通過分析現有電子秤系統與SCADA系統的組成及性能對比,進而提出了將SCADA組態系統應用于電子秤數據采集系統的設想,并進行了電子秤在線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 稱太鋼）自動化公司主持實施的計質量系統成功上 線，實現了生產物流管理的精細化和信息化，為企業 的節能降耗提供了及時準確的計量數據，取得了較 好的效果。經過幾年的運行與維護，該系統也逐漸暴 露出一些不容忽視的問題，如微型計算機運行一段 時間后死機、系統中病毒后運行緩慢以及現場系統 無冗余熱備等。通過對這些問題的現場處理過程的 總結，筆者認為通過對系統架構的改進可以提高衡 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 成進行對比分析。

現就以下幾方面對兩種系統結構進行具體地分 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++ 等高級編程語言進行操作界面編制、數據采集與處 理及實現數據庫管理等設計過程，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,其研發廠商具備豐富的現場經驗及 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 業級標準的電子元器件，使其更加適用于各種惡劣 的工業現場環境;SCADA的上位組態軟件系統經過 了長期的開發與應用，已相當完善和 穩健，功能更加全面，操作也更加方 便、快捷,且有穩定的研發團隊隨時提 供有效的技術支持。

1.2系統資源及負荷分配的合理性

傳統電子秤系統通過在微型計算機 據采集卡或與電子秤儀表通訊 將現場傳感器信號進行AD 轉換的功能，同時該微機還擔負著數 據庫的運行與計量管理的任務，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器(EMS或計質 量系統）的網絡通訊任務，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 場信號的采集及以太網通訊功能，I/O服務器負責上位機監控軟件的管理、組態及與二級系統間的信息 交換，整個系統的負荷分配相對比較合理，且I/o服 務器、歷史服務器及趨勢服務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 研華模擬量和數字量模塊等)，由于各功能模塊間 相對獨立，現場接線及布置顯得比較凌亂,有些設備 使用前還必須安裝專有的驅動程序;SCADA系統中 的功能部件為系列化產品，接線方式及安裝尺寸有 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，通過柜內進行合 理的布局設計，可以使得布線整潔美觀，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 可使用專用軟件靈活地進行更改和設定。

1.4設備及系統維護的經濟性

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，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（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，給現場維護造成一定困 難;SCADA系統中的功能部件基本由一家廠商提供 系列化產品,或由第三方設備商提供根據該SCADA 系統專門設計的部件，因此部件間的兼容性較好，備 品備件的種類相應較少，且硬件配置軟件中提供各 功能部件的故障診斷功能，為現場設備問題査找與 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 優點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：

一級系統的核心為RTU采集單元，主要負責 現場電子秤傳感器的信號采集與轉換、現場數字量信 號輸人(操作狀態的反饋、故障報警及聯鎖條件滿足 與否)、數字量輸出給現場設備(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 集采用數字稱重傳感器（如圖2中所示)或數字接 線盒方式，故反饋的信息量遠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 內碼值、秤臺的角差、傳感器狀態參數等重要數據信 息。以這些信息為基礎，通過數據庫技術和神經網絡 技術，即可實現衡器故障診斷與分析、電子秤輔助安裝 與調試、衡器維護周期的專家預測系統等高級軟件 功能。

3)通過借鑒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,對現場設備支持 MODBUS、Profibus-DP、ControlNET、RS232/485 等通 訊協議，對服務器層支持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 議的現場儀表、控制器等設備幾乎能無需編程直接 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品予以支持。

3.試驗

按照上述設計思路，選擇了兩處現場衡器設備 進行了技術改造: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，其數據的采集采用數字接線盒方式。數字接線 盒通過RS485通訊方式將數據傳送至RTU單元內； 出于試驗目的，未與三級計質量系統服務器進行連 接，而是在附近新設置1臺微機作為模擬服務器，通 過以太網與RTU單元進行通訊，同時實現顯示現場 監測畫面、衡器數據的計量管理、故障報警及報警記 錄歸檔等功能。

經過一段時間的運行，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 基本依靠個人經驗，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在半小時以 內。下一步將在計量管理功能及網絡安全性等方面 進一步深人研究和改善。

4.結語

針對提髙電子秤系統的可靠性及可維護性提出了 一個理想化的解決方案，并通過對現場設備的改造 實現了方案的在線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施及投人 實際應用之前，還需解決一些關鍵的技術問題:如計 量管理軟件在服務器端運行時，若現場網絡故障將 造成該電子秤無法計量;RTU單元中能否實現簡單的 計量管理本地化，以防止網絡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生變化， 三級（計質量系統）和四級（ERP系統）中的有些模 塊也需進行相應的功能調整等等，這還有待于現場 實施過程中經驗的不斷積累與設計的不斷完善。隨 著各種應用技術的不斷融合、發展,可以相信在未來 的電子秤系統信息化過程中，SCADA系統必將發揮其 不可忽視的作用。