对国内外众多油库目前投入使用的 各种计量系统进行分析，剖析其各自的 优缺点,并结合国际国内的现场总线技 术的发展趋势，给出一个更加合理的现 代化自动计量系统的系统构架，并使用 C#和SQL Server实现软件系统.
0.引言
Introduction
国内油库的自动化系统大多是逐步实施的，在此进程中由于各 种原因，提供计量液位仪的厂商多家并存,导致同一家油库目前投入 使用的计量系统存在不同厂家系统并存、数据各自独立处理的情况. 相关调研数据显示石化行业信息自动化市场份额有数百亿元之多， 而目前国内有资质的系统厂商并不是很多，已经分得部分市场并取 得一定业绩的公司更是屈指可数，并不存在一家独大的情况，市场的 竞争十分激烈.油罐计量在油库油品的储运流程中占有重要的地位， 但是缺乏针对外部环境而改变的能力,各公司正积极针对老系统提 出改造,并逐步提高新系统的招标要求,寻找合理的评价方法来评估油 库的风险程度H,原有的自动计量软件系统已经无法满足用户的要求.
1.现有自动化计量系统分析
Analysis of existing automated metering system
1.1系统物理结构
典型的自动化计量系统从物理结构上大致可以由下而上划分为 4部分:底层系统、计量服务器、内网部分、外网部分.详见图1.

图1所示的底层接入是一种典型接入方式，也 是很多厂商普遍提供的一种接入方式，提供整套计 量设备的同时也包括了后台计量软件系统.若干油 罐的计量设备通过总线连接到一个通讯接口盒,再 由RS485转RS232接入到位于自动化中心或者是计 量班组办公室的计量服务器，计量服务器会处理接 收到的原始数据,并对得到的最终数据做一些简单 数据处理，提供常用的报表.现有的计量系统服务器 端多作为S端与C/S结构中C端的内网用户交互数 据,省/市公司等上级公司通过DDN专线与油库连 接.计量数据一般是不对外公布的，但当油库发生对 外贸易时,海关部门就需要监视相应的计量数据，这 时计量系统需要公开一个数据接口给海关相关 部门.
由于不同阶段的计量系统都是独立设计的，因 此接入方式上可能存在差异，不仅计量软件需要重 新开发,而且硬件系统部分也因需要单独布线而不 得不为重复施工及布线所需要的材料买单.造成了 很大的资源浪费，同时数据也因为不是共享处理的 而导致用户使用上的不便,信息资源没有得到充分 的利用.
1.2软件系统特点
1）独立性.只是针对某一具体厂商提供的设备 而研发,具有高度的独立性，物理上是独立的，而且 数据也是独立的.作为油库自动化系统的一部分，某 种程度上却又独立于其外.
2）接入方式多样性.根据计量算法可以分为 ATG、HTG、HIMS;同一算法或者是同一类设备也可 以分为由通讯接口统一接入或者分散接入；不同厂 商甚至是同一厂商不同型号设备的接入协议都是不 同的.接入可以选择RS485/232、TCP/IP、Web或者 Database共享等多种通讯方式.
3）可操作性.基本能满足用户的使用需要,但 在操作上缺乏灵活性.例如，罐实时数据页面的显示 要求限制不同用户只能观察对应分配的那些罐，而 其它的罐信息都是隐藏的，不同的用户登录后应保 存该用户察看群罐信息时的操作习惯.
4）可维护和扩展性.程序多采用面向过程的设 计模式.当系统的某些环节发生变化时，需要做很多 修改工作才满足要求，之后投入到测试中的工作量 要远比仅测试修改部分的工作量大得多，而且稳定 性很难保证达到之前版本的高度.
5)数据的准确性.数据的准确性受制于底层硬 件测量的精确度，而且采用图1所示的物理传输方 式数据容易在传输的过程中受到外界的干扰,导致 其无法被正确接收.
作为系统的底层部分,接入方式受到用户采购 的计量设备限制，图1中的这种方式的优点就是可 以快速建立起稳定的系统,相对来说花费就会高很 多，因此很多系统集成厂商会自己开发一套系统来 代替设备厂商提供的软件系统.当然也有不提供通 讯接口盒的，多是在没有整套购买计量仪器的情况 下采用这种方式，好处就是在系统集成过程中处理 起来会更加方便灵活，可以根据具体需求在某些专 注的方面投入比较多的资金,而在其他设备上获得 节省.比如会因为更关心液位而购买较昂贵的进口 计量杆;而温度方面则可以采用国产的代替.对应软 件系统产生的问题是通讯接入和处理相对复杂，必 须另行研发一套计量软件产品作为上位机系统，而 且会因为部分设备不够精确而导致系统最终的一些 计量数据不够精确.除此之外,还有很多其他接入方 式.比如通过由设备厂商或者集成厂商提供Web方 式获得发布的计量数据、或者提供RS232方式发布 数据、或者直接访问对方的Database获取数据,也有 通过TCP/IP方式交互数据，这些方式都是相当于对 底层接入做了一个封装,换了个方式而已.更加普遍 的是同一油库内存在几套计量系统各自独立运行， 这增加了统一计量系统的接入方式的多样性.
现有的计量系统服务器多采用C/S结构与作为 C端的内网与外网用户交互数据，存在着功能过于 集中的问题,处理接入的底层数据同时还负责结果 数据的分析处理任务，系统过于庞大臃肿，不利于系 统的维护和扩展.
2.系统改进建议
Suggestions for system improvement
现场总线技术在我国的应用还属于刚刚起步阶 段,各方面还没有成功的经验和技术可以借鉴,而且 现场总线技术的成本比较高，但是现场总线已经成 为当今仪表、自动化行业发展的必然趋势,应用新技 术提高企业的管理水平和市场竞争能力，已经成为 企业发展的迫切需求.自动化系统应用采用现场 总线方式接入的优势已经经过充分的论证，对计量 系统来说也是显而易见的，解决了信号通过485总线传输因物理电气特性要受到距离的限制，不需要 为系统的每次扩容重复施工，可以节省布线的材料, 能比较容易的隔离系统出现问题的环节.同时，软件 系统的底层接入方式也能够得到统开发和维护 的工作量将大大减少.基于现场总线的自动化系统 建立分站目的主要是为了减少现场布线规模和难 度、降低成本,就近进行数据采集和控制.一个主控 单元可以同时管理多个分站.
但在项目实施过程中要视具体情况而定.绝大 多数的大中型的油库都已经针对自动化系统制定了 长期的实施计划，他们有能力也有实力实施基于现 场总线技术的整体自动化系统.而对小型油库而言, 分系统单独实施则更适合.也就是说最理想的情况 是将所有独立的计量系统统一接入油库现场总线, 但多种接入方式并存的情况将在今后的一段时间内 长期并存.
综合对现有系统的分析结论,在设计计量软件 系统时需要全面考虑存在多种方式接入的前提下如 何才能方便的扩展协议,如何可以针对具体的需求 灵活制定对外发布数据的接口，如何更加主动地贴 近用户操作使用中的一些习惯，提高使用的灵 活性.
为了解决上面所提出的问题，本文提出一种新 的改进后的系统结构.系统结构按功能可以分为3 层：通讯链路层、协议处理层、应用层.其中通讯链路 层负责连接底层设备接入和协议处理层，按照底层 具体的接入方式下发命令并返回接收到的应答数 据,包括接口信息、数据缓存等；协议处理层则根据 指定的命令类型组织命令数据并解析通讯链路层提 交的应答数据,将解析后的数据提交应用层进行处 理;应用层处理最终具体计量数据，显示实时数据、 事件处理、分析历史数据并负责系统的统一配置工 作，完成最终的数据处理.系统改进结构如图2 所示.
3系统实现
System implementation
系统程序端采用面向对象的C#. net2005设计开 发,数据库端使用MS SQL Server2005设计.
3.1计量系统类设计
计量系统软件功能结构如图3所示.油罐计量 系统包括系统参数设置、自动计量任务、手工计量任务计量账务任务、计量数据分析等5大类.其中系 统参数设置包括用户信息、油品信息、通讯参数、报 警选项、罐容表设置等基本系统参数;计量数据分析 包括事件信息、油罐储量趋势、油品储量趋势、油罐 计量分户账、油品分类汇总帐、报表查询等数据 信息.

