加油站数据采集与状态监控系统

1、本科生毕业论文(设计题 目 加油机数据采集与状态监控学 院 制造科学与工程学院专 业 机械设计制造及其自动化学生姓名学 号 0843021318年级 08级指导教师 韩震宇教务处制表二 一二 年 三 月 七 日 加油站数据采集与状态监控专业 机械设计制造及其自动化学生 指导老师 韩震宇摘 要随着制造技术、 电子技术、 通信技术和计算机技术的发展, 加油站的管理逐渐从传统的人工管理方 式向着信息化管理过渡。 加油站的信息化管理减轻了加油站工作人员的劳动强度, 降低了加油站的经营 成本,提高了加油站的经济效益。在传统的加油站管理中,对加油机的交易数据采用人工记录的方式, 但是人工操作十分不方便、计

2、算繁琐、工作效率低。并且很容易产生人为的错误,纠正错误很麻烦。获 取油罐的数据是采用人工测量的方式, 不能实时了解油罐的库存量, 更不能对油罐实施安全泄漏检测和 安全状况进行监控。 加油站数据采集与状态监控系统是加油站信息化管理系统的核心, 加油站的主要数 据来源于加油站数据采集与状态监控系统。 加油站数据采集与状态监控系统用于加油站对加油枪和油罐 的监控管理,硬件上由上位机、 数据采集器、 加油机和液位仪构成。数据采集器是上位机与加油机和液 位仪的纽带, 将上位机的命令发送到加油机和液位仪, 并将采集到的加油枪和油罐的数据转发给上位机。 加油站的信息化管理离开了加油站数据采集与状态监控系统将

3、无法谈起, 加油站数据采集与状态监控系 统的性能是决定加油站信息化管理系统质量的关键因素。 主要研究了上位机的数据采集程序的实现和加 油站监控程序实现, 简要介绍了数据采集器的设计和实现。 因为上位机的数据主要源于数据采集器, 数 据采集器是加油站数据采集与状态监控系统的基础, 数据采集器的性能将影响到整个加油站数据采集与 状态监控系统的运行速率。理论联系实际,对加油站数据采集与状态监控系统做了深入、细致、 全面的 分析, 以加油站数据采集与状态监控系统的软件研制过程为主线, 详细阐述了设计的各个环节。 面对不 同的加油站,为了其通用性更强,数据采集器应满足稳定性好、通信速度快、可靠性高的要求

4、,能够经 接口转换适应多种加油机。 加油站数据采集与状态监控系统上位机的程序设计采用了模块化的结构, 数 据采集程序与加油机和液位仪通信采用的是动态库, 只要针对其加油机类型设计符合相应加油机协议的 动态库系统就能运行。关键词:加油站状态监控 数据采集 加油机 液位仪The Design of Condition Supervisory Control And Data AcquisitionSystem of Gas StationMajor : Mechanical Design-Manufacture and AutomationUndergraduate: Liangyu Chen S

5、upervisor: Zhenyu Han AbstractWith the development of manufacturing technology、 electronic technology、 communication technology and computer technology, the management of gas station has been transiting away from the traditional management by human toward information management. Information manageme

6、nt of gas station can reduce the labor intensity of the staff working in gas station、 cut down the operating costs of gas station and enhance the economic benefits of gas station.In the traditional gas station, the management of the transaction data used the artificial means. Not only it is inconven

7、ient for operation and calculation, what s worse the work efficiency is low. But also it is more errors brought by human, which are hard to correct. Tank data is measured by manual method , so it is impossible to obtain the real-time stock of oil tank ,let alone the leak of oil tank and the safe of

8、the condition could be monitored .The Condition Supervisory Control And Data Acquisition System of Gas Station is the kernel of the Information Management System of Gas Station. This system is the main source of the data of Gas Station . It is applied to monitor the Oil Gun and the Oil Tank. It cons

9、ists of DAU(data acquisition unit、 oiling machine、 content gauge and upper computer. The DAU link the upper computer with oiling machine and content gauge. DAU transmit the command from the upper computer to the oiling machine and the content gauge, and send back the data from the oiling machine or

10、the content gauge to the upper computer. Departed from The Supervisory Control And Data Acquisition System of Gas Station, the achievement of information manage is a dream. The quality of it affect the capability of the Information Management System of Gas Station, and it is the main effective facto

