通信技術(shù)在流量測量中的應用

現代通信技術(shù)是建立在數字技術(shù)基礎上的一門(mén)新興技術(shù)，將其引入測量和控制領(lǐng)域，大大推動(dòng)了測量和控制技術(shù)的發(fā)展。用數字通信的方法傳送信息與儀表中用模擬信號傳送信息相比具有明顯的優(yōu)越性。

①準確。用數字通信的方法傳送數據，輔之以檢錯技術(shù)，一且獲得成功，就不存在模擬信號傳送中的誤差。

②節約通信線(xiàn)纜。在傳統的儀表中用模擬信號傳送信息，一對線(xiàn)一般只能傳送一路信號。而現代通信技術(shù)中，用分時(shí)的方法傳送信息，一對線(xiàn)能傳送的信息量可達成千上萬(wàn)，甚至更大，因而可大大節約傳送信號用的介質(zhì)。

在數顯儀表中，一般采用串行通信，通信速率雖然只能達到103~104bps，但因測量?jì)x表中需要傳送的數據量一般并不很大，通信時(shí)間間隔也要求不高，因此能夠滿(mǎn)足需要。

下面簡(jiǎn)要介紹通信技術(shù)在流量測量中的應用。

1 流量變送器中的通信

 

20世紀80年代以來(lái)，許多儀表公司相繼推出自己的具有通信能力的流量變送器產(chǎn)品， 所采用的通信協(xié)議也有多種，其中最著(zhù)名的是由Rosemount公司提出的HART協(xié)議(可尋址遠程傳感器數據公路)，它是在4~20mA電流上疊加1200Hz和2200Hz兩個(gè)獨立的頻率信號，分別代表數字1和0。該頻率信號呈正弦波形，幅值為±0.5mA，所以其平均值為0，故將其調制于4~20mA之上卻不影響4~20mA的平均值，這樣就使HART通信可以和4~20mA信號并存而互不干涉。

具有通信能力的流量變送器可同手持終端配合實(shí)現與4~20mA并存條件下的數字通信，也可經(jīng)接口與PC機或DCS相連，實(shí)現全數字通信，完成多項任務(wù)。

 

1.1 與手持終端器(HHT)或智能現場(chǎng)通信器(SFC)通信

 

手持終端器或智能現場(chǎng)通信器是以微處理器為基礎的與智能變送器進(jìn)行數字通信的接口裝置，是一種新型調試工具，利用它能在現場(chǎng)(或控制室)對智能變送器進(jìn)行組態(tài)、測試、調整、校驗、查看自診斷信息。圖10.1所示為與苦持終端器的連接�，F在多家儀表公司都有此類(lèi)產(chǎn)品，用戶(hù)對變送器進(jìn)行維修、校驗極為方便。

 

1.2 與流量演算器一起組成多量程流量計

 

差壓式流量計現在仍然是應用最廣泛的一種流量計，但是它的范圍度較小，不能滿(mǎn)足要求較大范圍度的很多測量對象。例如，我國北方有不少以取暖設備為主要耗熱設備的熱用戶(hù)，夏季的耗熱量往往比冬季耗熱量的1/5還要低，這樣，計量?jì)x表在夏季如果使用與冬季相同的測量范圍，那么僅差壓變送器誤差一項就會(huì )給夏季計量帶來(lái)無(wú)法容許的系統誤差，所以有許多單位使用多量程流量計。像上面的例子是冬季使用高量程，夏季使用低量程。

現在有多種智能差壓變送器都能采用通信的方法變更其量程，有些變送器量程可調比高達40倍以上，為多量程流量計的實(shí)現創(chuàng )造了良好條件。如圖10.2所示的雙量程差壓式流量計中，流量演算器與差壓變送器之間的兩根連接線(xiàn)既是變送器電源線(xiàn)，又是4~20rnA模擬信號傳輸線(xiàn)，同時(shí)承擔HART通信中傳送±0.5mA數字信號的任務(wù)。

流量演算器設定有高量程流量上限值quh和低量程流量上限值qul，并且分別與差壓變送器的高低量程差壓上限值Δρuh和Δpul相對應。演算器中還設定有高低量程流量切換值qex，當差壓變送器處于高量程狀態(tài)時(shí)，演算器用quh參與計算流量，如果計算得到的流量值小于等于qex，則演算器作出切換到低量程的決策，并按設計好的程序采用通信的方法將差壓變送器切換到低量程，開(kāi)始用qul參與計算流量。以后如遇流量值大于qex，又采用通信的方法將差壓變送器切回到高量程。

在具體實(shí)施的時(shí)候一般還要設置一個(gè)切換差，以防高低量程之間的頻繁切換。而且需考慮低流量時(shí)的雷諾數修正，以保證測量精確度。

 

1.3 與計算機聯(lián)網(wǎng)組成數采系統

 

國外有的公司推出用于HART協(xié)議通信的硬件產(chǎn)品，例如PCSMART模塊，將其插入PC機空余槽口中，其輸出可與15臺SMART設備構成多站網(wǎng)絡(luò )。例如和5臺智能差壓變送器、5臺智能壓力變送器、5臺智能溫度變送器構成5點(diǎn)的帶溫度壓力補償流量測量系統。該系統由于采用了高精確度、寬量程的智能變送和運算能力極強的PC機，因此測量精確度高，而且擴大了范圍度。

用數字通信的方法讀取變送器的測量結果要比用模擬信號傳送測量信號精確度明顯提高。例如，現在各主要儀表公司都能生產(chǎn)的0.1級智能差壓變送器，其數字量輸出精確度可達±0.075%，而若取電流輸出，變送器精確度為±O.l%FS，而此信號進(jìn)入流量二次表或DCS的I/O口，由于模擬信號放大和A/D轉換，還要損失O.05%~0.1%的精確度。由于數字通信技術(shù)這一突出優(yōu)點(diǎn)，大大促進(jìn)了現場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展和推廣應用。

 

1.4 建立在通信基礎上的設備管理系統AMS

 

AMS (Asset Management Solution)設備管理系統是專(zhuān)為對智能化儀表進(jìn)行管理和維護而設計的系統，它使用戶(hù)能夠監視、管理和調整在過(guò)程中運行的設備和過(guò)程本身。

(1) AMS的硬件結構 AMS的硬件系統結構如圖10.3所示，它由HART轉換器、 RS-232/RS-485通信轉換器、HART調制解調器和PC機組成。

①HART轉換器(HART Interchange Unit，簡(jiǎn)稱(chēng)HIU)。一個(gè)HART轉換器可帶32臺HART設備。一個(gè)網(wǎng)絡(luò )最多可帶31臺HIU，即可帶992臺HART設備。一旦通電，每臺HIU即建立一個(gè)連接設備的內部表。當用軟件掃描設備時(shí)，需要從現場(chǎng)設備中獲取過(guò)程變量的狀態(tài)信息。這些信息先儲存到HIU的內存中，再傳送到PC機中。

②RS-232/RS-485轉換器。RS-232/RS-485轉換器用來(lái)連接HART轉換器與PC機的通信口，因為RS-485網(wǎng)絡(luò )具有傳輸距離長(cháng)、抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)，現場(chǎng)采用RS-485網(wǎng)絡(luò )通信。而普通的PC機只有RS-232接口，所以?xún)烧咧�間需要使用轉換器。

③HART調制解調器(HART Mo-clem)。 HART調制解調器是一種結構緊湊、 牢固的外部接口，可滿(mǎn)足現場(chǎng)和車(chē)間維護的需要，它提供了單臺設備與AMS相連的手段，它裝在一個(gè)DB-9外殼內，附有一個(gè)9針的RS-232接口。它是隔離的、電流限制的、與極性無(wú)關(guān)、無(wú)干擾的連接方式。HART調制解調器適用于臺式和筆記本PC機，無(wú)需外部供電，可與任何HART設備以輪詢(xún)或突發(fā)方式進(jìn)行通信。

(2) AMS的軟件功能

①組態(tài)( configuration)。在軟件的支持下，通過(guò)PC機對現場(chǎng)的智能化儀表進(jìn)行組態(tài)。

②儀表校準及維護。維修人員不需將儀表從安裝地點(diǎn)拆下，也不需將壓力等信號輸入儀表，在控制室或辦公室就可實(shí)現儀表的校準和檢查維護。

③位號查詢(xún)；狀態(tài)查詢(xún)；回路檢測與設備資源檢測；向HART手持終端下載信息；自動(dòng)維護文檔；查看設備歷史信息等。

(3) AMS的特點(diǎn)

①AMS軟件以現場(chǎng)服務(wù)器為平臺的T形結構，為用戶(hù)提供一個(gè)圖形化界面。

②A(yíng)MS為現場(chǎng)設備數據在工廠(chǎng)不同地點(diǎn)之間的交換帶來(lái)方便。

③AMS通過(guò)一個(gè)集中數據庫獲取現場(chǎng)設備數據，從而提高勞動(dòng)效率。

④AMS通過(guò)在線(xiàn)獲取現場(chǎng)設備的狀態(tài)和診斷信息，改進(jìn)了設備的可用性。

 