系统采用面向对象方式设计，对象可以按图2 所示的主要功能分为通讯对象、通讯协议对象、罐对 象、图形显示对象、事件处理对象和权限控制对象. 采用这种设计方式可以方便的在各自的应用层上根 据具体的需要选择满足要求的实现对象，并且系统 的稳定性、可操作性、扩展性和可修改性将大大提 高,将减少由于系统的部分改动而造成整个系统改 动的成本.
1)通讯对象.选择通讯对象负责上层软件系统 与底层数据源通讯,包括传输数据类型,传输数据内容以及数据指令等.
2）通讯协议对象.针对具体的通讯协议创建协 议处理对象,负责将罐对象下发命令解析成底层数 据源需要的格式,并将接收到的底层数据解析成罐 对象能识别的数据.
3）图形显示对象.根据用户选择的显示方式显 示对应罐对象的实时数据.
4）事件处理对象.负责实时处理罐对象产生的 事件信息,并提供事件历史数据的查询操作.
5）罐对象.系统的核心对象.每个具体的罐对 象实例都会包含一个图形显示对象及事件处理对象 的实例,并且包括油罐的具体信息与内容.
6）权限控制对象.根据当前登录系统的用户权 限来判断系统操作是否可以行.
由以上所确定的系统对象，通过C#. net2005类 设计器设计的类UML静态结构关系见图4。

3.2系统处理流程
如图5所示，给出自动计量的处理流程.当系统 开始运行时,控制中心对第n个罐对象发送请求数 据命令,如果接收超时,重新发送命令；否则确认收 到命令.当罐对象收到命令后，将检查命令的完整 性,假如命令不完整；则重新确认命令是否超时.当 接收到完整的控制命令后,服务器将解析应答数据， 并且记录和显示数据，随后产生事件；当事件不能产 生时,则重新请求发送命令,并且执行上面的处理流 程,知道产生事件,并将事件处理，这样才完成一个 系统的处理流程.
4.结论
Conclusion
采用改进的设计方案后系统各功能模块界限更加清晰,面向对象的设计大大提高了代码的可复用 性.当系统的底层接入方式发生变化后只需要改变 通讯对象,如果是接入的协议发生变化则只需要添 加或者修改协议对象部分的代码即可，并不会影响 到其他的代码，因此测试工作也只集中在协议部分 的测试即可.提供4种方式显示罐数据满足不同用 户、不同使用阶段的使用需要,并带有上次显示操作 记忆功能，大大提高操作使用的灵活性.
系统稳定运行后可以考虑增加手机短信通知模 块、手持移动设备等功能，这样可以提高系统的可 用性.