11、r.This paper main talk about the data acquisition program of the upper computer and the gas station monitoring program. Brief introduction the design of the data acquisition unit. The data acquisition unit play a decisive role in The Condition Supervisory Control And Data Acquisition System of Gas S

12、tation.Linking theory with practice, making deeply and comprehensive analysis of The Condition SupervisoryControl And Data Acquisition System of Gas Station. To its software as the main line, it is described in detail in all aspects of design. Confronting different Gas Station, in order to make its

13、general stronger. Data acquisition unit must have the characteristics of good stability, high speed of communication and high reliability. It can be able to adapt a wide range of Oil Gun by convert interface. The program in PC is ingenious, especially the program of automatic data acquisition. The p

14、rogram of automatic data acquisition communicate with oiling machine and content gauge via Dynamic Library. Only to design the Dynamic database in conformity to the Protocol of the decided oiling machine, can The Condition Supervisory Control And Data Acquisition System of Gas Station work.Key words

15、:Condition Supervisory Control of gas station Data Acquisition oiling machine content gauge目 录1.4 论文内容和结构 . . 42.3 系统设计的难点 . . 93.3 硬件的模型 . . 124 设计过程中使用的软件 . . 14 4.1 软件介绍 . . 14 4.2 软件主要部分 . . 14 Developer Studio . 14 MFC . 15 Platform SDK . . 15 5 上位机数据采集程序的设计 . . 16 5.1 系统功能需求分析和性能要求 . . 16 5.2

16、数据采集程序的实现 . . 175.3 本章小结 . . 241 绪 论1.1 加油站数据采集与状态监控系统概述随着计算机技术、电子技术、通信技术和制造技术的发展,时代的要求,世界企业的 管理逐渐从传统的方式向自动化、信息化转变。特别是在 20世纪 90年代,中国掀起了信 息化管理的浪潮。人们开始意识到信息是一个企业决策的关键因素,是管理企业的重要依 据,一个企业对信息的获取能力和快速反应能力决定一个企业的管理质量,甚至关系到企 业的生死存亡。信息化的管理减轻了企业工作人员的劳动强度,降低了经营成本,提高了 企业的经济效益。监控系统的提出最初是指视频监控系统, 用于对需要 “眼睛” 的场所实行

17、监控。 后来, 在 工 业 控 制 领 域 提 出 了 数 据 监 控 系 统 , 也 叫 数 据 采 集 监 控 系 统 , 英 文 称 为 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition系统。 SCADA 系统是以计算机为基础 的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制,以实现数 据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。 SCADA 系统的应用领 域很广,它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以 及过程控制等诸多领域。SCADA 系统自诞生之日起就与计算机技术的发展紧切

18、相关。 SCADA 系统发展到今天已 经经历了四代。第一代是基于专用计算机系统和专用操作系统的 SCADA 系统,如电力自动化研究院为 华北电网开发的 SD176系统以及在日本日立公司为我国铁道电气化远动系统所设计的 H-80M 系统。这一阶段是从计算机运用到 SCADA 系统时开始到 70年代。第二代是 80年代基于通用计算机的 SCADA 系统,在第二代中,广泛采用 VAX 等其它 计算机以及其它通用工作站 , 操作系统一般是通用的 UNIX 操作系统。在这一阶段, SCADA 系统在电网调度自动化中将经济运行分析、自动发电控制(AGC 以及网络分析结合到一 起构成了 EMS 系统(能量管

19、理系统 。第一代与第二代 SCADA 系统的共同特点是基于集中 式计算机系统,并且系统不具有开放性,因而系统维护,升级以及与其它联网构成很大困 难。90年代按照开放的原则, 基于分布式计算机网络以及关系数据库技术能偶实现大范围 联网的 EMS/SCADA系统称为第三代。这一阶段是我国 SCADA/EMS系统发展最快的阶段,各 种最新的计算机技术都汇集进 SCADA/EMS系统中。第四代 SCADA/EMS系统是在 21世纪初诞生的。该系统的主要特征是采用 Internet 技 术、面向对象技术、神经网络技术以及 JAVA 技术等技术,继续扩大 SCADA/EMS系统与其它系统的集成,综合安全经

