基于串口通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一、 引言

地衡計(jì)量是企業(yè)物資計(jì)量的主要手段之一。但在實(shí)際工作中，地衡計(jì)量中的作弊現(xiàn)象相當(dāng)普遍，且較復(fù)雜，危害不可低估。

1、人工開(kāi)票漏洞多。

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

2、車體定位和動(dòng)態(tài)稱重計(jì)量問(wèn)題。

現(xiàn)在的工業(yè)地衡都以靜態(tài)稱重為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)量，買主或賣主往往串通司秤人員，待貨車慢速通過(guò)秤體臺(tái)面，僅有前輪或者后輪處在秤體臺(tái)面時(shí)，按下打印按鈕，開(kāi)始打印計(jì)量票據(jù)。這樣秤重?cái)?shù)值往往達(dá)數(shù)噸之多。

3、重復(fù)過(guò)秤作弊。

由于缺乏有效的技術(shù)控制，買主或賣主往往通過(guò)買通司秤人員和庫(kù)管人員，對(duì)同一輛貨車重復(fù)計(jì)量，重復(fù)打印秤碼單，庫(kù)管人員照樣簽收。

4、換車回皮過(guò)秤作弊。

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

要想有效的限制克服地衡計(jì)量員的工作，則需要有比較全面的技術(shù)控制措施和健全的管理制度約束。而技術(shù)控制措施又是建立管理制度的基礎(chǔ)，在這樣的情況下，流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)發(fā)揮了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，收到了良好的效果，給企業(yè)帶來(lái)了收益。

二、 組成結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如下：

采用的協(xié)議分別為：

三、 串口通訊技術(shù)簡(jiǎn)介

RS-232C和RS-485：

計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)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(yuǎn)程傳輸時(shí)，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(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)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(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的 DB25連接器。

由于RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四個(gè)缺點(diǎn)：

（1） 接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL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(hào)線和一根信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實(shí)際上也只能用在15米以內(nèi)。

針對(duì)RS-232-C的不足，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)，RS-485就是其中之一。在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485 串行總線標(biāo)準(zhǔn)。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(cè)低至200mV的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)。因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實(shí)際上一般可達(dá)3000米，這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。（如圖二）

因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)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(luò)，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(pán)連接的鍵盤(pán)接口RS-485采用DB-9（針）。

多串口轉(zhuǎn)換卡（CI-134）：

由于目前的計(jì)算機(jī)上所采用的標(biāo)準(zhǔn)串口大多為RS-232C的接口，如果想使用RS-485進(jìn)行通訊，這就需要一個(gè)接口轉(zhuǎn)換卡來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。Industio CI-134是專為工業(yè)環(huán)境通信應(yīng)用設(shè)計(jì)的RS-422/485四串口卡。支持4個(gè)獨(dú)立的RS-422/485串口，在一對(duì)多點(diǎn)的通信應(yīng)用下，最多可控制128個(gè)設(shè)備。為使RS-485 2線半雙工操作變得更加簡(jiǎn)單，每片CI-134卡都具有數(shù)據(jù)流向自動(dòng)控制（ADDC），不需軟件操作。因此，在Windows應(yīng)用下不需額外的編碼就能控制RS-485半雙工協(xié)議。為達(dá)到工業(yè)環(huán)境對(duì)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(hù)（25KV ESD）功能。并且內(nèi)建終端電阻，可以方便地應(yīng)用在遠(yuǎn)程通訊中。此串口卡被廣泛地應(yīng)用于：多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集；工廠自動(dòng)化、遠(yuǎn)程串口設(shè)備控制、工業(yè)控制、嵌入式工業(yè)機(jī)械和SCADA 系統(tǒng)。

四、 功能詳解

下面本文將以中國(guó)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(jiǎn)要說(shuō)明流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)的原理和功能。

4．1 系統(tǒng)原理

此流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)共包括計(jì)算機(jī)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(jì)（羅斯蒙特）、自動(dòng)切斷閥（兩階段式）、控制系統(tǒng)（OPTOMUX B100）、急停復(fù)位按鈕，控制方式可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。在這個(gè)系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)的裝車狀態(tài)采用大慶三維的組態(tài)軟件力控2.0來(lái)完成，通過(guò)多串口卡與控制系統(tǒng)、質(zhì)量流量計(jì)（Series 2000）和顯示屏（大慶三維制）進(jìn)行通訊。其中，控制系統(tǒng)連接到現(xiàn)場(chǎng)的快速切斷閥、急停復(fù)位按鈕和接地信號(hào)等；質(zhì)量流量計(jì)用來(lái)計(jì)算和轉(zhuǎn)換介質(zhì)在管線里的瞬時(shí)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(hào)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(jì)精度偏差的問(wèn)題，保證了計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性；力控軟件把從質(zhì)量流量計(jì)的變送器上采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理，再下設(shè)到安裝于各裝車鶴位的專用顯示屏，從而現(xiàn)場(chǎng)的操作工和駕駛員就可以非常方便地了解裝車的進(jìn)度。

緊急情況下，現(xiàn)場(chǎng)操作工和控制室操作員均可以用按鈕關(guān)閉快速切斷閥，其過(guò)程為：控制系統(tǒng)（PLC）采集并處理由接鈕得到的開(kāi)關(guān)信號(hào)，再根據(jù)需要常鎖或復(fù)位，來(lái)控制快速切斷閥的狀態(tài)。

