衡器数据无线采集设计

牛启光

（中国石化股份有限公司齐鲁分公司信息技术部，山东淄博255400）

齐鲁石化公司目前拥有炼油综合加工能力10.5Mt／a，乙烯加工能力800kt／a，主要生产汽油、煤油、柴油、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、合成橡胶、合成纤维等120多种石油化工产品。这些产品涉及的汽车火车计量出厂或者原材料进厂计量通常都由汽车衡或轨道衡完成。目前该公司下属生产厂共有汽车衡和轨道衡40台，承担着大部分产品出厂和原材料进厂的计量工作。2008年，基于公司MES系统进出厂统计需要，共对26台符合条件的衡器进行了有线数据采集，通过公司有线局域网络，开发衡器数据库系统。依托局域网对所能触及到的衡器点的数据进行采集，在公司层面形成衡器数据管理中心，为各应用系统提供基础数据，起到了良好的应用效果。

根据该公司衡器数据管理业务的实际需求，仍有部分衡器数据不具备有线采集条件，对过衡数据无法实施及时、准确、有效的采集，导致过衡岗位手工录入操作繁琐；公司管理部门无法及时准确得到第一手过衡数据信息，也不能为MES等关键系统提供及时的数据支持，造成部分业务与实际应用脱节。依据目前应用现状，通过对现有过衡设备和公司网络的分析，设计了一个衡器数据无线系统采集方案。

1 实现方式

1.1 总体方案

衡器数据无线采集系统是一个由现场过衡点和无线数据接收中心组成的衡器数据自动采集系统。该系统可对过衡数据进行自动采集，实时掌握各过衡点的车辆过衡情况；过衡数据自动传输到无线数据接收中心，由计算机进行数据分析、汇总、整理；其后无线数据接收中心将过衡数据存储到衡器数据库中，通过通用分组无线服务（GPRS）网络进行数据传输。称重计算机可将采集的过衡数据通过GPRS网络及时发送到衡器数据库系统中，实现对过衡数据的及时管理，提高操作岗位的工作效率。

1.2 系统网络硬件架构

综合该公司网络现状，依据过衡点及其管理业务需求，本着经济、实用、稳定、可扩展的原则，设计出如图1所示的系统网络拓扑结构。各无线过衡点的称重计算机由无线调制解调器通过GPRS网络和公司Intranet网络相连，实现各无线过衡点和数据接收中心的数据通信，然后由数据接收中心将数据存储到衡器数据中心服务器。

1.3 系统主要组成

系统由衡器数据无线采集设备、无线接收设备及GPRS移动数据传输网络等3部分组成，如图1所示。

1.3.1 衡器数据无线采集点

各无线过衡点在现场通过数据采集模块自动采集各台衡器称重计算机中的过衡数据记录，通过RS－232（或RS－485）接口与无线调制解调器相连。在现场数据采集模块中设置服务端的IP地址和端口号，作为用户数据中心的公网IP地址及侦听端口。无线调制解调器通电后自动连接数据接收中心服务器，如果无线调制解调器与用户的数据接收中心之间采用TCP协议传输数据，则自动与服务器建立TCP链接。通过GPRS透明数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后，发送到GPRS网络。

图1 衡器数据无线采集系统网络拓扑结构

1.3.2 衡器数据无线传输网络

a）衡器数据无线传输网络包括中国移动GPRS无线数据网络和公司公网网络。各无线过衡点现场采集的数据经GSM网络空中接口功能模块，同时对数据进行解码处理，转换成在公司公网数据传输的格式，通过GPRS无线数据网络最终传输到公网接入点。

公司公网是中国移动分配给该公司的一个无线局域网，在这个网段内实现公司各无线过衡点和公司衡器数据接收服务器的数据传输。该公司各无线过衡点通过无线调制解调器，借助公司公网与数据接收中心的服务器自动建立TCP链接，实现数据通信。

b）过衡数据接收中心。该公司过衡数据接收中心服务器使用内部公网IP直接联入Internet，与GPRS网络相连，通过RS－232（或RS－485）接口与无线调制解调器相连接收数据，并由接收中心服务器的数据自动接收软件进行分类处理，最终进入衡器数据库服务器。由于公网网络可提供较高的带宽，当衡器数据无线采集点数量增加时，中心不用扩容即可满足需求。

数据接收服务器接收到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证，后传输到数据接收计算机主机，通过数据自动接收软件对数据进行还原显示，并进行数据分类处理。

c）将数据接收中心的数据及时发送到衡器数据库服务器。数据经接收中心接收处理后，形成公司各无线过衡点的实时过衡数据，并发送至中心衡器数据库，形成数据共享平台，供过衡岗位职工使用和公司及各单位管理人员查询和监督。

1.4 软件开发

开发衡器数据无线采集软件，实现衡器数据的自动采集和实时发送；建立衡器数据无线传输网络，确保各个过衡点数据能够进行实时传输；开发衡器数据无线接收软件，实现衡器数据的无线、自动接收，并将接收到的数据分类处理，储存至衡器数据库。

2 系统解决方案特点

GPRS具有速度快、使用费用低的特点，其传输速率可达171.2Kbit／s。与有线通信方式相比，GPRS无线通信方式具有组网灵活、扩展容易、运行费用低、维护简单、性价比高等优点。因此，采用GPRS无线传输方式可解决部分不具备有线条件的过衡点数据实时传输问题。

