CN112414519A - 一种贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明一种贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统及其应用，属于自动化仪表控制系统技术领域；包括带有智能通讯接口的智能计量仪，且支持标准HART和/或标准MODBUS通讯协议；智能计量仪、数据采集服务器、实时数据库服务器和用户终端依次建立数据通讯；数据采集服务器生成具有法律效应的更改记录；实时数据库服务器对所有计量仪表进行监控、管理和数据存储，用户终端具有监管及确认功能，监管部门以C/S或B/S方式进行浏览，监管部门分级确认特定参数是否发生改变，以此来确定预警信息。本发明建立一套标准化、系列化、通用化的智能计量设备管理系统，提高设备管理的自动化程度，提高企业物料平衡、能源消耗计量的准确度和实时性。
Description
技术领域
本发明属于自动化仪表控制系统技术领域，尤其涉及一种贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统及其应用。
背景技术
随着计算机及通讯技术的发展，工业控制系统中的现场仪表部分越来越多采用智能仪表，智能仪表具有数据采集的多样性并具有通讯功能，可以通过与计算机控制系统连接实现各种控制功能，本发明与现有控制系统最相似的实现方式为DCS控制系统，即集散控制系统。集散控制系统只能采集单一信号，无法实现预警。
现有技术中，美国的艾默生公司的AMS设备管理系统可以实现本发明的目的，但AMS系统偏重对计量仪表的设备管理，本系统偏重计量数据的管理，AMS系统工程造价要高5-8倍。并且只能支持HART协议的智能仪表，无法支持带有MODBUS通讯协议的智能流量仪表。
发明内容
本发明目的在于提供一种贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统及其应用，以解决现有的控制系统采集信号的方式为只能用模拟量采集的方式获取单一的信号源，对于智能仪表强大的数据量来说是巨大的信息浪费，对于计量仪表来说，影响仪表的计量精度除瞬时流量外，还有诸多的信号如流量系数、介质温度、介质密度。零点、量程等因素。
为实现上述目的，本发明的一种贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统及其应用的具体技术方案如下：
一种贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统，包括智能计量仪，所述智能计量仪带有智能通讯接口，且支持标准HART和/或标准MODBUS通讯协议；
若干台智能计量仪通过智能通讯接口与数据采集服务器进行双向数据通讯，所述数据采集服务器通过专用网络与实时数据库服务器进行数据通讯，所述实时数据库服务器与用户终端建立数据通讯；
所述数据采集服务器用于现场仪表数据采集、报警检测、历史存储和各种报表生成，生成具有法律效应的更改记录，数据采集服务器可以通过总服务器与公司现有的局域网相连，从而实现在整个企业域网内对现场所有智能计量设备进行监控和管理；数据采集功能是数据采集服务器的基本功能。由于一台服务器上可能同时挂接多台设备，包括多种设备型号，要保证采集程序有序高效的工作，需要合理编制调度程序，恰当地组织程序结构；
在数据采集服务器内，通过REALINFO软件开发，与具有HART协议或MODBUS协议的智能仪表通讯，负责数据的采集和向上传输。采集的数据包括瞬时流量、累积流量、流量系数、体积、温度、零点、量程、小信号切除等信号，真正实现设备物联。系统具备数据缓存功能，一旦发生网络故障或实时数据库故障时，数据采集服务器可以把数据暂存在该服务器中，待到系统恢复正常时，数据采集服务器将自动把数据恢复到实时数据库中；
所述实时数据库服务器对所有计量仪表进行监控、管理和数据存储，实时数据库是整个系统的核心，负责整个系统的数据管理。其主要功能是：(1)实时/历史数据管理；(2)工艺流程的动态显示；(3)报警显示、管理以及事件的追忆、查询；(4)实时/历史趋势的显示；(5)用户权限管理；
所述用户终端具有监管及确认功能，监管部门以C/S或B/S方式进行浏览，监管部门分级确认特定参数是否发生改变，以此来确定预警信息。
进一步，根据地点的分布和计量物料的种类，将工作区域划分为不同区域，每个区域内设置至少一台数据采集服务器；
支持HART协议的智能流量计与HART多路转换器连接，每台HART多路转换器最大可以连接16台流量计，HART多路转换器通过RS-485总线连接到数据采集服务器；
支持MODBUS协议的智能流量计通过RS-485总线与数据采集服务器连接。
进一步，每一台所述智能计量仪和数据采集服务器之间均设置一对RS232/485转光纤设备，并铺设专用的通讯单膜光纤；
