 允许修改车号、 IC 卡号、 预定装车量、 鹤位号、 物料名称， 装车中以及装车结束的业务禁止修改。 如果装车中发 现业务设置错误时， 不能进行任何业务数据的修改， 只能结束此业务， 重新开单。已结束业 务均存盘备查， 任何人无权修改 ； 业务查询 ： 根据时间段、 组合查询条件进行业务查询。 如果某个发货单据需要再次 打印， 可以在这里完成打印 ；
业务统计 ： 根据时间段、 物料、 购货单位、 运输单位、 鹤位、 车号、 开票员、 结算员等 组合统计条件进行业务统计。
数据管理功能， 具体包括以下操作 ：
建立鹤位号， 物料、 车号省份简称、 客户名称、 运输方式、 用户名、 密码等一些装车 业务基础数据库 ；
对于无 ERP 的用户， 装车业务基础数据简化了输入方式， 节约时间， 大大减少出错 概率 ；
支持对业务数据库的加密， 提高装车记录管理的准确性、 安全性、 可靠性。
报表制作功能 ： 装车清单 ： 装车结束时， 自动生成并打印装车清单 ； 统计报表 ： 按 照客户、 物料、 班、 日、 月、 时间段等分类或组合的统计报表生成和打印。
本发明的分布式定量装车控制系统严格依据规范化设计原则、 可靠性设计原则、 经济性设计原则、 安全性设计原则、 先进性设计原则、 整体性设计原则， 成功地实现了装车 过程的程序控制、 定量控制、 高精度计量、 安全和严密的业务管理， 既取得很好的经济效益， 又提高了相关企业的可靠性。在有较多鹤位汽油装车的油库还设置油气回收装置， 这既确 保了安全， 又节约了能源， 保护了环境和人的健康。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上， 然其并非用以限定本发明， 任何本领域技 术人员， 在不脱离本发明的精神和范围内， 当可作些许的修改和完善， 因此本发明的保护范 围当以权利要求书所界定的为准。