1、引言
大型炼油厂是加工工艺齐全，生产规模大的燃料—化工原料型企业，其许多生产装置由于应用了DCS，自动化水平很高，并且各装置的工程数据已纳入全厂的CIMS系统。但是水、电、气、暖等公用工程数据以及罐区数据、进出厂数据却是独立的，仍靠统计人员汇总，不适应现代化管理的要求。为了准确且迅速地掌握并利用全厂信息，对生产状况进行有效的统筹平衡管理，优化资源配置，提高企业的经济效益，有必要建立“炼油厂全厂公用工程数据采集系统”将相对分散的数据先集中到计量中心，搞好物料平衡，再通过光纤进入全厂CIMS系统。
该数据采集系统属第一期工程，先将三个罐区的进出厂计量数据采集并集中到计量中心。本系统采用星形拓扑网络结构，上位机安装在炼油厂计量中心，下位机分别安装在甲、乙、丙三个罐区，与罐区内的质量流量计相连。上位机采有长业PC机并配有大屏幕监视器和打印机，下位机采用STD工控机V40系统Ⅱ，主机与下位机之间采用调制解调器连接，利用公用电话通讯网实现数据传输。
本系统软件由上位机系统软件和下位机软件两大部分组成，均采用C语言及汇编语言编写。具有界面友好、实时性好、人工干预少、使用简单方便等优点。全部软件的设计采用模块化方法，每一个模块完成某一功能，遵循并符合“自顶向下”的软件设计原则。
数据采集系统框图如图1所示：
图1 数据采集系统总体方案框图
2、上位机
上位机主机采用工业PC机，并配备有打印机和大屏幕监视器。上位机系统软件的主要功能是通过通信网络实现上位机与下位机间的数据传输，以及将下位机实时采集的数据进行各种处理，包括存入数据库、进行流图显示、历史趋势图和棒形图还有数据表的显示及各种要求的报表打印输出。为完成以上功能，上位机系统软件分成以下六大模块。各模块之间相对独立，单独开发，但相互之间严格按照规定的协议开发，使整个系统软件模块结构清晰。
(1)主模块：主要用于完成对整个系统各子功能的控制及调度。
(2)流程图显示功能模块：主要完成各个工作区域的流程图和相应参数变化情况的显示。为了直观地反应全厂各生产装置及工艺点的生产运行状态，使管理人员对各种状态及信息做到一目了然，特别设计了流程图显示及其相应功能模块。对各罐区按照实际工艺要求显示其流程图及相应的参数变化情况。在每一流程图的右上方列出了与之相对应的重要参数的当前数据，从而使得显示更加直观、信息掌握更加准确简便。
(3)历史趋势及棒形图显示模块：实现历史生产状况的趋势再现和与之对应时间点的棒形图及数据表格显示。通过历史趋势图的显示可以对生产状况有一个纵向的全面了解。在历史趋势的显示中，为了适应不同的要求，设计了按天显示和按月显示，以便更全面准确地了解历史生产状况。在显示过程中，还增加了对应的时间点上的棒图及数据表格显示，为用户提供了多种清晰直观的选择，使用更加方便。
(4)数据采集及通信模块：主要完成通信链路的建立及数据采集和传输。数据采集及通信是本系统的核心。下位机实时采集的数据只有传输到上位机才能被显示及打印。它有多种显示及监测功能，以保证数据传输的准确性及完整性。
在数据采集及通信中，对每次所采集的数据均进行正确性及完整性检测，以保证原始数据的正确。通讯的过程是先建立通讯链路(即拨通对方的电话号码并正确应答)，然后再建立数据链路。在建立数据链路的过程中，通讯双方要经过一系列应答握手，以调整协议及通讯速率，联络所使用的数据压缩及纠检错方法，然后才将数据链路交由计算机使用。为了保证数据传输的正确性，计算机在占用数据链路后，仍要与下位机再次“握手联络”，将重要的信息作多种处理后再传至上位机。上位机在接收数据过程中，采用“大数判决”与“否定重发”的方法。
在建立通信链路、数据链路、握手应答及数据传输的整个过程中，软件设置了多种提示信息，使用户可在使用中随时了解当前的通信状态并进行相应处理。在极端情况下，如通信线路故障等无法正确建立数据传输通道时，系统会自动重试三次，若不成功则退出。
数据传输完毕后，要将全部数据按照相应的时间关系存入数据库文件之中。此时要做大量的数据处理工作，主要是建立队列式数据文件及时间校准。通过采取以上措施，就能做到数据传输时的准确和快速，使用方便。
