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(dòng)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(dú)立的,，仍靠統(tǒng)計(jì)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(duì)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" title="數(shù)據(jù)采集">數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”將相對(duì)分散的數(shù)據(jù)先集中到計(jì)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(gè)罐區(qū)的進(jìn)出廠計(jì)量數(shù)據(jù)采集并集中到計(jì)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(jì)量中心,，下位機(jī)分別安裝在甲,、乙,、丙三個(gè)罐區(qū)，與罐區(qū)內(nèi)的質(zhì)量流量計(jì)相連,。上位機(jī)采有長(zhǎng)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)" title="工控機(jī)">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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,。

本系統(tǒng)軟件" title="系統(tǒng)軟件">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(shí)時(shí)性好、人工干預(yù)少,、使用簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn),。全部軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化方法，每一個(gè)模塊完成某一功能,，遵循并符合“自頂向下”的軟件設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)時(shí)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(shì)圖和棒形圖還有數(shù)據(jù)表的顯示及各種要求的報(bào)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(duì)獨(dú)立,，單獨(dú)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(gè)系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)清晰,。

(1)主模塊：主要用于完成對(duì)整個(gè)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(gè)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(diǎn)的生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài),，使管理人員對(duì)各種狀態(tài)及信息做到一目了然,，特別設(shè)計(jì)了流程圖顯示及其相應(yīng)功能模塊。對(duì)各罐區(qū)按照實(shí)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(duì)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(jiǎn)便,。

(3)歷史趨勢(shì)及棒形圖顯示模塊：實(shí)現(xiàn)歷史生產(chǎn)狀況的趨勢(shì)再現(xiàn)和與之對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的棒形圖及數(shù)據(jù)表格顯示,。通過歷史趨勢(shì)圖的顯示可以對(duì)生產(chǎn)狀況有一個(gè)縱向的全面了解,。在歷史趨勢(shì)的顯示中，為了適應(yīng)不同的要求,，設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)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" title="鏈路">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(shí)時(shí)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(cè)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(duì)每次所采集的數(shù)據(jù)均進(jìn)行正確性及完整性檢測(cè),，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(duì)方的電話號(hào)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(cuò)方法，然后才將數(shù)據(jù)鏈路交由計(jì)算機(jī)使用,。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性,，計(jì)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€(gè)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(shí)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(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)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(shí)間關(guān)系存入數(shù)據(jù)庫文件之中。此時(shí)要做大量的數(shù)據(jù)處理工作,，主要是建立隊(duì)列式數(shù)據(jù)文件及時(shí)間校準(zhǔn),。通過采取以上措施，就能做到數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的準(zhǔn)確和快速,，使用方便,。

在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)時(shí)，使用了“數(shù)據(jù)管道”,。將數(shù)據(jù)文件看作是一個(gè)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(gè)新數(shù)據(jù),，就把管道前端的數(shù)據(jù)擠出去，此即隊(duì)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(duì)簡(jiǎn)單了，但是這一隊(duì)列要有一定的長(zhǎng)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(shí)間,。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(huì)導(dǎo)致所謂“數(shù)據(jù)垃圾”的產(chǎn)生,。為此，每小時(shí)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(shí)現(xiàn)。在文件中,，每一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)均包含一個(gè)特定的時(shí)間信息，代表這組數(shù)據(jù)在下位機(jī)中產(chǎn)生的時(shí)刻,。使之排列總是按照時(shí)間由小到大,、由遠(yuǎn)至近的順序。

(5)報(bào)表打印功能模塊：完成每日,、五日以及月報(bào)表的打印,。

(6)系統(tǒng)設(shè)定模塊：主要用于完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的顯示設(shè)置和安全手段設(shè)置?？紤]到在進(jìn)行歷史曲線顯示時(shí)的不同要求及系統(tǒng)安全性,，設(shè)置了曲線顯示時(shí)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(shí)為單位顯示30天內(nèi)任意連續(xù)24小時(shí)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(jí)安全保密措施,，第一級(jí)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(jí)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(bào)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(jí)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(diǎn)并適合于環(huán)境惡劣的工況條件。每個(gè)罐區(qū)使用一臺(tái)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(cè)各流量計(jì)的狀態(tài)；數(shù)據(jù)處理,，將各流量計(jì)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(tái)流量計(jì)）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(dòng)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(gè)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(qǐng)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(shí)性,，在后一任務(wù)中，下位機(jī)還要能夠識(shí)別出各種非主機(jī)有效呼叫（即電話串音,、串號(hào)、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(gè)“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(diǎn)是一個(gè)連續(xù)不間斷的運(yùn)行系統(tǒng),，而且一旦開機(jī)運(yùn)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(yùn)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(jì)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(gè)便宜的微機(jī)終端通過電話網(wǎng)呼叫,，便可享用計(jì)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(jì)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(shí)的自動(dòng)撥號(hào)/應(yīng)答是在計(jì)算機(jī)相應(yīng)的撥號(hào)軟件的控制下，調(diào)制解調(diào)器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)撥號(hào)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(yàn)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)。