20、济运行以及商业化运营的需要。本文论述的为第四代数据采集 监控系统。监控系统的参数主要是实时性和准确性。实时性指了解监控对象信息的即时性,监控 对象状态的改变需要即时传达到管理人员,以供管理人员做出进行快速决策。准确性是指 获取到的监控对象的状态的正确性。假如管理者通过监控系统即时获得了监控对象的信 息,但信息是错误的,那也没有任何的意义。所以,实时性和准确性是监控系统最重要的 参数,决定着监控系统的性能。除此之外,监控系统还应该注重人性化,即考虑人机交互 界面的友好和操作的便捷。加油站数据采集监控系统是加油站信息化管理的基础,是加油站信息化管理的根本。 油品进、销、存数据都通过加油站数据采集监

21、控系统获得,是加油站管理者及公司决策层 作出决策的数据依据。(1市场是浮动的,加油站需要了解本站的市场情况。加油站的购油都是基于目前 的市场情况,结合加油站库存量而决定购油行为和购油数量。传统方式下,了解库存量的 方式是采用人工测量油罐的方式,这种方法测量效率低。加油站数据采集监控系统可以通 过在油罐安装液位仪,实时获知油罐里的油高、水高等数据,也就很容易得到加油站的库 存油量。(2传统方式下,加油站对油罐的泄漏检查采用的是人工排查的方式,实际中难于 及时发现油罐泄漏,导致安全隐患与事故不断。加油站数据采集监控系统通过对油罐的自 动检测,可以发现是否有油品泄漏。一旦有油品泄漏,系统就产生报警,

22、从而保证了加油 站的安全。(3加油站的帐表类型与数量繁多,通过人工记录的方式很麻烦,工作效率低。特 别是在油品零售时,结算比较复杂,顾客会等待较长的时间。而且,油品价格波动厉害, 每次波动都要带来结算价格的更改。加油站数据采集监控系统可以很方便的设置加油机上 油品的价格,调价变得方便。加油站数据采集监控系统自动获得每次交易的数量、价格和 金额,不用去抄表计算,非常的方便和快捷。这样,加油员的劳动强度降低了,工作效率 提高了,客户也不用等待较长的时间,最主要原因是杜绝了非正常经营损益的出现。1.2 国内外加油站的管理现状现在以具有代表性的美国加油站为例来分析国外加油站的管理现状。美国是全球汽车人

23、均拥有量最高的国家, 也是成品油消耗量最大的国家。 1999年全年 消耗汽油为 1140亿加仑。全美目前共有加油站 183000座,加油站销售的油品有 87号、 89号、 92号三种汽油及柴油。美国加油站工作人员一般是 3-10人,在同一时间工作的人数通常是 1-3人,加油站 日常运营采用经理负责制。加油站经理职责和权利包括雇员的排班计划、雇员工资单的制 定发放、雇员的解聘、新雇员的招聘、加油站的财务报表、加油站的日常工作报告、加油 站的现金控制、加油站的日常管理等。加油站雇员职责包括接待顾客(收银 、加油站的 清洁卫生工作及其它杂务。根据对工作内容分析,可以看出美国加油站经理同时肩负着国 内

24、加油站个人的工作:加油站经理、会计、出纳。美国加油站具有以下特色:(1美国对加油站的形象的管理是非常到位的。美国加油站给人的整体印象是造型 简单,宽敞,洁净,无异味。造型简单不但降低了建造成本,而且改善了加油站的光照条 件, 宽敞的车位使司机足够找到泊车的地方。 当你走近加油机时, 你根本察觉不到汽油味。 更值得一提的是, 有的加油站在加油机旁边种植几盆绿树红花, 不但增加了加油站的亮点, 而且增加了顾客的心理愉悦度。(2自助加油、机上刷卡、机前吐票 。美国人信奉 “时间是第一位的” ,追求时间 和效率,追求方便和快捷。因此,加油站就是在充分满足客户需求的基础上确定加油服务 方式。 除了新泽西

25、州和俄勒岗州的法律规定必须由加油站人员操作加油枪加油外,其余 48个州全部实行自助加油。 自助加油的油价低于人工服务的价格, 有的站也提供人工服务, 但主要面向残疾人士。(3完备的现场监控。 加油站采取录像监控的方式,加强加油机周围、营业区、等 重点部位的安全控制,有效地防止了加油 “跑单” 、 货品丢失、故意破坏等情况的发生。 这些措施的使用也大大提高了自助加油的安全性。加油站采用投币式保险柜,集中存放现 金;夜间营业时使用专门的收费口,以防盗抢。(4液位仪 :在美国,加油站普遍安装液位仪,液位仪在自动计量、测漏、测水高、 校罐等方面发挥重要作用,特别是提供了加油站管理信息系统中的库存管理子