中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在GPRS业务基础平台上构建衡器数据无线采集传输网络，实现衡器数据采集点的无线数据实时传输，并且可充分利用现有网络，具有缩短建设周期、降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。衡器数据GPRS无线采集系统具备如下特点。

a）实时性强。与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理公司多个无线过衡点的数据，可很好地满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

b）建设成本低。由于采用GPRS公网平台，无需建设网络，只需安装好设备就可以，建设成本低。

c）监控范围广。构建衡器数据无线采集传输系统要求数据通信覆盖范围广，扩容和接入地点无限制，能满足各单位过衡点的接入需求。由于该公司过衡点数量众多，分布在各个单位范围内，部分过衡点位于偏僻地区，而且地理位置分散，基于上述特点采用GPRS公网平台可很好地补充过衡数据有线网络传输的不足，满足过衡数据采集传输的需求。

d）具有良好的可扩展性。因为目前GPRS网络已覆盖国内绝大部分地区，基本不存在盲区，所以可实现大范围的无线采集，满足衡器数据信息采集传输系统对覆盖范围的要求。

e）系统的传输容量大。衡器数据接收中心要和每一个无线过衡采集点实现实时连接，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足这一需要以及系统无线过衡点的扩充需求。

f）数据传输速率高。每个过衡数据采集点的每次数据传输量在10Kbit／s之内，GPRS网络传输速率理论上可达171.2Kbit／s，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbit／s左右，完全能满足该系统数据传输速率（不小于10Kbit／s）的需求。

g）通信费用低。采用包月计费方式，运营成本低。

3 系统实现功能

3.1 自动采集无线过衡数据，建立数据共享平台

对于无线过衡点，将自动采集的过衡数据通过GPRS传输至过衡数据接收中心进行处理，建立起快速、高效、安全的衡器数据共享平台。

3.2 连接现场称重计算机

现场过衡称重计算机通过无线数据采集软件自动采集过衡数据信息，通过RS－232／485接口与GPRS透明数据传输终端（GPRS无线数据通信设备）相连，通过该终端对数据进行处理、协议封装后发送到GPRS网络。

数据接收中心服务器上的接收软件通过RS－232／485接口与GPRS数据传输终端相连，然后通过数据自动接收软件对数据进行还原显示，并存储在衡器数据库中，由衡器数据库服务器系统进行数据分析、整理和汇总。

数据接收中心运行衡器数据自动接收软件，利用GPRS上网，系统将始终处于连线和在线状态，实现信息采集点24h传输采集的实时监测数据处理的功能。

3.3 整合现行衡器数据有线采集系统

将该公司现行的衡器数据有线采集系统与无线采集系统进行整合，纳入公司衡器数据库系统，实现对各过衡点的过衡数据进行统一、全面、有效的管理。

4 结束语

该采集方案已经成功应用于生产中。此种方式采集速度快，不掉线，数据准确可靠，能充分满足实际生产需求，为计量部门实时监控提供了便利条件。该无线方案的成功应用也为公司其他无线采集系统提供了一种良好的技术支撑手段。

［1］ 佘乾顺，马胜前，张光南，等.一种智能无线数据采集系统的设计与实现［J］.西北师范大学学报，2008（02）：57－60.

［2］ 李春杰，王天庆.无线传输通信模块在数据采集系统中的应用［J］.国外电子测量技术，2005（06）：17－19.

［3］ 苏长赞.一种简单数据采集无线传输系统的设计与实现［J］.仪表技术，2007（02）：8－10.

［4］ 李静，黄峥.无线数据采集系统设计［J］.中北大学学报（自然科学版），2010（02）：18－22.

［5］ 景伟娜，何燚.一种无线智能数据采集与处理系统设计［J］.微计算机信息，2008（34）：91－92.

［6］ 赵思齐，赵时旻.车载数据采集系统的无线解决方案研究［J］.计算机应用与软件，2008（12）：117－118.

［7］ 李延军，鞠建波.一种高速、实时数据采集系统的设计［J］.电测与仪表，2003（02）：446－447.

［8］ 杨志超.GPRS无线数据传输终端的设计及其应用［D］.西安：西安理工大学，2004.

［9］ 胡科，蔡方凯，胡蓉.基于GPRS数据传输智能终端的实现［J］.电讯技术，2003（04）：117－119.

［10］ 黄承安，张跃，于怀中.基于GPRS的远程仪表监控系统［J］.电测与仪表，2003（08）：42－45.

［11］ 陈慧斌，赵建国，王宏伟.电力系统中GPRS应用的组网方式［J］.山东大学学报，2005（12）：6.

［12］ 徐济仁.GPRS技术应用［J］.无线电工程，2002（10）：23－26.

［13］ 蒋文怡，钟章队.GPRS技术讲座［J］.中国数据通信，2002（04）：77－52.

［14］ 陈凯旋，谢海滔.GPRS原理及其应用［J］.铁道通信信号，2003（07）：7－8.

［15］ 蔡锐月，许少云，甘义成.GPRS无线数据传输系统的设计与应用［J］.电子质量，2004（09）：68－70.

［16］ 胡迎松.基于.NET的WEB应用三层结构设计技术［J］.计算机工程，2003（05）：73－75.

［17］ 方原柏.Wireless HART无线系统工程设计探讨［J］.石油化工自动化，2011，47（04）：10－14.