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      串口卡在裝車計量系統中的應用

        本文針對在計量系統中被廣泛采用的地衡計量和流量計計量進行比較,介紹了多串口卡在裝車計量系統中的重要作用,并舉例說明了此計量系統的工作原理及系統運行評價。
        一、 引言
        地衡計量是企業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。
        大多數企業依然沿用人工開票,由于人工記數的隨意性很大,根本無從約束,有些企業的個別司秤人員甚至把秤碼結算單和簽章帶回家,在家里開票簽章。
        2、車體定位和動態稱重計量問題。
        現在的工業地衡都以靜態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。這樣秤重數值往往達數噸之多。
        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,流量計計量系統發揮了強大的優勢,收到了良好的效果,給企業帶來了收益。
        二、 組成結構
        系統簡圖如下:

        串口卡在裝車計量系統中的應用



        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據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&ldquo;數據終端設備(DTE)和數據通訊設備(DCE)之間串行二進制數據交換接口技術標準&rdquo;該標準規定采用一個25個腳的 DB25連接器。
        由于RS-232-C接口標準出現較早,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成共地的傳輸形式, 這種共地傳輸容易產生共模干擾,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。
        針對RS-232-C的不足,于是就不斷出現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送狀態。因此,發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 可以聯網構成分布式系統, 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絡。(如圖二)

        串口卡在裝車計量系統中的應用
        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點就使其成為首選的串行接口。RS-485接口組成的半雙工網絡,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換卡來進行數據轉換。Industio CI-134是專為工業環境通信應用設計的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卡都具有數據流向自動控制(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半雙工協議。為達到工業環境對高可靠性產品的要求,此產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:多點數據采集;工廠自動化、遠程串口設備控制、工業控制、嵌入式工業機械和SCADA 系統。
        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為例,簡要說明流量計計量系統的原理和功能。
        4.1 系統原理
        此流量計計量系統共包括計算機監控管理程序(力控2.0組態軟件,即ForceControl2.0)、多串口轉換卡(CI-134IS)、質量流量計(羅斯蒙特)、自動切斷閥(兩階段式)、控制系統(OPTOMUX B100)、急停復位按鈕,控制方式可實現全自動化。在這個系統中,現場的裝車狀態采用大慶三維的組態軟件力控2.0來完成,通過多串口卡與控制系統、質量流量計(Series 2000)和顯示屏(大慶三維制)進行通訊。其中,控制系統連接到現場的快速切斷閥、急停復位按鈕和接地信號等;質量流量計用來計算和轉換介質在管線里的瞬時流量、溫度、密度、體積累積量和質量累積量等, 由于是數字信號傳輸,避免了采用模擬或脈沖方式傳輸數據單一、脈沖累計精度偏差的問題,保證了計量數據的準確性和可靠性;力控軟件把從質量流量計的變送器上采集到的數據經過處理,再下設到安裝于各裝車鶴位的專用顯示屏,從而現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(PLC)采集并處理由接鈕得到的開關信號,再根據需要常鎖或復位,來控制快速切斷閥的狀態。
        4.2 控制過程
        為了實現在監控管理的同時,能夠對裝車數據進行存儲、查詢和生成日、月、季、年報,在此套計量系統的上位機中,把狀態監控和數據管理分開實現,用力控2.0通過多串口卡對現場數據進行采集和發送,即上位機組態,再由ODBC數據源接口,將得到的裝車量和裝車鶴位號發送到用Microsoft Visual FoxPro 6.0開發的數據庫管理模塊中,從而實現了計算機自動打印結算票據和生成報表等功能。它們的具體功能分別為:
        力控:現場數據的實時采集和顯示,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,網絡發布數據,雙機熱備等
        數據庫管理(VFP):計算預裝量,存儲裝車記錄,查詢、重調記錄,生成報表等
        此流量計計量系統完整的裝車過程為:
        1.進場預備裝車的車輛,先在控制室做車輛管理數據記錄,由操作員錄入到數據庫管理程序中,由計算機自動根據操作員輸入的罐體容積和介質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,控制系統將快速切斷閥調至小流量狀態(如滿流量的5%),并且發出聲光報警,提醒裝車人員注意。當實際裝車量達到預定的目標值時,控制系統關閉切斷閥,現場停止裝車。
        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.控制室在發出關閥動作的同時,將數據從監控軟件自動傳送到數據庫管理模塊,由操作員控制打印裝車計量結算單,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,不會產生沖突。
        5.語音提示功能簡介:
        在現場裝車棧橋上安裝兩個防爆揚聲器,另外控制室內裝有一個麥克與現場進行語音通訊。當裝車開始時,由組態軟件觸發一個先前錄制好的聲音文件,如&ldquo;第二鶴位裝車開始&rdquo;;當裝車量達到預裝量的95%時,計算機輸出到現場一個聲音文件,如&ldquo;第二鶴裝車準備結束&rdquo;;到裝車結束時,輸出另一個聲音文件,如&ldquo;第二鶴裝車結束&rdquo;。從而現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,從機內容與主機內容實時同步,從機實時監視主機狀態,一旦發現主機停止響應,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,繼續進行資料采集的工作,系統運作不必因此而停頓,大大減輕用戶在系統停運時的壓力,同時讓企業減少因系統停運所造成的損失。
        五、 總結
        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具有通訊穩定,抗干擾性強,通訊距離遠等特點,使系統增加了豐富的實用性。此系統還可以接入串口設備聯網服務器(Nport Express)中,與其它網絡連接,實現資源共享,并通過力控的Web Server將生成的所有記錄和報表發布到企業的其它管理或控制網絡上,使公司的領導在自己的辦公室隨時就可以看到現場的裝車狀態,以及計算機內的相關報表,方便了公司的一體化管理,增加了系統的可擴展性。


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