基于串口通讯技术实现流量计计量系统的设计

一、 引言

地衡计量是企业物资计量的主要手段之一。但在实际工作中，地衡计量中的作弊现象相当普遍，且较复杂，危害不可低估。

1、人工开票漏洞多。

大多数企业依然沿用人工开票，由于人工记数的随意性很大，根本无从约束，有些企业的个别司秤人员甚至把秤码结算单和签章带回家，在家里开票签章。

2、车体定位和动态称重计量问题。

现在的工业地衡都以静态称重为基础进行计量，买主或卖主往往串通司秤人员，待货车慢速通过秤体台面，仅有前轮或者后轮处在秤体台面时，按下打印按钮，开始打印计量票据。这样秤重数值往往达数吨之多。

3、重复过秤作弊。

由于缺乏有效的技术控制，买主或卖主往往通过买通司秤人员和库管人员，对同一辆货车重复计量，重复打印秤码单，库管人员照样签收。

4、换车回皮过秤作弊。

有些企业采取的技术控制措施存在一定的漏洞，司秤人员就采取同一车号，大车过秤，小车回皮，或者小车过秤，大车回皮来达到作弊的目的。

要想有效的限制克服地衡计量员的工作，则需要有比较全面的技术控制措施和健全的管理制度约束。而技术控制措施又是建立管理制度的基础，在这样的情况下，流量计计量系统发挥了强大的优势，收到了良好的效果，给企业带来了收益。

二、 组成结构

系统简图如下：

采用的协议分别为：

三、 串口通讯技术简介

RS-232C和RS-485：

计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。RS-232-C接口（又称 EIA RS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的 DB25连接器。

由于RS-232-C接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四个缺点：

（1） 接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。

（2） 传输速率较低，通讯波特率的范围为0～20Kbps。

（3） 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式， 这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。

（4） 传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在15米以内。

针对RS-232-C的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准，RS-485就是其中之一。在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态。因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统， RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上一般可达3000米，这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。（如图二）

因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。RS-485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS-485接口均采用屏蔽双绞线传输。RS-485接口连接器采用DB-9的9芯插头座，与智能终端RS-485接口采用DB-9（孔），与键盘连接的键盘接口RS-485采用DB-9（针）。

多串口转换卡（CI-134）：

由于目前的计算机上所采用的标准串口大多为RS-232C的接口，如果想使用RS-485进行通讯，这就需要一个接口转换卡来进行数据转换。Industio CI-134是专为工业环境通信应用设计的RS-422/485四串口卡。支持4个独立的RS-422/485串口，在一对多点的通信应用下，最多可控制128个设备。为使RS-485 2线半双工操作变得更加简单，每片CI-134卡都具有数据流向自动控制（ADDC），不需软件操作。因此，在Windows应用下不需额外的编码就能控制RS-485半双工协议。为达到工业环境对高可靠性产品的要求，此产品提供可选择的光电隔离（2 KV）和浪涌保护（25KV ESD）功能。并且内建终端电阻，可以方便地应用在远程通讯中。此串口卡被广泛地应用于：多点数据采集；工厂自动化、远程串口设备控制、工业控制、嵌入式工业机械和SCADA 系统。

四、 功能详解

下面本文将以中国石油大庆天然气总公司第六分公司汽车装车系统为例，简要说明流量计计量系统的原理和功能。

4．1 系统原理

此流量计计量系统共包括计算机监控管理程序（力控2.0组态软件，即ForceControl2.0）、多串口转换卡（CI-134IS）、质量流量计（罗斯蒙特）、自动切断阀（两阶段式）、控制系统（OPTOMUX B100）、急停复位按钮，控制方式可实现全自动化。在这个系统中，现场的装车状态采用大庆三维的组态软件力控2.0来完成，通过多串口卡与控制系统、质量流量计（Series 2000）和显示屏（大庆三维制）进行通讯。其中，控制系统连接到现场的快速切断阀、急停复位按钮和接地信号等；质量流量计用来计算和转换介质在管线里的瞬时流量、温度、密度、体积累积量和质量累积量等， 由于是数字信号传输，避免了采用模拟或脉冲方式传输数据单一、脉冲累计精度偏差的问题，保证了计量数据的准确性和可靠性；力控软件把从质量流量计的变送器上采集到的数据经过处理，再下设到安装于各装车鹤位的专用显示屏，从而现场的操作工和驾驶员就可以非常方便地了解装车的进度。

