基于以太网的能源计量系统的设计开发

0 引言 随着世界范围内网络和信息技术的日趋成熟，在工业通讯和自动化应用中日益采用以态网和TCP/IP协议作为最主要的通讯接口。从用户观点来考虑，以态网最明显的好处就是技术标准的开放性，这正如个人(PC)促进了信息革命的到来，在短短的二十年内改变了我们生活周围的一切。在工业应用中，全面采用以太网进行通讯和基于网络的工业设备，用户从此摆脱厂家专有协议和网络架构的困扰，使各种设备更易于集成。 随着互联网技术的发展与普及推广，Ethernet技术也得到了迅速的发展。首先，Ethernet的通信速率从10M、100M、到如今的1000M、10G，在数据吞吐量相同的情况下，通信速率的提高意味着网络负荷的减轻和网络传输延时的减小；其次，采用星形网络拓扑结构，交换机将网络划分为若干个网段，降低了所有网段和主干网的网络负荷，使Ethernet通信“确定性”和实时性得到大大提高。 1 方案设计 能源是宝贵的财富，充分利用能源，节能降耗，是每个企业追求的目标。目前，能源计量设备普遍存在分布广，并且分散，人工抄表时间不一致，有一定计量误差，不便于实时跟踪能源消耗状况，阻碍了对于能源消耗的准确分析。根据这些状况，我们试验开发了能源计量网，实现各种介质的自动检测和计量。根据我厂目前大部分仪表具有RS-485通讯口，同时光纤主干网（以太网）的开通，为节省投资，充分利用现有设备，我们准备建立基于以太网的能源计量系统。本系统是对累积量进行计量管理，累积量是慢变量，且主要是进行计量管理，而不是现场控制，对实时性要求不高，以太网具有的优势可以满足计量管理的要求。 在工业自动化控制中，大量的传感器，测量仪表，PLC等设备必须联网，为整个系统提供管理必需的数据。而大多数这些设备只有RS232和RS485/422串口通讯界面。利用目前光纤局域网覆盖广泛的优势，并且主要实现计量管理，对实时性要求不高的特点，本系统引入Moxa工业以太网设备服务器的先进功能将串口设备立即联网，使仪表RS485总线升级到工业以太网通讯系统，从而实现通过以太网控制串口设备，实现能源计量。 2系统硬件组成 能源计量系统组成如图1所示 图1 能源计量数据采集系统 本系统为一网络系统。分布于各处的具有RS-485通讯功能的流量积算仪就近以总线形式组网，并分别通过一个串口设备联网服务器（台湾，MOXA）就近连至交换机。串口设备联网服务器将RS-485通讯协议转换为TCP/IP协议，通过公司主干网（以太网），实现用一台主机就可读取分布于全厂的能源量。本方案直接从仪表读数字信号，数据准确，无累计误差，且对于分散的个别仪表容易实现联网，整个系统便于扩展。 3系统软件设计 本系统包括三部分：数据采集存储，客户端应用程序和局域网Web发布程序。 3．1采集部分 1）程序设计基于串口编程。首先，在本地将流量积算仪按RS-485总线形式连接，通过RS485/232转换模块与主机标准串口连接。用VC编程做仪表串口通讯的DLL驱动程序，然后在VB中声明标准API函数并调用，从而提高程序读取速度，在一定程度上克服串口通讯速度慢的问题。在VB中用Timer控件，自动触发读取函数，在判断为正确数据后进行存储。 2）在1）测试成功后，用串口设备联网服务器代替RS-485/232转换模块，一端连接流量积算仪组成的RS-485总线，一端连接交换机，主机通过网卡也连至交换机。然后，设置主机与串口设备联网服务器的IP地址在同一VLAN，并使用MOXA本身提供的驱动程序，将串口设备联网服务器（Nport　Epress DE-311）的串口映射为一个标准串口（如COM3/COM4等）。此时，无须修改任何原有的软件和通讯目标，即可立即使用。从而实现通过以太网读取远程数据，方便计量。 3）将所有相关数据，包括仪表的RS485总线地址，相应的IP地址和映射的串口数等信息存于SQL SERVER数据库，在程序确认要采集后，将数据从数据库读到相应的数组内，并对采集点数做统计，用于采集程序依次循环采集。如果要添加或删除检测点，只要连接数据库做相应修改即可，不需要修改程序。 3. 2存储部分 本程序使用了VB的ADO技术，将实时数据定期远传存储到SQL SERVER数据库，并且在每天的固定时间进行日用量计算，也远传存储到SQL SERVER数据库。通过在SQL SERVER服务器端创建触发器，将日用量等数据转存实现历史记录。为便于管理，设置用户管理，高权限的用户可以进行设备管理，增减采集仪表的数量，设置表底，规定结算时间等，低权限的用户只能查看，不能修改。 ADO技术用于访问数据库，具有易于使用、访问灵活、应用范围广的特点。 1）易于使用 这是ADO技术的最重要的一个特征。由于ADO技术是高层应用，所以相对于OLE DB或者ODBC，它具有面向对象的特征。