衡器數(shù)據(jù)無線采集設(shè)計(jì)

牛啟光

（中國(guó)石化股份有限公司齊魯分公司信息技術(shù)部，山東淄博255400）

齊魯石化公司目前擁有煉油綜合加工能力10.5Mt／a，乙烯加工能力800kt／a，主要生產(chǎn)汽油、煤油、柴油、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、合成橡膠、合成纖維等120多種石油化工產(chǎn)品。這些產(chǎn)品涉及的汽車火車計(jì)量出廠或者原材料進(jìn)廠計(jì)量通常都由汽車衡或軌道衡完成。目前該公司下屬生產(chǎn)廠共有汽車衡和軌道衡40臺(tái)，承擔(dān)著大部分產(chǎn)品出廠和原材料進(jìn)廠的計(jì)量工作。2008年，基于公司MES系統(tǒng)進(jìn)出廠統(tǒng)計(jì)需要，共對(duì)26臺(tái)符合條件的衡器進(jìn)行了有線數(shù)據(jù)采集，通過公司有線局域網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)衡器數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。依托局域網(wǎng)對(duì)所能觸及到的衡器點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，在公司層面形成衡器數(shù)據(jù)管理中心，為各應(yīng)用系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，起到了良好的應(yīng)用效果。

根據(jù)該公司衡器數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)的實(shí)際需求，仍有部分衡器數(shù)據(jù)不具備有線采集條件，對(duì)過衡數(shù)據(jù)無法實(shí)施及時(shí)、準(zhǔn)確、有效的采集，導(dǎo)致過衡崗位手工錄入操作繁瑣；公司管理部門無法及時(shí)準(zhǔn)確得到第一手過衡數(shù)據(jù)信息，也不能為MES等關(guān)鍵系統(tǒng)提供及時(shí)的數(shù)據(jù)支持，造成部分業(yè)務(wù)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)。依據(jù)目前應(yīng)用現(xiàn)狀，通過對(duì)現(xiàn)有過衡設(shè)備和公司網(wǎng)絡(luò)的分析，設(shè)計(jì)了一個(gè)衡器數(shù)據(jù)無線系統(tǒng)采集方案。

1 實(shí)現(xiàn)方式

1.1 總體方案

衡器數(shù)據(jù)無線采集系統(tǒng)是一個(gè)由現(xiàn)場(chǎng)過衡點(diǎn)和無線數(shù)據(jù)接收中心組成的衡器數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對(duì)過衡數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集，實(shí)時(shí)掌握各過衡點(diǎn)的車輛過衡情況；過衡數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)綗o線數(shù)據(jù)接收中心，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、匯總、整理；其后無線數(shù)據(jù)接收中心將過衡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到衡器數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過通用分組無線服務(wù)（GPRS）網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。稱重計(jì)算機(jī)可將采集的過衡數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)及時(shí)發(fā)送到衡器數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)過衡數(shù)據(jù)的及時(shí)管理，提高操作崗位的工作效率。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)硬件架構(gòu)

綜合該公司網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，依據(jù)過衡點(diǎn)及其管理業(yè)務(wù)需求，本著經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、穩(wěn)定、可擴(kuò)展的原則，設(shè)計(jì)出如圖1所示的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。各無線過衡點(diǎn)的稱重計(jì)算機(jī)由無線調(diào)制解調(diào)器通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和公司Intranet網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)各無線過衡點(diǎn)和數(shù)據(jù)接收中心的數(shù)據(jù)通信，然后由數(shù)據(jù)接收中心將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到衡器數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。

1.3 系統(tǒng)主要組成

系統(tǒng)由衡器數(shù)據(jù)無線采集設(shè)備、無線接收設(shè)備及GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)等3部分組成，如圖1所示。

1.3.1 衡器數(shù)據(jù)無線采集點(diǎn)

