0引言
某石化进出厂的物料计量点分散在火车站台、汽车站台、罐区、原油管输末端、码头等，主要利用供销事业部的设施由其负责产品装车出厂，烯烃事业部负责监装和计量结算并保证计量准确性。分散在火装、汽装、原油计量房、成品油车间的数采系统种类繁多，每套系统自成一个数采平台，通讯协议不统一，未能实现联网数据共享。这就需要计量人员每天到各个区域抄表，工作效率很低。为提高自动化水平，在2010年初事业部开始着手建立计量数据采集与监测系统。
1数据采集系统应用现状
数据采集系统汽装、火装、原油输送部分流量计都是罗斯蒙特CMF系列质量流量计，采用MODBUS数字通信方式接入相互独立的3个数据采集子系统。采集的数据有温度、密度、瞬时流量、累计流量等，数据可以用于计量结算，其中原油流量计必须配合同步的原油自动采样含水分析才能测算出不含水的原油质量流量。油品至码头流量计信号以4~20mA模拟信号方式接入中控的JX-300DCS系统，数据不能直接用于计量结算。抄表时，由计量员根据装车时间随时到现场或每天定时巡回抄表进行计量。传统上的数据采集系统需要设置较大规模的机柜间和操作间，采用PLC或DCS对现场仪表进行数据采集；而对于监测系统，一般要求通讯方式要统一，只采用一种通讯方式，常用OPC的方式。这种模式建立的数采及监测系统规模大，投入大，实施时间长。
2改造措施
2.1改造要求
改造的目标是将分散到各个区域并分别进入相互独立的四个计量数据采集系统的数据集中到一个监测平台，形成一个总的系统平台，实现计量数据及报表自动采集和生成，并要求不能大规模改动设备，改造投入要小，实施进度要快。改造后，各个用户根据需要可查询任意时间内的计量数据；并根据需求，对于流量计脉动流量进行判断识别，记录有效计量数据，杜绝无效数据；根据原油质量计量需每天人工做含水率分析的特点，监测系统根据自动采样器换瓶时间同步人工换瓶，自动记录当前累积量和换瓶间隔内的累积量。
2.2网络结构
由于该监测系统数据来源于2套PLC、1套DCS、1台数采工作站，数据接口不同，通信协议不同，采用单一的通信方式不能实现同时对四个子系统进行数据采集，因此本次改造的核心和难点在于在现有硬件设备基础上建立合适的网络结构。而现有的各个数采子系统，都有数据通讯接口，因此决定利用这些接口，本着先进、实用、经济有效的原则，最终确定了本次改造的网络结构。由一台带光口的交换机及服务器构成监测网络中心，设在成品油计量班，服务器采用高性能工控机，安装PROFI⁃BUS接口卡、RS232/484接口卡、RJ45网卡，同时通过OPC、MOD⁃BUS、PROFIBUS三种数据总线和各个数采子系统通讯采集数据。具体实施如下：
(1)采用光纤布线以避免雷击及电机等产生的电磁干扰。
(2)原油流量数采数据在数采站是MODBUS通讯连接，已使用了主站从站，无法直接读取MODBUS数据。因此提出采取数据监听的模式，通过软件解码以MODBUS协议传至计量监测系统；两套PLC内的数据通过PROFIBUS总线和计量监测系统实现通信；DCS采集的数据以OPC的方式和计量监测系统进行通信。
(3)由于其中3套数采子系统属于其他单位，为不影响现有子系统的正常运转，方案中所有数据采集均为单向数据传输，只读不写，以保证不影响现有控制系统的正常运转。两台西门子PLC及一台研华工作站，采取主动向计量班的工控机发送数据的方式，工控机只作为接收数据的设备，不主动访问两台PLC及研华工作站。
(4)在服务器上部署B/S监测系统，供网络用户浏览和计量人员操作。
2.3仪表改造
要取得计量级流量信号，必须要求流量计变送器支持数字通信。罐区部分流量计为RTF9739变送器，虽然支持MODBUS通信，但在改造过程中，中控JX300系统的SP244数字通信卡一直无法读取到数字信号，因此对其升级为1700C系列变送器，升级后，数字信号可以传至DCS。
2.4数据采集子系统
为降低投资，充分利用现有设备，各个区域的数据信息采用电缆硬连接方式由所在区域的PLC、DCS、数采工作站等完成数据采集工作，不做任何变动，只是对DCS系统的部分信号由4~20mA模拟信号改为RS485通讯。这样的改造工作量很少，只是对部分仪表变换了接线端子位置并在DCS上重新组态。计量班工控机（监测系统）通过三种数据总线再对供销汽装班、溶剂油火装、原油数采站、罐区DCS等数采工作站运行状态实时信息参数进行实时采集及工程变换、数据格式归一化预处理。由于监测系统直接接收各个数采站所需的数据寄存器内的数据，不直接与各个仪表通讯，这样可以不干扰前端数采子系统的正常工作，同时降低监测系统负荷。
