普瑞特两项新方案

陈相国 乔新建 牛家棒 李 超

普瑞特机械制造股份有限公司党委书记、董事长范伟国

普瑞特机械制造股份有限公司有液态食品工业近20年的专业知识和经验，本着为用户服务的理念，推出了两项新技改措施。一是通过智能无线技术（WirelessHART），提供酒企全新的旧储罐区数字化改造方案。二是联合全球最优秀的计量器件生产和控制系统厂家，结合当今最先进的技术及控制方法开发推出了基于数据流的先进智能储罐计量管理系统一体化解决方案。

一、白酒老储罐区数字化改造

从20世纪90年代开始，一批酒企在技术改造时上了大量的不锈钢储酒容器和设备，由于当时的电子技术水平限制以及酒厂生产制造没有这方面需求，所以那时的储酒罐（区）基本上没有信息化和智能化手段和设施，相对于当今智能制造要求，这些罐（区）普遍存在管理技术漏洞和缺点：

一是酒液储存和输送过程中测量精度无法保证，测量设备本身精度误差再经过多年运行老化，测量精度差距较大，普通在5‰-10%，给酒企的生产和财务管理带来极大的困难。二是测量数据需要靠人工目视确认，手工记录易出现失误。需要进行反复校对、确认。耗费较多的人力资源。三是测量设备本体没有数字化的信号接口，因此无法与现有企业的系统数据联网，也无法进行先进的控制改造，进而达到自动化数据管理。四是使某些具有模拟量接口的测量仪表由于受制于现场条件，要进行传统布线改造在罐区和控制室之间，需要大量地挖沟渠或桥架布线，工作量巨大。五是出于安全考量，老罐区存有大量的酒精，不能在罐区内进行焊接等改造作业，传统布线安装作业会带来极大的安全隐患和安装困难。六是缺少现代生产中需要的安全防护技术和设施，如防溢体溢出，防人工盗窃，防人为投毒等。

对此，酒类企业普遍希望有一种基于无线网络的旧罐区数字化改造解决方案。

智能无线技术（WirelessHART）是数字工厂管控网的一部分，采用自组织网络通讯架构，其性能可靠、安全。通过无线通讯方式，可对敷设电缆困难的设备和区域进行安全和有效监测，从而节省安装成本，保证作业安全，有效提升工厂的安全管理水平，降低维护成本。对特殊罐区还可以实现有线加无线的传输方式。

为确保数据和运输的可靠性，本系统相较于传统管理方法和布线改造工艺，一是无线技术可以让用户在酒体储存和生产时获得正确的信息，可以控制系统中的实时或者随选信息，或者其工作专属的独特应用的信息。这种技术取代了手动记录信息的方式，提高了现场操作人员的工作效率和信息的精准度。

二是系统采用智能无线技术（WirelessHART），现场仪表通过无线方式接入智能无线网关，智能无线网关通过Modbus RS485 与上位机通信。智能无线网关的数据通过企业网络（WPN或VPN）并入ERP系统。该方案中储罐计量系统中的每台罐配有一个智能无线的底层设备，均可成为一个无线节点，这些节点与智能无线网关构成一个自组织网格架构网络。 这个自组织网状网络会自动查找如何绕过固定或临时障碍的最佳方法，数据可靠性达到 99%。

三是系统无缝连接，其通信协议可以采用串行通信口Modbus RS485/RTU 方式，也可以通过标准以太网采用Modbus TCP/IP 协议或 OPC 协议与控制系统的上位机相连，实现与控制系统数据交换。

改造后常规罐区计量系统中，基层设备经过无线传输把测量值、诊断信息传送到智能网关，再通过 OPC 通讯方式，直接跟 Wincc 组态软件相连接，同时有线通讯的数据是由现场通讯单元 FCU 通过 Modbus RS485通讯方式跟 PLC或DCS控制系统相连，再跟上位组态软件通讯的，这种冗余通讯方式保证了罐区测量数据的安全性和可靠性。

