大型煉油廠是加工工藝齊全，生產(chǎn)規(guī)模大的燃料—化工原料型企業(yè)，其許多生產(chǎn)裝置由于應(yīng)用了DCS，自動化水平很高，并且各裝置的工程數(shù)據(jù)已納入全廠的CIMS系統(tǒng)。但是水、電、氣、暖等公用工程數(shù)據(jù)以及罐區(qū)數(shù)據(jù)、進(jìn)出廠數(shù)據(jù)卻是獨立的，仍靠統(tǒng)計人員匯總，不適應(yīng)現(xiàn)代化管理的要求。為了準(zhǔn)確且迅速地掌握并利用全廠信息，對生產(chǎn)狀況進(jìn)行有效的統(tǒng)籌平衡管理，優(yōu)化資源配置，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，有必要建立“煉油廠全廠公用工程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”將相對分散的數(shù)據(jù)先集中到計量中心，搞好物料平衡，再通過光纖進(jìn)入全廠CIMS系統(tǒng)。 1、引言 該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)屬第一期工程，先將三個罐區(qū)的進(jìn)出廠計量數(shù)據(jù)采集并集中到計量中心。本系統(tǒng)采用星形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，上位機(jī)安裝在煉油廠計量中心，下位機(jī)分別安裝在甲、乙、丙三個罐區(qū)，與罐區(qū)內(nèi)的質(zhì)量流量計相連。上位機(jī)采有長業(yè)PC機(jī)并配有大屏幕監(jiān)視器和打印機(jī)，下位機(jī)采用STD工控機(jī)V40系統(tǒng)Ⅱ，主機(jī)與下位機(jī)之間采用調(diào)制解調(diào)器連接，利用公用電話通訊網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。 本系統(tǒng)軟件由上位機(jī)系統(tǒng)軟件和下位機(jī)軟件兩大部分組成，均采用C語言及匯編語言編寫。具有界面友好、實時性好、人工干預(yù)少、使用簡單方便等優(yōu)點。全部軟件的設(shè)計采用模塊化方法，每一個模塊完成某一功能，遵循并符合“自頂向下”的軟件設(shè)計原則。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖如圖1所示： 2、上位機(jī) 上位機(jī)主機(jī)采用工業(yè)PC機(jī)，并配備有打印機(jī)和大屏幕監(jiān)視器。上位機(jī)系統(tǒng)軟件的主要功能是通過通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸，以及將下位機(jī)實時采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理，包括存入數(shù)據(jù)庫、進(jìn)行流圖顯示、歷史趨勢圖和棒形圖還有數(shù)據(jù)表的顯示及各種要求的報表打印輸出。為完成以上功能，上位機(jī)系統(tǒng)軟件分成以下六大模塊。各模塊之間相對獨立，單獨開發(fā)，但相互之間嚴(yán)格按照規(guī)定的協(xié)議開發(fā)，使整個系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)清晰。 (1)主模塊：主要用于完成對整個系統(tǒng)各子功能的控制及調(diào)度。 (2)流程圖顯示功能模塊：主要完成各個工作區(qū)域的流程圖和相應(yīng)參數(shù)變化情況的顯示。為了直觀地反應(yīng)全廠各生產(chǎn)裝置及工藝點的生產(chǎn)運行狀態(tài)，使管理人員對各種狀態(tài)及信息做到一目了然，特別設(shè)計了流程圖顯示及其相應(yīng)功能模塊。對各罐區(qū)按照實際工藝要求顯示其流程圖及相應(yīng)的參數(shù)變化情況。在每一流程圖的右上方列出了與之相對應(yīng)的重要參數(shù)的當(dāng)前數(shù)據(jù)，從而使得顯示更加直觀、信息掌握更加準(zhǔn)確簡便。 (3)歷史趨勢及棒形圖顯示模塊：實現(xiàn)歷史生產(chǎn)狀況的趨勢再現(xiàn)和與之對應(yīng)時間點的棒形圖及數(shù)據(jù)表格顯示。通過歷史趨勢圖的顯示可以對生產(chǎn)狀況有一個縱向的全面了解。