26、系统,是加 油站信息化建设不可缺少的重要组成部。(6油气回收:在美国,加油站普遍安装油气回收设备,使用具有油气回收功能的 加油枪 ,在加油和罐车卸油时进行油气回收,大大减少了油气污染,提高了加油站的安 全度,为自助加油和现场结算提供了技术保证。罐区是敞开式的,没有进行专门隔离。 (7测漏:为防止油品渗漏,在加油站的重点部位安装油气传感器,一旦发生渗漏 立刻报警。他们在加油机底部不是进行填沙,而是安装了集油槽和油气传感器,集油槽一 出现油气,传感器就报警。中国加油站总数已由 1993年的 38000座增加到 2002年的近 90000座; 1985年至 2001年的 16年间,中国加油站数量增长

27、了 23倍以上。至 200年,中国石油天然气集团公司、中国石化集团公司拥有加油站约 34000座 (包括特许加油站, 则达到 40000座以上 。 在为 车辆提供服务方面,中国 1座加油站服务的汽车数量平均不到 300辆;在汽、柴油单站销 量上,中国每座加油站约为 88OL /a ,仅为国外平均水平 (2786L/a 的约 1/3.2。在加油 站密度上,中国一百公里公路平均拥有加油站 5.7座,列世界各国首位 , 但加油站的净利 润远低于国外, SheU 公司在中国的加油站每吨油的净利润为 400元, 而中国石化集团公司 则只有 100元左右,社会加油站效益更差。中国加入世贸组织后在三年内放开

28、成品油零售 业务、 五年内放开批发业务, 并将主要成品油的进口关税降至 5%和 6%。 ExxonMobfle 、 Shell 、 BP 等跨国石油公司正凭借其资本和品牌优势进入中国成品油零售市场, 目前他们在华已拥 有 400多座加油站。 ExxonMobil 、 Shell 、 BP 还购买了中国石化 l8亿股股票,以此换取其 在沿海省份建立零售产业链的机会。中国成品油零售行业已面临着严峻的国际竞争形势。 中国石化和中国石油 1998年重组后,成品油市场划分成两大块。中国石化市场涉及的 19个省市, 目前大约有 5万座加油站 , 其中中石化拥有的加油站为 2. 4万座, 加油量占 65%的

29、份额。国家经贸委将出台加油站特许经营管理办法,让非主流加油站进人中国石油、中 国石化两大集团连锁经营体系。近两年来,中石化共投入了 350亿元资金,用于加油站的 收购、改造和新建,已由原来的 8000余座加油站上升到现在的 2.4万座。这部分加油站 作为中石化的经济增长点,已初步显示了规模和品牌优势,为参与国际和国内市场的竞争 打下了一定的基础 。国内的成品油销售公司与国际石油公司的加油站相比,存在着规模、品牌、资本管理 和经营方式等方面的差距,严重制约和影响了他们的发展。1.3 课题意义加油站系统包括加油站数据采集监控系统、加油站数据处理系统、用户互联网信息服 务系统、管理中心数据处理系统、

30、油罐配送与提单管理系统等。本论文的研究对象为数据 采集监控系统,这个系统是整个加油站的核心,系统不仅记录了加油数据,还对加油机的 状态进行实时监控, 该系统更加的完善, 有利于提高加油站的效益, 减少发生危险的机率, 满足中国日益扩大的加油站需求。可见,对该课题的研究是非常必要的。1.4 论文内容和结构本文对加油站数据采集监控系统做了深入的研究,论文的内容如下安排如下:第一章在概述加油站数据采集监控系统的基础上,介绍了国内外加油站的经营管理现 状,并介绍了本课题的来源及意义。第二章介绍加油站数据采集监控系统总体方案的设计。这一章涵盖了系统功能需求与 技术指标的分析,为加油站数据采集监控系统的设

31、计指明了方向,给出了系统的总体设计方案,分析了设计的难点。第三章叙述数据采集器硬件的设计。这一部分做简要介绍,介绍了数据采集器的功能 需求和性能参数,介绍了串行数据通信的几种主要形式。第四章论述数据采集器的软件设计,即下位机程序的开发。在硬件确定的情形下,要 想提供系统的性能,只能通过提高软件的性能。这一章详细介绍了数据采集程序软件的实 现思路、程序流程和设计中遇到的问题。第五章讲述数据采集程序的实现。数据采集程序是加油站监控程序与下位机进行通信 的中间环节。数据采集程序和加油站监控程序之间遵循一个通信协议,与加油机之间遵循 加油机协议,与液位仪之间遵循液位仪协议。数据采集程序要对协议进行转换

