灌装设备是输油行业对内交接、灌装机械对外销售的关键工作，直接关系到输油企业的经济效益与信誉。近年来，PLC称重技术飞速发展，已广泛应用于各行业控制领域，并且增加了一些专用功能，如常规比例积分微分控制、模糊控制、伺服控制、高速计数器功能等。为此利用“自动灌装机+工业微机”(即“PLC+IPC”)结构进行原油自动计量的控制，并在鲁宁输油管线某泵站应用成功，在计量精度、可靠性等方面较目前油品输送、销售行业采用的人工计量方法有很大提高，液体灌装机取得了良好的效果。

1自动灌装机实现的功能

防爆灌装机根据现场的实际情况和设计要求，除了能够平稳运行和精确计量之外，还需实现如下功能：

1)对现场工况参数(总计23个模拟量、3个脉冲量、3个开关量输入、3个开关量输出)的实时采集与显示；当某些关键参数发生越限时，发出声光报警，防止事故发生；

2)在现场称重模块间和远程调度室之间建立网络，实现对现场数据的远程实时监视；

3)实现参数的实时、历史趋势记录及报警记录，能查询一个月内任一历史时刻的数据；

4)实现现场参数的日报表(每天一次)、班报表(每8小时一次)的自动打印和随机打印；

5)自动计量每日、每班的混油量和纯油量；人工输入视密度后自动计算出油品的标准密度；

6)结合现场的标准体积管对3台称重模块进行在线标定，并对称重模块的读数误差进行在线修正。

2结构与工作原理

2.1.1称量灌装机的组成

整套称重灌装机由现场一、二次仪表、灌装机械、灌装生产线、控制室一PLC，两台IPC(各配置网卡)、一台打印机、两台集线器等组成。

2.1.2硬件配置

灌装生产线由计量灌装机、旋盖机、封口机、喷码机组成，整个生产线由传送带贯穿始终，负责容器的运送。灌装机是这条生产线的主要设备，其性能对于整个生产线的功能及效率起到决定性的作用。为了提高灌装机的性能，设计了由基于DSP的伺服控制计量、步进控制、可编程控制器（PLC）、人机界面、传送带变频调速、增压气动部分及光电传感器等组成的机、气、电一体化自动控制。

采用可编程逻辑控制器（PLC）S7-300和DSP作为其控制主体。在硬件连接上，PLC作为控制自动灌装机中的下位机，与各种底层设备直接联系。PLC灌装系统与上位机通讯、获取产品资料和生产参数，以及依据生产线中各种传感器，控制灌装头的动作逻辑，控制灌装传送带的速度，驱动步进电机控制灌装头的填充，实现二维精确定位及灌装进口挡板的精确定位；DSP依据PLC液体灌装装置给岀的灌装容积，完成伺服驱动及灌装容量的补偿，驱动增压液压缸动作，实现灌装容量的调整，同时通过补偿算法计算出的补偿容积信息，加入到灌装容量的调整中。在可编程逻辑控制器的软件方面，按照生产线的工作流程，利用其专门的程序编制软件，使用梯形图形式编制了生产线控制程序，并写入可编程逻辑控制器内部，实现了生产线总体的控制逻辑和生产功能；在DSP的软件方面，编制了容量计算及伺服自动灌装装置控制程序；网络控制部分包括一台计算机（上位机）和下位机（PLC），其中计算机作为控制灌装机械的上层，实现全厂多台灌装机械的控制和管理，专门面向管理人员，主要用于灌装容器的改变以及生成、打印和管理生产线的各种报表，显示生产线的运行状态，一旦出现故障，向管理员及时报告，必要时管理人员可通过该服务器远程强行停止和启动生产线的运行。

2.1.3控制室部分

1)工业微机IPC：选用目前国内应用较多的研华IPC610型工业微机，以保证灌装机械的高可靠性。整个自动填充机共有两台IPC，一台放在现场值班室，另一台放在远端调度室，两台IPC各配有一块网卡，线路中间连接两台D2Link集线器以保证数据通讯的质量。

