泓格分布式模塊在石油化工企業計量管理信息系統中的使用

概述：
計量數據和信息的管理是石化企業生產管理諸多環節當中，一個重要的組成部分，是企業實現技術和管理創新的重要基礎，是產品質量的重要保證，同時也是節能降耗的重要手段。計量產生的各項數據，是石化企業進行優化生產管理、實現物料平衡的基礎。
目前，石化企業的計量點大都是分散或孤立、自成一體的，并且計量數據的采集、處理、傳送、統計、發布、存檔等業務，仍然保持在手工或計算機單機簡單操作的模式之下, 這就造成數據采集困難、傳送困難、不及時，數據準確率低、不完整等問題。
要改善計量業務效率低下的現狀，為本企業提供及時、準確、全面、可信的數據，并且最終要實現計量業務管理、控制一體化，實現這一目標是石化企業提升計量業務水平的唯一選擇。
計量管理信息系統目標：
計量管理是整個生產管理的基礎，是實現全廠物料平衡的前提。計量信息管理系統的最終目的就是：對本企業主要計量單元提供及時、準確、可靠的計量數據；通過信息網絡提供完善的計量數據傳輸服務；對計量管理進行全方位的改造和提升。
系統目標具體包括：
實現對現有系統數據集成
實現全廠計量數據實時監測
實現儀表狀態監測
實現裝置物料平衡，整合物流數據，為決策提供依據
實現全廠能耗平衡
實現進出廠計量數據的集成、統計
實現全廠儲罐油品移動信息收集
計量器具的科學管理
為企業績效考核提供物耗和能耗依據
實現以上系統數據的公司范圍內局域網上發布
計量信息管理系統結構見圖：

計量管理信息系統結構圖
系統構成：
系統由硬件、軟件、網絡這三大部分構成。
計量管理系統的核心由計量數據采集，實時數據監測、能耗計量、物料平衡、儲運（罐區、油品裝、卸車數據管理）、計量器具管理等軟件模塊組成。每一功能模塊都完成相應的計量業務功能。
硬件部分；應用在采集模塊方面，硬件可以采用數據采集板卡、PLC 或分布式采集模塊；從使用效果和經濟角度分析以往做過的計量信息系統，計量數據采集一般很少需要配置控制輸出，如果采用PLC 采集，雖然效果、可靠性很好，但加上電纜等的費用使其平均單點采集的成本偏高，而板卡由于其局限性，也不太適合，而采用分布式采集模塊（泓格公司的7000 系列）比較適合。泓格公司的采集模塊在我以往做過的幾個工程中，使用簡單、可靠，采集效果比較理想，性價比較高。
采用泓格分布式采集模塊現場采集數據，再通過RS485 通訊傳輸，RS485在波特濾設置為1200 時，通訊距離可達1200M，在信號網絡中加裝中繼器模塊7510 還可以來延長數據通訊距離。在計量監控室，現場數據信號通過泓格7520 模塊，將RS485 信號轉為RS232 信號電平。
在計量系統的各種采集信號中，采集信號中使用比較多的是4～20mA、1～5V 的模擬信號、頻率信號、串口數據通訊信號。模擬信號多為各種物位變送器和電量變送器輸出，頻率信號多為流量計輸出，DCS 等裝置和用于貿易結算高精度質量流量計多輸出串口數據通訊信號。
采集4～20mA 的模擬信號，使用的是泓格公司的7017 模擬量輸入模塊，該模塊為16/12bit 分辨率，8 路差動輸入，測量類型有mV、V、mA 三種，也就是此模塊所測量的單位在電壓上可以是毫伏特、伏特，而在電流上是毫安。在采集測量計量現場變送器輸入的電壓信號時，模塊充許的電壓范圍有150mV、500mV、1V、5V 和10V 等5 個，可以按照實際情況的不同，選擇不一樣的測量范圍，以獲得最佳的測量精度。在采集測量電流信號時，模塊充許的電流范圍是200mA；這是一般最常見的TTL 標準中的規格。模塊取樣頻率（Sampling Rate）為每秒10 個讀數，帶寬（Bandwidth）是4Hz。模塊使用非常方便，全部設置都在廠家提供的驅動軟件中設置，模塊初始化，只需將模塊接線端子中＊INIT 端子和GND 接地端子連接在一起，模塊內的設置就可以回到默認值。在現場使用的傳感器信號類型一般為模擬的電流信號形式居多，因為電壓信號輸出的傳感器，容易造成電壓信號衰減效應以及雜散電容效應，如此以來，將得不到正確的結果。
采集頻率信號使用泓格公司的7080 頻率/計數模塊，該模塊可以用來測量頻率或著計數，無論是測量頻率還是計數，都是針對脈沖類的信號進行的，提供兩個通道的脈沖輸入。有兩個32 位的獨立計數輸入，范圍4294967295，測量頻率范圍1～100 Hz，脈沖信號輸入邏輯0：+1V，1：+3.5～30V。因為計量現場干擾源為了避免噪聲的進入而造成采集數據錯誤，在硬件措施上，模塊提供2～65 毫秒的信號濾波功能，可以根據設置的頻率濾除不必要的信號，避開噪聲的干擾。模塊通訊參數、工作方式的設置和初始化的設置方法和模擬量模塊一樣方式。
串口通訊信號可由計算機的COM 口直接采集，或者由I-7188 單片機模塊采集，根據傳感器或裝置的通訊協議，在I-7188 單片機模塊編寫部分控制程序。實際上，用單片機模塊取代了一部計算機。
數據采集模塊具有“看門狗”功能，“看門狗”指模塊內硬件復位電
路，當工作在惡劣或噪聲嚴重的環境中時，這個硬件電路將使模塊在受到干擾時，及時復位，保證模塊永遠不“死機”，提高可靠性。主“看門狗”指模塊內軟件實現的看門狗，它主要防止網絡通訊出現問題或主機死機。當主看門狗溢出時，模塊將輸出已設定的“安全值”，這樣就可以保證控制對象不發生意外。保證系統更加可靠和安全。
將各個計量點的數據采集模塊統一掛在地址總線的網絡上，設置成不同的地址，通過RS458/RS232 通信轉換模塊，將采集的數據傳至計算機。計量監控室內，模塊和單機的接線連接方式和連接原理見下圖