2 流量演算器與外部設備的通信

 

流量演算器是流量測量中的一個(gè)重要環(huán)節，它的任務(wù)是對流量輸入信號和與此信號有關(guān)的流體溫度、壓力、密度信號進(jìn)行處理，并將處理得到的質(zhì)量流量信號或標準狀態(tài)體積流量信號轉換成模擬信號送調節器或DCS。該路模擬輸出信號只能傳送一路信號，如果要將演算器中更多的信號也傳送給相關(guān)的儀表或計算機，就需要依靠數字通信。

 

2.1 流量數據打印

 

流量數據打印輸出是流量演算器通信功能最常見(jiàn)的應用之一。打印內容通常有設備號、打印日期、時(shí)間、累積流量、瞬時(shí)流量、流體壓力、流體溫度等。其線(xiàn)路連接如圖10.4所示。

在流量數據用于貿易結算或技術(shù)經(jīng)濟指標考核時(shí)，常常要求流量演算器具備打印功能。

在熱力公司，用戶(hù)對供熱品質(zhì)要求較高時(shí)，也常常配備打印機。其中有個(gè)"越限加速打印功能"，常常用于供熱品質(zhì)的監視，即演算器中某個(gè)變量滿(mǎn)足指定的表達式的要求時(shí)，演算器自動(dòng)將打印間隔時(shí)間縮短為"加速打印間隔時(shí)間"。例如，某臺演算器用來(lái)處理蒸汽流量信號，設置正常打印間隔時(shí)間恤，以滿(mǎn)足考核和結算的需要。當流體壓力低于設定壓力(供方保證的最低壓力或維持正常生產(chǎn)的最低壓力)時(shí)，每5min打印一次，于是可將越限加速打印間隔時(shí)間設置為5min，從而使打印機兼有劃線(xiàn)記錄儀的部分功能。

 

2.2 流量數據的同步顯示

 

流量演算器中的通信口，一個(gè)典型應用是傳送同步顯示信號。

有些情況下，同一套流量數據需在兩個(gè)或數個(gè)地方同步顯示，例如貿易結算使用的流量數據，不僅供方需要掌握，需方也需要知道。增設一臺同步顯示器，將流量演算器中必要的數據如瞬時(shí)流量、累積流量、流體壓力、流體溫度等數據用通信的方法傳送給同步顯示器，就能滿(mǎn)足這一要求。在圖7.9所示的流量信號同步顯示系統中，同步顯示器具有流量演算器相同的面板，既可通過(guò)面板按鍵選擇顯示內容，又可自動(dòng)循環(huán)顯示。所顯示的數據與流量演算器所顯示的同名數據一字不差。

 

2.3 流量數據采集和監控系統

 

數據采集和監控系統(SCADA)常被用于遠程數據采集和監控，監控諸如輸氣管、輸油管、供熱管、供水管、輸電網(wǎng)等，應用時(shí)操作者可能身處被監控點(diǎn)幾公里、幾百公里甚至更遠的地方。

操作站的PC機按規定的程序定時(shí)去遠程終端裝置采集有關(guān)數據并保存和處理。操作員通過(guò)人機界面發(fā)出控制指令，經(jīng)遠程終端裝置，控制閥門(mén)開(kāi)度、泵的啟停以及其他裝置的動(dòng)作。

2.3.1 SCADA系統的組成

一個(gè)SCADA系統包括5個(gè)主要部分：上位機和輔助設備組成的操作站、人機界面(MMI)軟件、若干遠程終端裝置(RTU)、一個(gè)通信協(xié)議和一個(gè)將RTU同操作站連接起來(lái)的通信系統。

(1)操作站和MMI軟件操作站PC通常是一臺個(gè)人PC，運行于Windows 98、Win-dows 2000或Windows NT系統下。這臺PC安裝了MMI軟件，如Citect、Fix、Intouch、 Genesis或Lookout，應用該軟件可以根據實(shí)時(shí)過(guò)程數據，建立動(dòng)態(tài)的過(guò)程圖形顯示。幾乎任何流行的MMI軟件都可應用于SCADA，可以依據當地所能提供的支持和價(jià)格進(jìn)行選擇。

(2)遠程終端裝置 RTU是安放在遠處，將過(guò)程變量傳送給操作站的裝置，該裝置帶有開(kāi)關(guān)量和電流輸出口，在接受操作站的指令后，控制泵、閥門(mén)和其他裝置。為流量數據采集與監控服務(wù)的遠程終端裝置通常是具有通信能力的能對流量信號進(jìn)行復雜處理的可編程的流量顯示儀表，如智能流量演算器，流量積算儀，智能熱量表(冷量表)等。有些具有通信能力的智能流量變送器、轉換器等也能作為終端裝置為系統提供測量數據。

(3)通信系統最常使用的通信介質(zhì)是專(zhuān)用通信電纜、無(wú)線(xiàn)電和公共電話(huà)網(wǎng)，撥號電話(huà)和衛星通信也變得越來(lái)越普及。選用何種通信系統是根據距離遠近、獲取難易、初始費用和運行費用而定的。當需要傳輸大量數據時(shí)，數據通過(guò)能力也是要考慮的一個(gè)因素。例如無(wú)線(xiàn)電系統一般有較大的數據通信能力，但比電話(huà)線(xiàn)需要更大的初始投資。不論使用何種通信系統，操作站和RTU都要有調制解調器或通信接口。

(4)通信協(xié)議協(xié)議是RTU和MMI用以交換數據的語(yǔ)言。有幾十種協(xié)議，但最好的是那些在公共領(lǐng)域成為事實(shí)上標準的協(xié)議。Modbus是使用最為普遍的開(kāi)放性協(xié)議，它得到所有MMI軟件供應商和多數RTU公司的支持。Modbus使SCADA系統保持開(kāi)放，以獲得競爭優(yōu)勢和最低的價(jià)格。

2.3.2 由專(zhuān)用通信線(xiàn)組成的系統

前面所述的SCADA系統的共同特點(diǎn)是均有5個(gè)組成部分，但依其操作站PC同遠程終端的連接介質(zhì)不同，所組成的系統也有很大差別，各具特點(diǎn)。其中有用專(zhuān)用通信線(xiàn)組成的系統；由無(wú)線(xiàn)通信方法組成的系統；利用公共電話(huà)網(wǎng)組成的系統；利用局域網(wǎng)組成的系統；利用衛星通信方法組成的系統等。

(1)系統的組成圖10.5所示為典型的由專(zhuān)用通信線(xiàn)纜組成的SCADA系統，因中的遠程終端裝置能送入過(guò)程變量流量、溫度、壓力等。AO口可送出4~20mA電流，控制調節閥， DO口可送出無(wú)源接點(diǎn)信號，控制電磁閥、泵等。遠程終端裝置與操作站之間用金屬屏蔽雙絞線(xiàn)連接，具有較強的抗干擾和抗雷擊性能。由于RS-485標準串口通信傳送的距離比RS-232遠，所以遠程終端裝置的通信口標準均為RS-485。由于計算機通信口采用的是RS-232標準，因此計算機同RS-485通信線(xiàn)之間須設置一臺RS-232/RS-485通信轉換器。

通信信號在線(xiàn)路上傳輸都有一定的衰減，因此，從上位機出發(fā)每隔2km長(cháng)的線(xiàn)路就需設置一個(gè)中繼器(RS-485 Repeater)。

上位機通過(guò)通信端口定時(shí)、循環(huán)地以廣播方式逐一對下位機各站點(diǎn)進(jìn)行呼叫(各站點(diǎn)均具有一個(gè)各自不同的站號，站點(diǎn)總數不超過(guò)255)，在得到計算機發(fā)出的遠程終端通信站號后，被叫到的一臺遠程終端裝置自動(dòng)把需采集的流量累計值、流量瞬時(shí)值、流體溫度值、流體壓力值、下位機報警代碼等有關(guān)數據，按Modbus協(xié)議方式打包成可以被計算機接收的報文，再把該報文發(fā)送給計算機，供計算機使用。

計算機按系統設置的遠程終端站號，通過(guò)通信轉換器來(lái)連接具體的遠程終端，再通過(guò)通信轉換器回收遠程終端的報文，并進(jìn)行相應的處理，得到具體的數據，完成具體的任務(wù)。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好、安全可靠、運行成本低，但需專(zhuān)門(mén)敷設通信線(xiàn)，所以一次性投資較大。

(2)軟件配置下面的實(shí)例，其軟件配置為Windows 98平臺， Genesis for Windows工控軟件包， Microsoft Office 97軟件包。

(3)軟件功能該系統是在Windows 98平臺上用Genesis for Windows工控軟件包進(jìn)行組態(tài)，通過(guò)Excel的后臺VBA應用軟件及Excel的控件編制的應用軟件，它具有的功能如下。

