（机械电子工程专业论文）全集成的石化储运计量监控与管理系统研究.pdf

本文的研究是对基于n e t w o r k 的计量系统的一种全新思考及其实现，目的是要 解决目前大多数计量系统所存在的多重性和可配置性不强、系统升级换代不方便、信 息孤岛、计量数据不准确和不完整，贸易摩擦频繁、计量数据服务于客户能力差等弊 端。 文章首先阐述了目前国内外以石化贮运为代表的计量系统的研究现状和发展趋 势，分析了其存在的不足之处，提出了解决的关键技术和方法，并且以石化贮运厂为 研究对象，构造了全集成的石化储运计量监控及管理系统( i q m m s ) 的体系结构。其 次探讨了i q m m s 的信息集成方式，提出了利用嵌入式操作系统、实时数据库( p h d ) 实现计量仪表的数据采集与存储；针对目前基于c s 和b s 模式存在的问题，提出了 数据多级缓冲和分层处理策略，c s 和b s 混用模式及其a s 模式实现方法；研究了 基于w e b 的远程监控技术、分层数据流处理技术。最后对开发的系统和程序进行说明。 系统已投入扬子石化使用半年多，取得了较好的经济效益和社会效益。 关键词：石化储运计量，集成监控与管理，体系结构，数据处理 第1 页 直塞墨工太堂亟主丝塞二垒基盛盥玉韭鹾逸盐出型划空缝鳘堡歪筮l 壁盈 a b s t r a c t t h en e ws t u d ya n dr e a l i z a t i o nm e t h o do fm e a s u r es y s t e mb a s e do nt h en e t w o r ka r ed i s c u s s e di n t h ep a p e r , i no r d e rt or e s o l v es o m ep r o b l e m st l i a tm o s tm e a s u r es y s t e mn o we x i s t f i r s t l y , t h er e s e a r c hs i t u a t i o na n dd e v e l o p m e n tt r e n do fm e a s l l r es y s t e ma r ed e s c r i b e d a f t e r a n a l y z i n gi t sd e f e c t s ，t h es o l v em e t h o d sa n dk e yt e c h n o l o g ya r ep r o v i d e d ，a n dt h e a r c h i t e c t u r eo f i q m m s ( i n t e g r a t e dq u a l i t ym o n i t o ra n dm a n a g e m e n ts y s t e m ) a c c o r d i n gt ot h es i n o p e cc o m p a n yi s e s t a b l i s h e d s e c o n d l yt h ei n t e g r a t i o nm o d eo fi m f o r m a t i o ni s d i s c u s s e d t h ee m b e d d e do p e r a t i o n s y s t e ma n dp i - i d ( p r o c e s sh i s t o r yd a t a b a s e ) i su s e dt or e a l i z et h ec o l l e c t i o na n ds t o r a g e o ft h ed a t ao f m e a s u r ei n s t r u m e n t i no r d e rt ot h ed r a w b a c k so ft h ea c t u a ls y s t e mb a s e do nt h ec sa n db i sm o d e l ，t h e p a p e rp u t s f o r w a r dt h eb u f f e rs t r a t e g y ，c sa n db sm i x e dm o d eb a s e do nc sa n d b s ，a t s ( a p p l i e a t i o n s e r v i n g ) m o d e t h er e m o t em o n i t o r i n gt e c h n o l o g y , t h ea b s t r a c t i o na n da n a l y s eo f d a t ab a s e do nt h ew e bi sd i s c u s s e d f i n a l l y , t h es y s t e mt h a ti sd e v e l o p e da c t u a l l ya n dt h ep r o g r a me r e d i s c u s s e di nt h ep a