所述数据采集服务器内的每一个串口连接一个智能计量仪表，这样做虽然使用串口资源比较多，但是这种星型结构，是目前各种通讯网络中安全性、稳定性最好的一种结构，网络内的通讯信号不会形成反射干扰波，减少信号耦合的几率，大大增强网络内通讯设备的可靠性；同时由于数据采集服务器的每一个串口对应连接现场一个数据采集地点，这样就大大增强了现场数据采集地点的未来可扩充能力，因为一个串口所连接的设备数量是有限的。而且这样做还会加快数据采集服务器的数据采集周期，因为数据采集服务器的数据采集周期取决于RS485通讯链路所连接的仪表数量，串口使用越多，每个串口所连接的仪表数量就会减少，从而就会减少数据采集服务器的通讯周期。
在数据采集服务器与现场数据采集地点之间，用光纤进行干线传输，以保证通讯传输的可靠性和准确性，防止电磁、雷电等各种干扰。
进一步，所述专用网络的介质采用单模光缆，光缆具有极强的抗干扰能力和超长的传输距离，它完全能够满足本项目的强干扰、长距离的特点，具有高可靠性、稳定性和持久性；单模光纤的理论传输距离可以达到40公里，完全能够满足我们现场通讯距离的要求。而且光纤抗干扰能力极强，外界对它几乎没有任何干扰，它是目前所有传输介质中最安全、最可靠、最稳定的介质。
进一步，所述智能计量仪端和数据采集服务器端采用双绞线进行传输，双绞线采用RS485专用通讯多股屏蔽双绞线，以保证每个数据采集点内部仪表之间的通讯稳定性和可靠性。
进一步，通过REALINFO控制软件，将所述智能计量仪中的影响计量精度的参数传输至数据采集服务器中，并通过SQL SERVER进行数据处理；
通过java编程实现监管应用功能，包括以下步骤：
具有管理权限的人员通过B/S(直接网址登录)或C/S(客户端软件登录)方式登录系统，计量仪表参数如果发生变化，系统将自动报警；
如果是非正常参数改变，将会提示管理人员进一步处理，防止因参数改变造成流量值发生变化给企业带来的损失；
如果是正常的仪表校验带来的参数变化，通过分级确认的方式来消除报警，并且新的参数值将会自动视为系统默认值。
进一步，所述影响计量精度的参数包括瞬时流量、累积流量、流量系数、流体温度、流体体积、温度系数、体积系数、零点、量程和小信号切除。
本发明还提供了一种贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统在石油化工企业对贸易交接流体计量仪表的管理中的应用。
本发明的一种贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统及其应用具有以下优点：本着立足现有技术条件，考虑未来发展的原则，采用先进、成熟的技术，建立一套标准化、系列化、通用化的智能计量设备管理系统，提高设备管理的自动化程度，提高全厂物料平衡、能源消耗计量的准确度和实时性；
本发明对一台现场流量仪表可以采集多个对计量精度有影响的数据，并通过管理系统实时监测数据，实现计量监控系统的各项功能，如参数修改报警、各种报表管理、流量系数修改分层确认等功能。
目标1：通过智能计量设备管理系统实时采集进厂物料量、出厂成品及能源转供量，并进行分级管理。
目标2：通过智能计量设备管理系统强大的在线智能仪表管理功能，使工厂的维护工程师在控制室内即可连续监视现场仪表，并立刻发现问题所在，避免由于故障处理不及时而引起更大的问题。
目标3：利用智能计量设备管理系统的工程数据库管理现场智能仪表，保存智能仪表的电子档案。
目标4：自动生成客户要求的计量报表、历史趋势，实现计量仪表的集中管理，做到计量工作有据可查。
目标5：智能计量设备管理系统具有数据更改报警功能，任何非正常授权的参数修改都将被记录，同时报警。如流量系数的修改、量程的变化等。
附图说明
图1为本发明的一种贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统的流程图。
图2为本发明的一种贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统的结构框图。
图3为本发明的一种贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统中每个数据采集地点和现场服务器之间联接图。
图4为实施例1中的仪表分布及光纤布线示意图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统及其应用做进一步详细的描述。
如图1-图4所示，本发明的目的是以智能仪表为基础，通过HART协议及MODBUS协议与控制系统通信获取多种数据并组成计算机控制系统。本系统可以实时监测智能流量仪表的参数变化，一旦参数发生改变，系统会实时发出报警信号，有效防止作弊，挽回经济损失。