2)PLC：选择Schneider公司的MicroTSX3722型PLC作为计量灌装机的控制核心，其特点是体积小、功能强、可扩展性好，有多种专用功能模块可满足不同特殊场合的需要，具有较高的性能/价格比。以下为其具体配置。

a)主机：MicroTSX3722(内置电源、CPU)；

b)模拟量输入(AI)模块：选用TSXAEZ802，它有8个高电平模拟输入端，可输入0～20，4～20mA等标准信号，12位模/数转换精度，具有输入超调监控功能和测量滤波抗干扰功能；为便于今后的扩展，本自动灌装机采用4块TSXAEZ802采集现场23个模拟量；

c)开关量输入/输出(DI/DO)模块：选用TSXDMZ28DR，它有单端隔离的16路24VDC输入和12路继电器输出，内部提供过载和短路保护；采用1块TSXDMZ28DR采集现场标准体积管的6个开关量(3个开关量输入；3个开关量输出)，从而控制体积管的启停，对称重模块进行标定；

d)高速计数(HSC)模块：选用TSXCTZ2A，有两个计数通道，可同时计数最大频率为40kHz的两路脉冲。本自动灌装机利用两块TSXCTZ2A模块对3台称重模块脉冲发信器的脉冲数计数，通过程序计算出原油流量(包括瞬时量、累积量)；

e)通讯(CMM)模块：选用TSXSCP114模块(配套TSXCM4030通讯电缆)结合研华ADAM8520型232/485转换器，实现PLC灌装装置与IPC之间数据的双向传输与交换，通讯协议为MODBUS。

2.1.4现场部分

现场部分主要为一、二次仪表，包括压力表、温度计、一体化压力变送器、温度变送器、称重模块及用于标定称重模块的标准体积管等。其中一次仪表均为通用仪表；根据现场情况，二次仪表选用隔爆型标准DDZ2Ⅲ型仪表，压力变送器、温度变送器选用开封仪表厂产品，流量仪表采用日本OVAL公司产的UF2Ⅱ型转子称重模块，流量转换和变送部分为OVAL公司产的PG30EP型脉冲发信器。

2.1.5自软件配置

自动灌装机应用软件主要包括灌装平台软件、PLC软件。

编程软件和IPC组态软件。

1)灌装系统平台软件：以WINDOWSNT410作为平台，设置了口令和操作员指令，屏蔽了软件的某些功能来限制的操作，以防止非法用户进入；

2)PLC编程软件：采用Schneider公司的TLXLPL7MP10E，是一个基于WINDOWS环境的编程软件套件，支持梯形图(LD)、指令语句表(IL)、顺序功能图(SFC)等多种语言模式，具有在线编程、诊断和在线仿真调试等功能，可支持MODBUS，MODBUSPLUS，JBUS，UNITELWAY等通讯协议或通讯总线。

3)IPC组态软件：选用目前国内较优秀的工控软件KingView5.1，该软件可运行于Win95/98/NT平台，全中文菜单，组态方便，报警功能方式多样，具有采样速度快、功能强、可靠性高等特点；实时、历史趋势曲线制作简单，能够和其他应用软件如VisualBasic，VisualFoxpro，EXCEL等实现无缝链接，灵活、方便地实现数据调用和报表打印。

2.1.6工作原理

称重灌装机为了精确控制灌装容积，该定量灌装机中采用位置伺服控制灌装来精确控制活塞缸的行程，也就达到精确控制灌装容积的目的。灌装液体的温度、黏度变化导致的体积变化引起质量波动，之间是一种非线性的关系，DSP采集液体黏度、温度、压力，通过一定的补偿算法，实现活塞缸的行程补偿，DSP接收PLC称重灌装机发出的位置指令信号，把PLC给定位置与补偿位置相叠加，作为位置的总给定，位置信号经位置环的复合前馈控制器调节后，形成速度指令信号，速度指令信号与速度反馈信号比较后的偏差信号经速度环比例积分控制器调节后产生电流指令信号，在电流环中经矢量变换后，由SPWM输岀转矩电流，控制交流伺服电机的运行。位置控制精度由旋转编码器每转产生的脉冲数控制。