①Genesis的組態(tài)

a.進(jìn)入I/O Server定義輸入/輸出節點(diǎn)(增加檢測點(diǎn)時(shí)用)(見(jiàn)圖10.6)。

用鼠標左鍵雙擊Address處，進(jìn)入Port Configurater(通信口組態(tài))(見(jiàn)圖10.7)。

Ports配置： Name=由用戶(hù)根據實(shí)際情況設定comm1或comm2， Port#：根據 Ports的值選擇comm1或comm2， Baud rate=9600， Parity=None， Flow control=None

Data Bits=81RTU， Stop Bits=1， Max Retries=3， RTU Msg Gap=30。

Devices配置：Device Name由用戶(hù)自己設定， Device Type = Modbus， Address是用戶(hù)檢測點(diǎn)的站號， Comm Port根據上面設定選擇com1或com2， Scan Rate= 1， Float Format=Binary， Timeout=2， Write Wait Time=100， Word Swup=l。

Signals配置： Device根據實(shí)際情況選擇， Number of Si ngal=8， Memory Area：=4xxx OR Output / Holding Registers， Offset=l， Type=Float 。

I/O Server配置(見(jiàn)圖10.8)： Tag Name由用戶(hù)定義， I/O Server：=Modbus， Ad-dress根據情況選擇， Scan Mode=Scan Continuous， Scan Rate = 1， Atgorithm=Analog Input/Output，并根據實(shí)際情況定義最大、最小、上限報警、下限報警等數據值。

進(jìn)入Graphworx+組態(tài)(見(jiàn)圖10.的。

數據顯示：選擇Tool-Toolbars-Dynamic后，按下"485"按鈕，進(jìn)入Point Name Se-lection畫(huà)面(見(jiàn)圖10.10)， Server= [modbtis ] . modbus， Point Name= [modbus].modbus， Select Tag=變量名.out。

曲線(xiàn)制作：按下"Trend Worx+Windows"按鈕，定義記錄筆(見(jiàn)圖10.11)。

b.進(jìn)入運行組態(tài)：按下"Runtime"按鈕，選擇Configure，然后把需要直接運行的任導加入到Windows tO be Loaded at Runtime窗口中。運行時(shí)的環(huán)境安裝畫(huà)面及首幅畫(huà)面指定分別如如圖10.12和圖10.13所示。

②采集數據的顯示：按下"Runtime"按鈕，選擇RUN，系統自動(dòng)運行。

③實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和歷史曲線(xiàn)的顯示；在運行狀態(tài)下，選擇實(shí)時(shí)曲線(xiàn)或歷史曲線(xiàn)即可。

④報表制作：用Excel及后臺的VBA軟件進(jìn)行編制。

a.在需顯示的數據單元中輸入=IOSDDE 丨modbus. modbus! plO.out，則該單元在運行時(shí)顯示P1O的數據。

h.選擇報表則系統自動(dòng)按用戶(hù)要求進(jìn)行報表處理，打印相應的數據報表。

(4)主要畫(huà)面

①檢測控制點(diǎn)地理分布畫(huà)面。該畫(huà)面可使有關(guān)人員對系統中全部檢測控制點(diǎn)的地理分布概貌有一個(gè)直觀(guān)的認識。畫(huà)面中用不同的色標顯示該點(diǎn)"狀態(tài)正常"或"狀態(tài)異常"。點(diǎn)擊圖中的任何一個(gè)檢測控制點(diǎn)，可立即彈出關(guān)于該點(diǎn)詳細信息的畫(huà)面，如圖10.14所示。

②動(dòng)態(tài)流程圖畫(huà)面。從該幅畫(huà)面可看出各檢測控制點(diǎn)在流程中的位置及與流程之間的關(guān)系。每個(gè)檢測控制點(diǎn)有一個(gè)數據顯示窗口，顯示代表該點(diǎn)主要特征的動(dòng)態(tài)數據，數據還可以設置超限報警，用閃動(dòng)的紅色表示超限，以引起操作者注意。

圖10.15所示為樓宇中的供熱供冷系統典型畫(huà)面，其中水平虛線(xiàn)表示樓層。

③歷史曲線(xiàn)畫(huà)面。點(diǎn)擊標題欄中的"歷史曲線(xiàn)"按鈕就可彈出關(guān)于歷史曲線(xiàn)的對話(huà)框，在對話(huà)框中選擇變量名和日期，確認后就顯示相應檢測點(diǎn)的歷史曲線(xiàn)。點(diǎn)擊畫(huà)面中的"前一天"和"后一天"按鈕，就可實(shí)現翻頁(yè)。畫(huà)面中的縱坐標是自動(dòng)生成的，當某變量相對于標尺上限的相對值較小時(shí)，可自動(dòng)改變標尺，使畫(huà)面得以展開(kāi)，以便清晰讀數，如圖10.16所示。

④數據畫(huà)面。將各個(gè)檢測控制點(diǎn)的關(guān)鍵數據當前值依次列表，可以在一幅畫(huà)面中密集顯示有關(guān)數據和狀態(tài)，借助滾動(dòng)條，可使表格向下延伸，從而可將整個(gè)系統的數據集中于一幅畫(huà)面。畫(huà)面中的數據數秒鐘更新一次，可使操作人員及時(shí)了解最新信息，如圖10.17所示。

⑤事件查詢(xún)畫(huà)面。前面所述的數據顯示畫(huà)面中有一列是顯示每一個(gè)遠程終端故障診斷結果的"事件代碼"，代碼為O時(shí)，該點(diǎn)正常，代碼不為O時(shí)，則有事件發(fā)生。對每個(gè)代碼的含義，有專(zhuān)門(mén)的定義，如果記不住其定義，則可點(diǎn)擊"數據顯示畫(huà)面"中的"報警"按鈕查詢(xún)，對話(huà)框中用中文顯示報警內容，如圖10.18所示。

⑥歷史數據抄錄畫(huà)面。系統中特別重要的數據為了確保不漏采、不丟失，除了操作站進(jìn)行實(shí)時(shí)采集外，遠程終端裝置內的海量存儲器還將測量結果定時(shí)保存。例如， FC 6000

PLUS儀表內的海量存儲器可以存儲11520組最新數據，每組數據除了時(shí)間坐標外，還可有儀表的4個(gè)測量值。PC機因故漏采一段時(shí)間的數據(可從歷史曲線(xiàn)中發(fā)現)�？蓡�動(dòng)任何一幅畫(huà)面中的"歷史數據抄錄"按鈕，去遠程終端裝置內的海量存儲器抄錄，從而用1：1冗余的方法提高數據的安全可靠性。

操作方法如下：點(diǎn)擊任何一幅畫(huà)面中的"歷史數據抄錄"按鈕，隨即彈出對話(huà)框，在用畫(huà)面中的選擇條選中遠程終端裝置后，再鍵入抄錄的起訖日期，在得到確認后。PC機即運用通信的方法去相應的海量存儲器自動(dòng)抄錄歷史數據，依次存放在數據庫內相應的單元。

⑦下位機掉電報告畫(huà)面。用于貿易結算的流量二次表，一般均有掉電記錄功能，如7.5節所述。每一次掉電事件的記錄包含掉電的起始日期和時(shí)間、恢復供電的日期和時(shí)間。這些記錄在流量二次表(下位機)中是按照時(shí)間順序排列的。這些記錄讀到計算機后，就形成按照時(shí)間先后排序的報告。

按照時(shí)間排序的報告經(jīng)過(guò)處理，就可得到各個(gè)采集點(diǎn)最新一次掉電記錄的報告，以供值班人員及時(shí)了解最新動(dòng)態(tài)，及時(shí)處理由掉電引發(fā)的問(wèn)題。

⑧下位機菜單監視畫(huà)面。流量二次表(下位機)內的菜單中所設置的數據，是進(jìn)行準確計量的基礎，也是使其具有規定功能的需要，有些數據是根據供用雙方協(xié)商一致的內容而設置，任何一方無(wú)權擅自修改。由于二次表一般安裝在用戶(hù)端，供方要到現場(chǎng)調閱數據費時(shí)費力。為了預防有人對這些數據擅自做修改，在數據采集系統中設計了一幅下位機菜單監視畫(huà)面。計算機將下位機內的菜單數據定時(shí)讀入(每班一次或每天一次)，生成與下位機內一樣的菜單并保存。將讀入的菜單與該計量點(diǎn)的原始菜單進(jìn)行比較，如果某條數據有差異，則在監視畫(huà)面中報示，并通知值班人自。

⑨報表畫(huà)面。根據使用要求，報表可以很簡(jiǎn)單，也可以很豐富，除了日報表、月報表、年報表之外，還可以有平衡差計算報表、管路損耗計算報表以及由用戶(hù)提出表達式的各種技術(shù)經(jīng)濟效益分析報表等。

每一幅報表都可自動(dòng)生成，定時(shí)自動(dòng)打��；也可按照程序安排，打印輸出前由操作員先預覽打印畫(huà)面，啟動(dòng)"打印"按鈕后，再打印輸出。