p e r , t h ea c t u a ls y s t e mh a sg a i n e dg r e a te c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t , s i n c ei ti su s e di ny a n g z i p e t r o c h e m i c a lc o r p o r a t i o nh a l f a y e a ra g o k e y w o r d s ：m e a s u r es y s t e mf o rs i n o p e ec o m p a n y , i n t e g r a t e dm o n i t o ra n dm a n a g e m e n t ，a r c h i t e c t u r e ， d e a lw i t hd a t a 第1 i 页 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包畲我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：挝 叫年月z 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：翰邀 哆年g 即日 童毫理王盘芏亟圭盗皇 全基盛数互也缝垄过：量些控盈蟹理基统艇窥 1 绪论 1 1 研究背景及意义 全集成的石化储运计量监控及管理系统研究( 以下简称i q 姗s ) 来源于中石化 扬子石化科技信息部研究课题，应用于中石化扬子石化，隶属”检测与计量”领域。 计量是国民经济和社会发展的重要技术基础，是现代科学技术的一个不可分割的 重要组成部分。计量科学是进行准确测量的基础，计量科学技术的水平，在一定意义 上标志着一个国家的经济和科学技术发展的水平。 在现代化的生产过程中，产品质量和企业效益的提高是企业的根本。没有精确的 测量仪器和测量方法，就难以保证产品的质量和效益的提高。不能对测量数据进行科 学的监控、统计和分析，就构成不了科学的计量体系。 目前，在很多大型企业、集团，能源消耗占了企业的很大一块成本。节约能源、 有效利用能源，成为企业追求目标之一。建立科学的、完善的计量系统，是平衡大型 企业、集团内部各单位能源消耗的技术基础和保障手段f t j 。 计量对于一个企业来说举足轻重，无论生产调度，还是成本核算，都需要依靠计 量提供准确的数据，尤其在企业改制后，为适应关联交易和市场经济的需求，计量工 作就显得更加重要懈。 1 1 。l 石油储运系统对计量的需求 石油储运系统是石化系统的重要组成部分，作业主要以储藏和买卖石化产品为 主。买卖和运输方式主要依靠汽车作业、火车作业、水运( 轮船) 作业及其管输作业， 储藏石化产品容器为罐( 含立罐、卧罐、球罐等) 。买卖交接依靠测量数据，测量数 据主要来源于储罐量、流量计表量、火车槽车罐量、火车衡和汽车衡过衡量。汽车作 业取储罐量或者汽车衡过衡量之一；火车作业取火车衡过衡量、流量计表量、储罐量 或火车槽车罐量之一；承运( 轮船) 作业及其管输作业取流量计表量或者罐量之一： 其它作业主要取罐量。 从以上分析可知，对于石油储运系统，管理好计量数据至关重要，是企业效益的 直接保证。 石油储运系统企业规模大、测量点多且相互关联、层次关系较复杂。目前，很多 石油储运系统企业采用人工传递、分析与统计计量数据，数据响应慢、误差大，数据 统计能力不强。有依靠计算机技术来采集、分析计量数据的系统，但这些系统靠采集 模拟信号得到计量数据，数据的准确性得不到保证。有基于网络技术的计量系统，但 第1 页 直立理王盘堂亟监奎 全燕盛曲互选造运进量趋撞珏譬堡丕筮班窥 是基于b s 结构，企业的网络环境不稳定，带来不能实时完成作业。就目前国内石油 储运系统中很多在运行的计量系统，没有对计量设备的准确性监控及其误差修正、缺 乏管理计量数据的数据。 计量系统的最大特点在于准确、可靠及其完整性，缺少任何块计量数据，计量 系统的统计工作就不能进行。 1 1 2 石油储运计量系统目前存在的问题 计量对于个石油储运系统企业来说举足轻重，近年来各大企业投入了大量的资 金，配置了大量智能化先进计量设备，液体和气体( 包括蒸汽) 物料计量大多选用质 量流量计、电磁流量计、超声波流量计、齿轮流量计，固体物料计量选用皮带秤或电 子轨道衡，电能计量选用电子电能表。 这些仪表一般都具备数字通讯接口和模拟信号接口，在实际使用过程中，由于数 字通信物理接口和协议的异构化，一般仅仅使用模拟信号，致使计量工作存在以下问 题： ( 1 ) 采用人工抄表，表多分散，一天一次，工作量大，再加上时间误差，对计 量数据的整理和统计远远不能满足生产和管理的需要。 ( 2 ) 不能对计量设备进行在线监控，没有充分利用这些先进的仪表的自诊断功 能，无法保证计量仪表的投用率、完好率和准确率。 ( 3 ) 不能实时对计量设备的测量数据进行误差分析，会出现多设备计量偏差大， 引起贸易纠纷。如火车作业时，参考量为储罐量、槽车量，实际交剖为火车衡量，之 间的偏差超范围，就会引起贸易纠纷。 ( 4 ) 无法采用现代化的管理手段和方法，对全企业的计量设备进行日常管理。 ( 5 ) 各车间、各部门、各计量设备容易形成计量数据信息孤岛，难以实时对计 量数据统计、分析和共享。 以进口原油计量为例，存在如下问题： ( 1 ) 生产车间计量统计员每日必须按时到控制室抄录仪表数据，然后送数据统 计部门： ( 2 ) 仪表维护人员使用手操终端来了解仪表的组态信息，进行调整维护： ( 3 ) 计量管理部门使用离线设备管理软件进行故障诊断、采集数据及相关信息： ( 4 ) 经营管理部门使用人工报表进行决策。 随着新技术的发展，人们期望从原始繁重的劳动和落后的管理中解放出来，要求 计量系统既能实现实时采集及传递数据，又能在线维护和运行监控各计量仪表。 第2 页 直立堡王盍堂亟主盗室全集盛盐互毡值蕉过量鳖整丛譬堡丞鱼监瘟 1 2 国内外发展概况 1 2 1 计量系统的新发展 随着社会的进步，科学和经济的迅速发展，各门学科取得了前所未有的进步。 计量系统也由原来的以模拟信号( 4 2 0 m a 信号、频率信号等) 为基础测量数据， 发展到依靠计算机采集测量仪表自带的数字接口得到需要的测量数据，并结合网络、 数据库等技术对测量数据和测量设备进行监控、统计和分析1 ”。 嵌入式操作系统的发展，为不问断采集计量设备数据提供了可靠的技术保证。将 嵌入式操作系统技术引入到现代计量系统中，解决了计算机病毒难题，促进了现代计 量系统的完善【】 5 】o 1 2 2 相关技术发展概述 智能仪表技术、现场总线技术、计算机软件、网络技术、嵌入式操作系统应用技 术、数据库技术等多门学科的发展，促进了现代计量系统的发展。 现场总线在智能仪表、自动控制系统等领域的应用愈来愈广。现场总线的实质是 解决数字信号的兼容性问题，总线协议是总线标准基础。智能仪表的最大特点是具有 标准的数字信号接口，其物理层一般为r s 4 8 5 4 2 2 。作为数字信号的过渡产品，h a r t ( 兼容数字与模拟通信的可寻址远程传感器数据公路) 在许多智能仪表上还有应用。 目前，智能仪表具有现场总线数字接口，较多的为m o d b u s ( r t u 方式) 总线。 m o d b u s 总线协议采用c r c 校验，保证了通信数据的可靠性1 。 现代计量系统的网络体系已由原来的纯浏览器服务器模式( b ，s ) 、纯客户栅服 务器模式( c 届) 发展到浏览器服务器模式( b s ) 和客户机朋臣务器模式( d s ) 的结 合。a s ( a p p l i c a t i o n s e r v i n g ) 计算模式在计量系统也有应用。a s 计算模式既承袭 了c s 结构的软件资源和用户经验，又进一步发挥了b s 结构的集中控管优势。它通 过设置应用服务器( 组) ，将关键性的业务软件集中安装并进行发布，客户端可完全 在服务器上执行所需要的应用。与b s 结构的最大不同，则体现在i c a ( i n d e p e n d e n t c o m p u t i n ga r c h i t e c t u r e ) 协议上。通过该协议，将应用程序的逻辑从用户界面中分离 开来，使得m s 结构中网络传输数据量很小，对网络带宽的要求很低，平均每个用户 仅占用1 0 k 字节左右。另外，应用服务器与后台数据库通常是局域网连接，计算和 查询所需的大量数据都是基于局域网的传输速度，因此远程用户的网络性能非常理 想。a ，s 结构如图1 2 2 1 所示嗍吼 第3 页 直塞堡王盘堂亟硷室全塞盛盟歪垡篮适让星鳖撞丛簋堡丕氲骑塞 图1 2 2 1a s 结构图 嵌入式操作系统运行于嵌入式计算机。嵌入式操作系统的应用已经从军事领域 渗透到民用、工业用的各个领域。嵌入式计算机就应用范围大致可分为：军用嵌入式 计算机、工业控制嵌入式计算机、家用电器系统嵌入式计算机和网络系统嵌入式计算 机。当今较为流行的嵌入式操作系统包括v x w o r k s ，p s o s ，l i n u x , d e l l ao s ，w i n d o w s c e n e t 等。国内，已有众多厂家生产嵌入式计算机，如昆仑的m c g s 嵌入式系列。 c e n e t 是有特色的嵌入式操作系统，它提供图形用户界面，有很强的联网功能。实现了 w i n 3 2 a p i 的一个子集。c e n e t 具有支持进程、线程两级调度模型，使用了实时操作 系统的诸多实时保障技术，试图提高其实时性能。例如，调度算法上采用基于优先级 的抢占调度算法；把中断分成两部分，以降低系统响应时间；提供有实时特征的同步 互斥机制。使用了基于请求调页的虚拟管理机制。c e n e t 的另外一个特征是严格的 层状体系结构，以可选组件的方式来构造操作系统。c e n e t 的视窗图形用户界面类 似桌面系统。c e n e t 的网络支持串口通讯；通过电话线连接远程r a s 服务器，或者 通过t c p i p 连接广域网；通过局域网卡连接局域网。 数据库技术是进行数据分析的基础，没有数据库技术，也就没有数据挖掘、数据 仓库等高级数据分析工具的使用。传统的数据库技术是以单一的数据资源，即数据库 为中心，进行事务处理、批处理、决策分析等各种数据处理工作。