1)PLC通过模拟量输入模块读取现场数据(标准4～20mA信号)，按仪表量程的不同，经程序运算转换为标准的工程量单位；通过高速计数模块读取称重模块的脉冲信号，由主程序分别调用原油瞬时量、累积量计量子程序，按照脉冲/流量比计算出原油的瞬时量和累积量；通过开关量输入、输出模块读取体积管位置开关状态、控制体积管的启、停来实现称重模块的标定；

2)现场IPC利用通讯模块从PLC称重灌装机中读取数据，将其记录到本机的历史数据库中，应用程序读取并显示现场数据及流量的瞬时值和累积值；同时PLC称重灌装机也通过通讯模块读取和执行现场IPC的操作指令；

3)在每台IPC中各配置一块网卡，在两台IPC

之间采用抗干扰能力较强的五类屏蔽双绞线建立网络联接。为保证信号传输质量，在线路中间加入两台集线器，远程IPC通过该网络读取现场IPC的数据。

3软件设计

3.1.1软件结构

为方便值班人员的操作，编制了流程画面、标定画面、读数误差修正画面、参数显示及超限报警画面、自动计量画面以及各参数的实时、历史曲线画面，可自动对各个数据进行记录、监视和报警。不同画面之间切换有鼠标和快捷键两种方式，操作灵活、方便。

PLC应用程序包括主程序、参数采集子程序、参数超限报警子程序、自动计量子程序、误差修正子程序、在线标定子程序等。

3.1.2参数报警的实现

当现场参数超出规定值时(如进出泵温度/压力超高/超低、进出站压力过高/过低等)，PLC调用报警子程序，执行报警的后续程序，如启、停泵等，现场IPC显示画面中的超限参数颜色发生变化并闪烁，蜂鸣器发出声响。

每一次报警发生后，都需要现场值班人员进行报警确认，并在确认时键入自己的姓名和工号。现场的IPC将每一次的报警及确认资料存入历史数据库，以备查考。

3.1.3自动计量的实现

只要现场计量模块处于运行状态，PLC就一直调用原油计量子程序，利用高速计数模块读取称重模块脉冲发讯器的脉冲数，并按脉冲/流量比转换为原油流量值，连续计算出实时的累积或瞬时流量值。

同时，现场的IPC利用DDE(动态数据交换)读取储存在硬盘内的原油标准密度表库、原油体积修正系数表库，根据原油的实时温度和压力，确定合适的修正系数，自动计算出原油的标准密度、标准体积、标准流量以及每日、每班的混油量、纯油量和含水量，并打印出数据报表。

计量工序的具体内容大致为：

（1）将材料划分为若干规定的数量，确保形成便于运输或销售的单位量；

（2）对被物料按规定的误差要求，在生产线上直接进行计算（包括度、量、衡）；

（3）对已完成的产品进行鉴别计算，用于产品计算精度控制或产品的分类及选别。

3.1.4称重模块的标定

每台称量模块在运行一定时间之后，都需要对其进行标定以保证其精度，标定装置一般为标准体积管。利用PLC控制现场体积管的启停、读取体积管位置检测开关的状态信号，从而获得在标准段的称重模块的读数值，并将其转换为标准条件下的流量值后，再与体积管流量的标准值进行对照。如满足精度要求，则称重模块重新投入应用；如不满足要求，则自动对称重模块进行修正，达到精度要求后再投入运行。至此，一个标定过程即完成。

4结语

整套称量灌装机械经安装、调试后，至今已稳定运行一年多时间，累计输送原油近500kt。自动化程度高，各项性能指标完全达到设计要求。PLC的高速计数器模块与称重模块的脉冲发讯器相配合，具有较高的计量精度，可靠性大为提高，避免了交接单位之间由于人为计量误差引起的争议与纠纷；灌装机显示画面丰富、直观，操作界面简洁、友好，使用方便。降低了值班人员的工作量，工作效率得到很大提高，取得了良好的经济效益。