一、 問(wèn)題的提出
計(jì)量裝車(chē)系統(tǒng)是化工行業(yè)對(duì)外銷(xiāo)售的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和信譽(yù)，但是我國(guó)目前的計(jì)量裝車(chē)系統(tǒng)大多采用傳統(tǒng)的儀表計(jì)量方式，就是用DCS、PLC或A/D接口板采集現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量?jī)x表發(fā)出的頻率、4~20 mA或1~5 V DC信號(hào)，然后在計(jì)算機(jī)內(nèi)部根據(jù)脈沖當(dāng)量或量程范圍變換成當(dāng)前的瞬時(shí)流量，然后再進(jìn)行積分累積運(yùn)算，從而完成裝車(chē)的計(jì)量工作，還有的系統(tǒng)使用與計(jì)量?jī)x表成套的批量控制器完成計(jì)量裝車(chē)任務(wù)。
從上述計(jì)量過(guò)程中不難發(fā)現(xiàn)，這種傳統(tǒng)的計(jì)量方式存在以下缺陷：
1、無(wú)論采用上述哪種計(jì)量方法，都存在二次計(jì)量的精度損失。一次計(jì)量是在流量檢測(cè)儀表內(nèi)部完成的，然后再由檢測(cè)儀表變換成電信號(hào)輸出到外界供檢測(cè)計(jì)量系統(tǒng)使用，那么無(wú)論二次計(jì)量精度有多高，都存在一個(gè)精度損失的問(wèn)題，因此造成了不必要的二次計(jì)量精度損失，而計(jì)量精度是裝車(chē)系統(tǒng)中的關(guān)鍵指標(biāo)。
2、計(jì)量?jī)x表本身所具有的性能沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)。近年來(lái)隨著IT技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，極大地提高了儀器儀表行業(yè)的自動(dòng)化、智能化水平，尤其是近些年來(lái)，數(shù)字通信和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的興起和推廣應(yīng)用，更加速了儀器儀表的智能化水平，許多智能化儀表不僅具有就地顯示、補(bǔ)償運(yùn)算等功能，而且還具有遠(yuǎn)程數(shù)字通信的功能。儀器儀表運(yùn)用了先進(jìn)技術(shù)，而與之相應(yīng)的智能化的系統(tǒng)卻沒(méi)有及時(shí)跟上，形成了儀表性能提高了，系統(tǒng)成本沒(méi)有降低，系統(tǒng)集成仍沿襲舊的傳統(tǒng)，儀表的先進(jìn)性、方便性和靈活性沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)的局面。

二、 解決方案
針對(duì)目前計(jì)量裝車(chē)系統(tǒng)存在的缺陷，憑借我們多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，和在系統(tǒng)集成方面雄厚的實(shí)力，利用數(shù)字通訊技術(shù)，成功開(kāi)發(fā)出了基于紫金橋軟件的計(jì)量裝車(chē)系統(tǒng)。下面以市場(chǎng)上比較具有代表性的羅斯蒙特質(zhì)量流量計(jì)為例做以說(shuō)明。
羅斯蒙特質(zhì)量流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量?jī)x表部分一般由一次檢測(cè)元件－－－－質(zhì)量流量計(jì)，智能變送器RFT9739、RFT9701、RFT9712，和累積計(jì)量?jī)x表DRT、FMS等三部分組成。智能變送器在提供了標(biāo)準(zhǔn)的4－－20mA輸出和脈沖頻率輸出的同時(shí)，還提供了標(biāo)準(zhǔn)的HART協(xié)議和基于RS-485的MODBUS協(xié)議兩種智能數(shù)字通訊。