衡器數(shù)據(jù)無線采集設計

牛啟光

（中國石化股份有限公司齊魯分公司信息技術部，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量出廠或者原材料進廠計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，承擔著大部分產(chǎn)品出廠和原材料進廠的計量工作。2008年，基于公司MES系統(tǒng)進出廠統(tǒng)計需要，共對26臺符合條件的衡器進行了有線數(shù)據(jù)采集，通過公司有線局域網(wǎng)絡，開發(fā)衡器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。依托局域網(wǎng)對所能觸及到的衡器點的數(shù)據(jù)進行采集，在公司層面形成衡器數(shù)據(jù)管理中心，為各應用系統(tǒng)提供基礎數(shù)據(jù)，起到了良好的應用效果。

根據(jù)該公司衡器數(shù)據(jù)管理業(yè)務的實際需求，仍有部分衡器數(shù)據(jù)不具備有線采集條件，對過衡數(shù)據(jù)無法實施及時、準確、有效的采集，導致過衡崗位手工錄入操作繁瑣；公司管理部門無法及時準確得到第一手過衡數(shù)據(jù)信息，也不能為MES等關鍵系統(tǒng)提供及時的數(shù)據(jù)支持，造成部分業(yè)務與實際應用脫節(jié)。依據(jù)目前應用現(xiàn)狀，通過對現(xiàn)有過衡設備和公司網(wǎng)絡的分析，設計了一個衡器數(shù)據(jù)無線系統(tǒng)采集方案。

1 實現(xiàn)方式

1.1 總體方案

衡器數(shù)據(jù)無線采集系統(tǒng)是一個由現(xiàn)場過衡點和無線數(shù)據(jù)接收中心組成的衡器數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對過衡數(shù)據(jù)進行自動采集，實時掌握各過衡點的車輛過衡情況；過衡數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)綗o線數(shù)據(jù)接收中心，由計算機進行數(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)存儲到衡器數(shù)據(jù)庫中，通過通用分組無線服務（GPRS）網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸。稱重計算機可將采集的過衡數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡及時發(fā)送到衡器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，實現(xiàn)對過衡數(shù)據(jù)的及時管理，提高操作崗位的工作效率。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡硬件架構

綜合該公司網(wǎng)絡現(xiàn)狀，依據(jù)過衡點及其管理業(yè)務需求，本著經(jīng)濟、實用、穩(wěn)定、可擴展的原則，設計出如圖1所示的系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構。各無線過衡點的稱重計算機由無線調(diào)制解調(diào)器通過GPRS網(wǎng)絡和公司Intranet網(wǎng)絡相連，實現(xiàn)各無線過衡點和數(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)存儲到衡器數(shù)據(jù)中心服務器。

1.3 系統(tǒng)主要組成

系統(tǒng)由衡器數(shù)據(jù)無線采集設備、無線接收設備及GPRS移動數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡等3部分組成，如圖1所示。

1.3.1 衡器數(shù)據(jù)無線采集點

各無線過衡點在現(xiàn)場通過數(shù)據(jù)采集模塊自動采集各臺衡器稱重計算機中的過衡數(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)場數(shù)據(jù)采集模塊中設置服務端的IP地址和端口號，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)器通電后自動連接數(shù)據(jù)接收中心服務器，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)，則自動與服務器建立TCP鏈接。通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進行處理、協(xié)議封裝后，發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡。

圖1 衡器數(shù)據(jù)無線采集系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構

1.3.2 衡器數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡

a）衡器數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡包括中國移動GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡和公司公網(wǎng)網(wǎng)絡。各無線過衡點現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡空中接口功能模塊，同時對數(shù)據(jù)進行解碼處理，轉換成在公司公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷剑ㄟ^GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡最終傳輸?shù)焦W(wǎng)接入點。

公司公網(wǎng)是中國移動分配給該公司的一個無線局域網(wǎng)，在這個網(wǎng)段內(nèi)實現(xiàn)公司各無線過衡點和公司衡器數(shù)據(jù)接收服務器的數(shù)據(jù)傳輸。該公司各無線過衡點通過無線調(diào)制解調(diào)器，借助公司公網(wǎng)與數(shù)據(jù)接收中心的服務器自動建立TCP鏈接，實現(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)接收中心服務器使用內(nèi)部公網(wǎng)IP直接聯(lián)入Internet，與GPRS網(wǎng)絡相連，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)，并由接收中心服務器的數(shù)據(jù)自動接收軟件進行分類處理，最終進入衡器數(shù)據(jù)庫服務器。由于公網(wǎng)網(wǎng)絡可提供較高的帶寬，當衡器數(shù)據(jù)無線采集點數(shù)量增加時，中心不用擴容即可滿足需求。

