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【摘要】当前大罐油品加温普遍采用人工手动方法，通过蒸汽阀门调节来确保罐内油品的温度，本文通过对采集大罐平均温度器传感器、蒸汽压力传感器等，采用PID控制技术，研发出一套自动加温装置（专利号：201220091970.3），并开发相关软件系统，提出大罐自动加温方法。
【关键词】油罐 数据采集 自动加温 PID控制
目前，国内的石油储运行业竞争日益加剧，特别是高凝点高要求的油品在运输上的要求比较高，要保证油品储运温度和保温油品的品质，需要依靠锅炉热量供应系统来进行油罐的保温。因此如何做好油品保温，减少一次能源的消耗是节能减排的关键技术。
通常企业是根据油品特性来有选择性的进行加热，比如一种油品的凝点在30度，而加热温度要保证高于等于油品凝点10度以上，但不能高出太多，否者会引起油品变质等问题出现。操作工开启加热等到加热到40多度时，为了节省蒸汽损耗，防止因温度过高引起油品变质，要及时停止蒸汽加热。而当温度低于40度时，操作工又要开启蒸汽加热阀门，操作如此反复的进行。蒸汽损失大且浪费，不能合理使用能源，使得生产成本高，不能达到节能减排的目的。
油罐储存和传输过程中需要对油温进行加热，以避免因原油凝固而不能传送到油罐中，由于油罐及管线的分布位置相对较远，因此需要对每个单独的油罐进行加温控制。本文提出了一套以蒸汽加热为主、PID为主要控制器的加热系统、可编程逻辑控制器、电动调节阀和大型油罐温度传感器相联接的系统方式，不仅能够有效控制油品温度，减少人工劳动强度，所具有的自动控制功能，能保证油品温度合理性，解决高凝点、高粘度原油及燃料油储运全天候供热问题，达到节能和减少环境污染的目的，具有很大的应用潜力。
1 油罐自动加热传置结构
蒸汽从主管线开始进入每个罐的蒸汽阀门，从而实现对油罐进行加温，本文提供二种加温方式：
（1）手工开启蒸汽阀门直接对油罐进行加热。
（2）关闭蒸汽阀门，通过电动调节阀和旁通阀，使用压力变送器的数据，通过PID可编程逻辑控制器、电动调节阀来控制蒸汽的用量。系统总体设计结构如图1所示。
2 工作过程
工作过程为温度采集卡实时对各路温度信号进行实时采集，采集到的信号通过标准的MODBUS RTU输出，使用标准的RS232接口接入工控电脑，MCGS组态软件接入油罐的正确的温度信号，同时将采集到的温度上传到SQL Server Management Studio中，通过基于JAVA开发的WEB网页上调用油罐温度，使温度预设值和油罐实际温度进行对比，然后由PID微处理器根据相应的条件对执行机构做出相应的判断，也可以通过组态软件对
系统的工作起始时间，温差值等各个参数进行设置，智能化控制装置提高了蒸汽能源的效率及系统性能，从而解決了原油储存的加热全天候问题。
3 系统总体设计
油罐自动加温由温度采集卡、PID控制器、执行机构等组成。工作过程为温度采集卡实时对各路温度信号进行循环采集，本文使用Honeywell-enraf公司的平均温度计，通过自行开发的智能通讯器（专利号：201220161815.4）对平均温度计的信号进行采集，并输出标准MODBUS EIA-232（RS），工控电脑通过RS232接口使用MCGS组态软件读取，再通过模拟开关选择相应的传输通道，通过AIN0输入口把数据发送到PID处理器进行A/D转换，然后由PID微处理器根据相应的条件对执行机构做出相应的判断，同时将采集到的温度值实时显示WEB界面上。系统总体设计结构如图2所示。
4 系统的硬件电路设计