32、。数据采集 程序使用两个线程来同时监听下位机数据和上位机命令,实时性很强。第六章为加油站监控程序的设计。加油站监控程序是实现加油站监控的人机接口,通 过对加油站监控程序的操作来实现对监控对象的管理,监控程序要将监控对象的状态实时 显示。监控程序的监控对象包括加油枪和油罐。2 加油站数据采集监控系统的总体方案设计2.1 系统功能需求与技术指标分析加油站引入加油站数据采集监控系统,是为了简化日常工作流程、降低工作人员劳动 强度、提高工作效率、降低运营成本。加油站数据采集监控系统的设计建立在加油站日常 工作流程的基础之上,因此,本文首先对加油站的运营业务特点、油品的来源去向做个简 要介绍。(1油品的

33、流通过程国内的加油站进油一般采用调货制,成品油从炼油厂出来后,分别运送到各省区的大 型油库,再从省的大型油库调油到属下的地区和市的油库,然后再下放到县一级的油库, 再到加油站以供消费者加油。加油站进油后,油品存放到油罐中,各加油机通过油管与油 罐相连,一般哪台加油机跟哪个油罐相连是固定的,因为一个油罐一般存放固定的一种油 品。每个加油机上配有两把、四把或六把加油枪。最终,油品就通过加油枪输送给客户。 (2加油站的结算业务当客户来加油的时候,加油人员根据客户的要求 (一般是加多少升或多少钱 加油,并 给用户开加油凭证,用户拿着加油凭证到柜台结账。如果是现金加油,结账就很快,客户给现金,会计开发票

34、或收据,交易完成。如果是定点用户,结账就要费时了。要先插卡以验证定点用户的身份,会计根据其身 份找到相应的账表册。一般每个定点用户都有一个小本子以记录其油品进销存的情况,此 小本子就称之为记账本。由于定点用户很多,加油站会造一个很大的木架子,木架子里有 很多空格子,账表册就放在这些格子里,每个格子都有编号,以方便查找。找到对应的账 表册后,会计会根据此定点用户的性质,在账表册里记录此次加油、结存数量和金额或是 进油、购油的数量和金额。定点用户结账相对要麻烦些,客户要排队等候,尤其当加油站 业务比较繁忙时客户等候的时间就更长了。加油站数据采集监控系统是为了实现对加油机和油罐的监控管理。系统要能够

35、监控多 个加油机和多个油罐的状态,经分析,系统具有以下需求:(1加油站数据采集监控系统要能实现对加油枪的管理,如对加油枪调价、启用、 联机、停用、脱机。(2加油站数据采集监控系统要能监控加油枪的状态。如脱机、连机、提枪、挂枪、 加油等。(3当加油枪正在加油时,要能够实时显示出油数量和加油金额等数据。(4加油机每产生一笔加油记录,加油站数据采集监控系统要得到加油机的加油数 量、加油价格、加油金额等数据。(5通讯发生干扰时,能保证数据的记录不被影响。在整个加油站连锁管理信息系统中,对工作效率影响最大的就是加油站数据采集监控 系统。加油站数据采集监控系统要良好的运行,需要满足以下的技术指标:(1实时

36、性。这里的实时性包括两个方面:一是加油站数据采集监控系统要能够实时获得油罐和加 油机的工作状态,二是设置传给加油机的工作参数要能即时生效。这就要求系统具有快的 响应速度(2系统的可靠性。可靠性主要包括正确性、抗破坏性和安全性三个方面。系统的正确性,是指系统本身的设计没有错误,包括硬件系统和软件系统。监控系统 能否实用,主要取决于系统的可靠性。只要监控数据可靠,系统运行稳定,用户就可以放 心使用。可靠性是由设计和工艺来保证的。在设计上要从元件的选用、电路的设计等方面 来保证。软件系统要求系统的程序编制和算法正确,在使用中不会发生非人为的技术性错 误。软件的稳定是准确的完成监控任务的重要保证。系统

