大型煉油廠是加工工藝齊全，生產規模大的燃料—化工原料型企業，其許多生產裝置由于應用了DCS，自動化水平很高，并且各裝置的工程數據已納入全廠的CIMS系統。但是水、電、氣、暖等公用工程數據以及罐區數據、進出廠數據卻是獨立的，仍靠統計人員匯總，不適應現代化管理的要求。為了準確且迅速地掌握并利用全廠信息，對生產狀況進行有效的統籌平衡管理，優化資源配置，提高企業的經濟效益，有必要建立“煉油廠全廠公用工程數據采集系統”將相對分散的數據先集中到計量中心，搞好物料平衡，再通過光纖進入全廠CIMS系統。 1、引言 該數據采集系統屬第一期工程，先將三個罐區的進出廠計量數據采集并集中到計量中心。本系統采用星形拓撲網絡結構，上位機安裝在煉油廠計量中心，下位機分別安裝在甲、乙、丙三個罐區，與罐區內的質量流量計相連。上位機采有長業PC機并配有大屏幕監視器和打印機，下位機采用STD工控機V40系統Ⅱ，主機與下位機之間采用調制解調器連接，利用公用電話通訊網實現數據傳輸。 本系統軟件由上位機系統軟件和下位機軟件兩大部分組成，均采用C語言及匯編語言編寫。具有界面友好、實時性好、人工干預少、使用簡單方便等優點。全部軟件的設計采用模塊化方法，每一個模塊完成某一功能，遵循并符合“自頂向下”的軟件設計原則。 數據采集系統框圖如圖1所示： 2、上位機 上位機主機采用工業PC機，并配備有打印機和大屏幕監視器。上位機系統軟件的主要功能是通過通信網絡實現上位機與下位機間的數據傳輸，以及將下位機實時采集的數據進行各種處理，包括存入數據庫、進行流圖顯示、歷史趨勢圖和棒形圖還有數據表的顯示及各種要求的報表打印輸出。為完成以上功能，上位機系統軟件分成以下六大模塊。各模塊之間相對獨立，單獨開發，但相互之間嚴格按照規定的協議開發，使整個系統軟件模塊結構清晰。 (1)主模塊：主要用于完成對整個系統各子功能的控制及調度。 (2)流程圖顯示功能模塊：主要完成各個工作區域的流程圖和相應參數變化情況的顯示。為了直觀地反應全廠各生產裝置及工藝點的生產運行狀態，使管理人員對各種狀態及信息做到一目了然，特別設計了流程圖顯示及其相應功能模塊。對各罐區按照實際工藝要求顯示其流程圖及相應的參數變化情況。在每一流程圖的右上方列出了與之相對應的重要參數的當前數據，從而使得顯示更加直觀、信息掌握更加準確簡便。 (3)歷史趨勢及棒形圖顯示模塊：實現歷史生產狀況的趨勢再現和與之對應時間點的棒形圖及數據表格顯示。通過歷史趨勢圖的顯示可以對生產狀況有一個縱向的全面了解。在歷史趨勢的顯示中，為了適應不同的要求，設計了按天顯示和按月顯示，以便更全面準確地了解歷史生產狀況。在顯示過程中，還增加了對應的時間點上的棒圖及數據表格顯示，為用戶提供了多種清晰直觀的選擇，使用更加方便。 (4)數據采集及通信模塊：主要完成通信鏈路的建立及數據采集和傳輸。數據采集及通信是本系統的核心。下位機實時采集的數據只有傳輸到上位機才能被顯示及打印。它有多種顯示及監測功能，以保證數據傳輸的準確性及完整性。 在數據采集及通信中，對每次所采集的數據均進行正確性及完整性檢測，以保證原始數據的正確。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答），然后再建立數據鏈路。在建立數據鏈路的過程中，通訊雙方要經過一系列應答握手，以調整協議及通訊速率，聯絡所使用的數據壓縮及糾檢錯方法，然后才將數據鏈路交由計算機使用。為了保證數據傳輸的正確性，計算機在占用數據鏈路后，仍要與下位機再次“握手聯絡”，將重要的信息作多種處理后再傳至上位機。上位機在接收數據過程中，采用“大數判決”與“否定重發”的方法。 在建立通信鏈路、數據鏈路、握手應答及數據傳輸的整個過程中，軟件設置了多種提示信息，使用戶可在使用中隨時了解當前的通信狀態并進行相應處理。在極端情況下，如通信線路故障等無法正確建立數據傳輸通道時，系統會自動重試三次，若不成功則退出。 數據傳輸完畢后，要將全部數據按照相應的時間關系存入數據庫文件之中。