通過(guò)分析現有電子秤系統與SCADA系統的組成及性能對比,進(jìn)而提出了將SCADA組態(tài)系統應用于電子秤數據采集系統的設想,并進(jìn)行了電子秤在線(xiàn)監測及故障診斷方面的嘗試,有效提高了電子秤的可維護性和運行穩 定性,降低了電子秤設備的故障率。

2006年山西太鋼不銹鋼股份有限公司（以下簡(jiǎn) 稱(chēng)太鋼）自動(dòng)化公司主持實(shí)施的計質(zhì)量系統成功上 線(xiàn)，實(shí)現了生產(chǎn)物流管理的精細化和信息化，為企業(yè) 的節能降耗提供了及時(shí)準確的計量數據，取得了較 好的效果。經(jīng)過(guò)幾年的運行與維護，該系統也逐漸暴 露出一些不容忽視的問(wèn)題，如微型計算機運行一段 時(shí)間后死機、系統中病毒后運行緩慢以及現場(chǎng)系統 無(wú)冗余熱備等。通過(guò)對這些問(wèn)題的現場(chǎng)處理過(guò)程的 總結，筆者認為通過(guò)對系統架構的改進(jìn)可以提高衡 器系統的運行穩定性。

1.分析比較

如圖1所示,對傳統電子秤系統（包含遠程監控) 和 SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition 系統，即數據采集與監視控制系統）數采系統的組 成進(jìn)行對比分析。

現就以下幾方面對兩種系統結構進(jìn)行具體地分 析與比較。

1.1運行可靠性及穩定性

眾所周知，現有電子秤系統大多是以微型計算機 為核心的數采系統，一般采用微軟的VB或VC++ 等高級編程語(yǔ)言進(jìn)行操作界面編制、數據采集與處 理及實(shí)現數據庫管理等設計過(guò)程，由于Windows系 統自身缺陷及可能遭受到病毒及惡意軟件的攻擊， 其可靠性及穩定性不十分理想;而SCADA系統相當 于弱PLC系統,其研發(fā)廠(chǎng)商具備豐富的現場(chǎng)經(jīng)驗及 相對成熟的集成手段，其一級硬件RTU(Rem0te Terminal Unit遠程終端設備)為嵌人式單兀，受病毒 及惡意軟件攻擊的可能性非常小，且內部皆采用工 業(yè)級標準的電子元器件，使其更加適用于各種惡劣 的工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境;SCADA的上位組態(tài)軟件系統經(jīng)過(guò) 了長(cháng)期的開(kāi)發(fā)與應用，已相當完善和 穩健，功能更加全面，操作也更加方 便、快捷,且有穩定的研發(fā)團隊隨時(shí)提 供有效的技術(shù)支持。

1.2系統資源及負荷分配的合理性

傳統電子秤系統通過(guò)在微型計算機 據采集卡或與電子秤儀表通訊 將現場(chǎng)傳感器信號進(jìn)行AD 轉換的功能，同時(shí)該微機還擔負著(zhù)數 據庫的運行與計量管理的任務(wù)，對于 有遠程監控功能的系統，該微機還必 須擔負起與二級服務(wù)器(EMS或計質(zhì) 量系統）的網(wǎng)絡(luò )通訊任務(wù)，因此其系統資源的負荷 相當繁重;而SCADA系統中,RTU單元主要負責現 場(chǎng)信號的采集及以太網(wǎng)通訊功能，I/O服務(wù)器負責上位機監控軟件的管理、組態(tài)及與二級系統間的信息 交換，整個(gè)系統的負荷分配相對比較合理，且I/o服 務(wù)器、歷史服務(wù)器及趨勢服務(wù)器間還可以靈活分配負 荷及相互冗余熱備，使得SCADA系統可靠性較高。 

1.3功能擴展的便捷性

微型計算機數采系統的功能擴展方式一般為添 加計算機專(zhuān)用板卡（I/O板或模擬量輸入輸出板)，或 者通過(guò)計算機的RS232通訊端口連接功能模塊（如 研華模擬量和數字量模塊等)，由于各功能模塊間 相對獨立，現場(chǎng)接線(xiàn)及布置顯得比較凌亂,有些設備 使用前還必須安裝專(zhuān)有的驅動(dòng)程序;SCADA系統中 的功能部件為系列化產(chǎn)品，接線(xiàn)方式及安裝尺寸有 統一的規格，多為導軌式安裝，便于插拔和更換模塊 化部件，有的還支持帶電插拔功能，通過(guò)柜內進(jìn)行合 理的布局設計，可以使得布線(xiàn)整潔美觀(guān)，功能區域一 目了然，為日后的系統擴展提供了方便，硬件配置也 可使用專(zhuān)用軟件靈活地進(jìn)行更改和設定。

1.4設備及系統維護的經(jīng)濟性

從設備投資的角度考慮，當系統中電子秤的數量 較少且外圍設備需求不高時(shí)，微機數采系統的設備 費用較SCADA系統的設備費用低;而當電子秤數量較 多且外圍設備需求量大時(shí)（如有大量的數字量輸人 與輸出，控制電機或指示燈顯示等），二者的設備費 用基本上相差不多。

但從系統維護的角度看，由于微機數采系統多 是由不同廠(chǎng)家的功能部件構成，因此其相互間的兼 容性及備品備件的經(jīng)濟性相對較差，各功能部件大 多也不提供故障診斷功能，給現場(chǎng)維護造成一定困 難;SCADA系統中的功能部件基本由一家廠(chǎng)商提供 系列化產(chǎn)品,或由第三方設備商提供根據該SCADA 系統專(zhuān)門(mén)設計的部件，因此部件間的兼容性較好，備 品備件的種類(lèi)相應較少，且硬件配置軟件中提供各 功能部件的故障診斷功能，為現場(chǎng)設備問(wèn)題査找與 診斷提供了有效和便捷的分析工具，提高了系統的 可維護性。