随着数据库技术的 应用和发展，形成了一个综合的、面向分析的环境，以更好地支持决策分析，从而形 成了数据仓库技术( d a t aw a r e h o u s i n g ，简称d w ) 。数据仓库将原来的以单一的数据 库为中心的数据环境发展为体系化环境，如图1 2 2 2 所示。 第4 页 直壶理王左堂亟监童 垒塞虞的五丝缱适让量堕燕星筐堡垂堡虹峦 按作塑环境全齑缎都门级个人圾 图1 2 2 2数据仓库体系化环境 数据库的产品有实时数据库、关系数据库、实时型关系数据库。实时数据库系统 ( r t d b s ) 主要目标是使尽量多的事务在规定的时间要求内完成，而不是公平地分配系 统以使所有的事务都得到执行。实时型关系数据库在关系型数据库基础上，依靠算法 存取海量数据，一定意义上，实时型关系数据库存放的是算法和数据，依靠牺牲海量 数据的绝对准确性换取海量数据存取的实时性，主要产品如u n i f o r m a n c e ( h o n e y w e l l 公 司) 、i h i s t o r a n ( g e 公司i f i x 系列1 等【l 。l 【1 1 1 【q 。 1 3 课题研究内容和目标 本课题在分析传统的计量监控及管理系统的不足之处的基础上，提出了全集成的 石化储运计量监控及管理系统( 英文简称：i q m m s ) 的体系结构和实现方案。i q m m s 涉及计算机网络、通信、智能仪表、现场总线等多项前沿技术，跨越计算机、计量、 仪表、通信多个学科领域，是一个具有很高理论研究意义和应用价值的课题。 课题研究并建立n e t w o r k 集成环境下的石油储运系统企业主要计量设备( 包括流 量计、储罐、汽车衡和轨道衡) 的在线监控方案；基于数据融合、数据挖掘等技术， 建立计量设备的监控和诊断库；研究计量数据的采集、误差分析、比对及其统计，进 而形成厂用及其厂际用的各类报表；通过实现i n t e r n e t 环境下的w e b 浏览，最终达 到对全公司的计量数据实时管理。 本课题研究的具体内容如下： ( 1 ) 面向石油化工行业储运系统的i q m m s 体系结构的建立。 ( 2 ) c e n e t 用于采集计量设备数据实现计量数据的多级缓存机制。 ( 3 ) 通过o p c 、o d b c 等技术，建立可靠的数据传送机制，向服务器和实时数据 库p h i ) ( u n i f o r m a n c eh o n e y w e l l ) 提供计量及其设备信息( 如诊断、组态及其档案、 检修等信息) 。 ( 4 ) 研究适合车间的车间级操作站和计量员站的数据计算、分析、统计方法， 确保车间级计量数据的完整性和准确性。 第5 页 直立堡王占堂亟逾童 垒显盛啦互些缝堡i 土量照焦丛簦堡垂筮盟筮 ( 5 ) 服务器端全厂计量数据( 包括公路、水路、铁路及其管输计量数据) 的集 成分析，建立计量设备的在线诊断系统，创建全厂的计量数据分析、比对、统计等作 业平台。 ( 6 ) 多客户w e b 综合发布计量数据平台的建立。 1 4 论文的组织结构 全文共分七章，图1 4 1 是论文的组织结构图。 筹一童绪论 对墁代计舞禁娩的发震动态作了擞避，阐鞠了磊油慵运幕统企藏对 理代计t 系统聚统露束构诅切性分析7 石油赣涯蓊婉垒业的诗釜赢 撬存在问黩摄出了薹繁决的美毽技术翱方 蠹。指出7 漂麓的研究意 义、内霉 l。 i r第二霉生摹戚的再化稀迳计羹监控及臀理晨缀 、 车辇葶龙对量 量豢饺作7 概述。阐鹅了计麓的律啦工艺及其管理流 程，分辑了存在问题档企投豹露求； 群管叭实时数据和人工 簟照数嚣鞭宵蕊搓积全集成的再化韩运计 辍髓控殛警瑗荣婉：曩嚣簿精系统韵特点 剪互耄蜜时数搭处理技术赣究 、 本章首先对几种典型系统作了比较，分析判捧；然霹洋纲介龆了 稿蒸千c e h 耵柏i r o w s 秦面蓉筑豹软件接口实现技术：蠢嚣分 辑7 b s 星舂构摄序中蓑子辩及箕洲口数舔瘁的撞日实璇辘制。 i 翦璐搴人工作韭数据她建接采耩究 车擎曹先介蛹了人工作业数据的内麓；然嚣详蠲介娟了籍疆算黛的 实璇技术：蠢嚣分析数撼仓库实窿肇暗和报轰实堍的挂求手段， i 镶嚣章i a v l i i s 的实理方法研究 奉摹介蜒7i 氆瞎雾辍的餮现方法；着重赍掘了分析计量数鬻纛、箍据摁快 攘、整麓瑶豹鲁功瓣擅块囊其实魂 。 j ， 、 f第六耄总壤与鬟望 图1 4 1 论文的组织结构图 第6 页 直立理王盍堂亟监窑 垒塞盛数五缱焦堡进量睦毽丛鳘理垂荭巫宣 2i q m m s 的总体论证 根据前一章所分析的目前石油储运系统的计量系统中存在的不足之处，在充分吸 收了国内外先进技术成果的基础上，对i q 埘s 的体系结构进行了规划设计。 2 1 系统构建的指导思想 在网络化模式下，由于每家制造商都不可能做到对所有计量设备的数字通信接口 实行统一的协议规范，因而对用户来说获取计量信息将是非常繁琐的事。为解决这个 问题，可构建全集成的石化储运计量监控及管理系统，企业只需提供具有数字通信接 口的计量仪表，而不必直接参与繁重的现场抄表工作，在计算机上i n 可远程数据浏览， 相对于各个企业而言，具有更强大的客户端访问和数据分析能力，为用户提供更全面 的服务。 