油罐自动加温控制器主要完成显示、存储、控制以及通信等功能。考虑到本系统对微控制器的要求较高，特别是处理器的运算速度要求较高，在处理过程中需要较多的存储空间及外扩接口，而传统的单片机已不能满足要求，因此本设计采用嵌入式工控器作为微控制器。硬件设计包括：PID的最小系统、温度采集卡电路、触摸屏电路等模块电路的设计。系统控制器的原理框图如图3所示。
5 温度采集卡的设计
自行设计的温度采集卡实现了多路信号的采集、预处理及传送功能。系统的温度采集卡为4-20mA信号。其中采集4-20mA信号使用的是泓格公司的7017 模拟量输入模块，该模块为16/12bit 分辨率，8 路差动输入，测量类型有mV、V、mA 三种，也就是此模块所测量的单位在电压上可以是毫伏特、伏特，而在电流上是毫安。在采集现场温度计输入的电压信号时，模块充许的电压范围在10V，温漂系数为2.5 ppm/℃，有效地减少了由于环境温度变化而引起的测量误差，以获得最佳的测量精度。
在采集测量电流信号时，模块充许的电流范围是200mA；这是一般最常见的TTL 标准中的规格。模块取样频率（Sampling Rate）为每秒10 个读数，带宽（Bandwidth）是4Hz。模块使用非常方便，全部设置都在厂家提供的驱动软件中设置，模块初始化，只需将模块接线端子中*INIT 端子和GND 接地端子连接在一起，模块内的设置就可以回到默认值。在现场使用的传感器信号类型一般为模拟的电流信号形式居多，因为电压信号输出的传感器，容易造成电压信号衰减效应以及杂散电容效应，如此以来，将得不到正确的结果。
串口通讯信号可由计算机的COM 口直接采集，由I-7188 单片机模块采集，根据传感器或装置的通讯协议，在I-7188 单片机模块编写部分控制程序。
6 软件设计
本设计选择采用JAVA开发工具，应用程序采用DELPHI编程接口，用基于对话框的模型来开发，MCGS组态软件将大罐的温度、压力值保存在SQL关系数据库内，并进行实时循环，由JAVA语言读出SQL关系数据库内的数据，操作人员只要将油品的凝点输入JAVA界面，通过条件语句判断是否执行子程序，从而实现人机交互式控制与显示。系统控制程序流程如图4所示。
【关键词】油罐 数据采集 自动加温 PID控制
目前，国内的石油储运行业竞争日益加剧，特别是高凝点高要求的油品在运输上的要求比较高，要保证油品储运温度和保温油品的品质，需要依靠锅炉热量供应系统来进行油罐的保温。因此如何做好油品保温，减少一次能源的消耗是节能减排的关键技术。
通常企业是根据油品特性来有选择性的进行加热，比如一种油品的凝点在30度，而加热温度要保证高于等于油品凝点10度以上，但不能高出太多，否者会引起油品变质等问题出现。操作工开启加热等到加热到40多度时，为了节省蒸汽损耗，防止因温度过高引起油品变质，要及时停止蒸汽加热。而当温度低于40度时，操作工又要开启蒸汽加热阀门，操作如此反复的进行。蒸汽损失大且浪费，不能合理使用能源，使得生产成本高，不能达到节能减排的目的。
油罐储存和传输过程中需要对油温进行加热，以避免因原油凝固而不能传送到油罐中，由于油罐及管线的分布位置相对较远，因此需要对每个单独的油罐进行加温控制。本文提出了一套以蒸汽加热为主、PID为主要控制器的加热系统、可编程逻辑控制器、电动调节阀和大型油罐温度传感器相联接的系统方式，不仅能够有效控制油品温度，减少人工劳动强度，所具有的自动控制功能，能保证油品温度合理性，解决高凝点、高粘度原油及燃料油储运全天候供热问题，达到节能和减少环境污染的目的，具有很大的应用潜力。
1 油罐自动加热传置结构
蒸汽从主管线开始进入每个罐的蒸汽阀门，从而实现对油罐进行加温，本文提供二种加温方式：
（1）手工开启蒸汽阀门直接对油罐进行加热。