2.解決方案

現將SCADA系統架構引入電子秤系統，將二者的 優(yōu)點(diǎn)繼承而將各自的缺陷摒棄，也許這能為提高電子秤系統的可靠性提供一個(gè)有益的思路。因此筆者提 出以下解決方案，引入后的系統結構如圖2所示。該 系統的特點(diǎn)：

一級系統的核心為RTU采集單元，主要負責 現場(chǎng)電子秤傳感器的信號采集與轉換、現場(chǎng)數字量信 號輸人(操作狀態(tài)的反饋、故障報警及聯(lián)鎖條件滿(mǎn)足 與否)、數字量輸出給現場(chǎng)設備(如攝像頭云臺的電機 控制和系統的啟?？刂?/span>)、視頻信號的采集與傳輸、 各類(lèi)票據打印機及1C讀卡器的信息交換與控制等。

2)與傳統電子秤系統相比，該系統的電子秤數據采 集采用數字稱(chēng)重傳感器（如圖2中所示)或數字接 線(xiàn)盒方式，故反饋的信息量遠比普通稱(chēng)重儀表的單 一重量信息更為豐富，而且可分別傳遞各傳感器的 內碼值、秤臺的角差、傳感器狀態(tài)參數等重要數據信 息。以這些信息為基礎，通過(guò)數據庫技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò ) 技術(shù)，即可實(shí)現衡器故障診斷與分析、電子秤輔助安裝 與調試、衡器維護周期的專(zhuān)家預測系統等高級軟件 功能。

3)通過(guò)借鑒PLC系統的部分設計思路，可以使電子秤系統的設計更加標準化和系統化;能夠有效 提高系統的可靠性和抗干擾能力；針對現場(chǎng)工藝條 件的變化可以方便地更改硬件配置及修改軟件，適 應性較強;同時(shí)使系統的設計、安裝、調試及維護的 工作量較小’工作效率高。

4)系統具備很強的接口能力,對現場(chǎng)設備支持 MODBUS、Profibus-DP、ControlNET、RS232/485 等通 訊協(xié)議，對服務(wù)器層支持TCP/IP、UDP、DNP3.0、 M0DNET等規約，可以很便捷地與觸摸屏、IC讀卡 器、票據打印機等外圍設備連接，對支持以上通訊協(xié) 議的現場(chǎng)儀表、控制器等設備幾乎能無(wú)需編程直接 接入,其他如DC 24 V電源、數字量輸入/輸出、模 擬量輸入/輸出等也都有系列化的產(chǎn)品予以支持。

3.試驗

按照上述設計思路，選擇了兩處現場(chǎng)衡器設備 進(jìn)行了技術(shù)改造:1臺為汽車(chē)衡,1臺為下線(xiàn)成品秤。 考慮到成本問(wèn)題，電子秤傳感器仍使用原模擬稱(chēng)重傳 感器，其數據的采集采用數字接線(xiàn)盒方式。數字接線(xiàn) 盒通過(guò)RS485通訊方式將數據傳送至RTU單元內； 出于試驗目的，未與三級計質(zhì)量系統服務(wù)器進(jìn)行連 接，而是在附近新設置1臺微機作為模擬服務(wù)器，通 過(guò)以太網(wǎng)與RTU單元進(jìn)行通訊，同時(shí)實(shí)現顯示現場(chǎng) 監測畫(huà)面、衡器數據的計量管理、故障報警及報警記 錄歸檔等功能。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運行，該系統在電子秤設備故障 診斷方面有很好的效果，改變了以往衡器維護人員 基本依靠個(gè)人經(jīng)驗，用手感覺(jué)、用眼觀(guān)察、用萬(wàn)用表 測量的故障診斷工作方式,減少了隨機性和隨意性， 也有效提髙了衡器故障處理的效率，使得平均故障 處理時(shí)間由原來(lái)的一個(gè)半小時(shí)縮短至現在半小時(shí)以 內。下一步將在計量管理功能及網(wǎng)絡(luò )安全性等方面 進(jìn)一步深人研究和改善。

4.結語(yǔ)

針對提髙電子秤系統的可靠性及可維護性提出了 一個(gè)理想化的解決方案，并通過(guò)對現場(chǎng)設備的改造 實(shí)現了方案的在線(xiàn)監測及故障診斷功能，取得了很 好的效果。但該方案在真正得以大規模實(shí)施及投人 實(shí)際應用之前，還需解決一些關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題:如計 量管理軟件在服務(wù)器端運行時(shí)，若現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )故障將 造成該電子秤無(wú)法計量;RTU單元中能否實(shí)現簡(jiǎn)單的 計量管理本地化，以防止網(wǎng)絡(luò )故障處理期間計量數 據的缺失，新架構可能使現有的計量流程發(fā)生變化， 三級（計質(zhì)量系統）和四級（ERP系統）中的有些模 塊也需進(jìn)行相應的功能調整等等，這還有待于現場(chǎng) 實(shí)施過(guò)程中經(jīng)驗的不斷積累與設計的不斷完善。隨 著(zhù)各種應用技術(shù)的不斷融合、發(fā)展,可以相信在未來(lái) 的電子秤系統信息化過(guò)程中，SCADA系統必將發(fā)揮其 不可忽視的作用。