我們開(kāi)發(fā)的智能計(jì)量?jī)x表的計(jì)量裝車(chē)系統(tǒng)就是通過(guò)智能變送器上的這兩種智能數(shù)字通訊，利用普通PC機(jī)上豐富的RS-232串口資源，再配以RS-232變HART適配器或者RS-232變RS-485適配器，使普通PC機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量流量計(jì)構(gòu)成一個(gè)智能數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然后使用自主開(kāi)發(fā)的PC機(jī)上的通訊采集軟件包通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)與智能變送器進(jìn)行數(shù)字通訊，使PC機(jī)獲取智能變送器中豐富的信息，如瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、密度、溫度、粘度和壓力等，還可以監(jiān)視毫安和頻率輸出信號(hào)、工作狀態(tài)、和故障狀態(tài)等。
PC機(jī)與智能變送器的通訊距離可以達(dá)到1200米，可以滿(mǎn)足絕大多數(shù)場(chǎng)合應(yīng)用的需要。而且無(wú)論是RS-485還是HART都支持總線(xiàn)式通訊方式，即在同一通訊鏈路上PC機(jī)可以接15臺(tái)（R-S485）或31臺(tái)（HART）智能變送器。隨著所掛智能變送器設(shè)備的增加，PC機(jī)循環(huán)采集智能變送器的周期也相應(yīng)加長(zhǎng)，我們以比較慢的通訊速率9600 bps為例，采集單臺(tái)智能變送器所需要的時(shí)間約為 0.1 S ，按同時(shí)采集最多設(shè)備31臺(tái)計(jì)算，一個(gè)固定循環(huán)周期是 3.1 S ，這相對(duì)于裝車(chē)系統(tǒng)快速反應(yīng)的要求是不能容忍的，解決這個(gè)問(wèn)題的方法是在采集軟件上采取優(yōu)先算法，即當(dāng)前已裝量與設(shè)定裝車(chē)量進(jìn)行比較，凡是具有絕對(duì)最小裝車(chē)量的智能變送器具有采集優(yōu)先權(quán)。每次采集該智能變送器后只采集一臺(tái)其它智能變送器，以控制在 0.2 S 時(shí)間內(nèi)采集即將到達(dá)裝車(chē)量的智能變送器，從而保證裝車(chē)控制的實(shí)效性。

三、 應(yīng)用效果
我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)和論證，在一切開(kāi)發(fā)研究工作完成后，我們分別在大慶華科（集團(tuán)）公司的環(huán)慶助劑廠和環(huán)宇化工廠分別進(jìn)行了實(shí)際的工業(yè)實(shí)施，這兩個(gè)廠分別具有兩臺(tái)智能變送器，負(fù)責(zé)兩條管線(xiàn)內(nèi)物料的裝車(chē)計(jì)量。
在該系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)不僅與現(xiàn)場(chǎng)的兩臺(tái)智能變送器進(jìn)行通訊，還要為操作人員提供人機(jī)操作界面，人機(jī)操作界面選用我公司自主開(kāi)發(fā)的紫金橋監(jiān)控組態(tài)軟件。根據(jù)裝車(chē)控制的實(shí)際需要設(shè)定裝車(chē)量，在計(jì)算機(jī)界面上提供自動(dòng)、手動(dòng)兩種控制現(xiàn)場(chǎng)的閥門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉，泵的啟、停等操作。同時(shí)在軟件上增加了每一車(chē)裝車(chē)出廠計(jì)量單的打印，并自動(dòng)形成裝車(chē)操作歷史記錄，為日后的裝車(chē)記錄檢索提供了各種手段。從裝車(chē)計(jì)量的安全性考慮，計(jì)算機(jī)上有兩種操作級(jí)別，普通級(jí)別是操作員，能夠完成日常的裝車(chē)計(jì)量任務(wù)和自身密碼的管理；較高級(jí)別是系統(tǒng)管理員，在完成普通級(jí)別操作的基礎(chǔ)上，能夠進(jìn)行裝車(chē)操作記錄的檢索和打印，操作員的增加和刪除，每個(gè)操作人員允許操作范圍和密碼的設(shè)定等各種系統(tǒng)管理工作。這樣每一次裝車(chē)操作都有操作記錄，記錄了某年月日時(shí)分秒，哪一位操作員為哪一個(gè)單位付出了多少?lài)嵷浳铮粌H如此，在硬件設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)計(jì)量計(jì)算機(jī)如果不進(jìn)入開(kāi)始裝車(chē)狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)的閥門(mén)無(wú)法進(jìn)行開(kāi)啟操作，進(jìn)而從根本上杜絕裝車(chē)計(jì)量上的漏洞。
