茅曉晨

（上海市計量測試技術(shù)研究院，上海 201203）

壓力計量系統(tǒng)可以實現(xiàn)壓力儀表的數(shù)據(jù)采集和校準(zhǔn)，常規(guī)壓力儀表的電氣接口包括：電流環(huán)4mA ～20mA、RS485、RJ45、HART、CAN、頻率等。由于工控設(shè)備OCS具有諸多電氣接口，應(yīng)用控制器可以穩(wěn)定高效地采集壓力儀表的實數(shù)數(shù)據(jù)及配置參數(shù)。壓力儀表在很多應(yīng)用場合需要進(jìn)行授權(quán)管理，如針對不同用戶賦予不同的操作權(quán)限，或者設(shè)備集成商從設(shè)備使用追蹤管理和商務(wù)追款等原因，對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行授權(quán)控制，穩(wěn)定的硬件OCS 系統(tǒng)授權(quán)是實現(xiàn)高效管理的基本前提[1]。

圖1 授權(quán)碼Excel計算表格Fig.1 Excel calculation form of authorization code

1 授權(quán)模型

計量授權(quán)系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵在于設(shè)備的授權(quán)計算模型，控制邏輯在OCS 處理器內(nèi)部設(shè)計一個鑒權(quán)算法，依據(jù)算法的邏輯計算結(jié)論來判斷是否允許OCS 正常運行。一般常用的方法是設(shè)計一個“密碼計算表”，如應(yīng)用明文設(shè)備當(dāng)前運行時間RTC 和明文授權(quán)到期時間生成暗文設(shè)備運行授權(quán)碼。例如：OCS 控制器的當(dāng)前運行時間為2020 年9 月27 日，授權(quán)到期時間為2025 年12 月31 日，此時在excel 計算表內(nèi)依次輸入：A2 表格輸入年份后兩位20、B2表格輸入年份9、C2 表格輸入日期27、D2 表格授權(quán)到期年份后兩位25、E2 表格授權(quán)到期月份12 和F2 表格授權(quán)到期日期31。在電子Excel 上編寫的計算邏輯為：授權(quán)碼=(A-A2)×1000000000000+(B-B2)×10000000000+(CC2)×100000000+(D-D2)×1000000+(E-E2) ×10000+(F-F2)×100+MOD((A2+B2+C2+D2+E2+F2)，100)，公式中的變量A、B、C、D、E、F 秘鑰數(shù)值根據(jù)開發(fā)者的自定義情況填寫，如上述填寫下計算的授權(quán)碼為“80282275534124”。在控制器交互界面上輸入授權(quán)碼（觸摸屏或按鍵觸發(fā)），邏輯判斷正確則可以進(jìn)入主界面，如果錯誤屏幕有錯誤提示，用戶可以依照提示界面聯(lián)系應(yīng)用技術(shù)工程師索要授權(quán)。為了便于VIP 用戶長期具有使用權(quán)限，邏輯判斷中可以預(yù)置一個超級密碼，例如112233445588，當(dāng)OSC 判斷授權(quán)碼為超級密碼時，同樣進(jìn)行解鎖操作[2]。

2 OCS編程

2.1 合法性判斷

圖2 OCS設(shè)備授權(quán)界面圖Fig.2 OCS Device authorization interface

壓力計量系統(tǒng)未到期或者授權(quán)功能未開啟，主畫面按鈕顯示，點擊可以返回。而當(dāng)授權(quán)到期時，主畫面按鈕消失，直到用戶重新輸入正確的授權(quán)碼再顯示主畫面，否則系統(tǒng)停止運行并告警，且無法再次啟動。如果電池沒電，控制器的RTC 時間上電自動恢復(fù)至1996 年，則取消該功能。系統(tǒng)%SR049 寄存器代表硬件時鐘年，如果邏輯判斷RTC 時鐘為1996 則置保持寄存器%M02001 為R 即取消授權(quán)功能并Jump 至梯形圖的結(jié)尾End 處。%R04901 開始的寄存器用于存儲輸入的授權(quán)碼，當(dāng)%R04901 等于超級密碼（112233445588）時，寄存器%R04976 賦值99，即2099 年，然后置保持寄存器%M02001 為R 即取消授權(quán)功能并也Jump 至梯形圖的結(jié)尾End 處，置位%AQ117.1 文本顯示“當(dāng)前授權(quán)為無限授權(quán)模式”。當(dāng)用戶在輸入框輸入授權(quán)碼后，確認(rèn)按鈕觸發(fā)%T02005 寄存器，進(jìn)而產(chǎn)生上升沿%T02001。首先，比較授權(quán)碼是否合法，%R04901 當(dāng)前年轉(zhuǎn)換為%R04961，以此類推分別轉(zhuǎn)換為寄存器%R4961開始的整形數(shù)據(jù)，%R04961 是RTC 年、%R04962 是RTC月、%R04963 是RTC 日、%R04964 是授權(quán)年、%R04965是授權(quán)月、%R04966 是授權(quán)日而%R04967 是校驗和，如果計算得到的“校驗和%R04966”與填寫授權(quán)碼中的“校驗和%R04969”相同，則可以判斷授權(quán)碼為符合邏輯要求的合法秘鑰，在這個前提下獲取的“授權(quán)輸入時間”和“授權(quán)時間”都是正確有效的[3]。