37、的抗破坏性, 指系统要经得起各种意外事故的考验, 当输入数据不合理或异常时, 系统仍能正常运行,不会造成设备的损坏,即系统应具有容错性和纠错能力。系统的安全性,也分为硬件和软件两个部分。硬件部分应该包括数据采集器回来电流 应该满足加油站安全要求,机壳本身不带静电,对人身没有伤害;软件部分要求软件系统 当中要有保护程序,可以防止因操作失误造成系统的破坏。 (3系统的可操作性。只有方便快捷的操作才能减小操作员的劳动强度,提高效率。 系统的可操作性,要求整个系统的设计风格要符合大众的操作习惯,并且要操作简单, (4界面要人性化。操作员大部分的时间都要面对人机界面,如何做到界面设计的 人性化,减少工作

38、人员的视觉疲劳,保持工作人员好的工作状态和心情。这也是工程心理 学的研究内容。(5可维护性。在硬件部分要求设备尽量采用标准化模块,部件要有良好的可换性。 软件部分则要有可读性、可扩充性、可修改性和可理解性四个方面。可读性主要是为了便于其他人员阅读和修改程序。系统设计时要求采用规范化的编程 方式,遵循软件设计的共同标准。简单讲,就是程序设计完成后,通过测试,如发现需要 修改的地方,仍然可以快速准确的在程序中找到修改部位,同时要求变量清晰。因此,采 用标准化设计,就可以满足系统程序的可读性。可扩充性主要是为了便于软件的升级、将来新标准和新设计方法的应用。用户根据实 际的使用情况提出改进意见或者增加

39、新功能的要求,软件必须能够在继承原有设计理念和 原有设计结论的基础上,将新的信息扩充到系统中。这也是一种开放式设计的理念。 可理解性,就是监控系统要有明显的层次结构,各功能应该有效的区分,采用模块化 的设计,使各功能模块相互独立,用户界面的设计要清晰合理。2.2 系统总体方案设计根据加油站数据采集监控系统的功能需求,系统需要以下功能模块:(1数据采集器。加油站一般拥有多个加油机,要直接和主机相连是不现实的。一 是主机上接口较少,没有办法直接和多个加油机及液位仪相连,另一方面加油机的接口形 式多样,而且有些接口主机上是没有的。因此,本系统设计一个数据采集器,用于主机与 加油机、液位仪之间的通信。

40、数据采集器要将不同的接口信号进行转换,并把数据发送到 相应的设备。如主机的命令传给加油机和液位仪,将加油机和液位仪的数据传给主机。 (2数据采集程序。数据采集程序用于获取数据采集器转发的加油机的数据,并将 加油机命令发送给数据采集器。 数据采集程序在系统中是一个独立的程序, 在窗口中隐藏, 作为一个后台程序运行。数据采集程序要能够进行协议的转换。发送给加油机和液位仪的 数据要符合加油机协议和液位仪协议,发送给管理程序的数据要符合与管理程序交互的协 议。(3加油站监控程序。加油站监控程序是加油站数据采集监控系统的管理程序。加 油机把命令发送给数据采集程序,并从数据采集程序获得加油机、液位仪数据。

41、加油站监 控程序和数据采集程序之间的通信需要满足相应的协议。加油站监控程序将数据采集程序 采集到的数据进行处理和显示,并提供对加油机的操作接口。在加油站数据采集监控系统的设计中,硬件上的工作主要是设计数据采集器。软件上的工作是开发下位机程序和上位机程序。 即数据采集器嵌入式系统的设计、 数据采集程序、 加油站监控程序。2.3 系统设计的难点加油站数据采集监控系统作为连锁加油站信息化管理系统的一个核心子系统,性能的 好坏对整个系统的影响很大。在加油站数据采集监控系统设计中,主要有以下几个难点: (1同一公司不同加油站之间状况不同,需求不一致。不同的加油站,拥有的设备 可能有差异,对于加油机的种类

42、和数量。有的加油站只有长吉加油机,有的加油站除了长 吉加油机还有日月博文加油机。加油机种类不同则加油机的通信协议不同,加油机的接口 形式可能不同,如何让加油站数据采集监控系统能够适应多种加油机是一个难点。有的加 油站只有四个加油机、有的加油站有十多个加油机。加油机的数量差异使加油站数据采集 监控系统面临的接口数量有差异。(2加油站人员素质有差异。由于部分加油站人员文化水平有限,有些人对计算机 操作非常熟悉,操作不当有可能使系统崩溃。因此,编程上要充分考虑因错误操作导致的 系统运行出错及崩溃问题,要提高程序的容错、纠错能力。程序的操作应该简单,只有简 单的操作,才不容易出错,工作效率才会提高。(