　　軟件部分；軟件可以采用Visual Basic6.0 編寫，Visual Basic6.0 具有面向對象的設計方法，友好的用戶界面，尤其是簡單方便的串行通訊和實用性強等優點，無需借用其他語言就可以開發出優秀的控制系統通訊和數據管理軟件。
　　在編程前，可以先使用泓格公司開發的7000 UtilIty 軟件來設置模塊的地址、波特率、效驗碼等參數，這個軟件是專門用來檢測、設置、診斷分布式模塊的功能軟件，在一開始操作分布式模塊，使用該軟件比較方便。軟件界面見下圖。

在數據采集通訊方面，按照泓格公司提供的采集模塊的通訊格式，主要使用VB 提供的串行端口控制Mscomm 來為應用程序完成和采集模塊的串行通訊。該控件屏蔽了通信過程中的底層操作，程序員可以設置、監視Mscomm 控件的屬性和事件，結合Timer 控件即可完成對串行口的初始化和數據的輸入輸出工作。因為模塊傳上來的數據都為字符串形式，要對Mscomm 控件中Mscomm.inputMode 的屬性設為0，即Mscomm.inputMode=0 。Timer 控件的Interval 屬性設為2000，Interval 返回或設置對Timer 控件的計時事件調用間的毫秒數。VB 的特點是事件驅動，定時器控件會定時觸發相應事件的驅動程序。Timer 控件的Enabled 屬性設置為“True”，打開Timer 控件。VB 將在Interval 時間到后自動訪問Timer_Timer 過程。編寫通信程序段的步驟歸納如下：
1） 引用Mscomm 控件，對象命名，設置COM 端口地址
2） 在窗體事件中令Mscomm 對象PortOpen 屬性為 True，打開串行通訊口。
3） 將命令字符串根據根據命令格式：
（Leading（Address）（Command）（CHK）（cr）組合，使用Output 命令發送。
4） 延時一段時間， 模塊根據發送的地址命令返回響應格式：
（Leading）（Address）（Data）（CHK）（cr）
5） 用Mscomm 對象的Input 屬性獲得執行結果。
6） 根據模塊的通訊格式，取出有效數據。
7） 計算機根據不同的模塊地址，順序輪巡發出采集命令，正常情況下，模塊接收到含有自己地址的命令后，返回應答命令。完成一次數據傳送。軟件在數據采集方面，除了自動采集的數據外，還具手工錄入數據功能，以便實現部分不便數采儀表數據的錄入。
軟件具有實時數據監測和數據運算功能，通過采集或錄入的計量數據計算出實際的物流流量。顯示各能耗考核單位的能耗計量圖、各能耗儀表的瞬時量，彈出菜單顯示累計值、溫度、壓力、量程、管徑、瞬時量占量程范圍的百分比等信息讓用戶設置各裝置可能進出的物料名稱，每種物料可能的管線動態，每一種動態對應的儀表量計算公式。設置報警參數。將所需保存的數據或結果寫入數據庫，便于查詢和調用計量數據。可以設置的權限查看每天5:30、13:30、21:30 的計量儀表數據，包括油品、表號、密度、溫度、含水，前班儀表讀數、當班儀表讀數、原始累計量、并自動算出各班的累計量，查看對應罐變化動態生產信息及變化量。軟件可以對裝置物料的實時質量進行校正修改后，自動計算收率、輕收、總液收、總收等指標。用戶可自定義公式計算輕收、總液收、總收，部分裝置只計算總收。數據未實現自動采集的要有錄入功能。
平衡后的數據形成報表，可以以Excel 形式導出。
下圖為儲運（罐區、油品裝、卸車數據管理）軟件模塊中儲罐液位液位、容積計量的監視界面