各無線過衡點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)通過數(shù)據(jù)采集模塊自動(dòng)采集各臺(tái)衡器稱重計(jì)算機(jī)中的過衡數(shù)據(jù)記錄，通過RS－232（或RS－485）接口與無線調(diào)制解調(diào)器相連。在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊中設(shè)置服務(wù)端的IP地址和端口號(hào)，作為用戶數(shù)據(jù)中心的公網(wǎng)IP地址及偵聽端口。無線調(diào)制解調(diào)器通電后自動(dòng)連接數(shù)據(jù)接收中心服務(wù)器，如果無線調(diào)制解調(diào)器與用戶的數(shù)據(jù)接收中心之間采用TCP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，則自動(dòng)與服務(wù)器建立TCP鏈接。通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后，發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)。

圖1 衡器數(shù)據(jù)無線采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.3.2 衡器數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)

a）衡器數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)包括中國(guó)移動(dòng)GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和公司公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。各無線過衡點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在公司公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷剑ㄟ^GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)最終傳輸?shù)焦W(wǎng)接入點(diǎn)。

公司公網(wǎng)是中國(guó)移動(dòng)分配給該公司的一個(gè)無線局域網(wǎng)，在這個(gè)網(wǎng)段內(nèi)實(shí)現(xiàn)公司各無線過衡點(diǎn)和公司衡器數(shù)據(jù)接收服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸。該公司各無線過衡點(diǎn)通過無線調(diào)制解調(diào)器，借助公司公網(wǎng)與數(shù)據(jù)接收中心的服務(wù)器自動(dòng)建立TCP鏈接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

b）過衡數(shù)據(jù)接收中心。該公司過衡數(shù)據(jù)接收中心服務(wù)器使用內(nèi)部公網(wǎng)IP直接聯(lián)入Internet，與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連，通過RS－232（或RS－485）接口與無線調(diào)制解調(diào)器相連接收數(shù)據(jù)，并由接收中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)自動(dòng)接收軟件進(jìn)行分類處理，最終進(jìn)入衡器數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。由于公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可提供較高的帶寬，當(dāng)衡器數(shù)據(jù)無線采集點(diǎn)數(shù)量增加時(shí)，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。

數(shù)據(jù)接收服務(wù)器接收到GPRS網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)后先進(jìn)行AAA認(rèn)證，后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收計(jì)算機(jī)主機(jī)，通過數(shù)據(jù)自動(dòng)接收軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行還原顯示，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分類處理。

c）將數(shù)據(jù)接收中心的數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送到衡器數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)經(jīng)接收中心接收處理后，形成公司各無線過衡點(diǎn)的實(shí)時(shí)過衡數(shù)據(jù)，并發(fā)送至中心衡器數(shù)據(jù)庫(kù)，形成數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，供過衡崗位職工使用和公司及各單位管理人員查詢和監(jiān)督。

1.4 軟件開發(fā)

開發(fā)衡器數(shù)據(jù)無線采集軟件，實(shí)現(xiàn)衡器數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和實(shí)時(shí)發(fā)送；建立衡器數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，確保各個(gè)過衡點(diǎn)數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸；開發(fā)衡器數(shù)據(jù)無線接收軟件，實(shí)現(xiàn)衡器數(shù)據(jù)的無線、自動(dòng)接收，并將接收到的數(shù)據(jù)分類處理，儲(chǔ)存至衡器數(shù)據(jù)庫(kù)。

2 系統(tǒng)解決方案特點(diǎn)

GPRS具有速度快、使用費(fèi)用低的特點(diǎn)，其傳輸速率可達(dá)171.2Kbit／s。與有線通信方式相比，GPRS無線通信方式具有組網(wǎng)靈活、擴(kuò)展容易、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。因此，采用GPRS無線傳輸方式可解決部分不具備有線條件的過衡點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸問題。