通過(guò)多年的實(shí)際工業(yè)化運(yùn)行證明，不僅整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，完全滿(mǎn)足裝車(chē)計(jì)量控制的需要，而且還具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、 計(jì)量精度高。 由于取消了二次計(jì)量所產(chǎn)生偏差，在實(shí)際的工業(yè)運(yùn)行中，在40噸/小時(shí)（約±11Kg/S）的瞬時(shí)流量下， 每次定量裝車(chē)的偏差仍能控制在±10 Kg范圍內(nèi)。
2、 由于采用了優(yōu)先采集算法，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，實(shí)際工業(yè)運(yùn)行表明該系統(tǒng)完全滿(mǎn)足裝車(chē)控制的實(shí)時(shí)性的要求。
3、 監(jiān)測(cè)信息量全面，充分發(fā)揮了智能計(jì)量?jī)x表的功能，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)智能變送器可預(yù)測(cè)性維護(hù)。
4、 與其它傳統(tǒng)形式的計(jì)量裝車(chē)系統(tǒng)相比，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，減少了敷設(shè)電纜，減少了工程量和布線(xiàn)負(fù)擔(dān)，降低了整個(gè)項(xiàng)目的成本，具有投資少，施工期短等優(yōu)點(diǎn)。
5、 該系統(tǒng)可以和任何DCS、PLC或其它控制系統(tǒng)并列運(yùn)行，對(duì)4~20MA模擬量和脈沖量無(wú)任何干擾。
6、 系統(tǒng)在軟件和硬件上具有多重安全保護(hù)機(jī)制，可以保證在裝車(chē)環(huán)節(jié)萬(wàn)無(wú)一失。
7、 系統(tǒng)構(gòu)成靈活方便，人機(jī)界面友好、直接。

四、 結(jié)論
數(shù)字通信在計(jì)量裝車(chē)系統(tǒng)中的應(yīng)用，極大地提高了計(jì)量系統(tǒng)的先進(jìn)性和自動(dòng)化、智能化水平，使得一些先進(jìn)的算法和思想得以順利實(shí)現(xiàn)，例如：根據(jù)當(dāng)前的瞬時(shí)流量自動(dòng)計(jì)算提前關(guān)閉裝車(chē)閥門(mén)的時(shí)間或絕對(duì)量等；
數(shù)字通信在計(jì)量裝車(chē)系統(tǒng)中的應(yīng)用使得裝車(chē)不再是單一的操作環(huán)節(jié)，而是一個(gè)完整的計(jì)量系統(tǒng)，他可以自動(dòng)生成操作記錄，按需要生成各類(lèi)報(bào)表。由此可見(jiàn)，數(shù)字通信在計(jì)量裝車(chē)系統(tǒng)中的應(yīng)用順應(yīng)了儀器儀表行業(yè)的測(cè)量信息數(shù)字化、檢測(cè)控制儀表智能化、控制管理集成化的發(fā)展的潮流，使得智能儀表的性能得以充分發(fā)揮，符合當(dāng)今和未來(lái)數(shù)字化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)。
數(shù)字通信在計(jì)量裝車(chē)系統(tǒng)中的應(yīng)用是我們把計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)綜合運(yùn)用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域的一次嘗試，也是剛剛開(kāi)始，我們與國(guó)外在這方面還有相當(dāng)大的差距，今后還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走。