43、3成品油市场价格与国际接轨后,传统的调价方式已经无法应对油价频繁波动的 情况。所以加油站数据采集监控系统要能够方便的对加油枪进行调价。(4加油机的实时监控,油罐液位的动态显示。加油站数据采集监控系统作为一个 监控系统对实时性要求是很高的,实时性是跟各环节运行速率分不开的。如何进行系统的 优化设计提高系统的运行速率和对数据的采集速率是本课题研究的一个重点内容。加油站 的工作效率的提高也是靠实时性来保证的。上位机对数据处理的能力是很强的,监控系统 数据的采集速率是速度提高的一个瓶颈。3 数据采集器硬件电路设计3.1 数据采集器的功能及主要设计原则数据采集器作为上位机和终端设备的连接,需要具备以下功

44、能:数据采集器的出现一是为了解决上位机的接口数量问题。上位机的接口是较少的,能 用于外部控制的接口通常有 USB 接口、串口,有的电脑甚至没有串口。要让上位机与多个 加油机和液位仪直接连接是不现实的,所以,数据采集器实现了上位机的接口扩展。另一 方面,加油机的接口形式各厂家形式不一。目前,市场上加油机的主流接口有 RS-232、 RS-422、 RS-485、 20mA 电流环。就是接口的机械形式相同,如都是 9针的串口,但上位机 的串口和液位仪或者加油机的接口电气特性也不一致,这些接口和上位机接口之间需要进 行电气转换。数据采集器的硬件设计是数据采集器软件的平台,是整个加油站数据采集监控系统

45、的 基础。在设计硬件时,需要具有以下原则:(1抗干扰设计加油站的现场具有多种电磁干扰因素,数据采集器必须具有较强的抗干扰性。在通信 过程中,要降低信号噪声的污染,最好能够实现数据采集器和加油机的电气隔离。 (2稳定性设计硬件系统的稳定性包括硬件系统能够稳定良好的运行,系统的各个模块能够相互协 调,各模块的寿命能够保证。(3实时性设计实时性设计主要指硬件的设计要能够保证大的通信速率。根据本系统的特点,要保证 能在波特率为 9600波特时,系统能稳定的运行。(4可靠性设计可靠性是指数据传输的误码率要尽可能低,根据加油站通信的行业标准,误码率必须 要在 10-8以下,对通信的可靠性要求是很高的。(5

46、防爆性设计加油站是重点的安全防范单位,通信回路的电流要符合安全规范,机壳和电源部分要 满足安全防爆要求。具体实现中,数据采集器的接口形式要结合相应的设备,如加油机、液位仪的接口。由于加油机的数量不定,要满足各个加油站的情况,所以设计的接口数量应较大,本数据 采集器设计成能和 16个加油机相连和一个液位仪相连。一般一个加油机具有两把枪,就 是连接了 32把加油枪。监控程序要到加油枪的状态了 (发出命令 ,加油枪才能加油。在 某一时刻,数据采集器只是和某一路加油枪相连,并进行某一个方向的通信,所以,通信 的信道方式采用半双工的方式。3.2 串口通讯原理串口通信(Serial Communicati

47、ons的概念非常简单,串口按位(bit 发送和 接收字节。尽管比按字节(byte 的并行通信慢,但是串口可以在使用一根线发送数 据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。比如 IEEE488定 义并行通行状态时, 规定设备线总长不得超过 20米, 并且任意两个设备间的长度不得 超过 2米;而对于串口而言,长度可达 1200米。典型地,串口用于 ASCII 码字符的传 输。通信使用 3根线完成:(1地线, (2发送, (3接收。由于串口通信是异步的, 端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手,但不是 必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位

48、和奇偶校验。对于两个进 行通信的端口,这些参数必须匹配。a ,波特率:这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的 bit 的个数。例 如 300波特表示每秒钟发送 300个 bit 。当我们提到时钟周期时,我们就是指波特率 例如如果协议需要 4800波特率,那么时钟是 4800Hz 。这意味着串口通信在数据线上 的采样率为 4800Hz 。通常电话线的波特率为 14400, 28800和 36600。波特率可以远远 大于这些值,但是波特率和距离成反比。高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通 信,典型的例子就是 GPIB 设备的通信。b ,数据位:这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送