⑩監控畫(huà)面。監控畫(huà)面是操作人員經(jīng)遠程終端對被控參數進(jìn)行控制的界面。畫(huà)面中顯示被控參數的當前測量值、給定值、歷史曲線(xiàn)，調節閥當前閥位、閥位給定值、閥位曲線(xiàn)以及位式閥和泵的開(kāi)關(guān)狀態(tài)等，典型畫(huà)面如圖10.19所示。

（11）操作記錄畫(huà)面。操作記錄畫(huà)面是為確保系統安全，明確操作責任而設計的。

在監控畫(huà)面中，設置有操作按鈕，當操作人員點(diǎn)擊操作按鈕后，畫(huà)面隨即彈出對話(huà)框，要求鍵入操作員自己的密碼，當操作員的權限得到確認后，計算機就將本次操作登錄在"操作記錄"中，包括操作日期及時(shí)間、操作員代碼和操作內容等。典型記錄如圖10.20所示。

(5) SCADA系統的聯(lián)網(wǎng) 在圖10.5所示的系統中，計算機經(jīng)集線(xiàn)器(HUB)與局域 網(wǎng)連接，這樣，可將有限的畫(huà)面在網(wǎng)上發(fā)布，便于調度部門(mén)、計量管理部門(mén)、生產(chǎn)計劃部門(mén)和經(jīng)理層使用。

(6)信號來(lái)源的擴大在圖10.5所示的系統中，計算機所采集的數據直接來(lái)自遠程終端，這是己投入運行的系統的通常做法。而在某些過(guò)程工業(yè)中，大量的信息已經(jīng)進(jìn)入DCS，如果充分利用這些信息，則可節約一大筆因增設遠程終端裝置和測量?jì)x表而需要的開(kāi)支。圖10.21所示是直接采集與間接采集相結合的系統^[3] 。

圖中的信息來(lái)源有兩個(gè)，一個(gè)是有DCS的裝置，另一個(gè)是無(wú)DCS的裝置。其中DCS和服務(wù)器A都有RS-232通信口，但因RS-232不適合遠傳，所以增設了兩個(gè)RS-232/RS-485通信協(xié)議轉換器，一個(gè)緊靠DCS，另一個(gè)緊靠服務(wù)器A。在不增設中繼器的情況下， RS-485適合2km以?xún)鹊膫魉途嚯x。

在無(wú)DCS的裝置，則用圖10.5所示的系統采集數據，然后用PC機的另一個(gè)com口傳送給服務(wù)器A，為了適應長(cháng)距離傳送，通信線(xiàn)中也設置了兩個(gè)RS-232/RS-485通信轉換器。數據在服務(wù)器A中進(jìn)行處理，處理后的數據和畫(huà)面經(jīng)CGI程序發(fā)布到局域網(wǎng)上。網(wǎng)上的用戶(hù)通過(guò)瀏覽器從UNIX服務(wù)器中調閱顯示畫(huà)面。

(7)數據更新周期的估算在圖10.5所示的系統中，數據實(shí)時(shí)采集的動(dòng)態(tài)顯示更新周期是一項重要指標，它不僅與待采集的數據量和通信速率有關(guān)，而且同遠端的完好狀況有關(guān)，同計算機本身的運算速度也有一定的關(guān)系，但不密切，因為計算機的運算速度現在已經(jīng)做得相當高。

①數據字節長(cháng)度(Data Length)。Modbu號協(xié)議是依每個(gè)數據的起始位和停止位來(lái)實(shí)現同步，屬起停同期式(Start-Stop Synchronisation)。

串行接口在不傳輸信號時(shí)，信號點(diǎn)一直處于高電位。如果不使用起始符號，系統無(wú)法識別以高電位開(kāi)始的數據，因此起停同期式將第一個(gè)低電位比特規定為起始符。數據開(kāi)始的第一個(gè)低電位比特只標志著(zhù)數據的開(kāi)始，不作為數據的一部分。當起始符后的8比特傳送完畢后有一個(gè)終止符，它是高電位比特。隨后再出現的下一個(gè)低電位比特就是下一個(gè)數據的起始符，如圖10.22所示。

Modbus有RTU (Remote Terminal Unit)和ASC II兩種傳送方式。傳送同樣的指令， RTU方式所用的字節數比ASC II方式短得多，因此， RTU方式通信速度快，用得更廣泛。 在使用RTU方式時(shí)，數據字節長(cháng)度為8比特，加上起始符和終止符，每個(gè)數據字節長(cháng)度為10比特。相鄰兩個(gè)字節之間還要保留一定的距離，這個(gè)距離并非固定不變，其平均距離一般可按6比特計算，因此，一個(gè)字節的平均長(cháng)度可按16比特計算。

②通信失敗對通信時(shí)間的影響。某臺設備如果一次通信成功，則只需將規定字節數的數據傳輸到對方，但若一次通信失敗，在CPU控制下進(jìn)行第二次嘗試，如果連續3次失敗，則該點(diǎn)通信報錯并進(jìn)行下一臺設備的通信，這里，重復通信次數由編程決定，可以多于也可以少于3次。所以，通信失敗就意味著(zhù)消耗較多的時(shí)間。估算掃描時(shí)間時(shí)可按正常通信3倍計。

③通信最短時(shí)間估算。計算機對遠程終端設備數據采集一遍所需要的最短時(shí)間可按式(10.1)估算。

式中 T——數據采集一遍最短時(shí)間， S；

b——數據字節平均長(cháng)度，比特/字節；

Li——第i種設備通信內容長(cháng)度，字節/臺；

N_is——第i種設備實(shí)現正常通信的臺數，臺；

a——預置的重復采集次數；

N_if——第i種設備通信失敗的臺數，臺；

λ——波特率，比特/s。

以下舉例說(shuō)明。

有一系統其數據來(lái)自50臺FC 6000型流量演算器和50臺FC 3000智能流量積算儀，其中有2臺FC 3000型儀表通信失敗。因前者數據長(cháng)度為37字節，后者數據長(cháng)度為17字節，則i=1時(shí)， L₁=37字節， N_1s =50臺， NJf =0；i=2時(shí)， L₂ =17字節， N_2s =48臺， N_2f=2臺。令λ= 9600比特/s，因b=16比特/字節，取α=3，代入式(10.1)計算得T=4.5s。該計算結果僅為采樣一遍所需的最短時(shí)間，實(shí)際上，在完成當前點(diǎn)數據采集之后，還要預留出一段時(shí)間以便進(jìn)行存盤(pán)、數據處理等項操作，因此，數據更新一次所需要的時(shí)間要比采樣一遍所需要的最短時(shí)間長(cháng)，一般可按最短時(shí)間的1.2~1.3倍估算。

 

2.3.3 用無(wú)線(xiàn)電作傳輸介質(zhì)的系統

 

前面所述的用專(zhuān)用通信線(xiàn)將遠程終端與上位機(操作站)連接起來(lái)組成的SCADA系統具有抗干擾能力強、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但是如果遠程終端與操作站之間距離遙遠，要為SCADA系統專(zhuān)門(mén)敷設通信線(xiàn)，就有可能投資太大，不盡合理，或根本無(wú)法實(shí)現，在這種情況下，以無(wú)線(xiàn)電作傳輸介質(zhì)將遠程終端與上位機連接起來(lái)的方案顯示了其獨特的優(yōu)越性。

(1)系統組成以無(wú)線(xiàn)電作傳輸介質(zhì)組成的系統，其硬件結構分兩部分，即上位機經(jīng)com口與無(wú)線(xiàn)收發(fā)器連接，遠程終端(下位機)經(jīng)RS-485通信口與從臺的無(wú)線(xiàn)收發(fā)器連接，一個(gè)從臺無(wú)線(xiàn)收發(fā)器可以只與一個(gè)遠程終端連接，也可經(jīng)雙絞線(xiàn)與若干個(gè)遠程終端連接，但與遠程終端之間的距離不宜超過(guò)2km，如果超過(guò)2km，必須每隔2km增設一臺中繼器。遠程終端裝置與上位機之間的數據通信經(jīng)由數傳電臺實(shí)現，上位機采用分時(shí)制脈沖編碼調制(PCM)技術(shù)，在一條信道上與各遠程終端傳送不同的控制信號與數據，為了使各個(gè)數據從臺的數據不致混淆，在系統中需自定義一個(gè)協(xié)議，其原則是：主臺以廣播方式呼叫，呼叫數據包中包含從臺的ID號，于是相應的從臺將數據送回給主臺。遠程終端通過(guò)標準串行口RS-485與數據從臺通信，其典型結構圖如圖10.23所示o

(2)天線(xiàn)的架設 主臺的天線(xiàn)應架設在操作站附近最高建筑物的頂部，為直立式無(wú)向天線(xiàn)。從臺的天線(xiàn)根據地形架設在相應的高處，為有向天線(xiàn)，其通信聚焦對準主臺。需要注意的是要避免高于周?chē)�的避雷裝置。