目前基于WirelessHART系统的底层设备已经可以涵盖现场仪表（温度、压力、流量、PH测量等）现场反馈（振动监测）现场执行器（数字阀门），可以基于WirelessHART组成完整的罐区管理控制系统。

本方案可以有效降低接线或信号电缆本身出现问题时对储罐失去监视的可能性问题。同时，最大好处是解决了安全施工问题，无需动火动焊即可实现。相对于传统有线技术，无线方案可以节约95%的安装成本，节约95%的安装时间，可节省大量 电缆、布线、施工、调试成本，大大缩短工期。同时可以利用无线 HART技术，对设备快速便捷地组态、及时获得现场故障信息、全面了解现场设备运行的整体状况。对于基础设施差的老罐区，利用智能无线技术改造的优势更加突出。随着无线技术的发展，实现对财务数据的精准管理，可以随时获取准确的库存信息和酒体输送信息，满足酒厂信息化，数据化要求。对于生产操作，可以获得可靠安全的液位及报警信息。对于安全管理，无线设备采用内置低电压本安电池，不需要引入电源到罐区，避免了易燃易爆罐区的安全风险。系统“即插即用”，一物一码，简单方便，无需专业知识，可以方便自行增加系统设备。系统采用国际标准开放接口，可以方便地与工厂其他系统如ERP数据对接。在储罐区无线技术的使用可以大大增强关键数据的及时性，可靠性，安全性，完善罐区的生产管理。

二、白酒数字化储罐计量管理系统

随着智能化和信息化的技术在白酒行业中的广泛应用，特别是白酒企业基于生产信息的有效管控和资本化运作的需要，数字化储罐计量管理系统的完善越来越迫切。该套系统方案可提供储罐（群）物料的整个流程及生产周期的监管和控制，包含常规罐区酒体接收作业、储存作业、周转作业、发送作业、储运全过程等子流程。物料主要为酒精，也可扩展为食品油、果汁、乳制品等。系统基于数据整合为核心，将自动控制和分项业务管理功能整合，是一个集成化、模块化、开放式可扩展的解决方案，最终为罐（群）安全稳定运行、优化管理、降低生产成本和利润最大化提供保证。

系统方案主要包括以下内容：储罐静态计量、动态计量、总线通讯等三个系统。

1.储罐静态计量系统。储罐计量是对大型储罐内液态物料的静态储量进行计量的过程。通过存量测定，即测定储罐内物料的存量，或输转计量，即作为生产链数据或贸易结算依据。目前新建罐(区)主要采用两种方法：

基于体积和基于质量的计量升级为混合式测量系统。在基于体积方式计量的系统中，物料存量测量经由液位和温度的测量实现。在基于质量的储罐计量系统中，存量测量通过对液体的液柱静压的测量取得。

储罐计量系统可以监控库存，能让生产者即时了解储存物料的准确数量。 系统可以精确测量物料载具、站点和管道输送系统之间的批次和交接量。 该系统可用于日常运作；物料移动、调度和混配方案之中。准确追踪泄漏并防止溢出，从而降低由于损耗造成的环境污染和财务损失。

储罐计量系统的应用场景基本涵盖储罐管理系统的所有储罐作业任务：库存管理、输转计量（收料及发料）、物料的转移和操作（倒罐或配料）、损耗控制和平衡。

为此，普瑞特公司整合两种计量方法开发了混合式储罐测量系统（HTMS）。

混合法HTMS是液位计法与静压法的一种结合。它结合了液位和静压测量这两种方法的优点，综合了压力和液位测量，从而获得整个液位高度内介质的真实平均密度。

由混合法的测量原理和各参数的计算可以看出，此种方法对液位质量、密度的测量精度都较高。因而混合法是一种较理想的计量方法。 混合法另一最大优点是它可以测量出储罐所有已知的参数。 如采用高级混合法设计方案，可以在计算机上自动地得到诸如液位、点密度、平均密度、点温度、平均温度、液体界面（高度）、体积、实际质量等所需要的所有物理参数。因此可以说混合法是储罐自动计量系统中功能最全面、测量精度最高、可靠性最好的一种。