49、一个信息包,实际 的数据不会是 8位的,标准的值是 5、 7和 8位。如何设置取决于你想传送的信息。比 如,标准的 ASCII 码是 0127(7位 。扩展的 ASCII 码是 0255(8位 。如果数据 使用简单的文本(标准 ASCII码 ,那么每个数据包使用 7位数据。每个包是指一个 字节,包括开始 /停止位,数据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选 取,术语“包”指任何通信的情况。c ,停止位:用于表示单个包的最后一位。典型的值为 1, 1.5和 2位。由于数据 是在传输线上定时的,并且每一个设备有其自己的时钟,很可能在通信中两台设备间 出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是

50、表示传输的结束,并且提供计算机校正时 钟同步的机会。适用于停止位的位数越多,不同时钟同步的容忍程度越大,但是数据 传输率同时也越慢。d ,奇偶校验位:在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式:偶、奇、 高和低。 当然没有校验位也是可以的。 对于偶和奇校验的情况, 串口会设置校验位 (数 据位后面的一位 ,用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如,如果数 据是 011, 那么对于偶校验, 校验位为 0, 保证逻辑高的位数是偶数个。 如果是奇校验, 校验位为 1,这样就有 3个逻辑高位。高位和低位不真正的检查数据,简单置位逻辑 高或者逻辑低校验。这样使得接收设备能够知道一个位的状态

51、,有机会判断是否有噪 声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。3.3 硬件的模型通过对加油站数据采集监控系统的各功能模块相互关系的分析,得到加油站数据采集 监控系统的数据脉络如图 2-1所示。 图 3-1 加油站数据采集监控系统的数据脉络根据加油站的数据脉络,可以设计出加油站的硬件结构图。如图 2-2所示。 图 3-2 加油站数据采集监控系统的硬件结构4 设计过程中使用的软件4.1 软件介绍Visual C+ 6.0,简称 VC 或者 VC6.0,是微软推出的一款 C+编译器,将 “ 高级语言 ” 翻 译为 “ 机器语言(低级语言 ” 的程序。 Visual C+是一个功能强大的可视化软

52、件开发工具。 Visual C+6.0由 Microsoft 开发 , 它不仅是一个 C+ 编译器,而且是一个基于 Windows 操作系统的可视化集成开发环境(integrated development environment, IDE 。 Visual C+6.0由许多组件组成,包括编辑器、调试器以及程序向导 AppWizard 、类向导 Class Wizard 等开发工具。 这些组件通过一个名为 Developer Studio的组件集成为和谐的开发 环境。 Microsoft 的主力软件产品。自 1993年 Microsoft 公司推出 Visual C+1.0后,随着 其新版本的

53、不断问世, Visual C+已成为专业程序员进行软件开发的首选工具。 虽然微 软公司推出了 Visual C+.NET(Visual C+7.0,但它的应用的很大的局限性,只适用 于 Windows2000,Windows XP和 Windows NT4.0。 所以实际中, 更多的是以 Visual C+6.0为平台。Visual C+6.0以拥有 “ 语法高亮 ” ,自动编译功能以及高级除错功能而著称。比如,它 允许用户进行远程调试,单步执行等。还有允许用户在调试期间重新编译被修改的代码, 而不必重新启动正在调试的程序。其编译及创建预编译头文件 (stdafx.h、最小重建功能及 累加连结

54、 (link著称。这些特征明显缩短程序编辑、编译及连结的时间花费,在大型软件计 划上尤其显著。4.2 软件主要部分Developer Studio这是一个集成开发环境,我们日常工作的 99%都是在它上面完成的,再加上它的 标题赫然写着 “Microsoft Visual C+” , 所以很多人理所当然的认为, 那就是 Visual C+了。其实不然,虽然 Developer Studio 提供了一个很好的编辑器和很多 Wizard ,但实 际上它没有任何编译和链接程序的功能, 而且 Developer Studio并不是专门用于 VC 的, 它也同样用于 VB , VJ , VID 等。如图 4-1 图 4-1为 Developer Studio界面MFC从理论上来讲, MFC 也不是专用于 Visual C+, Borland C+, C+Builder和 Symantec C+同样可以处理 MFC 。同时,用 Visual C+编写代码也并不意味着一定要 用 MFC , 用 Visual C+来编写 SDK 程序,