基于数字地磅多路自动装车的设计
液化石油气出厂的装车安全与准确称重非常重要。文章基于数字地磅称 重技术，通过可编程控制器、数据采集卡、电脑软件系统等与装车设备配套，实现对八路液 化石油气槽罐车自动装车、称重和安全监控，具有一定的参考应用价值。
LPG[1] (Liquefied Petroleum Gas 的缩写，即液
化石油气）是炼油厂在进行原油催化裂解与热裂 解时所得到的副产品，在常温常压下是气体，在 一定的压力下或冷冻到一定温度可以液化为液体， 具有易燃易爆性、气化性、受热膨胀性、滞留性、 带电性、腐蚀性及窒息性等特点。LPG做为一种新 型的清洁能源，已经应用越来越广泛，出厂的装车 安全与准确称重越来越重要。由于没有计量控制手 段，操作人员必须站在罐车口处监控液位，LPG直 接影响职工的身心健康，如稍不注意，就会发生 跑、冒车事故，给安全生产带来极大危险。为了提 高LPG出厂的称重准确度，避免企业和用户之间 发生称重纠纷，实现公平交易，并提高LPG储运 自动化水平，保障安全生产，我们设计了 LPG集 多路自动装车、称重和安全监控功能的综合系统。
1. LPG自动装车的功能需求
1.1提供自动、半自动和手动三种控制流程 自动时，所有参数设置都由主计算机管理， 主计算机随时传递装车信息给可编程控制器，实现装车作业的自动管理，可编程控制器的就地操 作除启动和急停外均被禁止，启动装车操作也只 有在主计算机下达了允许启动装车命令后才有效； 半自动时，灌装的目标量通过称重仪表设置， 由称重仪表随时传递装车信息给可编程控制器， 实现装车作业的半自动管理。
手动时，称重仪表只显示称重数据，由人工 启动或停止装车信息给可编程控制器，实现装车 作业的手动管理。
1.2对八台数字式汽车衡完成称重数据采集 槽罐车引导至地磅台面上后，系统采集槽 罐车皮重数据，然后发给汽车衡称重仪表除皮指 令，让称重仪表除皮，显示清零。开始灌装后， 系统动态采集称重数据，并在LED大屏幕显示器 上显示LPG充装目标量、槽罐车皮重和现已装车 量等信息。
1.3 实现八路定量设置与控制 可预先设定槽罐车要灌装的目标量，当到达 目标量95%时，可编程控制器发出控制信号，将快装气动阀切换为慢装气动阀，当到达目标量时， PLC发出控制信号关闭充装阀，实现定量控制。
1.4具备现场安全监控功能
一是装车现场可燃气体浓度检测及超限报警， 鹤位管道压力、温度检测及超限报警；二是汽车 衡称重数据与质量流量计测量数据比较，两比较 数据超差报警；三是装车的液位超过允许高度时， 装在鹤管上部的液位开关动作，送出停止装车信 号，实现防溢联锁；四是通过专用的防静电接地 夹，使槽罐车接地，并检测槽罐车的接地电阻， 如检测到接地电阻大于100Q时，不响应启动装 车操作，或立即暂停装车，实现接地联锁；五是 人工安检确认联锁控制；六是摄像头槽罐车车号 拍照和现场监视。
1.5具备通信功能
称重仪表、可编程控制器有RS-485通信接 口，通过该通信口可将现场装车情况传送至控制 室内的主计算机，也可以由主计算机向各称重仪 表、可编程控制器设置参数，发布作业命令。主 计算机应用丰富的动态软件功能，还可以完成预 装车，装车过程、装车后结算全过程的监控，同 时具有报表、存档功能。
2.系统组成
系统组成如图1所示，主要分主控室和充装 现场两个部分，由LPG输送回路、重量数据采集 模块、 可编程控制器模块、 安全监控模块、 主计 算机和软化系统等组成。LPG输送回路由球罐、 截止阀、质量流量计、气动球阀、LPG管道、控制阀箱（8个）等组成，控制阀箱包括快装气动 阀、慢装气动阀、鹤管、快速连接头、液位检测 开关、压力传感器、铂电阻温度计，快、慢装气 动阀由阀执行机构进行开关控制，液位检测开关 由可编程控制器读取开关信号，压力传感器、铂 电阻温度计通过安监仪表显示检测数据。重量数 据采集模块由称重仪表（8块)、数据采集卡、I/O 光电接口转换板（8块、安全栅（8个）、隔爆型 数字传感器秤台（8个）、隔爆型集线盒（8个)、 隔爆型LED大屏幕显示器（8块、质量流量计显 示仪表和连接电缆等组成。可编程控制器模块由可编程控制器、阀执行机构、输入安全检测信号 (5路）、输出称重仪表除皮信号（8路）等。安全 监控模块由安监仪表、安监点（8个)、摄像头 (16只）和摄像监视车牌识别系统等组成。安监仪 表包括可燃气体报警器（8台)、数显压力仪（8 台)、数显温度计（8台)、接地电阻检测仪（8 只）等，安监点包括现场紧急关停按钮、暂停按 钮、手动充装按钮等。
3.系统设计
LPG充装现场属于0级气体爆炸危险场所。 系统设计时，对在该场所使用的电气设备必须严格按照《中华人民共和国爆炸危险场所电气安全 规程>〉中防爆电气设备通用技术要求进行选型[2]。