普瑞特HTMS混合法储罐（群）计量系统、集国际最新储罐群计量技术之优点，采用高精度液位计、高精度差压/ 压力变送器和完善的系统管理软件，实现罐区进、转、存操作的全面自动化管理。

其主要功能包括：一是数据采集和处理功能：能实时测量各储罐的液位、界面、温度、密度、容积、重量等参数。二是显示及报警功能：显示屏动态地显示各储罐液位、 水位的棒状图。 当液位或水位超过设定值时，连接在操作现场的喇叭就会发出语音警告，或蜂鸣报警提醒操作者注意。三是数据库管理功能：数据库是系统管理软件的重要组成部分它包括当月数据库、历史数据库、 系统参数数据库和储罐容积表数据库等。当月数据库中的数据超过规定的时间后就会自动地转存到历史数据库中。 在系统运行过程中，操作者可对各数据库进行查询、 删除、保存或打印等操作。四是报表打印功能：具有各种统计报表输出打印功能。例如进、转验收作业记录，散装收货仓库记帐单，进、转业务工作记录，以及罐区动态日报表等。五是远程通讯功能：系统使用两台标准配置的 586PC机作为监测管理计算机，两台计算机分别经上网通讯，使管理决策人员能够随时了解、管理储罐的运行和生产。五是储罐与安全：近几年国内出现的罐区爆炸事故，以及往年国外的重大罐区事故绝大部分是由储罐溢罐造成的。拿油品罐举例来说，罐表系统需要检测罐的压力，液位，温度并实时进行补偿计算。但是这还远远不够。普瑞特公司推出的数据化储罐系统为了最大程度地提高安全性， 特定型号的雷达液位计除了精确测量液位以外，还可以输出达到 SIL 3 认证的溢罐保护联锁信号。

2.动态计量系统

为了实现精确装车， 许多企业都采用批控器对装车进行控制。 它不仅接收质量流量计的信号按定量控制装车阀，还可以连接静电保护开关和溢流保护开关确保安全。普瑞特储罐管理系统使用的专用批量控制器还具备多级安全限制和措施保证装车的操作合规，如：可设置装车定量值，实现装车的定量控制。具有防溢、防静电连锁控制功能。显示屏显示现场 阀门、液位开关、接地开关状态及故障状态。现场设备、通信和批控仪电路之间光电隔离。通信的站地址、通信速率均可面板操作设置。有就地（脱机）和联机两种工作方式，联机状态下 禁止键盘的参数设置。有启动时间、结束时间、定量、实装量的装车工况记录和查询功能；有开机时间、关机时间、累计装车批次、累计装车 量的运行记录和查询功能。冗余通信功能。IC卡管理功能（可选）：带防爆大屏幕点阵式显示器。小流量及无流量报警功能： 当切除了质量流量计变送器电源后，便接收不到流量脉冲信号，若操作人员私自切除流量计电源，就有可能会发生介质丢失问题。使用该报警功能，如果在设置的时间范围内无流量信号进入则产生报警并关闭阀门结束作业，如果流量小于所设置的限值同样会报警并关闭阀门结束作业。这给企业的运营监管带来很大的便利。

3.总线通讯系统

通过在罐区管理上使用变送器，流量计、电动阀门、批控器等现场设备，以总线通讯方式，将采集的数据通过罐表系统、DCS（分布式控制系统）、SIS（安全仪表系统）对罐区进行监控和保护。由于罐区管理涉及大量的订单管理，库存管理，计划调度，路径选择，自动装车等相关作业 ,这些采集的数据同步提报到MES系统（生产信息化管理系统）对整个生产作业的全流程监控。进一步地，我们可以通过 ERP系统进行运营的全局优化。

经过系统的运行实践，该系统对白酒企业的库存管理、生产管理具有极大的提高和完善作用，是基于数据化、安全化、智慧化的解决方案。目前正在推出基于该系统的老库区完善改造方案，基于MES系统的全生产流程智慧化解决方案。