力控軟件在裝車計量系統(tǒng)中的應用

一、引言

地衡計量是企業(yè)物資計量的主要手段之一。但在實際工作中由于管理手段和方法的不夠健全，使地衡計量中經(jīng)常存在一些作弊現(xiàn)象：

1、人工開票漏洞多；

2、車體定位和動態(tài)稱重計量問題；

3、重復過秤作弊；

4、換車回皮過秤作弊；

5、稱量精度低，誤差大。

要想有效的限制克服地衡計量員的工作，提高計量精度，則需要有比較全面的技術控制措施和健全的管理制度約束，而技術控制措施又是建立管理制度的基礎。在這樣的情況下，流量計計量系統(tǒng)發(fā)揮了一定的優(yōu)勢并收到了良好的效果。

二、組成結(jié)構(gòu)

三、力控軟件及串口通訊技術簡介

三維科技股份有限公司推出的力控監(jiān)控組態(tài)軟件，是一個面向方案的HMI/SCADA平臺軟件。它基于流行的32位Windows平臺，豐富的I/O驅(qū)動能夠連接到各種現(xiàn)場設備。分布式實時多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可提供訪問工廠和企業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一個公共入口。內(nèi)置TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡服務程序使您可以充分利用Intranet或Internet的網(wǎng)絡資源。

力控可以與一系列I/O設備進行通訊，對于采用不同通訊協(xié)議的某一種或一類I/O設備，力控對應提供一個獨立的I/O驅(qū)動程序。I/O驅(qū)動程序是力控的重要組件之一，完成過程I/O數(shù)據(jù)的采集與回送。DB與I/O驅(qū)動程序構(gòu)成服務器/客戶計算模式。在此流量計計量系統(tǒng)中將要用到的I/O設備分別為：質(zhì)量流量計(ASCII&RTU)、PTOMUX:016D、顯示屏(led)。

所采用的通訊協(xié)議分別為：

RS-232C和RS-485：

計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同的設備可以方便地連接起來進行通訊。RS-232-C接口（又稱 EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設備（DCE）之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術標準”該標準規(guī)定采用一個25個腳的DB25連接器。

由于RS-232-C接口標準出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四個缺點：

（1）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。

（2）傳輸速率較低，通訊波特率的范圍為0～20Kbps。

（3）接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式， 這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。

（4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上也只能用在15米以內(nèi)。

對RS-232-C的不足，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標準，RS-485就是其中之一。在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485串行總線標準。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)。因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，RS-485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺，實際上一般可達3000米，這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設備網(wǎng)絡。（如圖二）

RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點就使其成為首選的串行接口。RS-485接口組成的半雙工網(wǎng)絡，一般只需二根連線，所以RS-485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。RS-485接口連接器采用DB-9的9芯插頭座，與智能終端RS-485接口采用DB-9（孔），與鍵盤連接的鍵盤接口RS-485采用DB-9（針）。

質(zhì)量流量計：

質(zhì)量流量計主要由流量傳感器（振動管）和變送器組成。其原理利用流體在振動管內(nèi)流動時產(chǎn)生的科氏力，以直接或間接的方法測量其力而得到流體質(zhì)量流量，其性能不隨溫度、粘度、壓力和密度影響，精度為±0.2％±零點穩(wěn)定度，近幾年正逐步得到應用。質(zhì)量流量計的傳感器直接安裝在工藝管路上，其一路輸出信號通過RS-485標準通信接口(Modbus協(xié)議)，此輸出信號速率為9600b/s，有8位數(shù)據(jù)位、1位奇校驗位和1位停止位。Rosemount的變送器Series1000與傳感器連接使用，從而獲得高精確度的質(zhì)量流量、密度、溫度和體積流量信號，并將獲得的信號轉(zhuǎn)換為模擬量、頻率等輸出信號，還可使用275型HART通信手操器或AMS、Prolink軟件對其組態(tài)、檢查及通信。