（2）关闭蒸汽阀门，通过电动调节阀和旁通阀，使用压力变送器的数据，通过PID可编程逻辑控制器、电动调节阀来控制蒸汽的用量。系统总体设计结构如图1所示。
2 工作过程
工作过程为温度采集卡实时对各路温度信号进行实时采集，采集到的信号通过标准的MODBUS RTU输出，使用标准的RS232接口接入工控电脑，MCGS组态软件接入油罐的正确的温度信号，同时将采集到的温度上传到SQL Server Management Studio中，通过基于JAVA开发的WEB网页上调用油罐温度，使温度预设值和油罐实际温度进行对比，然后由PID微处理器根据相应的条件对执行机构做出相应的判断，也可以通过组态软件对
系统的工作起始时间，温差值等各个参数进行设置，智能化控制装置提高了蒸汽能源的效率及系统性能，从而解決了原油储存的加热全天候问题。
3 系统总体设计
油罐自动加温由温度采集卡、PID控制器、执行机构等组成。工作过程为温度采集卡实时对各路温度信号进行循环采集，本文使用Honeywell-enraf公司的平均温度计，通过自行开发的智能通讯器（专利号：201220161815.4）对平均温度计的信号进行采集，并输出标准MODBUS EIA-232（RS），工控电脑通过RS232接口使用MCGS组态软件读取，再通过模拟开关选择相应的传输通道，通过AIN0输入口把数据发送到PID处理器进行A/D转换，然后由PID微处理器根据相应的条件对执行机构做出相应的判断，同时将采集到的温度值实时显示WEB界面上。系统总体设计结构如图2所示。
4 系统的硬件电路设计
油罐自动加温控制器主要完成显示、存储、控制以及通信等功能。考虑到本系统对微控制器的要求较高，特别是处理器的运算速度要求较高，在处理过程中需要较多的存储空间及外扩接口，而传统的单片机已不能满足要求，因此本设计采用嵌入式工控器作为微控制器。硬件设计包括：PID的最小系统、温度采集卡电路、触摸屏电路等模块电路的设计。系统控制器的原理框图如图3所示。
5 温度采集卡的设计
自行设计的温度采集卡实现了多路信号的采集、预处理及传送功能。系统的温度采集卡为4-20mA信号。其中采集4-20mA信号使用的是泓格公司的7017 模拟量输入模块，该模块为16/12bit 分辨率，8 路差动输入，测量类型有mV、V、mA 三种，也就是此模块所测量的单位在电压上可以是毫伏特、伏特，而在电流上是毫安。在采集现场温度计输入的电压信号时，模块充许的电压范围在10V，温漂系数为2.5 ppm/℃，有效地减少了由于环境温度变化而引起的测量误差，以获得最佳的测量精度。
在采集测量电流信号时，模块充许的电流范围是200mA；这是一般最常见的TTL 标准中的规格。模块取样频率（Sampling Rate）为每秒10 个读数，带宽（Bandwidth）是4Hz。模块使用非常方便，全部设置都在厂家提供的驱动软件中设置，模块初始化，只需将模块接线端子中*INIT 端子和GND 接地端子连接在一起，模块内的设置就可以回到默认值。在现场使用的传感器信号类型一般为模拟的电流信号形式居多，因为电压信号输出的传感器，容易造成电压信号衰减效应以及杂散电容效应，如此以来，将得不到正确的结果。
串口通讯信号可由计算机的COM 口直接采集，由I-7188 单片机模块采集，根据传感器或装置的通讯协议，在I-7188 单片机模块编写部分控制程序。
6 软件设计
本设计选择采用JAVA开发工具，应用程序采用DELPHI编程接口，用基于对话框的模型来开发，MCGS组态软件将大罐的温度、压力值保存在SQL关系数据库内，并进行实时循环，由JAVA语言读出SQL关系数据库内的数据，操作人员只要将油品的凝点输入JAVA界面，通过条件语句判断是否执行子程序，从而实现人机交互式控制与显示。系统控制程序流程如图4所示。