同時，軟件從信息系統平臺的角度，統一規范定義了程序命名、數據格式、表字段等，并提供數據接口模型，便于系統間調用數據，也便于用戶根據需要進行系統組合和系統擴展。這樣便提高了系統的可組態性和靈活性，為面向過程的信息集成打下基礎。
充分分析本企業管理的實際情況和需要，在軟件中，設計了能耗平衡、裝置物料平衡、進出廠業務管理、數據分析、以及輔助車間成本管理等功能。從而使軟件技術真正與生產結合，最大化地服務于生產。
系統軟件可以采用現在普遍使用的組態軟件來做，如國產的優秀組態軟件“組態王6.5”或國際知名的美國INTELLUTION 的iFIX3.5 等組態軟件。使用組態軟件的最大優點是不用自己編寫模塊采集通訊程序，組態畫面美觀，網絡配置簡單，缺點是在大批量的計量數據運算和報表形式上略顯不足。VB 正好和組態軟件相反，在計算上具有優勢。具體選用哪種軟件方式，還得結合本企業的實際情況加以選擇。
網絡部分；可采用兩層交換的網絡結構設計方案。主交換機采用Cisco Catalyst 3548XL 或3524XL。它們具有兩個千兆光纖接口，便于以后的網絡升級和擴展，是Cisco Systems 公司Catalyst 3500XL 系列產品，可擴展的堆疊式10/100 和千兆比特以太網交換機系列產品， 10.8Gbps 的交換網和最高8.0Mbps 的轉發速率使這些交換機成為建立高性能局域網的理想選擇。Catalyst 3524XL，和3548XL 能夠為客戶提供基于千兆比特以太網的配置選項。允許客戶實現當今典型的堆疊和上行鏈路配置，保留將來對這一配置進行修改的選項。
在第二級交換機的選擇上，可以采用Cisco Catalyst 2950C-24。它具有兩個百兆光纖口。非常便于網絡的搭建。2950C-24 有24 個10/100 端口和2 個固定100 BaseFX 上行鏈路端口。固定安裝的線速快速以太網桌面交換機Cisco Catalyst 2950 系列，可以為局域網（LAN）提供極佳的性能和功能。這些獨立的、10/100 自適應交換機能夠提供增強的服務質量（QoS）和組播管理特性。
客戶端采用光纖轉換器實現連接，部分單位也可直接用雙絞線連接。可以采用全向光纖轉換器QF60MC。
結束語
計量管理信息化給計量工作帶來質的變革，這種變革也最終作用于企業的生產活動，為生產決策提供重要依據。這將是一種良性的促進作用，將幫助企業實現重組、優化業務流程，更快捷、高效地實現企業的目標。產品達標、產業升級、提高業界生存能力的目標。