兩價段式電動閥：

它由兩個電磁閥和一個調(diào)節(jié)針閥構(gòu)成，狀態(tài)為常閉。只有當兩個電磁閥都通電時，它們才打開。閥具有電關閉的失效保護功能。它們利用管物料作為力源來關閉主閥活塞。電源是使兩個電磁閥動作的動力源。這些閥主要用于批量控制，且為最后切斷預定傳遞量前，提供了一種減小流量的方法。其減小了壓力波動和管道沖擊并確保準確的預置容量。

四、功能詳解

下面本文將以中國石油大慶天然氣總公司第六分公司汽車裝車系統(tǒng)為例，簡要說明流量計計量系統(tǒng)的原理和功能。

4．1 系統(tǒng)原理

此流量計計量系統(tǒng)共包括計算機監(jiān)控管理程序（組態(tài)軟件，即力控2.0）、多串口轉(zhuǎn)換卡（CI-134IS）、質(zhì)量流量計（羅斯蒙特）、自動切斷閥（兩階段式）、控制系統(tǒng)（OPTOMUX B100）、急停復位按鈕，控制方式可實現(xiàn)全自動化。在這個系統(tǒng)中，現(xiàn)場的裝車狀態(tài)采用力控2.0來完成，通過多串口卡與控制系統(tǒng)、質(zhì)量流量計（Series
2000）和顯示屏（大慶三維制）進行通訊。其中，控制系統(tǒng)連接到現(xiàn)場的快速切斷閥、急停復位按鈕和接地信號等；質(zhì)量流量計用來計算和轉(zhuǎn)換介質(zhì)在管線里的瞬時流量、溫度、密度、體積累積量和質(zhì)量累積量等,由于是數(shù)字信號傳輸，避免了采用模擬或脈沖方式傳輸數(shù)據(jù)單一、脈沖累計精度偏差的問題，保證了計量數(shù)據(jù)的準確性和可靠性；力控軟件把從質(zhì)量流量計的變送器上采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，再下設到安裝于各裝車鶴位的專用顯示屏，從而現(xiàn)場的操作工和駕駛員就可以非常方便地了解裝車的進度。

緊急情況下，現(xiàn)場操作工和控制室操作員均可以用按鈕關閉快速切斷閥，其過程為：控制系統(tǒng)（PLC）采集并處理由按鈕得到的開關信號，再根據(jù)需要常鎖或復位，來控制快速切斷閥的狀態(tài)。

4．2 控制過程

為了實現(xiàn)在監(jiān)控管理的同時，能夠?qū)ρb車數(shù)據(jù)進行存儲、查詢和生成日、月、季、年報，在此套計量系統(tǒng)的上位機中，把狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理分開實現(xiàn)，用力控2.0通過多串口卡對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集和發(fā)送，即上位機組態(tài)，再由ＯＤＢＣ數(shù)據(jù)源接口，將得到的裝車量和裝車鶴位號發(fā)送到用Microsoft Visual FoxPro 6.0開發(fā)的數(shù)據(jù)庫管理模塊中，從而實現(xiàn)了計算機自動打印結(jié)算票據(jù)和生成報表等功能。它們的具體功能分別為：

力控：現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集和顯示，裝車過程的控制，自動化語音提示及報警，實時、歷時趨勢的顯示，網(wǎng)絡發(fā)布數(shù)據(jù)，雙機熱備等（如圖三）

數(shù)據(jù)庫管理（VFP）：計算預裝量，存儲裝車記錄，查詢、重調(diào)記錄，生成報表等。

此流量計計量系統(tǒng)完整的裝車過程為：

1．進場預備裝車的車輛，先在控制室做車輛管理數(shù)據(jù)記錄，由操作員錄入到數(shù)據(jù)庫管理程序中，由計算機自動根據(jù)操作員輸入的罐體容積和介質(zhì)密度計算出預裝車量。

2．該車輛到達裝車鶴位并準備就緒后，控制室操作員給出預計裝車量傳出到LED的顯示屏上的同時快速切斷閥自動全開。（如圖四）
當接近裝車目標值的95%時，控制系統(tǒng)將快速切斷閥調(diào)至小流量狀態(tài)（如滿流量的5%），并且發(fā)出聲光報警，提醒裝車人員注意。當實際裝車量達到預定的目標值時，控制系統(tǒng)關閉切斷閥，現(xiàn)場停止裝車。