3.1数字地磅称重技术
3.1.1工作原理
数字地磅具有计量准确度高、数字化传输距 离远、安全防爆、抗干扰性强、保密性好、可靠 性高的特点，其工作原理是将重物加载在秤台上， 再传递给数字式称重传感器，引起称重传感器弹 性体变形，粘贴在弹性体上的电阻应变计产生形 变，它的阻值也将发生变化，再经相应的测量电 路、A/D转换电路，将这一变化转换成数字信 号，集线盒将多路称重传感器输出的数字信号并 联连接，经过数字安全栅隔爆后，由连接电缆将 数字信号送至控制室的称重仪表，称重仪表按称 重传感器编址顺序依次读取各称重传感器重量数 字信号，然后对数据进行分析计算，将真实重量 结果显示在仪表、大屏幕显示器上，同时将数据 以串行方式经RS-485接口送数据采集卡，通过数 据采集卡与计算机通迅进行数据管理。
3.1.2主要部件
选用某公司生产的ibllBT4等级防爆部件，称 重传感器选用CMOS Power Cell系列复合型防爆数 传，每台衡器配8只，单只最大秤量22.5t，准确 度等约C3级，最大信号传输距离275m；集线盒 选用AJB系列本质安全型数字集线盒，密封性好， 最大数传并联路数12；安全栅选用双路数字安全 栅，能将称重传感器的激励电压和输出信号的能 量限制在相应防爆等级的最小点燃能量安全范围 之内；称重仪表选用JAGUAR面板式显示仪表， 安装在控制柜面板上，它们具有准确度高，响应 速度快，操作符号直观，接口丰富，扩充升级灵 活，安装方便，稳定可靠等特点，仪表预留有四 个无源标准插槽，配置有双向串行口（RS-232、 RS-422/485、并行口 （四个输入点、四个输出 点)、标准PC键盘接口和ARCnet网络等接口 ； I/O板选用专用光电接口板，实现称重仪表与大屏 幕显示屏、计算机、可编程控制器等之间的通信。
3.1.3称重仪表的网络连接，如图2所示。
ARCnet是一种工业标准网络技术，使所有网 络中的JAGUAR称重仪表能共早显示器、键盘和 串行口，能与计算机、文件服务器进行数据交换。 每台JAGUAR称重仪表的地址可以用控制板上的跨接器设定，不能重复相同地址。
3.1.4称重仪表的输入输出接口
JAGUAR称重仪表共有四个输入点、四个输 出点，与TTL电平兼容，可以接收5V-30VDC电 压或输出最大35mA电流信号。输入口信号为: IN1-CLEAR (清除）、IN2-TARE (除皮）、IN3- PRINT (打印）、IN4-ZERO (置零)；输出口为重 量预置点设定值输出信号，可以控制4个预置点的 称入和称出过程。
数据采集
本系统数据采集来源：一是8台数字地磅称重数据，是与客户进行贸易结算的依据，也是 实行定量阀门控制的参数；二是质量流量计累计 量，它与数字地磅称重数据比较，动态监视称 重数据的准确性，防止数字地磅发生故障时出 现计量失准；三是安监仪表的可燃气体检测浓度、 鹤管内的压力值、温度值和槽罐车接地电阻值; 四是槽罐车车号CCD摄像头拍照和现场监视图像 数据。数据采集使用PCU745多功能高速数据采 集卡和DH-CG300图像与数据采集卡，安装在工 控机箱内PCI槽。PCU745多功能高速数据采集 卡支持RS-422、RS-485通讯协议，它带有光电 隔离功能，能防止500VDC的电压冲击，对于一 般的电磁干扰可完全屏蔽，以管理某公司生产的 JAGUAR称重仪表、某9739型质量流量计和安监 仪表的数据采集，采用RS-485双工通讯方式，地 址口通过仪表设置；DH-CG300图像与数据采集 卡是彩色视频/音频采集卡，具有使用灵活、集成 度高、功耗低及PCI图像卡的特点，图像采集传 输基本不占用CPU时间，并可将图像直接传送到 计算机内存或显存，三路复合视频和一路Y/C输 入，支持单场、单帧、连续场、连续帧的采集方 式、支持单机多卡，以管理车号拍照、监视图象 数据的采集，由软件自动切换不同监控点。数据 采集设计方框图，如图3所示。
3.3阀门控制
如图4所示，可编程控制器接收主计算机、称重仪表或安监仪表的指令信息后，运行检测、 判断程序，驱动阀执行机构打开或关闭相应的气 动控制阀或给称重仪表发除皮指令信息。可编程 控制器选用SIMATIC S7-300系列，它具有高速的 指令处理、浮点数运算、人机界面（HMD、诊断、口令保护等功能。阀执行机构由固态继电器电路 板、电磁阀和压缩空气回路组成。
4.结束语
本系统经过某炼油厂液化气站一年多的成功 运行使用，系统稳定性好，故障率低，LPG出厂 的称重准确度有了较大提高，安全生产得到了可 靠保障，具有较好的实际价值和使用性。