同时，在ADO的对象结构中，其对象之间的层次关系并不明显。相对于DAO等访问技术来讲，又不必关心对象的构造顺序和构造层次。对于要用的对象，不必先建立连接、会话等对象，只需直接构造即可，方便了应用程序的编制。 2）高速访问数据源 3）可以访问不同的数据源 4）可以用于Micresoft Active页 ADO技术可以以ActiveX控件的形式出现，所以，可以被用于 Microsoft Active页。此特征可以简化Web 页的编程。 5）程序占用内存少 部分程序如下： 连接数据库 Set objconn = New ADODB.Connection objconn.ConnectionString = "driver={SQL Server};" & _ "server=dbserver;uid=flux;pwd=flux;database=flux" objconn.Open 添加新数据到数据库 If objconn.state = adStateOpen Then sql="select num,ybname,medium,lflux,qflux,kflux,state,shijian,xuhao,rflux,zhuangtai,danwei from realtimedata order by num" Set cmd = New ADODB.Command cmd.CommandText = sql ………………………………………… objrst.Open cmd, , adOpenKeyset, adLockOptimistic If objrst.state = adStateOpen Then If objrst.BOF Then …………………………….. objrst!lflux = ybdata(m).lflux objrst!Qflux = ybdata(m).Qflux …………………………………….. objrst.Update 3．3客户端应用程序 采用VB编写客户端应用程序，实现从SQL SERVER数据库读取实时数据和历史数据，用户可完成分布图、历史趋势图的显示和要求的报表打印等功能。为了降低消耗，提高效能，根据用户需求，开发相应的数据分析程序，为方便用户使用，将数据转存EXCEL表，通过对历史数据的分析，结合现场实际，寻求节能降耗的措施。 3．4局域网Web发布程序 用ASP编写Web发布程序，通过ADO技术从SQL SERVER数据库获取数据，实现上网浏览实时和历史数据。方便各个生产部门、管理部门和维护部门掌握实时数据，节省时间，提高工作效率，做到数据公开，避免计量异议。 部分程序如下： 连接数据库 Set Recordset1 = Server.CreateObject("ADODB.Recordset") Recordset1.ActiveConnection = MM_dll_STRING Recordset1.Source = "SELECT 检测点名称, 累积流量, 时间 FROM ENERGY.累积瞬时流量 WHERE 介质类型=" + Replace(Recordset1__varleixing, "", "") + "" 显示数据 <%=(Recordset1.Fields.Item("检测点名称").Value)%> <%=(Recordset1.Fields.Item("累积流量").Value)%> <%=(Recordset1.Fields.Item("时间").Value)%> 4结束语 本方案解决了国产仪表通过RS485总线立即升级到工业以太网通讯系统，此设计主要优点是硬件便于扩展，既可将新增加仪表串联接于原系统，也可增加串口联网服务器，对原系统没有影响；同时，软件程序也不用改变，只要在采集程序的菜单中选择设备管理功能，则可将仪表的地址和串口的对应信息存储于数据库，并将采集循环中的数组信息做对应扩展；此外，由于实现公司局域网WEB发布，数据公开透明，便于各个部门监督，避免了计量异议。因此，此设计使用简单，灵活，节省投资，便于维护，值得推广使用。 李永彩，1971年生，女，1994年毕业于河北理工大学,在邢钢计控处工作四年,其间任班组组长,积累了丰富的现场工作经验,后考取北京科技大学研究生,进一步提高了理论知识和研究解决问题的能力,2001毕业后负责能源计量数据的自动采集的开发工作, 厂内PLC程序编制和改进,二级自动化程序编制等工作,进一步提高了生产效率.现中级职称，硕士，邢钢技术中心自动化室工作。 Add.: 河北邢台邢钢路161号 邮编054027 Tel.: +86-319-2044445 Fax: +86-319-2042798 E-mail: yongcaiyi2005@yahoo.com.cn