一种贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统，包括智能计量仪，所述智能计量仪带有智能通讯接口，且支持标准HART和/或标准MODBUS通讯协议；
若干台智能计量仪通过智能通讯接口与数据采集服务器进行双向数据通讯，所述数据采集服务器通过专用网络与实时数据库服务器进行数据通讯，所述实时数据库服务器与用户终端建立数据通讯；
所述数据采集服务器用于现场仪表数据采集、报警检测、历史存储和各种报表生成，生成具有法律效应的更改记录；
所述实时数据库服务器对所有计量仪表进行监控、管理和数据存储，所述用户终端具有监管及确认功能，监管部门以C/S或B/S方式进行浏览，监管部门分级确认特定参数是否发生改变，以此来确定预警信息。
在本实施方式中，根据地点的分布和计量物料的种类，将工作区域划分为不同区域，每个区域内设置至少一台数据采集服务器；
支持HART协议的智能流量计与HART多路转换器连接，每台HART多路转换器最大可以连接16台流量计，HART多路转换器通过RS-485总线连接到数据采集服务器；
支持MODBUS协议的智能流量计通过RS-485总线与数据采集服务器连接。
在本实施方式中，每一台所述智能计量仪和数据采集服务器之间均设置一对RS232/485转光纤设备，并铺设专用的通讯单膜光纤；
所述数据采集服务器内的每一个串口连接一个智能计量仪。
在本实施方式中，所述专用网络的介质采用单模光缆。
在本实施方式中，所述智能计量仪端和数据采集服务器端采用双绞线进行传输，双绞线采用RS485专用通讯多股屏蔽双绞线。
在本实施方式中，通过REALINFO控制软件，将所述智能计量仪中的影响计量精度的参数传输至数据采集服务器中，并通过SQL SERVER进行数据处理；
通过java编程实现监管应用功能，包括以下步骤：
具有管理权限的人员通过B/S或C/S方式登录系统，计量仪表参数如果发生变化，系统将自动报警；
如果是非正常参数改变，将会提示管理人员进一步处理；
如果是正常的仪表校验带来的参数变化，通过分级确认的方式来消除报警，并且新的参数值将会自动视为系统默认值。
在本实施方式中，所述影响计量精度的参数包括瞬时流量、累积流量、流量系数、流体温度、流体体积、温度系数、体积系数、零点、量程和小信号切除。
在本实施方式中，所述特定参数包括流量系数、流体温度、流体体积、温度系数、体积系数、零点和量程。
一种贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统在石油化工企业对贸易交接流体计量仪表的管理中的应用。
该系统支持“过程报警”、“系统报警”和“事件记录”的保存、显示和打印：
过程报警是指运行过程中因变量值的异常而产生的报警。报警类型支持限值报警、偏差报警、变化率报警、状态异常报警等。可以设定死区、报警优先级、报警延时等参数。
系统报警是指系统运行错误或I/O设备发生故障而产生的报警。
报警的查询条件可以包括起始时间、确认条件等。
报警支持多种警示方式：如声音、图像、电子邮件、手机短信等，以多种方式提醒相关人员对异常情况进行处理。
该系统所完成的主要功能：
1.统计需要管理数据的点标识、说明、量程限值、报警限值、数据类型、更新周期、历史数据保存时间等数据管理相关信息，组态计量数据管理数据库；
2.实现收发物料量、种类等信息管理，实现这些信息的在线查询，生成日报、月报等常用数据报表；
3.实现了计量仪表状态信息和计量数据的远程采集，真正发挥出智能设备的丰富功能。
4.实现了远程对计量仪表及设备报警检测等设备管理功能，显著提高维护效率和工作效率。
5.实时监测现场各计量仪表的工作状态和工作量，大大加强了计量监督，强化了精细管理，堵塞漏洞，控制人为因素和设备因素造成的效益流失，把人为因素降至最低。
6.实现了具有法律效应的设备更改和数据更改记录功能；
7.实现了全厂范围内的瞬时流量、密度、温度、重量总量等计量相关数据的实时管理，使进出厂的物料产销平衡，严格控制途损、储存损耗、出厂损失、能源消耗，并且保存一年的历史数据；
8.实现了可以以工艺流图或图表的形式浏览实时数据或历史数据；
9.实现日报、月报等常用报表的生成和打印；
10.实现了系统访问用户分级管理机制；
11.系统通过OPC方式将数据传输至MES系统中。
本发明已经应用到中国石油吉林石化公司，系统接入了105块智能计量仪表，这些仪表涵盖了吉林石化公司所有的对外贸易的流体计量仪表，通过该系统的建立，有效的提高了计量仪表的管理水平，杜绝了人为更改智能流量表的参数给企业带来的巨大经济损失。
在通讯网络建设过程中，通讯介质采用单模光缆，光缆具有极强的抗干扰能力和超长的传输距离，它完全能够满足本项目的强干扰、长距离的特点，具有高可靠性、稳定性和持久性。单模光纤的理论传输距离可以达到40公里，完全能够满足我们现场通讯距离的要求。而且光纤抗干扰能力极强，外界对它几乎没有任何干扰，它是目前所有传输介质中最安全、最可靠、最稳定的介质。因此本项目采用单模光纤。