中國(guó)移動(dòng)GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在GPRS業(yè)務(wù)基礎(chǔ)平臺(tái)上構(gòu)建衡器數(shù)據(jù)無線采集傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)衡器數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的無線數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，并且可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，具有縮短建設(shè)周期、降低建設(shè)成本的優(yōu)點(diǎn)，而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單。衡器數(shù)據(jù)GPRS無線采集系統(tǒng)具備如下特點(diǎn)。

a）實(shí)時(shí)性強(qiáng)。與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無時(shí)延，無需輪巡就可以同步接收、處理公司多個(gè)無線過衡點(diǎn)的數(shù)據(jù)，可很好地滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

b）建設(shè)成本低。由于采用GPRS公網(wǎng)平臺(tái)，無需建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只需安裝好設(shè)備就可以，建設(shè)成本低。

c）監(jiān)控范圍廣。構(gòu)建衡器數(shù)據(jù)無線采集傳輸系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴(kuò)容和接入地點(diǎn)無限制，能滿足各單位過衡點(diǎn)的接入需求。由于該公司過衡點(diǎn)數(shù)量眾多，分布在各個(gè)單位范圍內(nèi)，部分過衡點(diǎn)位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散，基于上述特點(diǎn)采用GPRS公網(wǎng)平臺(tái)可很好地補(bǔ)充過衡數(shù)據(jù)有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟蛔?，滿足過衡數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)男枨蟆?/p>

d）具有良好的可擴(kuò)展性。因?yàn)槟壳癎PRS網(wǎng)絡(luò)已覆蓋國(guó)內(nèi)絕大部分地區(qū)，基本不存在盲區(qū)，所以可實(shí)現(xiàn)大范圍的無線采集，滿足衡器數(shù)據(jù)信息采集傳輸系統(tǒng)對(duì)覆蓋范圍的要求。

e）系統(tǒng)的傳輸容量大。衡器數(shù)據(jù)接收中心要和每一個(gè)無線過衡采集點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，而GPRS技術(shù)能很好地滿足這一需要以及系統(tǒng)無線過衡點(diǎn)的擴(kuò)充需求。

f）數(shù)據(jù)傳輸速率高。每個(gè)過衡數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbit／s之內(nèi)，GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸速率理論上可達(dá)171.2Kbit／s，目前GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbit／s左右，完全能滿足該系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率（不小于10Kbit／s）的需求。

g）通信費(fèi)用低。采用包月計(jì)費(fèi)方式，運(yùn)營(yíng)成本低。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

3.1 自動(dòng)采集無線過衡數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)共享平臺(tái)

對(duì)于無線過衡點(diǎn)，將自動(dòng)采集的過衡數(shù)據(jù)通過GPRS傳輸至過衡數(shù)據(jù)接收中心進(jìn)行處理，建立起快速、高效、安全的衡器數(shù)據(jù)共享平臺(tái)。

3.2 連接現(xiàn)場(chǎng)稱重計(jì)算機(jī)

現(xiàn)場(chǎng)過衡稱重計(jì)算機(jī)通過無線數(shù)據(jù)采集軟件自動(dòng)采集過衡數(shù)據(jù)信息，通過RS－232／485接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端（GPRS無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備）相連，通過該終端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)。

數(shù)據(jù)接收中心服務(wù)器上的接收軟件通過RS－232／485接口與GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端相連，然后通過數(shù)據(jù)自動(dòng)接收軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行還原顯示，并存儲(chǔ)在衡器數(shù)據(jù)庫(kù)中，由衡器數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、整理和匯總。

數(shù)據(jù)接收中心運(yùn)行衡器數(shù)據(jù)自動(dòng)接收軟件，利用GPRS上網(wǎng)，系統(tǒng)將始終處于連線和在線狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)信息采集點(diǎn)24h傳輸采集的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理的功能。

3.3 整合現(xiàn)行衡器數(shù)據(jù)有線采集系統(tǒng)

將該公司現(xiàn)行的衡器數(shù)據(jù)有線采集系統(tǒng)與無線采集系統(tǒng)進(jìn)行整合，納入公司衡器數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各過衡點(diǎn)的過衡數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一、全面、有效的管理。

4 結(jié)束語

該采集方案已經(jīng)成功應(yīng)用于生產(chǎn)中。此種方式采集速度快，不掉線，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，能充分滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，為計(jì)量部門實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了便利條件。該無線方案的成功應(yīng)用也為公司其他無線采集系統(tǒng)提供了一種良好的技術(shù)支撐手段。

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