通過分析現(xiàn)有電子秤系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)的組成及性能對比,進而提出了將SCADA組態(tài)系統(tǒng)應(yīng)用于電子秤數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)想,并進行了電子秤在線監(jiān)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(wěn) 定性,降低了電子秤設(shè)備的故障率。

2006年山西太鋼不銹鋼股份有限公司（以下簡 稱太鋼）自動化公司主持實施的計質(zhì)量系統(tǒng)成功上 線，實現(xiàn)了生產(chǎn)物流管理的精細(xì)化和信息化，為企業(yè) 的節(jié)能降耗提供了及時準(zhǔn)確的計量數(shù)據(jù)，取得了較 好的效果。經(jīng)過幾年的運行與維護，該系統(tǒng)也逐漸暴 露出一些不容忽視的問題，如微型計算機運行一段 時間后死機、系統(tǒng)中病毒后運行緩慢以及現(xiàn)場系統(tǒng) 無冗余熱備等。通過對這些問題的現(xiàn)場處理過程的 總結(jié)，筆者認(rèn)為通過對系統(tǒng)架構(gòu)的改進可以提高衡 器系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

1.分析比較

如圖1所示,對傳統(tǒng)電子秤系統(tǒng)（包含遠(yuǎn)程監(jiān)控) 和 SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition 系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）數(shù)采系統(tǒng)的組 成進行對比分析。

現(xiàn)就以下幾方面對兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行具體地分 析與比較。

1.1運行可靠性及穩(wěn)定性

眾所周知，現(xiàn)有電子秤系統(tǒng)大多是以微型計算機 為核心的數(shù)采系統(tǒng)，一般采用微軟的VB或VC++ 等高級編程語言進行操作界面編制、數(shù)據(jù)采集與處 理及實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理等設(shè)計過程，由于Windows系 統(tǒng)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(wěn)定性不十分理想;而SCADA系統(tǒng)相當(dāng) 于弱PLC系統(tǒng),其研發(fā)廠商具備豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗及 相對成熟的集成手段，其一級硬件RTU(Rem0te Terminal Unit遠(yuǎn)程終端設(shè)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(nèi)部皆采用工 業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)的電子元器件，使其更加適用于各種惡劣 的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境;SCADA的上位組態(tài)軟件系統(tǒng)經(jīng)過 了長期的開發(fā)與應(yīng)用，已相當(dāng)完善和 穩(wěn)健，功能更加全面，操作也更加方 便、快捷,且有穩(wěn)定的研發(fā)團隊隨時提 供有效的技術(shù)支持。

1.2系統(tǒng)資源及負(fù)荷分配的合理性

傳統(tǒng)電子秤系統(tǒng)通過在微型計算機 據(jù)采集卡或與電子秤儀表通訊 將現(xiàn)場傳感器信號進行AD 轉(zhuǎn)換的功能，同時該微機還擔(dān)負(fù)著數(shù) 據(jù)庫的運行與計量管理的任務(wù)，對于 有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的系統(tǒng)，該微機還必 須擔(dān)負(fù)起與二級服務(wù)器(EMS或計質(zhì) 量系統(tǒng)）的網(wǎng)絡(luò)通訊任務(wù)，因此其系統(tǒng)資源的負(fù)荷 相當(dāng)繁重;而SCADA系統(tǒng)中,RTU單元主要負(fù)責(zé)現(xiàn) 場信號的采集及以太網(wǎng)通訊功能，I/O服務(wù)器負(fù)責(zé)上位機監(jiān)控軟件的管理、組態(tài)及與二級系統(tǒng)間的信息 交換，整個系統(tǒng)的負(fù)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(fù) 荷及相互冗余熱備，使得SCADA系統(tǒng)可靠性較高。 

1.3功能擴展的便捷性

微型計算機數(shù)采系統(tǒng)的功能擴展方式一般為添 加計算機專用板卡（I/O板或模擬量輸入輸出板)，或 者通過計算機的RS232通訊端口連接功能模塊（如 研華模擬量和數(shù)字量模塊等)，由于各功能模塊間 相對獨立，現(xiàn)場接線及布置顯得比較凌亂,有些設(shè)備 使用前還必須安裝專有的驅(qū)動程序;SCADA系統(tǒng)中 的功能部件為系列化產(chǎn)品，接線方式及安裝尺寸有 統(tǒng)一的規(guī)格，多為導(dǎo)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，通過柜內(nèi)進行合 理的布局設(shè)計，可以使得布線整潔美觀，功能區(qū)域一 目了然，為日后的系統(tǒng)擴展提供了方便，硬件配置也 可使用專用軟件靈活地進行更改和設(shè)定。

1.4設(shè)備及系統(tǒng)維護的經(jīng)濟性

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

但從系統(tǒng)維護的角度看，由于微機數(shù)采系統(tǒng)多 是由不同廠家的功能部件構(gòu)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(xiàn)場維護造成一定困 難;SCADA系統(tǒng)中的功能部件基本由一家廠商提供 系列化產(chǎn)品,或由第三方設(shè)備商提供根據(jù)該SCADA 系統(tǒng)專門設(shè)計的部件，因此部件間的兼容性較好，備 品備件的種類相應(yīng)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(xiàn)場設(shè)備問題査找與 診斷提供了有效和便捷的分析工具，提高了系統(tǒng)的 可維護性。