(3)具有無(wú)線(xiàn)通信接口的設備在有些SCADA系統中，有時(shí)并無(wú)獨立的無(wú)線(xiàn)收發(fā)器。

這是因為將無(wú)線(xiàn)收發(fā)器與計算機做在一起，將無(wú)線(xiàn)收發(fā)器與遠程終端做在一起，成為具有無(wú)線(xiàn)通信能力的專(zhuān)用設備，如圖10.25中所示的設備。圖中雖然看不到獨立的無(wú)線(xiàn)收發(fā)器，但無(wú)線(xiàn)收發(fā)的功能卻是具備的，程序設計的差別也不大。

 

2.3.4 以衛星通信方式組成的SCADA系統

 

圖10.23所示的無(wú)線(xiàn)通信系統是以無(wú)線(xiàn)電波在大氣層中傳播的方式傳遞信號，根據電臺功率的不同，有效距離也不同，目前SCADA系統中使用的定型產(chǎn)品其有效距離有10~15km (7W，1200bps)和15~35km (25W，1200bps)等幾種。

以衛星通信的方式組成的SCADA系統從結構原理來(lái)說(shuō)與圖10.23相似，但由于通信頻率的懸殊，通信設備也不相同，需租用衛星通訊公司的通信信道。

 

2.3.5 以光纜為傳輸介質(zhì)所組成的SCADA系統

 

與電纜相比，用光纜傳送數字信號可以獲得高幾個(gè)數量級的傳輸速率。這需要在上位機與光纜之間以及下位機與光纜之間增設光電調制解調器，如圖10.24所示。這樣的系統結構只在己經(jīng)敷設的光纜有多余而又不想另外敷設電纜的情況下才采用，因為流量顯示儀表的通信速率不高，使用較多的是9.6Kbps，所以將光纜當一根電纜使用完全是大材小用。

在有些應用對象中，現場(chǎng)儀表的信號先送到數據采集站，經(jīng)處理后再由采集站經(jīng)光纜送到主控室或上位機。光纜除了傳送若干采集站的信息之外，還傳送掛在光纜上的其他設備所提供的信息，因而其優(yōu)越性得到了發(fā)揮。

 

2.3.6 多種傳輸介質(zhì)結合的系統

 

在規模較大的SCADA系統中，往往由于數據采集點(diǎn)和使用這些數據的部門(mén)較多，而且較分散，只采用一種傳輸介質(zhì)往往難以奏效，這時(shí)，可將多種傳輸介質(zhì)有機地結合起來(lái)，發(fā)揮各種傳輸介質(zhì)的長(cháng)處，組成經(jīng)濟高效的系統。

圖10.25所示是艾默生過(guò)程管理公司為西氣東輸工程中某天然氣凈化廠(chǎng)提供的工廠(chǎng)管控一體化網(wǎng)絡(luò )，主要完成下列任務(wù)。

①DCS1系統通過(guò)Modbus通信接口接收多臺在線(xiàn)分析儀送入的天然氣組分信號，用于監視和校正天然氣測量流量。 DCS1經(jīng)其光纜接口將信息送入網(wǎng)絡(luò )。

②DCS2系統通過(guò)Modbus通信接口接收多臺流量計送入的信號，并將天然氣的溫度、壓力和組分等信號進(jìn)行綜合計算，計算結果經(jīng)光纜接口送入網(wǎng)絡(luò )。

③DCS4系統的無(wú)線(xiàn)通信接口與相距5km的5個(gè)水源井的5個(gè)無(wú)線(xiàn)從站實(shí)現數據雙向傳送。

DCS4系統還通過(guò)串行通信口采集變電站的信息。

DCS4系統所采集和經(jīng)處理的信息經(jīng)過(guò)光纜接口送入網(wǎng)絡(luò )。

④主控室對DCS1、DCS2和DCS4送入的信號進(jìn)行處理，并發(fā)出控制命令。

⑤DCS3系統的衛星通信接口向200km外的氣田調度中心管理系統傳送實(shí)時(shí)數據。

⑥光纜經(jīng)光電調制解調器與廠(chǎng)級管理網(wǎng)絡(luò )相連，廠(chǎng)長(cháng)、調度員和網(wǎng)絡(luò )管理人員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )瀏覽器實(shí)時(shí)調閱流程圖、歷史曲線(xiàn)、過(guò)程報告和各種報警信號，同時(shí)具有防火墻功能，保證局域網(wǎng)絡(luò )的安全。

⑦采集AMS設備管理系統管理支持HART協(xié)議的80臺3051型變送器。此外，該網(wǎng)絡(luò )還包含甲醇裝置DCS和鍋爐房的管理。

從圖10.25可清楚地看出，該網(wǎng)絡(luò )的信號傳輸介質(zhì)既包含電纜、光纜，又有無(wú)線(xiàn)電和衛星，各種介質(zhì)相互配合，取長(cháng)補短，組成一個(gè)完美的系統。

 

2.3.7 以公共電話(huà)網(wǎng)為介質(zhì)組成的SCADA系統

 

以公共電話(huà)網(wǎng)為介質(zhì)組成的SCADA系統一般用于上位機去下位機(遠程終端裝置)抄錄有關(guān)數據，但也可完成監控任務(wù)，甚至修改下位機的組態(tài)。

(1)電話(huà)抄表的歷史與現狀在工廠(chǎng)的調度室中，調度人員需對全廠(chǎng)生產(chǎn)、環(huán)保、物資、儲運等各部門(mén)的狀態(tài)進(jìn)行監測，并編寫(xiě)操作運行報表，因而需從生產(chǎn)現場(chǎng)獲取大量數據。調度人員為了免除長(cháng)距離奔波，提高勞動(dòng)效率，減輕勞動(dòng)強度，往往喜歡通過(guò)打電話(huà)問(wèn)數據，即調度人員撥打目的地的電話(huà)，對方操作人員接聽(tīng)后，根據調度人員的要求去表盤(pán)上讀取相關(guān)表計的數據，告訴對方。然后調度人員做好記錄，完成一次電話(huà)抄表程序。這是很多年以前的傳統畫(huà)面。

現代通信技術(shù)得到推廣應用后，人們享受到現代科技的恩惠。例如人們撥通銀行電話(huà)，按照語(yǔ)言提示的操作方法可去服務(wù)系統查詢(xún)自己信用卡上的信用記錄，獲得語(yǔ)言應答，如果此電話(huà)是傳真機所帶，還可將信用記錄打印出來(lái)。

隨著(zhù)計算機的售價(jià)越來(lái)越低廉和計算機應用技術(shù)的發(fā)展，由計算機通過(guò)公共電話(huà)網(wǎng)去現場(chǎng)表計自動(dòng)抄表的方法也在悄悄地流行，大有高速增長(cháng)之勢。

(2)電話(huà)抄表系統的結構形式以計算機為核心，利用公共電話(huà)網(wǎng)實(shí)現遠程抄表屬主從通信。圖10.26所示為典型系統。按一個(gè)電話(huà)號碼下面所連接的待抄錄儀表臺數多少分類(lèi)，其結構有兩種，即點(diǎn)對點(diǎn)通信和多站通信。

①點(diǎn)對點(diǎn)通信。點(diǎn)對點(diǎn)通信結構在一個(gè)電話(huà)號下只連接一臺儀表，該臺儀表應帶有RS-232通信口，該通信口的調制解調器MODEM掛到公共電話(huà)網(wǎng)上。而計算機的一個(gè)串行通信口也經(jīng)MODEM掛到公共電話(huà)網(wǎng)上。當計算機中預先設置的定時(shí)抄表時(shí)刻到來(lái)時(shí)，計算機自動(dòng)撥通遠程終端電話(huà)號，下位機響應后，將智能儀表(下位機)中的指定數據打包傳送給上位機。

②多站通信。多站通信結構是在一個(gè)電話(huà)號下面連接多臺具有通信能力的儀表。多臺儀表之間可能相距較遠，一般用RS-485標準，由于MODEM只能與RS-232通信口連接，所以在MODEM與儀表之間需增設RS-485/RS-232通信轉換器。各臺儀表通信口的兩根線(xiàn)H和L相互并聯(lián)后接到通信轉換器的RS-485側相應的端子上。各臺儀表與MODEM之間的距離最多為2km，如果超過(guò)2km就須增設中繼器。

(3)電話(huà)抄表的特點(diǎn)電話(huà)抄表這一技術(shù)之所以引起人們的廣泛興趣并迅速獲得現場(chǎng)應用是因為它有許多獨特的優(yōu)點(diǎn)。

①通信不受空間限制。以往的數據采集一般都是靠專(zhuān)門(mén)敷設的通信電纜，但若距離很遠而采樣點(diǎn)又不多，單獨敷設一路電纜線(xiàn)就不合算了。在有的情況下，即使有錢(qián)想敷設一路專(zhuān)用通信線(xiàn)也難以實(shí)現。例如上海浦東某熱力公司在敷設熱能數據采集專(zhuān)用電纜時(shí)，有幾幢賓館大廈的周?chē)�巳用大塊的精美大理石裝飾完畢，不可能開(kāi)溝埋設電纜，更不可能用架空的方法敷設電纜，最后，電話(huà)抄表就成為解決困難的有效方法。

