ComputerApplicationsandSoftwareVol126No.7
Ju.l2009
贮油罐存量管理系统的研究与实现
牛丹丹 孙学华
12
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(南京工业大学计算机系 江苏南京210009)
(南京工业大学控制工程中心 江苏南京210009)
摘 要 对某大型化工企业的贮油罐进行自动参数测量、存量计算和信息管理系统的研究、设计和应用。在现有测量仪表系统的基础上,开发了贮罐参数自动测量方法及贮罐存量自动计算方法,实时获取贮罐相关信息,建立了贮罐存量信息管理系统,实现对贮
罐测量参数和存量信息的实时监视和查询。对设备的选型、数据通信与处理分别进行详细介绍,并给出立罐和球罐存量不同的计算方法。项目的完成,提高了贮罐计量的准确性和时效性,具有可观的经济效益和明显的社会效益。关键词 自动测量 自动计算 立式贮罐容量计算 球式贮罐容量计算
RESEARCHANDREALIZATIONOFTHESTORAGEMANAGEMENT
SYSTEMFOROILSTORAGETANKS
NiuDandan SunXuehua
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(DepartmentofComputerScience,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,Jiangsu,China)(ControllingEngineeringCenter,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,Jiangsu,China)
Abstract Thisarticleisabouttheresearch,designandapplicationofautomaticparametersmeasuring,storagecalculatingandinformation
managementsystemforoilstoragetanksinalarge-scalechemicalenterprise.Basedonexistingmeasuringinstrumentssystem,wedevelopedthemethodsofparametermeasurementandautomaticstoragecalculation,builtuptheinformationmanagementsystemforrea-ltimelycapturedinformationfromthestoragetanks,realizedrea-ltimeautomaticsupervisionandqueryofparametersmeasurementandstorageinformationofstoragetanks.Theselectionoftheequipmentsandthedatacommunicationandprocessingareintroducedindetai.lThedifferentmethodsofstoragecalculationforcylindricalstoragetankandsphericalstoragetankaregivenaswel.lWiththeaccomplishmentoftheproject,theaccu-racyandtimeefficiencyofthestoragecalculationofoilstoragetanksareraised,andthesignificanteconomicearningandsocialbenefitsareattained.Keywords Automaticmeasurement Automaticcalculation sphericalstoragetank
Storagecalculationofcylindricalstoragetank
Storagecalculationofthe
0 引 言
随着某大型化工企业生产经营规模的不断扩大,该企业贮运厂进出厂物料总量逐年大幅度增加,但是贮罐存量还停留在人工检测计量的水平上。由于人工计量检测时间长,劳动强度大,安全隐患多,检测手段落后,人为因素影响大,加上贮罐只有1个检测口,油品品质分层造成贮罐取样代表性差,油温分层造成温度测量值与罐内油品的实际平均温度偏差较大,人工计量过程的无法追溯,出现量差后须反复核查计量参数等,较大程度影响了贮罐计量的准确性和时效性。