也可以對一個裝車位在只用一臺流量計的情況下，使用一粗一細兩條管線加油，分別由兩臺閥來控制。當接近裝車目標值時（如95%）先關掉粗管線上的閥門，然后再關閉細管線上的閥門，來保證裝車精度。

3．控制室在發(fā)出關閥動作的同時，將數(shù)據(jù)從監(jiān)控軟件自動傳送到數(shù)據(jù)庫管理模塊，由操作員控制打印裝車計量結(jié)算單，提供給用戶。至此，完成了整個裝車過程。

4．為了保證裝車進度的需要，每個裝車位任何一個位置隨時都可以裝車，計算機可以滿足并行裝車的要求，不會產(chǎn)生沖突。

5．語音提示功能簡介：

在現(xiàn)場裝車棧橋上安裝兩個防爆揚聲器,另外控制室內(nèi)裝有一個麥克與現(xiàn)場進行語音通訊。當裝車開始時，由組態(tài)軟件觸發(fā)一個先前錄制好的聲音文件，如“第二鶴位裝車開始”；當裝車量達到預裝量的95%時，計算機輸出到現(xiàn)場一個聲音文件，如“第二鶴裝車準備結(jié)束”；到裝車結(jié)束時，輸出另一個聲音文件，如“第二鶴裝車結(jié)束”。從而現(xiàn)場操作工可以掌握裝車的進度，使裝車工作順利進行。

4．3 雙機熱備

由于力控軟件具有強大的雙機熱備功能，即可以指定一臺機器為主機，另一臺作為從機，從機內(nèi)容與主機內(nèi)容實時同步，從機實時監(jiān)視主機狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)主機停止響應，便接管控制。采用「雙機備份」機制還可以大幅提高系統(tǒng)運作的可靠性，在主機因故停機，而無法接收遠程設備的資料時，作為備用的從機會立即取代主機的地位，繼續(xù)進行資料采集的工作，系統(tǒng)運作不必因此而停頓，大大減輕用戶在系統(tǒng)停運時的壓力，同時讓企業(yè)減少因系統(tǒng)停運所造成的損失。

4．4 趨勢及報表

實時、歷史趨勢：力控提供了兩種類型的趨勢顯示對象：實時趨勢和歷史趨勢，允許您顯示實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。兩種趨勢顯示都允許您最多使用多達八支趨勢畫筆。力控還為您提供了對趨勢的完全控制。例如：您可以指定時間范圍、數(shù)值范圍、網(wǎng)格分辨率、筆的數(shù)量、顏色屬性等等。力控®支持分布式歷史記錄系統(tǒng)，允許您在一個網(wǎng)絡結(jié)點的實時趨勢或歷史趨勢上顯示網(wǎng)絡上其它結(jié)點力控應用程序的實時或歷史數(shù)據(jù)。

歷史報表：歷史報表提供了一種瀏覽和打印歷史數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)的工具。對歷史報表可進行手工或自動打印。歷史報表從數(shù)據(jù)庫中按照一定的采樣方式獲取一個或多個點的歷史數(shù)據(jù)，以表格的形式顯示出來。

五、總結(jié)

此系統(tǒng)還可以接入串口設備聯(lián)網(wǎng)服務器（Nport Express）中，與其它網(wǎng)絡連接，實現(xiàn)資源共享，并通過力控®的Web Server將生成的所有記錄和報表發(fā)布到企業(yè)的其它管理或控制網(wǎng)絡上，使公司的領導在自己的辦公室隨時就可以看到現(xiàn)場的裝車狀態(tài)，以及計算機內(nèi)的相關報表，方便了公司的一體化管理，增加了系統(tǒng)的可擴展性。

此套系統(tǒng)已在大慶煉化公司汽車裝車、火車裝車，中石油大慶天然氣總公司六分公司、七分公司汽車裝車等項目中投入運行。