電話(huà)抄表不受空間限制，只要公共電話(huà)網(wǎng)到達之處，都能應用。

②通信質(zhì)量高。電話(huà)抄表具有有線(xiàn)通信的各種優(yōu)點(diǎn)，不易受到外界干擾，通信質(zhì)量高。

?利用內線(xiàn)電話(huà)實(shí)現電話(huà)抄表無(wú)需支付話(huà)費，既省事又省錢(qián)。

④抄錄內容可根據用戶(hù)需要在下位機中約定，并據此形成通信協(xié)議。下面將要對典型流量?jì)x表(遠程終端)的通信協(xié)議作簡(jiǎn)單介紹。

⑤電話(huà)抄表也可根據需要將下位機故障診斷結果抄入計算機，從而實(shí)現對相關(guān)儀表的運行狀態(tài)進(jìn)行監視，并由計算機編制事件記錄日報表、月報表等各種報表。

⑥電話(huà)抄表技術(shù)同帶有海量存儲器的智能儀表配合，一次通信可以抄錄相當長(cháng)一段時(shí)間內的歷史數據，由計算機繪制各指定變量的24h記錄曲線(xiàn)，從而可取代一個(gè)計量點(diǎn)設置一臺打印機的傳統方法，節省投資。

⑦計算機通過(guò)公共電話(huà)網(wǎng)自動(dòng)抄表客觀(guān)準確，增強買(mǎi)方對數據的信任度，完全杜絕由于抄表人員的疏忽和遺漏造成的差錯。

(4)電話(huà)抄表的實(shí)施

①通信協(xié)議。數據通信系統協(xié)議控制著(zhù)網(wǎng)絡(luò )內所有設備所共用的語(yǔ)言結構和報文格式，是實(shí)現通信的關(guān)鍵。協(xié)議決定如何建立或中斷主從設備之間的聯(lián)系，如何使發(fā)送和接收裝置協(xié)調一致，如何井然有序地交換報文，如何檢測錯誤。圖10.27所示為協(xié)議控制的主從設備詢(xún)問(wèn)應答環(huán)路。

Modbus通信協(xié)議是GOULD INC注冊的通信協(xié)議商標，它的特點(diǎn)是將通信參與者規定為"主" (Master)和"仆" (Slave)，"主"的一方要首先向"仆”的一方發(fā)送通信請求指令，"仆"方根據請求指令中的內容向"主"方發(fā)回數據，一個(gè)"主"可以向多個(gè)"仆"發(fā)送請求，最多可有255個(gè)"仆"，每個(gè)"仆"都具有一個(gè)自己的編號(不能重復)，該編號稱(chēng)為"仆"方的地址(Slave Address)或稱(chēng)為"仆"方的識別碼(Slave ID)。"主"方發(fā)送的通信請求指令及"仆"方發(fā)固的通信字符串均以"仆"方的地址開(kāi)頭，同一網(wǎng)絡(luò )中每個(gè)叫"仆”只讀發(fā)給自己的指令，對發(fā)給其他"仆"的指令視而不見(jiàn)。該協(xié)議只對各種通信的字符串格式做了規定，并不對通信參數做規定。由于這種協(xié)議具有許多重要的優(yōu)點(diǎn)，因此被國際上的許多大公司普遍采用，而這些公司自己原有的通信協(xié)議則有漸漸被冷落的趨勢。

②舉例。下面列舉的采用這種協(xié)議的典型流量顯示儀，屬于Modbus的RTU方式，它們的數據內容和通信格式如下。

a.上位機發(fā)送的指令

b.FC 6000型通用流量演算器

通信內容：事件代碼、累積流量、瞬時(shí)流量、累積熱量、瞬時(shí)熱量(熱流量)、流體溫度、流體壓力、流體密度共8個(gè)數據。

通信長(cháng)度為37個(gè)字節，其格式為：

c. FC 3000型智能流量積算儀

通信內容：事件代碼、累積流量、瞬時(shí)流量共3個(gè)數據。通信長(cháng)度為17個(gè)字節，其格式為：

③使用常用高級語(yǔ)言VB編寫(xiě)的實(shí)用程序舉例

a.調入通信控件，設名稱(chēng)為MSComm，并初始化com口進(jìn)行設計：

MSComm. CommPort = 1'通信口=com1

MSComm. Settings= "9600， N， 8， 1"，通信速率=9600，奇偶位=N，數據位=8，

停止位=1

MSComm. PortOpen=True

MSComm. NullDiscard=False

MSComm. InputMode=comInputModeBinary

b.向com口發(fā)指令：

IBYTE=37或17

fc(O) =1`站號

fc(l) =3 `功能代碼

CRCR=65535

For 1=0 To X'發(fā)送報文CRC校驗

CRCCAL=ARR (I) Xor CRCR And 255

CRCCAL=crc(CRCCAL)

CRCR=(CRCR And 65280)/256

CRCR = CRCR Xor CRCCAL

Next

CRCL=CRCR And 255

CRCH= (CRCR And 65280)/256fc(2) =CRCL

fc(3)=CRCH

outbuf=fc

MSComm.InputLen=37

MSComm. RThreshold = 0

MSComm.Output=outbuf輸出報文到端口

MSComm.InBufferCount=O

c.接收下位機發(fā)回的通信報文進(jìn)行處理：

If (MSComm. InBufferCount=IBYTE) Then'接收報文

BUFFER = MSComm.Input

ARR=BUFFER

CRCR=65535

For 1=0 To IBYTE-3'回收報文CRC校驗

CRCCAL= ARR (I) Xor CRCR And 255

CRCCAL=crc (CRCCAL)

CRCR=(CRCR And 65280)/256

CRCR = CRCR Xor CRCCAL

Next

If (ARR(IBYTE-2) =CRCL)

And (ARR(IBYTE-l)=CRCH)Then

**********'數據處理

EndIf

EndIf

④系統功能

a.系統數據的設定。對上位機的操作系統來(lái)說(shuō)，識別下位機是由電話(huà)號碼及檢測點(diǎn)站號來(lái)確定的，為此在系統運行之前必須進(jìn)行設定，用鼠標點(diǎn)擊"站點(diǎn)修改"按鈕，系統彈出"站點(diǎn)修改"對話(huà)框，按要求輸入檢測點(diǎn)名稱(chēng)、檢測點(diǎn)站號、電話(huà)號碼等有關(guān)數據，為進(jìn)行數據采集及計算提供依據。

b.子動(dòng)采集實(shí)時(shí)數據。用鼠標點(diǎn)擊一下畫(huà)面中的"手動(dòng)實(shí)時(shí)"按鈕，系統彈出"采集站號"對話(huà)框，按要求輸入，系統就會(huì )對該檢測點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)數據采集，并在畫(huà)面中顯示有關(guān)數據(顯示的內容為當前F位機中顯示的實(shí)時(shí)數據：累計流量、瞬時(shí)流量、流體溫度、流體壓力、流體密度、該檢測點(diǎn)事件等)。此項操作是自動(dòng)采集實(shí)時(shí)數據的補充，當自動(dòng)采集過(guò)程中遇某一門(mén)電話(huà)忙而暫時(shí)無(wú)法接通時(shí)，則可通過(guò)此項操作來(lái)完成數據采集。

c.手動(dòng)采集歷史數據。該按鈕按下后，系統彈出"輸入采集日期，輸入站號"對話(huà)框， 按要求輸入，系統就會(huì )對該檢測點(diǎn)歷史數據進(jìn)行采集，并存放有關(guān)的數據(采集的內容為海量存儲器中存儲的輸入日期前一天8：00到第二天8：00，每隔10min存儲一次累計流量、瞬時(shí)流量、流體壓力、流體溫度4個(gè)存儲數據)。此項操作是自動(dòng)采集歷史數據的補充，當自動(dòng)采集過(guò)程中某一門(mén)電話(huà)忙而暫時(shí)無(wú)法接通時(shí)，則可通過(guò)此項操作來(lái)完成數據采集。

d.自動(dòng)采集實(shí)時(shí)數據。該按鈕按下后，系統就會(huì )自動(dòng)有序地逐一對所有的F位機進(jìn)行實(shí)時(shí)數據采集，并在畫(huà)面中顯示有關(guān)的數據(顯示的內容為當前檢測點(diǎn)中顯示的實(shí)時(shí)數據：累計流量、瞬時(shí)流量、流體壓力、流體溫度、流體密度、該檢測點(diǎn)事件等有關(guān)數據)。

e.自動(dòng)采集歷史數據。該按鈕按下后，系統彈出"輸入采集日期"對話(huà)框，按要求輸入需采集數據的年份、月份、日期，系統就會(huì )自動(dòng)有序地逐一對所有的檢測點(diǎn)進(jìn)行歷史數據采集，并存放有關(guān)的數據(采集的內容為海量存儲器中存儲的輸入日期前一天8：00到第二天8：00，每隔10min存儲一次累計流量、瞬時(shí)流量、流體壓力、流體溫度4個(gè)存儲數據)。

f.趨勢曲線(xiàn)。該按鈕按下后，系統彈出"輸入采集日期"對話(huà)框，輸入日期，再選擇相應的檢測點(diǎn)，系統顯示的曲線(xiàn)為該日期的趨勢曲線(xiàn)，按要求可選擇瞬時(shí)流量、流體溫度、流體壓力按鈕，系統自動(dòng)顯示瞬時(shí)流量曲線(xiàn)、流體溫度曲線(xiàn)、流體壓力曲線(xiàn)。

g.報表處理。先輸入日期，選擇畫(huà)面中的"報表處理"按鈕，系統自動(dòng)生成并顯示該日期的有關(guān)報表。

h.系統數據存儲。系統自動(dòng)把抄表數據存儲到數據庫中。

(5)結束語(yǔ)