系统研究开发的目标是为石化储运企业提供完整、准确和实时的计量数据，因此 必须做到： ( 1 ) 以计算机获得计量数据为中心 转变以从智能表显示设备获得数据为中心的传统观念，建立起以从计算机获得数 据为中心的新的理念，将企业的职能从获得数据到分析、统计数据功能上转变。 ( 2 ) 以“三性”为目标 以完整性、准确性、实时性为目标，推进维护保障计量系统信息化建设。 ( 3 ) 提供计量设备诊断、组态的核心功能 包括设备状态监控、维护、故障诊断和维修管理、后勤管理等。 ( 4 ) 以环境建设为支撑 建立以现代信息技术和系统为核心的信息基础环境，如网络系统、数据库、安全 保密机制等，支撑计量系统的运作。 ( 5 ) 克服传统计量方式的弊端 提高底层数据采集、信息传递和转换的效率，满足复杂计量环境下可重构、可配 置的要求，系统要方便维护| 1 4 l 。 2 2 系统需求分析 在分析贮运厂的实际工艺管理流程、现有计量设备的基础上，充分利用现代计量 技术，特别是计算机技术、数据库技术及其嵌入式操作系统技术，建立适合贮运厂的 全集成的石化储运计量监控及管理系统。 第7 页 直立堡三盘堂亟盈奎 垒塞盛曲五位缱运：j 量鳖撞盈筻墨丕统受宜 2 2 1 工艺及其管理流程 贮运厂的计量作业主要以计量石化产品的储藏和买卖为主。买卖和运输方式主要 依靠汽车作业、火车作业、水运( 轮船) 作业及其管输作业，储藏石化产品容器为罐 ( 含立罐、卧罐、球罐等) 。计量买卖的交接依靠数据，计量数据主要来源于储罐量、 流量计表量、火车槽车罐量、火车衡和汽车衡过衡量。汽车作业取储罐量或者汽车衡 过衡量之一；火车作业取火车衡过衡量、流量计表量、储罐量或火车槽车罐量之一； 水运( 轮船) 作业及其管输作业取流量计表量或者罐量之一；其它作业主要取罐量。 对外买卖的交接正常情况下，汽车作业取汽车衡过衡量，火车作业取火车衡过衡量， 水运( 轮船) 作业及其管输作业取流量计表量或者罐量之一，其它作业取罐量。罐量 的计算在收，付作业中完成。贮运厂的计量部门对每项作业的其它量要与买卖交接量 进行核对，从而进一步根据物料分析各项作业的综合比对、计量盈亏情况及其计量仪 表精确度等。 贮运厂的计量作业中一项主要内容为盘库分析。盘库分析的内容为：提供各类型 作业中的完成的每单数据提供根据物料对应储罐量，得到盘库数据- 根 据物料，分成收和付两类，记录对应数据统计、汇总+ 计算得到盈亏 情况和盈亏率。 贮运厂对以上计量作业的管理部门有技术监督科、计划科、仪表科及其调度科， 本论文所研究的计量系统归技术监督科管理和使用，计量系统的管理数据流程就依据 技术监督科的管理流程。计量作业的管理部门的组织机构及其管理流程见图2 2 1 1 。 毒斛t 似辜黼- 。懒作摩触熟譬饕捧生一橼靖撒挥健怍圣氟精神重撇雠i * t 蚱艟主要氇磊耀橱烀鲫彝蕾，置姐毒 图2 2 1 1组织机构及其管理流程 第8 页 直立堡王盔堂亟监塞 垒塞盛的亘也艟堡让量些蕉及萱堡丕缝虹窟 实际运行中，各车间作业之间相互关联。例如，汽车作业：毛重在装卸车间，皮 重在成品车间，对应作业单，才能算出汽车衡过衡净重量。水运作业：从成品车间储 罐付出量，在码头车间装船，这样一来，成品车间算出储罐量，码头车间抄出用于装 船作业的质量流量计表量，两个量在误差范围内，才能完成水运作业。火车作业：从 油品车间储罐收入量，卸火车在装卸车间完成，涉及装卸车间的多次火车过衡量、火 车槽车量及其质量流量计表量，当这些量在误差范围内，才能完成火车作业。每天作 业量很大、分布范围广，作业情况较为复杂，如何正确对应每单作业数据，从而正确 进行盘库盈亏分析，成为大难题，也是本课题研究的重点和难点。 贮运厂的计量设备主要有储罐、质量流量计表、火车衡及其地重衡。 储罐种类有立罐、卧罐、球罐等。储罐可作为一级计量表，能够作为对外贸易交 割依据。但是储罐的罐容、罐量依据罐种类、物料的计算较为复杂，下文有详细介绍。 实际上，作业中有质量流量计表、火车衡及其地重衡有故障或者正常检定期间，贸易 交割即依据储罐算量，正常作业时，都必须与作业相关的储罐量比对，从而得到计量 的误差。 质量流量计表主要作为水路作业和管输作业的贸易依据量，它的准确性至关重 要。贮运厂的质量流量计表为美国罗斯蒙特9 7 3 9 、9 7 1 2 和2 7 1 0 型号，表的特点为准 确性高、故障诊断信息及其组态信息全，变送器具有频率信号、4 - 2 0 m a 信号，具有 m o d b u s 和h a r t 总线接口。但是，水路作业和管输作业过程长，在开阀、关阀和作 业完成收仓时，不是满管作业，质量流量计表必然有零漂等问题，造成计量误差，甚 至作业过程中，人为改变表组态信息或组态信息设置不正确也将造成计量误差，如何 动态监控表诊断、组态信息，合理找出零漂量，成为本课题研究的重点和难点。 质量流量计表的信息分过程信息为：密度、温度、瞬时量及其累积量，诊断和组 态信息较多。 火车衡及其地重衡称重火车及其汽车装载物料量，计量精度高，但是实际运行中， 火车及其汽车多次过衡，有多条过衡计量数据记录，汽车还存在多地点过衡，找出最 终的过衡量，对应好关联的槽车量、储罐量及其表量，做相应的比对分析，是本课题 研究的重点。 