2.解決方案

現(xiàn)將SCADA系統(tǒng)架構(gòu)引入電子秤系統(tǒng)，將二者的 優(yōu)點繼承而將各自的缺陷摒棄，也許這能為提高電子秤系統(tǒng)的可靠性提供一個有益的思路。因此筆者提 出以下解決方案，引入后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。該 系統(tǒng)的特點：

一級系統(tǒng)的核心為RTU采集單元，主要負(fù)責(zé) 現(xiàn)場電子秤傳感器的信號采集與轉(zhuǎn)換、現(xiàn)場數(shù)字量信 號輸人(操作狀態(tài)的反饋、故障報警及聯(lián)鎖條件滿足 與否)、數(shù)字量輸出給現(xiàn)場設(shè)備(如攝像頭云臺的電機 控制和系統(tǒng)的啟停控制)、視頻信號的采集與傳輸、 各類票據(jù)打印機及1C讀卡器的信息交換與控制等。

2)與傳統(tǒng)電子秤系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的電子秤數(shù)據(jù)采 集采用數(shù)字稱重傳感器（如圖2中所示)或數(shù)字接 線盒方式，故反饋的信息量遠(yuǎn)比普通稱重儀表的單 一重量信息更為豐富，而且可分別傳遞各傳感器的 內(nèi)碼值、秤臺的角差、傳感器狀態(tài)參數(shù)等重要數(shù)據(jù)信 息。以這些信息為基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)，即可實現(xiàn)衡器故障診斷與分析、電子秤輔助安裝 與調(diào)試、衡器維護周期的專家預(yù)測系統(tǒng)等高級軟件 功能。

3)通過借鑒PLC系統(tǒng)的部分設(shè)計思路，可以使電子秤系統(tǒng)的設(shè)計更加標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化;能夠有效 提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力；針對現(xiàn)場工藝條 件的變化可以方便地更改硬件配置及修改軟件，適 應(yīng)性較強;同時使系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試及維護的 工作量較小’工作效率高。

4)系統(tǒng)具備很強的接口能力,對現(xiàn)場設(shè)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(guī)約，可以很便捷地與觸摸屏、IC讀卡 器、票據(jù)打印機等外圍設(shè)備連接，對支持以上通訊協(xié) 議的現(xiàn)場儀表、控制器等設(shè)備幾乎能無需編程直接 接入,其他如DC 24 V電源、數(shù)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(shè)計思路，選擇了兩處現(xiàn)場衡器設(shè)備 進行了技術(shù)改造:1臺為汽車衡,1臺為下線成品秤。 考慮到成本問題，電子秤傳感器仍使用原模擬稱重傳 感器，其數(shù)據(jù)的采集采用數(shù)字接線盒方式。數(shù)字接線 盒通過RS485通訊方式將數(shù)據(jù)傳送至RTU單元內(nèi)； 出于試驗?zāi)康?/span>，未與三級計質(zhì)量系統(tǒng)服務(wù)器進行連 接，而是在附近新設(shè)置1臺微機作為模擬服務(wù)器，通 過以太網(wǎng)與RTU單元進行通訊，同時實現(xiàn)顯示現(xiàn)場 監(jiān)測畫面、衡器數(shù)據(jù)的計量管理、故障報警及報警記 錄歸檔等功能。

經(jīng)過一段時間的運行，該系統(tǒng)在電子秤設(shè)備故障 診斷方面有很好的效果，改變了以往衡器維護人員 基本依靠個人經(jīng)驗，用手感覺、用眼觀察、用萬用表 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 處理時間由原來的一個半小時縮短至現(xiàn)在半小時以 內(nèi)。下一步將在計量管理功能及網(wǎng)絡(luò)安全性等方面 進一步深人研究和改善。

4.結(jié)語

針對提髙電子秤系統(tǒng)的可靠性及可維護性提出了 一個理想化的解決方案，并通過對現(xiàn)場設(shè)備的改造 實現(xiàn)了方案的在線監(jiān)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(guī)模實施及投人 實際應(yīng)用之前，還需解決一些關(guān)鍵的技術(shù)問題:如計 量管理軟件在服務(wù)器端運行時，若現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)故障將 造成該電子秤無法計量;RTU單元中能否實現(xiàn)簡單的 計量管理本地化，以防止網(wǎng)絡(luò)故障處理期間計量數(shù) 據(jù)的缺失，新架構(gòu)可能使現(xiàn)有的計量流程發(fā)生變化， 三級（計質(zhì)量系統(tǒng)）和四級（ERP系統(tǒng)）中的有些模 塊也需進行相應(yīng)的功能調(diào)整等等，這還有待于現(xiàn)場 實施過程中經(jīng)驗的不斷積累與設(shè)計的不斷完善。隨 著各種應(yīng)用技術(shù)的不斷融合、發(fā)展,可以相信在未來 的電子秤系統(tǒng)信息化過程中，SCADA系統(tǒng)必將發(fā)揮其 不可忽視的作用。