①利用通信技術(shù)和公共電話(huà)網(wǎng)實(shí)現電話(huà)抄表，方法簡(jiǎn)單，工作可靠，操作方便，投資節省，省卻了通信專(zhuān)線(xiàn)敷設和維護的繁重而瑣碎的勞動(dòng)。

②花不多的錢(qián)就可對能源計量網(wǎng)實(shí)現監視，歷史數據存儲統計和有關(guān)變量趨勢曲線(xiàn)繪制，數據查詢(xún)，打印制表，數據平衡計算等、做到科學(xué)管理，提高工效，數據客觀(guān)，尤其適合實(shí)時(shí)性要求不高的能源計量管理。

③這種系統在熱力、石化、冶金、化工等行業(yè)投入實(shí)際應用，均收到良好效果。

④這種方法也適用于能源計量網(wǎng)以外的對象，做到遠距離監視。

 

2.3.8 以GPRS為介質(zhì)的SCADA系統

 

GPRS是通用無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù)(General Packet Radio System)的縮寫(xiě)，是介于第二代和第三代之間的一種技術(shù)，通常稱(chēng)為2.5G。 GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結構、無(wú)線(xiàn)調制標準、跳頻規則以及相同的TDMA幀結構。因此，在GSM系統的基礎上構建GPRS系統時(shí)，GSM系統中的絕大部分部件都不需要做硬件改動(dòng)，只需做軟件升級。

0)優(yōu)點(diǎn)

①高速數據傳輸。速度10倍于GSM，更可滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，還可以穩定地傳送大容量的高質(zhì)量音頻與視頻文件，可謂不一般的巨大進(jìn)步。

②永遠在線(xiàn)。由于建立新的連接幾乎無(wú)需任何時(shí)間(即無(wú)需為每次數據的訪(fǎng)問(wèn)建立呼叫連接)，因而用戶(hù)隨時(shí)都可與網(wǎng)絡(luò )保持聯(lián)系。例如，若無(wú)GPRS的支持，當您正在網(wǎng)上漫游，而此時(shí)恰有電話(huà)接入，大部分情況下您不得不斷線(xiàn)后接通來(lái)電，通話(huà)完畢后重新?lián)芴柹暇W(wǎng)。這對大多數人來(lái)說(shuō)的確是件非常令人惱火的事。而有了GPRS，您就能輕而易舉地解決這個(gè)沖突。

③按數據流量計費。即根據您傳輸的數據量(如網(wǎng)上下載信息時(shí)間)來(lái)計費，而不是按上網(wǎng)時(shí)間計費，也就是說(shuō)，只要不進(jìn)行數據傳輸，哪怕您一直"在線(xiàn)"，也無(wú)需付費。做個(gè)"打電話(huà)"的比方，在使用GSM+WAP手機上網(wǎng)時(shí)，就好比電話(huà)接通便開(kāi)始計費；而使用GPRS+WAP上網(wǎng)則要合理得多，就像電話(huà)接通并不收費，只有對話(huà)時(shí)才計算費用�？傊�，它真正體現了少用少付費的原則。

(2)工作原理 GPRS是在原有的基于電路交換(CSD)方式的GSM網(wǎng)絡(luò )上引人兩個(gè)新的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)： GPRS服務(wù)支持節點(diǎn)(SGSN)和網(wǎng)關(guān)支持節點(diǎn)(GGSN)。SGSN和MSC在同一等級水平，并跟蹤單個(gè)MS的存儲單元實(shí)現安全功能和接入控制，且通過(guò)幀中繼連接到基站系統。GGSN支持與外部分組交換網(wǎng)的互通，并經(jīng)由基于IP的GPRS骨干網(wǎng)和SG-SN連通。國10.28給出了GPRS與Internet連接原理框圖。

GPRS終端通過(guò)接口從客戶(hù)系統取得數據，處理后的GPRS分組數據發(fā)送到GSM基站。分組數據經(jīng)SGSN封裝后， SGSN通過(guò)GPRS骨干網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)支持接點(diǎn)GGSN進(jìn)行通信。GGSN對分組數據進(jìn)行相應的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò )，如Internet或X.25網(wǎng)絡(luò )。若分組數據是發(fā)送到另一個(gè)GPRS終端，則數據由GPRS骨干網(wǎng)發(fā)送到SGSN，再經(jīng)BSS發(fā)送到GPRS終端。

(3)TCP/IP協(xié)議的嵌入有很多種方法可以完成協(xié)議轉換，例如利用在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統RTX51中移植部分IP和PPP協(xié)議來(lái)增強系統的可擴展性和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的可延續性。

TCP/IP協(xié)議是一個(gè)標準協(xié)議套件，可以用分層模型來(lái)描述。數據打包處理數據時(shí)，每一層把自己的信息添加到一個(gè)數據頭中，而這個(gè)數據頭又被下一層中的協(xié)議包裝到數據體中。數據解包處理程序接收到GPRS數據時(shí)，把相應的數據頭剝離，并把數據包的其余部分當作數據體對待。

考慮到嵌入式系統的特點(diǎn)，系統集成商往往采用系統開(kāi)銷(xiāo)較小的IP+UDP協(xié)議來(lái)實(shí)現GPRS通信。主機發(fā)送的UDP數據報文經(jīng)GPRS通道傳送給GPRS通信模塊， GPRS通信模塊負責對數據報文進(jìn)行解析，解析后的數據按照一定的波特率串行傳送給用戶(hù)終端。

①數據處理。數據包在主機和GPRS服務(wù)器群中傳輸，使用的是基于IP的分組，即所有的數據報文都要基于IP包。但明文傳送IP包不可取，故一般使用PPP協(xié)議進(jìn)行傳輸。

模塊向網(wǎng)關(guān)發(fā)送PPP報文都會(huì )傳送到Internet網(wǎng)中相應的地址，而從Internet傳送過(guò)來(lái)的應答幀也同樣會(huì )根據IP地址傳送到GPSR模塊，從而實(shí)現采集數據和Internet網(wǎng)絡(luò )通過(guò)GPRS模塊的透明傳輸。

②上位機監控中心的設計。監控中心的功能是實(shí)現GPRS信息的接收和保存。設計語(yǔ)言采用Microsoft公司的Visual basic編程語(yǔ)言，應用靈活，功能強大，并對網(wǎng)絡(luò )編程和數據庫有強大的支持。

由于通過(guò)GPRS中心監控部分可以直接訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)，所以監控部分并不需要再設置GPRS模塊。中心只需通過(guò)中心軟件偵聽(tīng)網(wǎng)絡(luò )，接收GPRS無(wú)線(xiàn)模塊傳來(lái)的UDP協(xié)議的IP包和發(fā)送上位機控制信息，以實(shí)現與GPRS終端的IP協(xié)議通信。接收到的信息要保存到中心的數據庫中，以備詢(xún)查歷史記錄。

Socket接口是TCP/IP網(wǎng)絡(luò )的API。 Socket接口定義了許多函數和例程，程序員可以利用它來(lái)開(kāi)發(fā)TCP/IP網(wǎng)絡(luò )上的應用程序。VC中的MFC類(lèi)提供了CasyncSocket這樣一個(gè)套接字類(lèi)，用它來(lái)實(shí)現Socket編程非常方便。這種設計中采用數據報文式的Socket，它是一種無(wú)連接的Socket，對應于無(wú)連接的UDP服務(wù)應用。