2 2 2 信息需求 从以上分析可知，计量工作有如下信息需求： ( 1 ) 稳定可靠的计量设备数据的实时采集系统。 ( 2 ) 人工作业数据的处理、整理。 ( 3 ) 计量数据软件分析平台，能实时监控各项计量作业。 ( 4 ) 计量数据软件统计平台，能产生多种报表，实时传送到相关单位。 第9 页 直宝理工盘堂亟j 金奎 全塞盛的互也熊堡让量堕撞丛筻堡丞统虹塞 ( 5 ) 计量数据综合发布平台，多客户能在此平台浏览所需计量数据。 贮运厂的计量工作客观问题的存在，对切实可行的全集成的石化储运计量监控及 管理系统需求势在必行，也为本课题的研究及其实行创造了难得的有利条件。 2 2 3 石化行业的典型计量系统 研究石化行业的计量系统厂家很多，应用的系统结构也很多，这里举例应用较为 典型的两种并分析其利弊。 方案一，采集系统为p l c 或者d c s 系统，采集计量设备如质量流量计的4 ，2 0 1 n a 信号或者频率信号，控锘4 管道相应阀门的开启。监控站为组态软件集成、显示计量 信息。利用组态软件的标准o p c 接口向服务器发送相关计量信息。 该方案存在的最大问题在于：根据质量流量计的4 - 2 0 m a 信号经过a d 转换得 到计量数据的数字信息，或者频率信号经过计数模块得到计量数据的数字信息，没有 考虑到物料密度、温度等实时变化的信息，从而得到的计量数据与质量流量计的显示 数据偏差较大，不能保证计量数据的准确性。 方案二，采集系统为流量计在线监控系统，按照h a r t 总线接口，通过计算机 采集计量设备的数据。计算机采用组态软件实现信息的集成，利用组态软件的标准 o p c 接口向服务器发送相关计量信息。 这种系统的缺点在于： ( 1 ) 由于h a r t 通信的特征是数字信号和电流信号同时传输，如果仪表设置有 误或线路电阻匹配不正确会影响流量计变送器电流的变化。 ( 2 ) h a r t 总线采用点到点连接，即一台流量计h a r t 口对应h a r t 网桥一个 点，成本较高，系统可配置能力差。 无论方案一还是方案二，均没有处理计量作业的其它数据，如罐容、罐量的计算， 多类作业的比对等内容，因此不能构成完整的计量系统。 2 3 系统体系结构 本课题提出了的i q m m s 不仅包括流量计等实时信息，也包括人工作业如储罐算 量、火车、汽车作业信息等，对这些信息的处理采取不同的策略。实时信息采用o p c 方式交换数据，人工作业数据采用o d b c 方式交换数据【1 6 】。 2 3 1 实时数据监控及其管理体系 实时计量数据主要指质量流量计的过程信息、组态信息和诊断信息，过程信息为 海量数据，其存取有实时性的要求，因此，后台数据库选择p h d 。 第1 0 页 直立堡王盘堂亟监塞全塞盛的互丝艟运生量监燕丛筐堡曩筮砥塞 实时计量数据的处理运行支撑的软件分别为：嵌入式操作系统终端电脑运行的系 统是c e n e t ，组态的软件为m c g s 嵌入版；车间中控室运行的系统是w i n d o w s2 0 0 0 s e r v e r ，组态的软件为m c g s 网络版；监控、诊断中, 已, w e b n 务器安装m c g s 通用版， 按照m c g s 程序的软件接口规范，编制程序将组态信息和诊断信息写入s q l s e r v e r 数据库，编翻j o p cc l i e n t 程序，按照p h d 数据库的r d i 远程影子接口，采集m c g s 通 用版的实时数据库中流量计的过程信息，再写入p h d 数据库，p h d 数据库安装在信息 公司机房。监控、诊断中心采用j a v a s c r i p t 结q 6 p b 软件编写可组态的b s 结构程序，综 合发布来源于s o ls e r v e r 数据库和p h d 数据库的计量数据。另外 l c g s 作为通用软 件，不具有质量流量计的驱动程序，就必须采用v c + + 和e v c + + 编程工具按照m c g s 接口规范编制质量流量计的驱动程序，将采集到的信息写入m c g s 嵌入版软件的实时 数据库中f “j 。 m c g s 软件之间采用m o d b u s ( n e t w o r k ) 协议，按数据同步方式实时通信实 时数据库中的数据。 2 3 2 作业数据监控及其管理体系 作业计量数据主要指：储罐作业数据、火车衡作业数据、汽车衡作业数据、槽车 算量数据及其比对数据。尽管火车衡作业数据和汽车衡作业数据来源于系统直接采集 相应的火车衡和汽车衡，但是采集的数据必须经过人工的确认后，才能成为计量数据， 因此，本论文将此归类为人工作业数据。比对数据来源于每种作业的每单数据，但是， 由于作业时间、地点较分散，造成每单作业数据如何对应成为难题，本论文讨论的策 略是提供作业人员软件平台，在此平台上，作业人员对应每单作业，从而系统得出比 对数据。 人工作业计量数据的处理流程见图2 3 2 ，运行的支程软件为：提供计量数据层 中车间中控软件为m c g s 网络版，但是，由于车间中控要完成储罐、盘库及其比对 等作业，这样的任务m c g s 软件本生无法完成，就必须按照m c g s 的接口规范定制 软件，系统实际是采用v b 软件编制，3 5 节有详细说明。