为了保证每个数据采集点内部仪表之间的通讯稳定性和可靠性，在每个数据采集点内部的仪表之间的通讯介质，全部采用专用通讯多股屏蔽双绞线，该介质基本上可以保证在恶劣的工况环境下，信号不衰减、不畸变，保证通讯信号的正常传输。
由于数据采集服务器与每个数据采集点之间的距离远近不同，因此有些距离较远的链路需要光纤信号传输。由于HART协议信号不支持光纤传输，所以需要将HART协议信号转换成支持光纤传输的RS485信号，在光纤的两端需加装光电转换器，把RS485信号变成光信号进行传输，再把光信号变成RS485信号与数据采集服务器或仪表相连。
光纤的两端选择光纤/RS232、485转换器，数据采集服务器的接口信号，以RS232信号形式直接与光纤/RS232、485转换器相连，经过光纤传输到现场采集地点；现场采集地点经过光纤/RS232、485转换器，直接变换成RS485接口信号，与现场的智能仪表相连实现数字通讯。
实施例1：
智能计量仪表管理系统主包括炼油厂、乙烯厂、化肥厂等37个地点的105台智能计量仪表。本区域内共计需要由30条通讯链路、14台数据采集服务器组成。以染料厂为例，仪表分布及光纤布线示意图如下说明书附图4所示：
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (8)
1.一种贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统，其特征在于，包括智能计量仪，所述智能计量仪带有智能通讯接口，且支持标准HART和/或标准MODBUS通讯协议；
若干台智能计量仪通过智能通讯接口与数据采集服务器进行双向数据通讯，所述数据采集服务器通过专用网络与实时数据库服务器进行数据通讯，所述实时数据库服务器与用户终端建立数据通讯；
所述数据采集服务器用于现场仪表数据采集、报警检测、历史存储和各种报表生成，生成具有法律效应的更改记录；
所述实时数据库服务器对所有计量仪表进行监控、管理和数据存储，所述用户终端具有监管及确认功能，监管部门以C/S或B/S方式进行浏览，监管部门分级确认特定参数是否发生改变，以此来确定预警信息。
2.根据权利要求1所述的贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统，其特征在于，根据地点的分布和计量物料的种类，将工作区域划分为不同区域，每个区域内设置至少一台数据采集服务器；
支持HART协议的智能流量计与HART多路转换器连接，每台HART多路转换器最大可以连接16台流量计，HART多路转换器通过RS-485总线连接到数据采集服务器；
支持MODBUS协议的智能流量计通过RS-485总线与数据采集服务器连接。
3.根据权利要求1所述的贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统，其特征在于，每一台所述智能计量仪和数据采集服务器之间均设置一对RS232/485转光纤设备，并铺设专用的通讯单膜光纤；
所述数据采集服务器内的每一个串口连接一个智能计量仪表。
4.根据权利要求1所述的贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统，其特征在于，所述专用网络的介质采用单模光缆。
5.根据权利要求1所述的贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统，其特征在于，所述智能计量仪端和数据采集服务器端采用双绞线进行传输，双绞线采用RS485专用通讯多股屏蔽双绞线。
6.根据权利要求1所述的贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统，其特征在于，通过REALINFO控制软件，将所述智能计量仪中的影响计量精度的参数传输至数据采集服务器中，并通过SQL SERVER进行数据处理；
通过java编程实现监管应用功能，包括以下步骤：
具有管理权限的人员通过B/S或C/S方式登录系统，计量仪表参数如果发生变化，系统将自动报警；
如果是非正常参数改变，将会提示管理人员进一步处理；
如果是正常的仪表校验带来的参数变化，通过分级确认的方式来消除报警，并且新的参数值将会自动视为系统默认值。
7.根据权利要求6所述的贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统，其特征在于，所述影响计量精度的参数包括瞬时流量、累积流量、流量系数、流体温度、流体体积、温度系数、体积系数、零点、量程和小信号切除。
8.一种根据权利要求1-7所述的贸易交接流量计量仪表防作弊监控系统在石油化工企业对贸易交接流体计量仪表的管理中的应用。
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