鉴于以上情况,该企业要求对贮运厂两个贮罐(G1110A立罐、G505球罐),在现有测量仪表系统的基础上,新增必要的测量仪表,实时获取贮罐相关信息,开发贮罐参数测量方法及贮罐存量计算方法,建立贮罐存量信息管理系统,实现对贮罐测量参数和存量信息的实时监视和查询。
本文就两个贮罐的设备选型、数据通信与处理分别进行介绍,并给出立罐和球罐存量不同的计算方法。1 各贮罐设备选型安装及数据通信
通过公司网络,将采集到的液位、温度、水位高度和差压值存入贮运厂PHD数据库中。同时开发贮罐存量计算软件,从贮运厂PHD数据库中读取液位、温度、水位高度和差压值,开发贮罐存量计算模块计算贮罐存量,并将其存入PHD数据库中。
通过WEB的方式把这些数据发布到公司网上,可供用户查询实时数据、历史数据以及记录、分析等使用情况。
1.1 原油罐G1110A立罐
(1)设备选型与安装
由于原油罐G1110A没有自动测量仪表,项目中增加一台971SmartRadarLti智能雷达液位计,主要包括:
1)971SmartRadarLti智能雷达液位计;
收稿日期:2007-11-28。牛丹丹,硕士,主研领域:计算机应用,工业控制。
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2)VITO762温度选择器;3)VITO766平均温度、水位探头;4)977TSI罐边显示;
计算机应用与软件2009年
串口写和读功能块相互之间是独立的。定时功能块准备好读仪表指令后,给串口写功能块触发信号,串口写功能块则通过串口把指令发给被控仪表;被控仪表接收到指令后,根据指令返回不同的数据,这些数据被串口读功能块接收处理。在系统中,网络通信功能块和上层软件之间有独立的数据交换协议,数据的输出由UDP协议完成。
5)EJA压力变送器。
这套仪表包括精度为1mm的雷达液位计,带RS485通信接口、Modbus通信协议的罐旁指示仪,精度为0.1e的多点温度仪,精度为2mm水位探头,精度为0.1%差压变送器。雷达液位计、多点温度仪、水位探头和差压变送器安装在贮罐上,其信号接入罐旁指示仪。罐旁指示仪通过RS485总线接入控制系统)))西门子S7-400PLC。
(2)数据通信与处理
罐旁指示仪通过RS485总线接入西门子S7-400PLC控制系统,在控制系统的上位机开发数据通信软件,采集PLC中的液位、温度、水位高度和差压值。
2 立罐存量计算软件的开发
2.1 立罐计算方法概述
立式金属罐的罐体是一圆桶。它分为若干层,从下至上依次称为第一圈板、第二圈板、,,。
(1)立罐容积计算
若不考虑罐体变形,则每圈板的容量Vi为[1]:
Vi=
P2
dh4ii
(1)
1.2 丁二烯罐G505球罐
(1)概述
丁二烯罐G505现有科隆BM100雷达液位计和带通信接口的罐旁指示仪,原来的液位和温度数据是通过模拟量信号(4)20mA)将液位和温度信号传输到DCS中,该方案的缺点是数据的精度不高,每一个数据都需要一对信号线,这样导致施工难度大,材料消耗多。由于罐区中使用了大量科隆BM100雷达表,这些信号都将接入DCS,所以为了克服数据传输精度低、成本高的缺点,通过485通信接口、MODBUS通信协议的方法,利用一根总线带多个仪表的方式实现将罐旁指示仪数据接入DCS系统。
(2)数据通信与处理
通过剖析科隆BM100的通信协议,开发数据通信软件,采集液位、温度值等数据。在控制系统的上开发组态G505的液位、温度值。
通信软件的设计根据软件的功能主要分为四个部分:
#数据采集指令的准备;#数据采集指令的发送;
#被控仪表反馈(采集)数据的接收;#反馈数据的UDP协议上传。
针对这4个功能,通信软件分别采用4个功能块来实现:定时功能块,串口写功能块,串口读功能块和网络通信功能块。
定时功能块:主要完成各种指令的组合,并把组合好的指令存放到指定指令存储区;
串口写功能块:发送指令存储区的指令;
串口读功能块:获得被控仪器的当前状态;
网络通信功能块:主要通过以太网与DCS通信,把当前的数据通过网络传送到DCS。
图1所示为通信软件的总体框架图。
式中:di为第i圈板的内径;hi为第i圈板的内高。
罐的总容量为[1]:
V=
n
EV
i=1
i
(2)
式中:i=1,2,,,n,是圈板的序号。
由此可知,测量出各圈板的内高和内径,即可从计量基准点算起,从下至上求出罐的部分容量,从而得出液位高度和它所对应的容量间的函数关系。
(2)承压立罐体积的修正
若考虑到罐底不平度和罐内附件体积的修正值以及液体静压力硬气的罐壁弹性变形的修正值,则每一圈板的容量Vi为[1]:
Vi=
P2
dh+$V压+$V件+$V排+$V斜4ii