此時要做大量的數據處理工作，主要是建立隊列式數據文件及時間校準。通過采取以上措施，就能做到數據傳輸時的準確和快速，使用方便。 在設計數據庫的結構時，使用了“數據管道”。將數據文件看作是一個存放數據的管道，數據每次存入，恰如從管道尾端進入管道，而每進入一個新數據，就把管道前端的數據擠出去，此即隊列式文件結構。這樣一來，文件及數據的存取變得相對簡單了，但是這一隊列要有一定的長度（或是說數據管道要有一定的容量），即文件所存放數據的持續時間。根據現場要求，過多的數據保留是不必要的，無用數據大量的積累會導致所謂“數據垃圾”的產生。為此，每小時的歷史數據只保留30天，而每天的綜合數據要保留至少一年，此由月文件及年文件來實現。在文件中，每一個數據結構均包含一個特定的時間信息，代表這組數據在下位機中產生的時刻。使之排列總是按照時間由小到大、由遠至近的順序。 (5)報表打印功能模塊：完成每日、五日以及月報表的打印。 (6)系統設定模塊：主要用于完成對整個系統的顯示設置和安全手段設置。考慮到在進行歷史曲線顯示時的不同要求及系統安全性，設置了曲線顯示時間間隔設定及密碼設定。這樣使得歷史曲線顯示既可以以小時為單位顯示30天內任意連續24小時的數據，又可以以天為單位顯示365天內任意連續30天的歷史曲線。 在該數據采集處理系統中設置了兩級安全保密措施，第一級為開機保密設置，只有系統操作人員及有關機器管理人員才能開機，可有效地阻止無關人員使用機器。第二級為系統進入保密，若要進入本系統進行諸如：數據采集、曲線顯示、報表打印必須經過這一道保密檢查方可，否則系統將退出到安全狀態，直到確認身份為止。這一級只有少數系統管理、決策人員才可進入，有效地提高了系統的安全性。 3、下位機 本系統下位機采STD總線工業控制機V40系統Ⅱ。它具有小型化、模塊化、組合化、嚴格的標準化、可工作在黑匣子方式等優點并適合于環境惡劣的工況條件。每個罐區使用一臺STD工控機作為下位機，其主要功能如下：數據采集，監測各流量計的狀態；數據處理，將各流量計的數據規格化；數據通訊，將規格化的數據送往上位機。 該STD總線系統（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，全部操作自動進行。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）。系統框圖如圖2所示： 下位機系統的主要任務一是直接與各罐區的智能儀表接口，將各種生產數據信息采集并處理后按一定格式存放；另一個重要的任務是不斷監聽通信線路是否有上位機來的數據傳輸請求，將所采集信息準確快速地傳往上位機。在前一任務中，下位機要保證所采集數據的正確及完整性、及時性，在后一任務中，下位機還要能夠識別出各種非主機有效呼叫（即電話串音、串號、主機呼叫不完整或線路故障）。另外，作為下位機，在本系統中它是作為一個“黑匣子”模塊，處于上位機與生產裝置之間。其最大的特點是一個連續不間斷的運行系統，而且一旦開機運行即不需要任何人工干預。這就決定了下位機不僅要從硬件上保證安全可靠，而且在軟件開發上也要從高可靠性、安全性方面出發，保證其正常地連續運行。在最惡劣的情況下，如系統掉電、系統“飛程序”等，還應使下位機具有一定的故障自診斷及自恢復功能。 下位機系統軟件中設計了以下主要功能模塊： 系統初始設定模塊；底層通訊服務模塊；高層通訊服務模塊；數據采集模塊；系統故障自診斷/恢復模塊。 4、系統通訊 調制解調器為數據通信提供了一種很經濟的方法，使得一個便宜的微機終端通過電話網呼叫，便可享用計算機中心昂貴的資源。該系統就是利用調制解調器，使遠距離計算機之間可通過電話線路的載波信道進行通信。 數據傳輸時的自動撥號/應答是在計算機相應的撥號軟件的控制下，調制解調器自動實現撥號呼叫或對呼叫應答摘機。 5、結論 該系統已經通過由應用廠家組織的驗收。該系統將煉油廠全廠公用工程數據集中與管理，搞好全廠物料平衡，提高管理水平奠定了基礎。