2.5监测系统
监测系统运行于WindowsServer2008平台上，安装WINCC，用于完成对各个数据采集子系统的实时数据采集和过程监控。安装SQLSERVER2008，建立SQL数据库，用以对实时数据、记录数据和统计数据的存储。监测系统运行采用B/S结构，工控机作为Server，不同的人员可以从不同的地点通过WWW浏览器进入用户工作界面访问和操作数据库，极少部分事务逻辑在前端（Browser）实现，主要事务逻辑在服务器端（Server）实现，大大简化了客户端电脑负荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量。监测系统以多种方式显示实时数据、记录数据和统计数据以及数据报表。监测系统控制台运行在WWW浏览器中。在正常情况下，开机后可进入本系统的操作控制中心——控制台。控制台是本系统提供给操作人员的主要界面，操作人员通过控制台可以对各区域流量计进行连续实时地监测。在控制台中提供了包括流程图、棒图、数据列表、历史曲线、实时曲线和报警预览表在内的监测方法，并提供了位号表。通过控制台使用授权账号可以对监测系统的后台进行控制和修改，以及系统后期的维护。
2.6脉动流量判断、累积
流量计正常运行时存在零漂现象，对于这些小流量波动，即使做了小流量切除，也会偶尔突破切除值，产生流量脉动。短时间的突破切除值实际上是无效的流量数据，不能进行计量，而长时间的突破切除值实际上又可能是有效的流量数据，必须进行计量。因此在小流量切除基础上，监测系统需要进行逻辑判断是否有有效流量。逻辑判断主要涉及瞬时流量、门槛流量、持续时间（指瞬时流量大于或小于门槛流量的持续时间）、设定时间四个参数。例如：当持续1分钟瞬时流量≥0.3t/h（设定时间及门槛流量可以根据实际情况进行修改）时认为是装车流量，图标变色，单独计入油品发料累积量，并计算本次装车量；当小于≤0.3t/h时认为没有进行装车操作，表码即使变换，油品累积量也不累加。
2.7原油采样换瓶同步
原油自动采样器需定期换瓶，每次换瓶时需要记录两次换瓶期间累计流量，根据自动采样分析结果人工计算纯油量，此时需双方到场共同记录确认，效率很低。为解决此问题，在监测系统内设置了原油采样换瓶同步功能。通过系统建立换瓶报表，当需要换瓶操作时，收方同步在系统内点击换瓶按钮，系统自动生成前一天的原油计量报表，以此报表和采样分析的含水率来计算一天收发的纯油量。
3改造后的功能和效果
改造后，整个系统分为4层，底层是计量仪表，第二层是数据采集子系统，第三层是数据采集及监测系统，顶层是局域网内各个用户，实现企业内部数据共享。
3.1数据采集功能
在汽装、火装、原油和罐区现场，通过现有的PLC、DCS等实时采集有关参数，并通过工控机上部署的监测系统将四组数据汇总。
3.2运行状态监测管理
(1)用户界面：提供易于操作的图形界面，通过简单的鼠标点击操作，即可实现对各类监测显示页面的切换和方便、快速的查询。并可方便地实现各种监测画面的组态。
(2)流程图显示：按设备以分页方式显示带有实时工况参数的工艺图，实时参数刷新时间间隔可达6~20秒。可任意增减实时参数，拖动位号以改变数据点的位置。
(3)历史趋势图：以曲线方式显示指定时间范围内的工况参数记录数据，允许选择时间范围，允许对曲线进行浏览扫描，曲线画面可以任意构成。
(4)报警功能：可随时显示关键数据点的运行状态（正常/低限/高限），授权的人员可以修改报警点及其上下限数据。
(5)报表功能：以表格方式显示指定时间范围内某一油品、鹤位的工况参数和报表。
3.3远程监测功能
本系统为网上发布，可通过任意一台计算机连接局域网进行生产过程的远程监测。
3.4改造效果
通过本次改造，建立了一套计量数据采集监测系统，成功解决了以往计量数据分散，抄表难的问题，实现了对多个区域的计量数据联网，为计量统计提供了有效手段，提高了自动化水平，大幅降低了人工工作量。
4结论
农业期刊针对企业实际，我们提出的数据采集及监测系统，不需要另外设置机柜间和操作间，充分利用现有设备资源，融合了OPC、MODBUS、PROFIBUS三种通讯方式用以对多套数采系统的数据进行数据二次读取，采用网络化的模式，将分散的数据进行了集中采集、共享、发布，以较小的投入实现了计量数据采集与监测。
作者：王云峰 单位：中国石化销售有限公司华中分公司