紧急情况下，现场操作工和控制室操作员均可以用按钮关闭快速切断阀，其过程为：控制系统（PLC）采集并处理由接钮得到的开关信号，再根据需要常锁或复位，来控制快速切断阀的状态。

4．2 控制过程

为了实现在监控管理的同时，能够对装车数据进行存储、查询和生成日、月、季、年报，在此套计量系统的上位机中，把状态监控和数据管理分开实现，用力控2.0通过多串口卡对现场数据进行采集和发送，即上位机组态，再由ＯＤＢＣ数据源接口，将得到的装车量和装车鹤位号发送到用Microsoft Visual FoxPro 6.0开发的数据库管理模块中，从而实现了计算机自动打印结算票据和生成报表等功能。它们的具体功能分别为：

力控：现场数据的实时采集和显示，装车过程的控制，自动化语音提示及报警，实时、历时趋势的显示，网络发布数据，双机热备等

数据库管理（VFP）：计算预装量，存储装车记录，查询、重调记录，生成报表等

此流量计计量系统完整的装车过程为：

1．进场预备装车的车辆，先在控制室做车辆管理数据记录，由操作员录入到数据库管理程序中，由计算机自动根据操作员输入的罐体容积和介质密度计算出预装车量。

2．该车辆到达装车鹤位并准备就绪后，控制室操作员给出预计装车量传出到LED的显示屏上的同时快速切断阀自动全开。当接近装车目标值的95%时，控制系统将快速切断阀调至小流量状态（如满流量的5%），并且发出声光报警，提醒装车人员注意。当实际装车量达到预定的目标值时，控制系统关闭切断阀，现场停止装车。

也可以对一个装车位在只用一台流量计的情况下，使用一粗一细两条管线加油，分别由两台阀来控制。当接近装车目标值时（如95%）先关掉粗管线上的阀门，然后再关闭细管线上的阀门，来保证装车精度。

3．控制室在发出关阀动作的同时，将数据从监控软件自动传送到数据库管理模块，由操作员控制打印装车计量结算单，提供给用户。至此，完成了整个装车过程。

4．为了保证装车进度的需要，每个装车位任何一个位置随时都可以装车，计算机可以满足并行装车的要求，不会产生冲突。

5．语音提示功能简介：

在现场装车栈桥上安装两个防爆扬声器，另外控制室内装有一个麦克与现场进行语音通讯。当装车开始时，由组态软件触发一个先前录制好的声音文件，如“第二鹤位装车开始”；当装车量达到预装量的95%时，计算机输出到现场一个声音文件，如“第二鹤装车准备结束”；到装车结束时，输出另一个声音文件，如“第二鹤装车结束”。从而现场操作工可以掌握装车的进度，使装车工作顺利进行。

4.3 双机热备

在两台上位机都装有多串口转换卡的情况下，力控软件具有双机热备功能，即可以指定一台机器为主机，另一台作为从机，从机内容与主机内容实时同步，从机实时监视主机状态，一旦发现主机停止响应，便接管控制。采用「双机备份」机制还可以大幅提高系统运作的可靠性，在主机因故停机，而无法接收远程设备的资料时，作为备用的从机会立即取代主机的地位，继续进行资料采集的工作，系统运作不必因此而停顿，大大减轻用户在系统停运时的压力，同时让企业减少因系统停运所造成的损失。

五、 总结

多串口卡在装车计量工作中起到了非常重要的作用，由于RS-485具有通讯稳定，抗干扰性强，通讯距离远等特点，使系统增加了丰富的实用性。此系统还可以接入串口设备联网服务器（Nport Express）中，与其它网络连接，实现资源共享，并通过力控的Web Server将生成的所有记录和报表发布到企业的其它管理或控制网络上，使公司的领导在自己的办公室随时就可以看到现场的装车状态，以及计算机内的相关报表，方便了公司的一体化管理，增加了系统的可扩展性。

此套系统已得到业界的广泛关注和认可，并在以下项目中投入运行：

责任编辑：gt