在歷史趨勢的顯示中，為了適應(yīng)不同的要求，設(shè)計了按天顯示和按月顯示，以便更全面準(zhǔn)確地了解歷史生產(chǎn)狀況。在顯示過程中，還增加了對應(yīng)的時間點上的棒圖及數(shù)據(jù)表格顯示，為用戶提供了多種清晰直觀的選擇，使用更加方便。 (4)數(shù)據(jù)采集及通信模塊：主要完成通信鏈路的建立及數(shù)據(jù)采集和傳輸。數(shù)據(jù)采集及通信是本系統(tǒng)的核心。下位機(jī)實時采集的數(shù)據(jù)只有傳輸?shù)缴衔粰C(jī)才能被顯示及打印。它有多種顯示及監(jiān)測功能，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性及完整性。 在數(shù)據(jù)采集及通信中，對每次所采集的數(shù)據(jù)均進(jìn)行正確性及完整性檢測，以保證原始數(shù)據(jù)的正確。通訊的過程是先建立通訊鏈路（即撥通對方的電話號碼并正確應(yīng)答），然后再建立數(shù)據(jù)鏈路。在建立數(shù)據(jù)鏈路的過程中，通訊雙方要經(jīng)過一系列應(yīng)答握手，以調(diào)整協(xié)議及通訊速率，聯(lián)絡(luò)所使用的數(shù)據(jù)壓縮及糾檢錯方法，然后才將數(shù)據(jù)鏈路交由計算機(jī)使用。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，計算機(jī)在占用數(shù)據(jù)鏈路后，仍要與下位機(jī)再次“握手聯(lián)絡(luò)”，將重要的信息作多種處理后再傳至上位機(jī)。上位機(jī)在接收數(shù)據(jù)過程中，采用“大數(shù)判決”與“否定重發(fā)”的方法。 在建立通信鏈路、數(shù)據(jù)鏈路、握手應(yīng)答及數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼麄€過程中，軟件設(shè)置了多種提示信息，使用戶可在使用中隨時了解當(dāng)前的通信狀態(tài)并進(jìn)行相應(yīng)處理。在極端情況下，如通信線路故障等無法正確建立數(shù)據(jù)傳輸通道時，系統(tǒng)會自動重試三次，若不成功則退出。 數(shù)據(jù)傳輸完畢后，要將全部數(shù)據(jù)按照相應(yīng)的時間關(guān)系存入數(shù)據(jù)庫文件之中。此時要做大量的數(shù)據(jù)處理工作，主要是建立隊列式數(shù)據(jù)文件及時間校準(zhǔn)。通過采取以上措施，就能做到數(shù)據(jù)傳輸時的準(zhǔn)確和快速，使用方便。 在設(shè)計數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)時，使用了“數(shù)據(jù)管道”。將數(shù)據(jù)文件看作是一個存放數(shù)據(jù)的管道，數(shù)據(jù)每次存入，恰如從管道尾端進(jìn)入管道，而每進(jìn)入一個新數(shù)據(jù)，就把管道前端的數(shù)據(jù)擠出去，此即隊列式文件結(jié)構(gòu)。這樣一來，文件及數(shù)據(jù)的存取變得相對簡單了，但是這一隊列要有一定的長度（或是說數(shù)據(jù)管道要有一定的容量），即文件所存放數(shù)據(jù)的持續(xù)時間。根據(jù)現(xiàn)場要求，過多的數(shù)據(jù)保留是不必要的，無用數(shù)據(jù)大量的積累會導(dǎo)致所謂“數(shù)據(jù)垃圾”的產(chǎn)生。為此，每小時的歷史數(shù)據(jù)只保留30天，而每天的綜合數(shù)據(jù)要保留至少一年，此由月文件及年文件來實現(xiàn)。在文件中，每一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)均包含一個特定的時間信息，代表這組數(shù)據(jù)在下位機(jī)中產(chǎn)生的時刻。使之排列總是按照時間由小到大、由遠(yuǎn)至近的順序。 (5)報表打印功能模塊：完成每日、五日以及月報表的打印。 (6)系統(tǒng)設(shè)定模塊：主要用于完成對整個系統(tǒng)的顯示設(shè)置和安全手段設(shè)置。考慮到在進(jìn)行歷史曲線顯示時的不同要求及系統(tǒng)安全性，設(shè)置了曲線顯示時間間隔設(shè)定及密碼設(shè)定。這樣使得歷史曲線顯示既可以以小時為單位顯示30天內(nèi)任意連續(xù)24小時的數(shù)據(jù)，又可以以天為單位顯示365天內(nèi)任意連續(xù)30天的歷史曲線。 