系统编制的汽车衡操作软 件实现了汽车衡操作站的功能，完成了计量单据的打印。火车衡操作软件为其他厂家 编制，但是，系统必须从火车衡操作软件取相关数据。系统须编制整理计量数据层的 软件，软件通过o d b c 方式从相关提供计量数据层的各站点取相关数据，后整理出 车间用相应的报表数据，并将数据送给服务器。此层数据仓库的执行策略采用有反馈 的平行开发模式的模式。分析计量数据层编制的软件采用三层式c s 结构，即数据库 和应用服务器( 安装在服务器) 、客户端。这样解决的优点在于，将大量数据库的存 取集中于应用服务器，可以有效降低广域网的数据传输量，业务逻辑集中于应用服务 器，便于软件维护。具体实现方法是在v b 中利用w m s o c k 控件可以建立起计算机间 第1 1 页 直立堡工盘堂亟主迨皇 垒塞巍的五也建垂垃量鳖蕉巫筐堡丞统虹宜 客户端洲览数据 分析计量数据层 i 服务器、 图2 3 2 作业计量数据的处理流程 的连接，并通过传输控制协议( t c p ) 或者用户数据报文协议( u d p ) 进行数据交换。 w m s o c k 控件在运行时是不可见的，在它里面很好地封装了低层的w i n s o c k a p i 调用， 用户只需设置其属性调用其方法就可以实现网络通信而不必了解其实现细节。 2 3 3 系统总体结构 图2 3 3 1 为系统总体结构图，系统由：现场计量设备采集层，提供计量数据层， 整理计量数据层，分析计量数据层( 服务器) 组成，下面对各数据层进行论述。 ( 1 ) 现场计量设备采集层，主要是由嵌入式计算机终端完成，采用c e n e t 。 嵌入式计算机终端通过r s - 4 8 5 口，按照m o d b u s ( r t u ) 现场总线协议与现场质量 流量计通信。采用晓n e t 的嵌入式计算机终端性能可靠、稳定，具有防病毒的特点， 第1 2 页 直鏖型王盘堂亟圭监塞全塞盛鳆互毡蝤垄盐量堕撞厦蟹堡歪莹班建 保证实时采集数据，保持了数据的完整及其准确性【”】( 。 客户端i i 恽户端、 齐一埔郴览拽掘 概汁盈氮拭艟 i 搬辱嚣 流聃汁枉线监控、诊新中- r l 噶j ； !计链数搬分析，统计中心 巾朗h 捶l j ： 龇诊断中心【：兰冶崩 l r 汁最照姑毋析、 三j ”誉警船 w e b 瞅务器f 。u 前息庠 鲥中心巴日* q 1 吧2 萋也：i w 1 一1 喊培* 愤且e 吐许翔方式 ； l | l 汁渺i 一一j - - 夏赢 酬譬， fl 率问巾控盔 汽车衢母作些| 业车锈搛作站 一一一一 ；| 怒嗽讣盛教整 l 丁c l p i 搔 或摊件氟兢蚌韬吧融i - 一 日惜计 i 殴 泉颦描 m o n 8 0 礴铱线 律蝙诗醢器 审中自一中 罐l 卜灞l 睦描质j i ；：漉最汁嵌 图2 3 3 1 系统总体结构图 ( 2 ) 提供计量数据层主要提供各类作业的计量数据，其特点是人工2 4 小时作业。 车间中控完成收付作业、抄表作业、人工检尺及其核对汽车衡、火车衡作业。l i 复付 作业主要是对应每单作业内容，作业所对应的储罐算量。储罐算量流程为，人工检出 水尺、油尺数据，从d c s 系统读出密度、温度及其气相温度、压力数据，按照一定 的计算规则( 参照4 1 节) 计算出罐容、罐量及其气相量，从而完成每单作业数据。 抄表作业在车间中控完成，车间中控软件按c s 结构设计。其实现机理是：现场计量 设备采集层通过以态网，按照m o d b u s ( n e t w o r k ) 协议，向车间中控计算机实 第1 3 页 直立堡王盘掌亟监奎垒塞盛的互业储运让量些撞丛鳘理丞蕴盟壅 时提供计量数据，具有将网络中断时的数据备份到中控计算机功能。汽车衡、火车衡 作业主要是通过r s 4 8 5 r s 4 2 2z i 采集火车衡及其汽车衡称重相关数据，计量员将这 些数据与每单作业其它内容对应。 ( 3 ) 整理计量数据层数据直接来源于提供计量数据层( 车间中控、火车汽车衡 操作站) ，其工作为，整理数据、核对数据、形成计量单据及其相关车间用报表，再 将整理后的数据通过o d b c 方式送给计量服务器，数据仓库的执行策略为有反馈的 平行开发模式模式，采取的是先构造部门数据集市，再以各部门的数据集市为基础， 构造整体性数据仓库的模式。 ( 4 ) 分析计量数据层( 服务器) 通过两个服务器完成，分别为实时数据综合发 布平台和计量数据分析、统计中心。这两个服务器完成内容不同，其软件实现机理也 不同。 实时数据综合发布平台数据类型有：过程信息( 瞬时量、累积量、密度及其温度) ， 组态和诊断信息，流量计档案信息。过程信息的特征是每3 0 秒采集次，每次数据 必须存储。组态和诊断信息不是经常变化，每变化一次的数据必须保存。流量计档案 信息不需历史记录，只要求当前信息。根据这些信息特征，选用的数据库为两种类型， 即实时型关系数据库和关系型数据库。过程信息存储在实时型关系数据库( p h d ) 中。 组态和诊断信息，流量计档案信息存放在关系数据库( s q l s e r 、_ ，e r 2 0 0 0 ) 中。