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)際工作中由于管理手段和方法的不夠健全，使地衡計(jì)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(dòng)態(tài)稱重計(jì)量問題；

3、重復(fù)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(jì)量員的工作，提高計(jì)量精度，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)揮了一定的優(yōu)勢(shì)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(shù)簡(jiǎn)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(gè)面向方案的HMI/SCADA平臺(tái)軟件。它基于流行的32位Windows平臺(tái)，豐富的I/O驅(qū)動(dòng)能夠連接到各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。分布式實(shí)時(shí)多數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，可提供訪問工廠和企業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一個(gè)公共入口。內(nèi)置TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序使您可以充分利用Intranet或Internet的網(wǎng)絡(luò)資源。

力控可以與一系列I/O設(shè)備進(jìn)行通訊，對(duì)于采用不同通訊協(xié)議的某一種或一類I/O設(shè)備，力控對(duì)應(yīng)提供一個(gè)獨(dú)立的I/O驅(qū)動(dòng)程序。I/O驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序構(gòu)成服務(wù)器/客戶計(jì)算模式。在此流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)中將要用到的I/O設(shè)備分別為：質(zhì)量流量計(jì)(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(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)。

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）

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），與鍵盤連接的鍵盤接口RS-485采用DB-9（針）。

質(zhì)量流量計(jì)：

質(zhì)量流量計(jì)主要由流量傳感器（振動(dòng)管）和變送器組成。其原理利用流體在振動(dòng)管內(nèi)流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的科氏力，以直接或間接的方法測(cè)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(diǎn)穩(wěn)定度，近幾年正逐步得到應(yīng)用。質(zhì)量流量計(jì)的傳感器直接安裝在工藝管路上，其一路輸出信號(hào)通過RS-485標(biāo)準(zhǔn)通信接口(Modbus協(xié)議)，此輸出信號(hào)速率為9600b/s，有8位數(shù)據(jù)位、1位奇校驗(yàn)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(hào)，并將獲得的信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量、頻率等輸出信號(hào)，還可使用275型HART通信手操器或AMS、Prolink軟件對(duì)其組態(tài)、檢查及通信。

兩價(jià)段式電動(dòng)閥：

它由兩個(gè)電磁閥和一個(gè)調(diào)節(jié)針閥構(gòu)成，狀態(tài)為常閉。只有當(dāng)兩個(gè)電磁閥都通電時(shí)，它們才打開。閥具有電關(guān)閉的失效保護(hù)功能。它們利用管物料作為力源來關(guān)閉主閥活塞。電源是使兩個(gè)電磁閥動(dòng)作的動(dòng)力源。這些閥主要用于批量控制，且為最后切斷預(yù)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(dòng)和管道沖擊并確保準(zhǔn)確的預(yù)置容量。

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（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(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(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，其過程為：控制系統(tǒng)（PLC）采集并處理由按鈕得到的開關(guān)信號(hào)，再根據(jù)需要常鎖或復(fù)位，來控制快速切斷閥的狀態(tài)。

4．2 控制過程

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)管理分開實(shí)現(xiàn)，用力控2.0通過多串口卡對(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（如圖三）

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。（如圖四）
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，然后再關(guān)閉細(xì)管線上的閥門，來保證裝車精度。

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

由于力控軟件具有強(qiáng)大的雙機(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。

4．4 趨勢(shì)及報(bào)表

實(shí)時(shí)、歷史趨勢(shì)：力控提供了兩種類型的趨勢(shì)顯示對(duì)象：實(shí)時(shí)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)，允許您顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。兩種趨勢(shì)顯示都允許您最多使用多達(dá)八支趨勢(shì)畫筆。力控還為您提供了對(duì)趨勢(shì)的完全控制。例如：您可以指定時(shí)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(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)或歷史趨勢(shì)上顯示網(wǎng)絡(luò)上其它結(jié)點(diǎn)力控應(yīng)用程序的實(shí)時(shí)或歷史數(shù)據(jù)。

歷史報(bào)表：歷史報(bào)表提供了一種瀏覽和打印歷史數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的工具。對(duì)歷史報(bào)表可進(jìn)行手工或自動(dòng)打印。歷史報(bào)表從數(shù)據(jù)庫(kù)中按照一定的采樣方式獲取一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)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(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(xiàng)目中投入運(yùn)行。