基于串口通訊技術實現(xiàn)流量計計量系統(tǒng)的設計

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，地衡計量中的作弊現(xiàn)象相當普遍，且較復雜，危害不可低估。

1、人工開票漏洞多。

大多數(shù)企業(yè)依然沿用人工開票，由于人工記數(shù)的隨意性很大，根本無從約束，有些企業(yè)的個別司秤人員甚至把秤碼結(jié)算單和簽章帶回家，在家里開票簽章。

2、車體定位和動態(tài)稱重計量問題。

現(xiàn)在的工業(yè)地衡都以靜態(tài)稱重為基礎進行計量，買主或賣主往往串通司秤人員，待貨車慢速通過秤體臺面，僅有前輪或者后輪處在秤體臺面時，按下打印按鈕，開始打印計量票據(jù)。這樣秤重數(shù)值往往達數(shù)噸之多。

3、重復過秤作弊。

由于缺乏有效的技術控制，買主或賣主往往通過買通司秤人員和庫管人員，對同一輛貨車重復計量，重復打印秤碼單，庫管人員照樣簽收。

4、換車回皮過秤作弊。

有些企業(yè)采取的技術控制措施存在一定的漏洞，司秤人員就采取同一車號，大車過秤，小車回皮，或者小車過秤，大車回皮來達到作弊的目的。

要想有效的限制克服地衡計量員的工作，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)揮了強大的優(yōu)勢，收到了良好的效果，給企業(yè)帶來了收益。

二、 組成結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)簡圖如下：

采用的協(xié)議分別為：

三、 串口通訊技術簡介

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)。

針對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）

因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）。

多串口轉(zhuǎn)換卡（CI-134）：

由于目前的計算機上所采用的標準串口大多為RS-232C的接口，如果想使用RS-485進行通訊，這就需要一個接口轉(zhuǎn)換卡來進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。Industio CI-134是專為工業(yè)環(huán)境通信應用設計的RS-422/485四串口卡。支持4個獨立的RS-422/485串口，在一對多點的通信應用下，最多可控制128個設備。為使RS-485 2線半雙工操作變得更加簡單，每片CI-134卡都具有數(shù)據(jù)流向自動控制（ADDC），不需軟件操作。因此，在Windows應用下不需額外的編碼就能控制RS-485半雙工協(xié)議。為達到工業(yè)環(huán)境對高可靠性產(chǎn)品的要求，此產(chǎn)品提供可選擇的光電隔離（2 KV）和浪涌保護（25KV ESD）功能。并且內(nèi)建終端電阻，可以方便地應用在遠程通訊中。此串口卡被廣泛地應用于：多點數(shù)據(jù)采集；工廠自動化、遠程串口設備控制、工業(yè)控制、嵌入式工業(yè)機械和SCADA 系統(tǒng)。

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（力控2.0組態(tài)軟件，即ForceControl2.0）、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)采用大慶三維的組態(tài)軟件力控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）采集并處理由接鈕得到的開關信號，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

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。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

在兩臺上位機都裝有多串口轉(zhuǎn)換卡的情況下，力控軟件具有雙機熱備功能，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。

五、 總結(jié)

多串口卡在裝車計量工作中起到了非常重要的作用，由于RS-485具有通訊穩(wěn)定，抗干擾性強，通訊距離遠等特點，使系統(tǒng)增加了豐富的實用性。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)已得到業(yè)界的廣泛關注和認可，并在以下項目中投入運行：

責任編輯：gt