诊断 中心软件结构为b s 结构，分为四层结构：客户端、表示层、应用层和数据层，分别 由浏览器、w w w 服务器、应用服务器和数据服务器构成，各层负责自己的任务，层间 有成熟的协议，形成了一个完整的有机整体，其结构如图2 3 3 2 所示m 】o t j 。 ll 应粥 l 网负 、 i 。 脚本 l 服务 j 1 i 器屡 1 | 页面 ，l ， l 袈现 、 、 l 数据 j l i 1 霹游 i 壤 l l 赫联l ll 2 3 3 2 实时数据综合发布平台b s 结构 计量数据分析、统计中心软件结构采用c s 结构，将任务合理分配到客户端和服 务器端，降低了系统的通信开销，充分利用了两端硬件环境的优势。数据库采用关系 第h 页 直立型王厶堂亟诠塞 垒塞盛笪五丝缱运生量监控趁簧堡丕统丛鲢 型数据库( s q ls e r v e r2 0 0 0 ) 。计量数据分析、统计中心数据来源于整理计量数 据层。 2 3 4 i q m m s 新特点分析 传统的计量系统都是在组态软件的基础上实现数据的呈现，无法对所有作业的信 息集成，更不能按用户要求对数据处理、分析及其汇总，尤其是复杂报表方式。 i q m m s 在克服传统的计量系统缺点基础上，有效的融合了计量作业的实时数据及其 人工作业数据，并以流程图、趋势图及其报表的方式多途径、多方式、多客户端呈现 数据。因此，i q m m s 具有完整性、准确性、实时性及其开放性。 2 4 信息集成机制 从以上分析可知，对数据的集成及其应用按实时数据和人工作业数据分成两种模 式，实时数据模式处理策略是按照o p c 及其m o d b u s 协议传输流量计实时数据， b s 结构供客户端以趋势图和流程图浏览数据，数据存储在p h d 数据库。人工作业 数据处理策略是按照o d b c 方式传输作业数据，分层数据流存储及其传输，最终在 服务器以c s 结构供客户操作、处理数据，并以报表形式呈现分类汇总、分析的数据。 这两种模式的相关软件依靠d l l 技术、a c t i v e x 技术、标准接口协议技术和数据库技 术，相互间无缝连接，形成有机的整体i 2 3 j 。 2 5 本章小结 本章石化贮运厂计量系统作了概述，阐明了贮运厂计量的作业工艺及其管理流 程，分析了存在的问题和企业计量工作的需求；从实时数据和人工作业数据两方面， 提出全集成的石化储运计量监控及管理系统的结构和方案。 第j 5 页 直立堡王盘堂亟监童 全塞盛的五也嫱运：j 量监撞厦篁理丞蕴i 卫直 3 实时数据处理技术研究 3 1 监控与管理策略 3 i ，l 实时数据的交换模式 d d e 是w i n d o w s 系统中一种进程间的通信机制，建立在w i n d o w s 内部的信息处 理机制上，其实质为各应用程序问通过共享内存来交换信息。d d e 对话的内容是通 过三个标识名来约定，即应用程序名( a p p f i c a t i o n ) 、主题( t o p i c ) 、项目( i t e m ) 。f 3 1 3 o p c 是过程控制业中的新兴标准，它的出现为基于w i n d o w s 的应用和基于现场控 制的应用建立了桥梁。在过去，为了存取现场设备的数据信息，每一个应用软件开发 商都需要编写专用的接口函数。由于现场设备的种类繁多，且产品的不断升级，往往 给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担。通常这样也不能满足工作的实际需要， 系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插 即用的设备驱动程序。在这种情况下，o p c 标准应运而生，o p c 技术的出现把开发访 问设备接口的任务放在硬件生产厂家或第三方厂家，以o p c 服务器的形式提供绘用 户，解决了软、硬件厂商的矛盾，完成了系统的集成，提高了系统的开放性和可互操 作性。 o p c 数据服务器是以m i c r o s o f t 公司的o l e c o m d c o m 技术为依托，采用客户服 务器模式，是过程控制应用中的“软件总线”。基于o p c 技术的工业软件模块自由地 分布在这条软总线上，现场数据对于软件模块完全透明，软件模块可以分布在网络上 的不同地点。o p c 技术不仅可以灵活地应用于工控软件体系结构的各个层次，同时o p c 技术也可作为任何软件模块问数据通信的标准接口，o p c 标准的产生将使得整个控制 软件体系更趋于合理，系统的开放性和可互操作性将得到进一步体现。 应用软件作为o p c 客户通过o p c 服务器提供的接口访问o p c 服务器，以存取硬件 设备的数据。o p c 规范定义了两种o p c 接口，包括o p c 自动化接口( a u t o m a t i o n i n t e r f a c e ) 和0 p c 定制接口( c u s t o mi n t e r f a c e ) 。这两类接口定义了o p c 客户端软件 与o p c 服务器程序之间进行通讯的方法。用户可以编写自己的o p c 客户程序，通过在 客户程序中调用o p c 服务器对象的接口以及该接口所支持