SCADA系統的軟件編寫(xiě)一般采用模塊化結構。根據用戶(hù)的一般要求，可由五大模塊組成，即系統設定、數據顯示、數據查詢(xún)、數據曲線(xiàn)和數據輸出。它具有的功能如下。

a.流量二次表(例如FC6000)：在得到計算機發(fā)出的檢測點(diǎn)通信站號后，自動(dòng)把需采集的流量累積值、流量瞬時(shí)值、流體溫度、流體壓力、流體密度、報警代碼等有關(guān)數據，按MODBUS協(xié)議方式打包成可以被計算機接收的報文，再把該報文發(fā)送給計算機，供計算機使用。

b.計算機：按系統設置的檢測點(diǎn)站號通過(guò)主站，經(jīng)網(wǎng)絡(luò )端口，再經(jīng)Internet網(wǎng)絡(luò )與GSM網(wǎng)絡(luò )向GPRS無(wú)線(xiàn)測控單元發(fā)出請求，呼叫具體的檢測點(diǎn)：流量二次表(例如 FC6000PLUS)；檢測點(diǎn)收到請求信號，按MODBUS RTU方式對數據進(jìn)行打包處理，再通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)測控單元向GGSM網(wǎng)絡(luò )發(fā)回通信報文，經(jīng)Internet網(wǎng)絡(luò )送連接計算機，計算機對收回的數據進(jìn)行CRC校驗處理，顯示有關(guān)的信息。完成具體的任務(wù)。

c.服務(wù)器：因GSM網(wǎng)絡(luò )需合理利用資源，每過(guò)3min會(huì )對沒(méi)有信息交流的GPRS無(wú)線(xiàn)測控單元進(jìn)行斷開(kāi)或重新連接。斷開(kāi)后GPRS無(wú)線(xiàn)測控單元重新上網(wǎng)時(shí)，GPRS無(wú)線(xiàn)測控單元重新獲得一個(gè)新的IP地址，此時(shí)采集計算機就無(wú)法對該GPRS無(wú)線(xiàn)測控單元進(jìn)行操作。為此要設立一個(gè)具有固定IP地址的服務(wù)器， GPRS無(wú)線(xiàn)測控單元重新上網(wǎng)時(shí)連接到固定IP地址的服務(wù)器上，服務(wù)器可以及時(shí)更新該GPRS元線(xiàn)測控單元IP地址；同樣，采集計算機在上網(wǎng)過(guò)程中IP地址也有可能變化，為此也必須連接到固定IP地址的服務(wù)器，才能和動(dòng)態(tài)變化的GPRS無(wú)線(xiàn)測控單元連接。

d.結構分類(lèi)：按一個(gè)GPRS無(wú)線(xiàn)測控單元所連接的待抄錄儀表臺數多少分類(lèi)，其結構有兩種，即點(diǎn)對點(diǎn)通信和多站通信。

點(diǎn)對點(diǎn)通信：點(diǎn)對點(diǎn)通信結構在一個(gè)GPRS無(wú)線(xiàn)測控單元下只連接一臺儀表，該臺儀表應帶有RS-232通信口，該GPRS無(wú)線(xiàn)測控單元掛到GSM網(wǎng)上和中心轉發(fā)服務(wù)器連接，而計算機掛到Internet網(wǎng)絡(luò )上連接到中心轉發(fā)服務(wù)器上。當計算機中預先設置的定時(shí)抄表時(shí)刻到來(lái)時(shí)，計算機自動(dòng)通過(guò)群發(fā)、選擇發(fā)送的方式把需采集的站點(diǎn)發(fā)送給中心轉發(fā)服務(wù)器，中心轉發(fā)服務(wù)器再將內容轉發(fā)給下位機，下位機響應后"將智能儀表(下位機)中的指定數據打包傳送給中心轉發(fā)服務(wù)器，中心轉發(fā)服務(wù)器再轉發(fā)給采集計算機。

多站通信：多站通信結構是在一個(gè)GPRS無(wú)線(xiàn)測控單元下面連接多臺具有通信能力的儀表。多臺儀表之間可能相距較遠，一般用RS-485標準，由于GPRS無(wú)線(xiàn)測控單元下只能與RS-232通信口連接，所以在GPRS無(wú)線(xiàn)測控單元下與儀表之間需增設RS485/RS232通信轉換器。各臺儀表通信口的兩根線(xiàn)H和L相互并聯(lián)后接到通信轉換器的RS-485側相應的端子上。各臺儀表與GPRS無(wú)線(xiàn)測控單元下之間的距離最多2km，如果超過(guò)2km就須增設中繼器，其通信方式同上。

 

2.3.9 以無(wú)線(xiàn)Hub連接方法組成的SCADA系統

 

無(wú)線(xiàn)Hub(Hubble)又稱(chēng)無(wú)線(xiàn)集線(xiàn)器，是無(wú)線(xiàn)接入器(Access Point)的一種。

無(wú)線(xiàn)Hub連接方法與前面所述的各種方法相比，有其顯著(zhù)的特點(diǎn)：它不像屏蔽雙絞線(xiàn)那樣必須敷設電纜；由于它發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電信號功率較小，所以不像應用數傳電臺那樣需申請信道資源，也不像GPRS那樣需定期支付服務(wù)費。它只需在互聯(lián)的計算機上插上無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡，并在需要連接的各臺計算機的通信距離均小于無(wú)線(xiàn)Hub覆蓋范圍的地點(diǎn)安裝一臺無(wú)線(xiàn)Hub，就能實(shí)現計算機之間的通信。

以這種方法組成的數據采集與監控(SCADA)系統其實(shí)只是無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN：Wireless Local Area Net)在數據采集與監控方面的一種應用。

WLAN利用電磁波在空氣中發(fā)送和接收數據而無(wú)需線(xiàn)纜介質(zhì)，數據傳送速率現在已經(jīng)能夠達到11Mbps，傳輸距離可遠至20km，是對有線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)方式的一種補充和擴展，使網(wǎng)上的計算機有可移動(dòng)性，能快速、方便地解決以有線(xiàn)方式不易實(shí)現的網(wǎng)絡(luò )連通問(wèn)題。

①信號覆蓋問(wèn)題：對于WLAN的部署，必須考慮的是信號衰減問(wèn)題，無(wú)線(xiàn)Hub的放置地點(diǎn)直接決定是否能獲得良好的無(wú)線(xiàn)覆蓋效果。無(wú)線(xiàn)Hub最好放在WLAN要覆蓋范圍的中心點(diǎn)，位置盡可能高一些，周?chē)鷳獰o(wú)障礙物。

②信道干擾問(wèn)題：在一個(gè)區域允許有多個(gè)無(wú)線(xiàn)Hub同時(shí)使用，相鄰的一個(gè)或幾個(gè)無(wú)線(xiàn)Hub要使用不同的信道，這樣可以避免無(wú)線(xiàn)Hub之間的信號干擾。802.11g產(chǎn)品有三個(gè)非重疊信道，分別為1、6、11，所以如果有多個(gè)無(wú)線(xiàn)Hub，建議無(wú)線(xiàn)Hub之間采用非重疊信道。

③無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)的數量：無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)的使用數量要根據接入用戶(hù)的數量、每個(gè)用戶(hù)所需的帶寬和信號覆蓋面積來(lái)走。一般802.11g無(wú)線(xiàn)Hub的理論帶寬在54Mbps，實(shí)際有效帶寬在20Mbps左右，考慮到是共享帶寬，一般建議最多接入用戶(hù)不要超過(guò)20個(gè)。

④安全問(wèn)題： WLAN的安全是用戶(hù)非常關(guān)心的問(wèn)題，沒(méi)有加密的WLAN是開(kāi)放的。

如果一個(gè)公司的某個(gè)區域搭建了一個(gè)沒(méi)有經(jīng)過(guò)加密的WLAN，任何一個(gè)外來(lái)人員使用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡，在無(wú)線(xiàn)覆蓋范圍內就能輕易地訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )中的資源和信息將會(huì )受到威脅。

目前的WLAN有64/128位WEP、802. Ix、WPA、MAC地址過(guò)濾、禁用SSID廣播、無(wú)線(xiàn)用戶(hù)端隔離等加密方式來(lái)防止非法用戶(hù)的接入，保護網(wǎng)絡(luò )的安全。WEP (Wired Equivalent Privacy：有線(xiàn)對等保密)加密是通過(guò)在無(wú)線(xiàn)接入器中設置64位或128位密鑰的方式來(lái)實(shí)現加密，沒(méi)有密鑰的用戶(hù)就無(wú)法接入到網(wǎng)絡(luò )，安全級別較高。MAC地址過(guò)濾是通過(guò)在無(wú)線(xiàn)接入器中綁定允許訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )的計算機網(wǎng)卡地址，沒(méi)有被綁定地址的計算機就不能接入到網(wǎng)絡(luò )。但這種方法的靈活性比較差，外來(lái)訪(fǎng)客或更換無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡都需要重新寫(xiě)入新的地址。這種方式適合數據采集這類(lèi)互聯(lián)關(guān)系固定的環(huán)境。無(wú)線(xiàn)接入器在默認的情況下是對外廣播自己的SSID (Service Set Identifier：服務(wù)區標識符)，非法用戶(hù)使用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡就可以?huà)呙璧絊SID并接入網(wǎng)絡(luò )。隱藏SSID之后，非法用戶(hù)無(wú)法掃描到SSID就無(wú)法接入到網(wǎng)絡(luò )。

WEP加密、MAC地址過(guò)濾和禁用SSID廣播是比較常用的三種安全手段。具體實(shí)施時(shí)，可以采用幾種安全方式相結合的方法來(lái)提高網(wǎng)絡(luò )的安全性。

無(wú)線(xiàn)Hub有室內型和室外型兩種，室內型產(chǎn)品一般自帶小功率全向無(wú)線(xiàn)，室外型產(chǎn)品用戶(hù)可自加高增益天線(xiàn)。

圖10.29所示為典型的由無(wú)線(xiàn)Hub連接的WLAN。