4．2 控制過(guò)程

為了實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控管理的同時(shí)，能夠?qū)ρb車數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢和生成日、月、季、年報(bào)，在此套計(jì)量系統(tǒng)的上位機(jī)中，把狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理分開(kāi)實(shí)現(xiàn)，用力控2.0通過(guò)多串口卡對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和發(fā)送，即上位機(jī)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(hào)發(fā)送到用Microsoft Visual FoxPro 6.0開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊中，從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)打印結(jié)算票據(jù)和生成報(bào)表等功能。它們的具體功能分別為：

力控：現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和顯示，裝車過(guò)程的控制，自動(dòng)化語(yǔ)音提示及報(bào)警，實(shí)時(shí)、歷時(shí)趨勢(shì)的顯示，網(wǎng)絡(luò)發(fā)布數(shù)據(jù)，雙機(jī)熱備等

數(shù)據(jù)庫(kù)管理（VFP）：計(jì)算預(yù)裝量，存儲(chǔ)裝車記錄，查詢、重調(diào)記錄，生成報(bào)表等

此流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)完整的裝車過(guò)程為：

1．進(jìn)場(chǎng)預(yù)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(kù)管理程序中，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)根據(jù)操作員輸入的罐體容積和介質(zhì)密度計(jì)算出預(yù)裝車量。

2．該車輛到達(dá)裝車鶴位并準(zhǔn)備就緒后，控制室操作員給出預(yù)計(jì)裝車量傳出到LED的顯示屏上的同時(shí)快速切斷閥自動(dòng)全開(kāi)。當(dāng)接近裝車目標(biāo)值的95%時(shí)，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(bào)警，提醒裝車人員注意。當(dāng)實(shí)際裝車量達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)值時(shí)，控制系統(tǒng)關(guān)閉切斷閥，現(xiàn)場(chǎng)停止裝車。

也可以對(duì)一個(gè)裝車位在只用一臺(tái)流量計(jì)的情況下，使用一粗一細(xì)兩條管線加油，分別由兩臺(tái)閥來(lái)控制。當(dāng)接近裝車目標(biāo)值時(shí)（如95%）先關(guān)掉粗管線上的閥門(mén)，然后再關(guān)閉細(xì)管線上的閥門(mén)，來(lái)保證裝車精度。

3．控制室在發(fā)出關(guān)閥動(dòng)作的同時(shí)，將數(shù)據(jù)從監(jiān)控軟件自動(dòng)傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊，由操作員控制打印裝車計(jì)量結(jié)算單，提供給用戶。至此，完成了整個(gè)裝車過(guò)程。

4．為了保證裝車進(jìn)度的需要，每個(gè)裝車位任何一個(gè)位置隨時(shí)都可以裝車，計(jì)算機(jī)可以滿足并行裝車的要求，不會(huì)產(chǎn)生沖突。

5．語(yǔ)音提示功能簡(jiǎn)介：

在現(xiàn)場(chǎng)裝車棧橋上安裝兩個(gè)防爆揚(yáng)聲器，另外控制室內(nèi)裝有一個(gè)麥克與現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行語(yǔ)音通訊。當(dāng)裝車開(kāi)始時(shí)，由組態(tài)軟件觸發(fā)一個(gè)先前錄制好的聲音文件，如“第二鶴位裝車開(kāi)始”；當(dāng)裝車量達(dá)到預(yù)裝量的95%時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出到現(xiàn)場(chǎng)一個(gè)聲音文件，如“第二鶴裝車準(zhǔn)備結(jié)束”；到裝車結(jié)束時(shí)，輸出另一個(gè)聲音文件，如“第二鶴裝車結(jié)束”。從而現(xiàn)場(chǎng)操作工可以掌握裝車的進(jìn)度，使裝車工作順利進(jìn)行。

4.3 雙機(jī)熱備

在兩臺(tái)上位機(jī)都裝有多串口轉(zhuǎn)換卡的情況下，力控軟件具有雙機(jī)熱備功能，即可以指定一臺(tái)機(jī)器為主機(jī)，另一臺(tái)作為從機(jī)，從機(jī)內(nèi)容與主機(jī)內(nèi)容實(shí)時(shí)同步，從機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)視主機(jī)狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)主機(jī)停止響應(yīng)，便接管控制。采用「雙機(jī)備份」機(jī)制還可以大幅提高系統(tǒng)運(yùn)作的可靠性，在主機(jī)因故停機(jī)，而無(wú)法接收遠(yuǎn)程設(shè)備的資料時(shí)，作為備用的從機(jī)會(huì)立即取代主機(jī)的地位，繼續(xù)進(jìn)行資料采集的工作，系統(tǒng)運(yùn)作不必因此而停頓，大大減輕用戶在系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)的壓力，同時(shí)讓企業(yè)減少因系統(tǒng)停運(yùn)所造成的損失。

五、 總結(jié)

多串口卡在裝車計(jì)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(qiáng)，通訊距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，使系統(tǒng)增加了豐富的實(shí)用性。此系統(tǒng)還可以接入串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器（Nport Express）中，與其它網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)資源共享，并通過(guò)力控的Web Server將生成的所有記錄和報(bào)表發(fā)布到企業(yè)的其它管理或控制網(wǎng)絡(luò)上，使公司的領(lǐng)導(dǎo)在自己的辦公室隨時(shí)就可以看到現(xiàn)場(chǎng)的裝車狀態(tài)，以及計(jì)算機(jī)內(nèi)的相關(guān)報(bào)表，方便了公司的一體化管理，增加了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

此套系統(tǒng)已得到業(yè)界的廣泛關(guān)注和認(rèn)可，并在以下項(xiàng)目中投入運(yùn)行：

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