數(shù)據(jù)接收服務器接收到GPRS網(wǎng)絡傳來的數(shù)據(jù)后先進行AAA認證，后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收計算機主機，通過數(shù)據(jù)自動接收軟件對數(shù)據(jù)進行還原顯示，并進行數(shù)據(jù)分類處理。

c）將數(shù)據(jù)接收中心的數(shù)據(jù)及時發(fā)送到衡器數(shù)據(jù)庫服務器。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的實時過衡數(shù)據(jù)，并發(fā)送至中心衡器數(shù)據(jù)庫，形成數(shù)據(jù)共享平臺，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，實現(xiàn)衡器數(shù)據(jù)的自動采集和實時發(fā)送；建立衡器數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡，確保各個過衡點數(shù)據(jù)能夠進行實時傳輸；開發(fā)衡器數(shù)據(jù)無線接收軟件，實現(xiàn)衡器數(shù)據(jù)的無線、自動接收，并將接收到的數(shù)據(jù)分類處理，儲存至衡器數(shù)據(jù)庫。

2 系統(tǒng)解決方案特點

GPRS具有速度快、使用費用低的特點，其傳輸速率可達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、擴展容易、運行費用低、維護簡單、性價比高等優(yōu)點。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數(shù)據(jù)實時傳輸問題。

中國移動GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在GPRS業(yè)務基礎平臺上構建衡器數(shù)據(jù)無線采集傳輸網(wǎng)絡，實現(xiàn)衡器數(shù)據(jù)采集點的無線數(shù)據(jù)實時傳輸，并且可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡，具有縮短建設周期、降低建設成本的優(yōu)點，而且設備安裝方便、維護簡單。衡器數(shù)據(jù)GPRS無線采集系統(tǒng)具備如下特點。

a）實時性強。與短消息服務比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，無需輪巡就可以同步接收、處理公司多個無線過衡點的數(shù)據(jù)，可很好地滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。

b）建設成本低。由于采用GPRS公網(wǎng)平臺，無需建設網(wǎng)絡，只需安裝好設備就可以，建設成本低。

c）監(jiān)控范圍廣。構建衡器數(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，擴容和接入地點無限制，能滿足各單位過衡點的接入需求。由于該公司過衡點數(shù)量眾多，分布在各個單位范圍內(nèi)，部分過衡點位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散，基于上述特點采用GPRS公網(wǎng)平臺可很好地補充過衡數(shù)據(jù)有線網(wǎng)絡傳輸?shù)牟蛔悖瑵M足過衡數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)男枨蟆?/p>

d）具有良好的可擴展性。因為目前GPRS網(wǎng)絡已覆蓋國內(nèi)絕大部分地區(qū)，基本不存在盲區(qū)，所以可實現(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無線過衡采集點實現(xiàn)實時連接，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鳪PRS技術能很好地滿足這一需要以及系統(tǒng)無線過衡點的擴充需求。

f）數(shù)據(jù)傳輸速率高。每個過衡數(shù)據(jù)采集點的每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbit／s之內(nèi)，GPRS網(wǎng)絡傳輸速率理論上可達171.2Kbit／s，目前GPRS實際數(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）通信費用低。采用包月計費方式，運營成本低。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)功能

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

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

3.2 連接現(xiàn)場稱重計算機

現(xiàn)場過衡稱重計算機通過無線數(shù)據(jù)采集軟件自動采集過衡數(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)通信設備）相連，通過該終端對數(shù)據(jù)進行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡。

數(shù)據(jù)接收中心服務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)自動接收軟件對數(shù)據(jù)進行還原顯示，并存儲在衡器數(shù)據(jù)庫中，由衡器數(shù)據(jù)庫服務器系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析、整理和匯總。

數(shù)據(jù)接收中心運行衡器數(shù)據(jù)自動接收軟件，利用GPRS上網(wǎng)，系統(tǒng)將始終處于連線和在線狀態(tài)，實現(xiàn)信息采集點24h傳輸采集的實時監(jiān)測數(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)進行整合，納入公司衡器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)對各過衡點的過衡數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一、全面、有效的管理。

4 結束語

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

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