2.2 操作時效性

圖3 授權(quán)系統(tǒng)邏輯梯形圖Fig.3 Logic ladder diagram of authorization system

完成授權(quán)碼7 合法性判斷之后，要進(jìn)行解鎖碼計算。由于給用戶授權(quán)時涉及到秘鑰的時效性判斷，例如，用戶在2020 年9 月27 日索要設(shè)備授權(quán)碼，則用戶必須在2020年9 月27 日當(dāng)前輸入得到的授權(quán)碼才有效，寄存器%R04981等于寄存器%SR49，%R04982 等于%SR48，%R04983 等于%SR47，這樣可以避免用戶拖延操作也便于授權(quán)記錄管理操作。相同時觸發(fā)上升沿T2002，您輸入的授權(quán)碼有誤，請重新輸入！%AQ109.1 置高；而不相同時觸發(fā)上升沿T2003。非法則提示輸入密碼錯誤，已收到新的授權(quán)碼%AQ116.1 置高，為了達(dá)到更好的用戶操作效果，文本內(nèi)容顯示4s 以后自動消失[4]。

2.3 授權(quán)時效性

將授權(quán)碼的數(shù)值賦值給寄存器%R4976（授權(quán)年）、%R4977（授權(quán)月）、%R4978（授權(quán)日）。如2025 年12 月31 日，OCS 控制器在應(yīng)用的過程中將對RTC 的是當(dāng)前年、當(dāng)前月和當(dāng)前日分別于上述3 個寄存器進(jìn)行比較判斷，當(dāng)RTC 日期處于授權(quán)日期之前時，則置設(shè)備正常運行。控制運行寄存器%M2001 為OFF 時，可以使用機器，%M2001 為ON 時，強制系統(tǒng)停機，并顯示對應(yīng)畫面[5]。

3 壓力計量鑒權(quán)

3.1 OCS硬件接口

OCS 可 以 實 現(xiàn) 開 關(guān) 量 輸 入I1 ～I(xiàn)8、 脈 沖 輸 入HSC1 ～HSC4，開關(guān)量輸出Q3 ～Q12，脈沖PWM 輸出Q1 ～Q2，三線制RTD 的A、B、B。在進(jìn)行壓力儀表的連接時，可以應(yīng)用MA1+和MA2+采集4mA ～20mA，如果自身控制器實現(xiàn)自環(huán)測試，應(yīng)用AQ1 連接MA1+，AQ2+連接MA2+。FO 和FI 的頻率自環(huán)測試可以應(yīng)用Q1 連接HCS1 端口，頻率輸入HCS1 對應(yīng)%AI5 而頻率輸出Q1 對應(yīng) 頻 率5kHz。Q1 的PWM 占 空 比 用%AQ7 設(shè) 置，頻 率用%AQ9 設(shè)置，Q2 的PWM 占空比用%AQ11 設(shè)置，頻率用%AQ13 設(shè)置。對于RJ45 網(wǎng)口的IP 地址為192.168.1.17掩碼255.255.255.0 網(wǎng)關(guān)192.168.1.1，可以應(yīng)用路由器連接上行WAN 口，而PLC 應(yīng)用RJ45 網(wǎng)口連接路由器的LAN口，用戶就可以應(yīng)用WIFI 連接PLC 實現(xiàn)無線控制?？梢詫J45 接口設(shè)置為Modbus Tcp 協(xié)議作為從機，在PC 上運行Modbus Poll 測試軟件實現(xiàn)通信測試。壓力計量系統(tǒng)的搭建應(yīng)用上述硬件端口可以實現(xiàn)儀表的連接。4mA ～20mA是模擬信號、RS485、HART、RJ45 和CAN 所采集的是數(shù)字信號[6-8]。

3.2 合法性判斷

壓力計量控制系統(tǒng)可以依據(jù)用戶的支付情況和用戶的權(quán)限等級分配不同的授權(quán)碼，設(shè)備用戶可以現(xiàn)場更改系統(tǒng)時間RTC，但是用戶獲取的授權(quán)碼只針對當(dāng)前的時間輸入有效。如果用戶在當(dāng)前日期使用授權(quán)碼激活設(shè)備，而又將RTC 時鐘向前調(diào)，雖可以使用但是設(shè)備的記錄時間將不準(zhǔn)確。文中所述的授權(quán)方法便于讓用戶在一天內(nèi)用一個授權(quán)碼將設(shè)備完全激活，如果針對個體設(shè)備進(jìn)行更嚴(yán)密的授權(quán)操作，可將用設(shè)備的寄存器%SR35 和%SR36（設(shè)備唯一ID）參與編程，這樣每個設(shè)備都需要單獨的一個授權(quán)碼來激活[9]。

4 結(jié)論

本文介紹了應(yīng)用OCS 控制器實現(xiàn)壓力儀表的計量采集和系統(tǒng)授權(quán)管理，可以直接應(yīng)用OCS 控制器實現(xiàn)壓力儀表的數(shù)據(jù)采集和參數(shù)配置。所設(shè)計出的授權(quán)模型可以滿足設(shè)備用戶的權(quán)限授權(quán)和商務(wù)追款需求，依次通過授權(quán)碼合法性判斷、操作時效性限制、授權(quán)時效性約束等實現(xiàn)壓力計量授權(quán)系統(tǒng)的授權(quán)管理。經(jīng)測試驗證，所設(shè)計的壓力計量儀表授權(quán)系統(tǒng)可以較穩(wěn)定高效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和授權(quán)管理，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計效果。