在设计数据库的结构时，使用了“数据管道”。将数据文件看作是一个存放数据的管道，数据每次存入，恰如从管道尾端进入管道，而每进入一个新数据，就把管道前端的数据挤出去，此即队列式文件结构。这样一来，文件及数据的存取变得相对简单了，但是这一队列要有一定的长度(或是说数据管道要有一定的容量)，即文件所存放数据的持续时间。根据现场要求，过多的数据保留是不必要的，无用数据大量的积累会导致所谓“数据垃圾”的产生。为此，每小时的历史数据只保留30天，而每天的综合数据要保留至少一年，此由月文件及年文件来实现。在文件中，每一个数据结构均包含一个特定的时间信息，代表这组数据在下位机中产生的时刻。使之排列总是按照时间由小到大、由远至近的顺序。
(5)报表打印功能模块：完成每日、五日以及月报表的打印。
(6)系统设定模块：主要用于完成对整个系统的显示设置和安全手段设置。考虑到在进行历史曲线显示时的不同要求及系统安全性，设置了曲线显示时间间隔设定及密码设定。这样使得历史曲线显示既可以以小时为单位显示30天内任意连续24小时的数据，又可以以天为单位显示365天内任意连续30天的历史曲线。
在该数据采集处理系统中设置了两级安全保密措施，第一级为开机保密设置，只有系统操作人员及有关机器管理人员才能开机，可有效地阻止无关人员使用机器。第二级为系统进入保密，若要进入本系统进行诸如：数据采集、曲线显示、报表打印必须经过这一道保密检查方可，否则系统将退出到安全状态，直到确认身份为止。这一级只有少数系统管理、决策人员才可进入，有效地提高了系统的安全性。
3、下位机
本系统下位机采STD总线工业控制机V40系统Ⅱ。它具有小型化、模块化、组合化、严格的标准化、可工作在黑匣子方式等优点并适合于环境恶劣的工况条件。每个罐区使用一台STD工控机作为下位机，其主要功能如下：数据采集，监测各流量计的状态;数据处理，将各流量计的数据规格化;数据通讯，将规格化的数据送往上位机。
该STD总线系统(可接五台流量计)由四块模板组成，采用黑匣子方式工作，无须人工干预，全部操作自动进行。所使用的模板是：
V40 CPU板STD5086;VGA适配卡STD5788;四路多功能RS232C通讯接口板STD5687(A);二路多功能RS232C通讯接口板STD5687(B)。系统框图如图2所示：
图2 STD总线V40系统Ⅱ框图
下位机系统的主要任务一是直接与各罐区的智能仪表接口，将各种生产数据信息采集并处理后按一定格式存放;另一个重要的任务是不断监听通信线路是否有上位机来的数据传输请求，将所采集信息准确快速地传往上位机。在前一任务中，下位机要保证所采集数据的正确及完整性、及时性，在后一任务中，下位机还要能够识别出各种非主机有效呼叫(即电话串音、串号、主机呼叫不完整或线路故障)。另外，作为下位机，在本系统中它是作为一个“黑匣子”模块，处于上位机与生产装置之间。其最大的特点是一个连续不间断的运行系统，而且一旦开机运行即不需要任何人工干预。这就决定了下位机不仅要从硬件上保证安全可靠，而且在软件开发上也要从高可靠性、安全性方面出发，保证其正常地连续运行。在最恶劣的情况下，如系统掉电、系统“飞程序”等，还应使下位机具有一定的故障自诊断及自恢复功能。
下位机系统软件中设计了以下主要功能模块：
系统初始设定模块;底层通讯服务模块;高层通讯服务模块;数据采集模块;系统故障自诊断/恢复模块。
4、系统通讯
调制解调器为数据通信提供了一种很经济的方法，使得一个便宜的微机终端通过电话网呼叫，便可享用计算机中心昂贵的资源。该系统就是利用调制解调器，使远距离计算机之间可通过电话线路的载波信道进行通信。
数据传输时的自动拨号/应答是在计算机相应的拨号软件的控制下，调制解调器自动实现拨号呼叫或对呼叫应答摘机。
5、结论
该系统已经通过由应用厂家组织的验收。该系统将炼油厂全厂公用工程数据集中与管理，搞好全厂物料平衡，提高管理水平奠定了基础。