在該數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中設(shè)置了兩級安全保密措施，第一級為開機(jī)保密設(shè)置，只有系統(tǒng)操作人員及有關(guān)機(jī)器管理人員才能開機(jī)，可有效地阻止無關(guān)人員使用機(jī)器。第二級為系統(tǒng)進(jìn)入保密，若要進(jìn)入本系統(tǒng)進(jìn)行諸如：數(shù)據(jù)采集、曲線顯示、報表打印必須經(jīng)過這一道保密檢查方可，否則系統(tǒng)將退出到安全狀態(tài)，直到確認(rèn)身份為止。這一級只有少數(shù)系統(tǒng)管理、決策人員才可進(jìn)入，有效地提高了系統(tǒng)的安全性。 3、下位機(jī) 本系統(tǒng)下位機(jī)采STD總線工業(yè)控制機(jī)V40系統(tǒng)Ⅱ。它具有小型化、模塊化、組合化、嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化、可工作在黑匣子方式等優(yōu)點并適合于環(huán)境惡劣的工況條件。每個罐區(qū)使用一臺STD工控機(jī)作為下位機(jī)，其主要功能如下：數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測各流量計的狀態(tài)；數(shù)據(jù)處理，將各流量計的數(shù)據(jù)規(guī)格化；數(shù)據(jù)通訊，將規(guī)格化的數(shù)據(jù)送往上位機(jī)。 該STD總線系統(tǒng)（可接五臺流量計）由四塊模板組成，采用黑匣子方式工作，無須人工干預(yù)，全部操作自動進(jìn)行。所使用的模板是： V40 CPU板STD5086；VGA適配卡STD5788；四路多功能RS232C通訊接口板STD5687（A）；二路多功能RS232C通訊接口板STD5687（B）。系統(tǒng)框圖如圖2所示： 下位機(jī)系統(tǒng)的主要任務(wù)一是直接與各罐區(qū)的智能儀表接口，將各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息采集并處理后按一定格式存放；另一個重要的任務(wù)是不斷監(jiān)聽通信線路是否有上位機(jī)來的數(shù)據(jù)傳輸請求，將所采集信息準(zhǔn)確快速地傳往上位機(jī)。在前一任務(wù)中，下位機(jī)要保證所采集數(shù)據(jù)的正確及完整性、及時性，在后一任務(wù)中，下位機(jī)還要能夠識別出各種非主機(jī)有效呼叫（即電話串音、串號、主機(jī)呼叫不完整或線路故障）。另外，作為下位機(jī)，在本系統(tǒng)中它是作為一個“黑匣子”模塊，處于上位機(jī)與生產(chǎn)裝置之間。其最大的特點是一個連續(xù)不間斷的運行系統(tǒng)，而且一旦開機(jī)運行即不需要任何人工干預(yù)。這就決定了下位機(jī)不僅要從硬件上保證安全可靠，而且在軟件開發(fā)上也要從高可靠性、安全性方面出發(fā)，保證其正常地連續(xù)運行。在最惡劣的情況下，如系統(tǒng)掉電、系統(tǒng)“飛程序”等，還應(yīng)使下位機(jī)具有一定的故障自診斷及自恢復(fù)功能。 下位機(jī)系統(tǒng)軟件中設(shè)計了以下主要功能模塊： 系統(tǒng)初始設(shè)定模塊；底層通訊服務(wù)模塊；高層通訊服務(wù)模塊；數(shù)據(jù)采集模塊；系統(tǒng)故障自診斷/恢復(fù)模塊。 4、系統(tǒng)通訊 調(diào)制解調(diào)器為數(shù)據(jù)通信提供了一種很經(jīng)濟(jì)的方法，使得一個便宜的微機(jī)終端通過電話網(wǎng)呼叫，便可享用計算機(jī)中心昂貴的資源。該系統(tǒng)就是利用調(diào)制解調(diào)器，使遠(yuǎn)距離計算機(jī)之間可通過電話線路的載波信道進(jìn)行通信。 數(shù)據(jù)傳輸時的自動撥號/應(yīng)答是在計算機(jī)相應(yīng)的撥號軟件的控制下，調(diào)制解調(diào)器自動實現(xiàn)撥號呼叫或?qū)艚袘?yīng)答摘機(jī)。 5、結(jié)論 該系統(tǒng)已經(jīng)通過由應(yīng)用廠家組織的驗收。該系統(tǒng)將煉油廠全廠公用工程數(shù)據(jù)集中與管理，搞好全廠物料平衡，提高管理水平奠定了基礎(chǔ)。