(3)
式中:$V压为液体静压力修正值;$V件为罐内附件之体积,当它的体积使罐的有效容量增加时,$V件为正值;反之,为负值;$V排为罐体不平度的修正值;$V斜为罐倾斜的修正值。
液体静压力修正值的计算公式[1]:
$V压=KH2
式中:K=
PgQR3
@10-6;ED
(4)
Q为罐内所装液体的年平均密度(g/cm3);R为罐的基本半径(cm);
E为罐材的弹性模量,E=2.1@107(N/cm2);D为罐壁的平均厚度(cm);H为罐内液位高度(cm);g为重力加速度。(3)立罐所需数据1)各层内高floatH[I];2)各层径向差floatA[I];3)各层板厚floatB[I];4)每层附件修正值floatC[I];5)基圆内径D;
图1 通信软件总体框架图6)液位实际高度G;
第7期
7)水位实际高度W。
牛丹丹等:贮油罐存量管理系统的研究与实现 167
式中:V为20bC时空罐容积(L);$V为承压球罐容积增大值。
计算球罐部分容积VH
Hn
dV2
[2]
各层内高floatH[I],各层径向差floatA[I],各层板厚floatB[I],每层附件修正值floatC[I],基圆内径D这些基本数据,已经由检测局严格按照检定方法检测出;液位实际高度G和水位实际高度W由控制系统的上位机的数据管理软件存入贮运厂PHD数据库中,可以进行实时查询提取。
(4)立罐程序流程图(如图2所示)
:
(9)
VH=Vp@k
式中:k=
@
3-
2Hn
;Vp为球罐总容积(L);Hn为部dV
分容积的计算高度(mm);dV为空罐竖向内直径(mm)。
(3)球罐所需数据1)赤道内直径floatDH;2)竖向内直径floatDV;3)赤道板的罐壁厚度floatB;4)检定时的罐内压力floatPJ;5)球罐平均使用工作压力P;6)液位实际高度H。
赤道内直径floatDH、竖向内直径floatDV、赤道板的罐壁厚度floatB和检定时的罐内压力floatPJ,这些基本数据已经由检测局严格按照检定方法检测出;液位实际高度H和球罐平均使用工作压力P由控制系统的上位机的数据管理软件存入贮运厂PHD数据库中,可以进行实时查询提取。
3.2 球罐程序流程图(如图3所示)
图2 立罐程序流程图
3 球罐存量计算软件的开发
3.1 球罐计算方法概述
(1)承压球罐内直径的修正
当检定使用中的球罐时,罐内具有一定压力,计算容积时,应从测得内直径中减去压力作用产生的直径增大值$d,以便计算到20e时空罐状态下的实际数值,直径增大值$d计算公式为[2]:
$d=
dp2@pj
@8.5@10-13(mm)e
(5)
图3 球罐程序流程图
4 项目实现的意义
本项目完成,将构建一个自动化的混合测量系统,解决贮罐参数自动测量、贮罐存量的自动测量和计算问题,这将给该大型化工企业带来可观的经济效益和明显的社会效益。
由于该贮运厂目前仍有大量控制级科隆雷达液位计在使用,淘汰这些仪表会造成很大浪费,这套系统的成功,将为某大型化工企业贮运厂在现有同类仪表上建立自动计量系统探索一
式中:dp为承压状态下测得的平均内直径(mm);pj为检定时的罐内压力(pa);e为赤道板的罐壁厚度(mm)。
(2)球罐容积计算
计算20e空罐状态下的容积V
V=
[2]
:
(6)
P2
d@dV@10-6(L)6H
套可行方案。
式中:dH为空罐赤道内直径(mm);dV为空罐竖向内直径(mm)。
计算承压球罐溶剂增大值$V
$V=V@
[2]
参 考 文 献
[1]立式金属罐容量试行检定规程.JJG168-8[S].南京:南京计量研
究所.
[2]球型金属罐容量试行检定规程.JJG642-90[S].南京:南京计量研
究所.
[3]西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子
WinCCV6[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.
[4]西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子S7-
:
(7)
D@p
@2.5@10-12(L)e
式中:V为20e时空罐容积(L);D为空罐平均内直径(mm);p为球罐平均使用工作压力;e为赤道板的罐壁厚度(mm)。
计算承压球罐总容积
[2]
:
(8)
Vp=V+$V
300PLC[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.
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